DE2746072A1

DE2746072A1 - Rotary tunnelling tool drive - comprises DC motor with one constant ratio reduction gear and speed adjustable by rectifier

Info

Publication number: DE2746072A1
Application number: DE19772746072
Authority: DE
Inventors: Werner Dehmel; Hans-Guenter Follert; Herbert Heitkamp; Martin Schwert
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Priority date: 1977-10-13
Filing date: 1977-10-13
Publication date: 1979-04-26

Abstract

The driving mechanism is for use with a rotary mining or tunnelling tool, and comprises a direct-current motor (8), with only one reduction gear (7), of constant ratio, between it and the tool (6). The motor can be shunt-wound, its speed being adjustable by altering the excitation voltage, using a rectifier, and it can also have an auxiliary series winding, and a compensation winding. The design gives high output as nearly constant as possible, automatically matching torque and speed.

Description

Vortriebseinrichtung mit einem rotierenden Gewinnungs-Jacking device with a rotating extraction

bzw. Abräumwerkzeug Gegenstand der Erfindung ist eine Vortriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.or clearing tool The subject of the invention is a propulsion device according to the preamble of claim 1.

Vortriebseinrichtungen dieser Gattung dienen der Herstellung von unterirdischen Kanälen, Tunnels oder dgl.. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Vortriebsschild, in dem ein rotierendes Gewinnungs- bzw. Abräumwerkzeug bei Vollschnittmaschinen quer zur Drehachse stationär, bei Teilschnittmaschinen beweglich angeordnet ist. Im Betrieb wird das Gewinnungs- bzw. Abräumwerkzeug gegen die Ortsbrust bewegt und Material somit von der Ortsbrust abgetrennt. Die bekannten Vortriebseinrichtungen weisen als Antrieb Hydraulikmotoren oder Drehstrommotoren auf.Jacking devices of this type are used to produce underground Channels, tunnels or the like. They essentially consist of a propulsion shield, in which a rotating extraction or clearing tool on full headers is stationary transversely to the axis of rotation, is movably arranged in the case of roadheaders. In operation, the extraction or clearing tool is moved against the face and Material is thus separated from the face. The known jacking devices have hydraulic motors or three-phase motors as the drive.

Hydraulikmotoren haben bekanntlich einen weniger guten Wirkungsgrad und sind deshalb ungünstig. Der Einsatz von Drehstrommotoren ist kostenaufwendig, da dieser mit einem schaltbaren Getriebe und einer Kupplung zu versehen ist, um die Rotationsgeschwindigkeit des Gewinnungs- bzw. Abräumwerkzeugs der Materialbeschaffenheit an der Ortsbrust, z..It is well known that hydraulic motors are less efficient and are therefore unfavorable. The use of Three-phase motors is expensive, since this has a switchable gearbox and a clutch is provided to the speed of rotation of the mining tool the material properties on the face, e.g.

Sand oder Fels, anzupassen. Darüberhinaus nimmt die Antriebseinheit für einen Drehstrommotor wegen dem schaltbaren Getriebe mit Kupplung einen größeren Raum ein, was sehr ungünstig ist, da der Raum besonders beim Auffahren von Kanälen geringeren Durchmessers sehr beschränkt ist.Sand or rock, adapt. In addition, the drive unit a larger one for a three-phase motor because of the switchable gearbox with clutch Space, which is very inconvenient, as the space is particularly important when opening canals smaller diameter is very limited.

Aufgabe der Erfindung ist es,einen Antrieb einzusetzen, der konstruktiv den Aufbau des Antriebes, dessen Kosten und dessen Raumbedarf verringert und bei möglichst glcichbleibender hoher Leistung eine automatische Anpassung von Drehmoment und Drehzahl ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Mit dem Einsatz eines Gleichstrommotors wird eine stufenlose Regelbarkeit der Drehzahl des Ahräwnnserkzetlqs erreicht, die in Abhängigkeit der Materialbeschaffenheit an der Ortsbrust eingestellt werden kann. Darüberhinaus weist ein Gleichstrommotor im Vergleich zu den bekannten Antrieben einen höheren Wirkungsgrad, ein hohes Anzugsmoment und ftberlastbarkeit auf. Von erheblicher Bedeutung ist der Vorteil, daß ein regelbares Untersetzungsgetriebe und eine Kupplung in Fortfall kommen. Dadurch werden Kosten und Raum gesnart, der in einem Vortriebsschild nur beschränkt vorhanden ist.The object of the invention is to use a drive that structurally reduces the structure of the drive, its costs and its space requirements and at an automatic adjustment of the torque with the highest possible constant high power and speed. This object is achieved by the features of claim 1. With the use of a DC motor, the speed can be continuously regulated des Ahräwnnserkzetlqs, which depends on the material properties the face can be adjusted. It also has a DC motor Compared to the known drives a higher degree of efficiency, a high tightening torque and overload capacity. Of considerable importance is the advantage that a controllable Reduction gears and a clutch are omitted. This adds cost and saves space that is only available to a limited extent in a jacking shield.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist aus den Ansprxichen 2 und 3 zu entnehmen. Durch den Einsatz eines Gleichstromnehenschlußmotors, dessen Drehzahl durch Änderung der Frreqerspannuns einstellbar ist, wird eine gute Drehzahlregelbarkeit bei konstanter Leistung und nahezu gleichbleibendem Wirkungsgrad erzielt. Das diesen Motorchrakterisierende Drehmoment-Drehzahlverhalten crmöglicht eine gute Drehzahleinstellbarkeit.A preferred embodiment of the invention is derived from the claims 2 and 3. By using a direct current motor, whose The speed can be adjusted by changing the Frreqerspannuns, there is good speed controllability achieved with constant performance and almost constant efficiency. That this one Motor-chracting torque-speed behavior enables good speed adjustability.

Die Anordnung eines Stromrichters verbessert den Eingriff in den Regelkreis durch Elemente, die keinem mechanischen Verschleiß unterliegen. Weiterhin wird der Vorteil erzielt, daß man zur Erreichung der Drehmoment-Drehzahleinstellung ohne Leistungsänderung lediglich die geringe Leistung der Feldwicklung zu regeln braucht.The arrangement of a converter improves the intervention in the Control loop through elements that are not subject to mechanical wear. Farther the advantage is achieved that one has to achieve the torque-speed setting to regulate only the low power of the field winding without changing the power needs.

Nach Anspruch 4 weist der Motor eine Hilfsreihenschlußwicklung auf. die zu einer Verbesserung der Drehzahlstabilität bei kurzzeitiger Uberschreitung der Nennmomente filhrt.According to claim 4, the motor has an auxiliary series winding. which lead to an improvement in the speed stability if the speed is exceeded for a short time the nominal torques.

Es ist von Vorteil, wenn der Motor gemäß anspruch 5 eine Kompensationswicklung aufweist. Dadurch wird eine Verrinqerung des Ankerwiderstandes erreicht, was den Gesamtwirkungsgrad verbessert.It is advantageous if the motor has a compensation winding having. As a result, a reduction in the armature resistance is achieved, which is the Overall efficiency improved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigen Fig. 1 eine Vortriebseinrichtung im senkrechten Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 einen Steuerstromplan für den Antrieb der Vortriebseinrichtung und Fig. 4 eine schaltplanmaßige Darstellung des Gleichstrommotors mit Wicklungen.1 shows a propulsion device in a vertical longitudinal section, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a control flow diagram for the drive of the propulsion device and FIG. 4 shows a representation in the form of a circuit diagram of the DC motor with windings.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vortriebseinrichtung nach Fig. 1 und 2 besteht im wesentlichen aus einem Vortriebsschild 2, dem ein Druckausgleichsring 3 sowie eine andeutungsweise dargestellte Tunnelauskleidunq 4 nachgeordnet sind. In einem sich quer durch das Vortriebsschild 2 erstreckenden Holm 5 ist ein Abraumwerkzeug 6 drehbeweglich gelagert, das über ein Untersetzungsgetreibe 7 konstanten Untersetzungsverhältnisses von vier Gleichstrommotoren 8 angetrieben wird, die auf einen koaxial zur Drehachse ausgerichteten Teilkreis 9 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Zwischen dem Vortriebsschild 2 und dem Druckausqleichsring 3 sind von innen am Mantelblech 10 des Vortriebsschildes 2 auf dem Umfang verteilt sechs hydraulische Preßzylinder 11 angeordnet, deren Befestigung aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist. In der Mitte des Vortrtriebsschildes 2 weisen das Untersetzungsgetriebe 7 und der Holm 5 eine öffnung 12 auf. Durch diese Öffnung 12 erstreckt sich ein Transportband 13.The generally designated 1 propulsion device according to Fig. 1 and 2 consists essentially of a propulsion shield 2, which is a pressure compensation ring 3 and a hinted tunnel lining 4 are arranged downstream. A stripping tool is located in a spar 5 extending transversely through the propulsion shield 2 6 rotatably mounted, the constant reduction ratio via a reduction gear 7 is driven by four DC motors 8, which on one coaxial to the axis of rotation aligned pitch circle 9 are arranged evenly distributed. Between the propulsion shield 2 and the pressure compensation ring 3 are from the inside on the jacket plate 10 of the propulsion shield 2 distributed on the circumference six hydraulic press cylinders 11 are arranged, their attachment is not shown for reasons of simplicity. In the middle of the propulsion shield 2 have the reduction gear 7 and the spar 5 an opening 12 on. A conveyor belt 13 extends through this opening 12.

Nach Fig. 3 werden über eine Drehstromeinspeisung 14 ein Ankerstromrichter 15 mittels einer Leitung 16 und ein Feldstromrichter 17 mittels einer Leitung 18 versorgt. Ein Nebenwiderstand 19 zur Erfassung des gesamten Ankerstroms ist in einer Leitung 20 zwischen dem Ankerstromrichter 15 und einem Gleichstromantriebsmotor 8 angeordnet. Der Motor 8 ist antriebsmäßig über das Untersetzungsgetriebe 7 mit dem Abräumwerkzeug 6 verbunden. Der Feldstromrichter 17 ist mit einer Leitung 21 verschaltet, die ebenfalls zum Motor 8 führt. Ein Regler 22 ist über eine Leitung 23 mit dem Nebenwiderstand 19 und außerdem durch eine Leitung 24 mit einem Tachogenerator 25 verbunden, der wiederum antriebsm;Rßig mit dem Motor 8 gekoppelt ist. Weiterhin ist der Regler 22 über eine Leitung 26 mit einem Sollwertpotentiometer 27 sowie über eine Leitung 28 mit dem Ankerstromrichter 15 und über eine Leitung 29 mit dem Feldstromrichter 17 verbunden.According to FIG. 3, an armature converter is via a three-phase power supply 14 15 by means of a line 16 and a field converter 17 by means of a line 18 provided. A shunt resistor 19 for detecting the entire armature current is in one Line 20 between the armature converter 15 and a DC drive motor 8 arranged. The motor 8 is driven via the reduction gear 7 the clearing tool 6 connected. The field converter 17 is connected to a line 21 connected, which also leads to motor 8. A regulator 22 is on a line 23 with the shunt resistor 19 and also through a line 24 with a tachometer generator 25 connected, which in turn is drivingly coupled to the motor 8. Farther is the controller 22 via a line 26 with a setpoint potentiometer 27 as well via a line 28 to the armature converter 15 and via a line 29 to the Field converter 17 connected.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, besteht der Ankerkreis des Gleichstromantriebsmotors 8 in bekannter Weise aus Wendepolwicklungen 30, 31 und einer Ankerwicklung 32.As can be seen from Fig. 4, there is the armature circuit of the DC drive motor 8 in a known manner from reversing pole windings 30, 31 and an armature winding 32.

Die Versorgung des Ankerkreises erfolgt über Leitungen 33, 34. In einer Leitung 35 zwischen der Ankerwicklung 32 und der Wendepolwicklung 31 ist eine Kompensationswicklung 36 schaltungsmäßig eingefügt. Eine Hilfsreihenschlußwicklung 37 liegt in der Leitung 34. Die Speisung der Nebenschlußwicklung 38 erfolgt über Leitungen 39, 40.The armature circuit is supplied via lines 33, 34. In a line 35 between the armature winding 32 and the reversing pole winding 31 is a Compensation winding 36 inserted in the circuit. An auxiliary series winding 37 is in the line 34. The shunt winding 38 is fed via Lines 39, 40.

Im folgenden wird die Funktion der Vortriebseinrichtung beschrieben: Beim Vortrieb in Richtung des Pfeiles 41 wird das Abräumwerkzeug 6 von den Gleichstrommotoren 8 Itber das Untersetzungsgetriebe 7 in Rotation versetzt. Dahei trennt es Material von der Ortsbrust 42 ab. Das ahgetrennte Material wird in nicht dargestellter Weise vom Abräumwerkzeug 6 aufgehoben und fällt auf das Transportband 13, das das Material in Richtung des Pfeiles 43 abfördert. Den Vorschub des Vortriebsschildes 2 und somit auch den des Abräumwerkzeugs 6 besorqen die zwischen dem Vortriebsschild 2 und dem Druckausgleichsring 3 angeordneten Preßzylinder 11, die zu diesem Zweck ausgefahren werden. Wenn das Ende einer Vorschubbewegung erreicht ist, wird das Vortriebsschild 2 in nicht dargestellter Weise gegen das das Vortriebsschild umgebende Erdreich verspannt. Durch das anschließende Einfahren der Preßzylinder 11 wird der Druckausgleichsring 3 in Vortriebsrichtung 41 vorgezogen. Der durch diese Bewegung entstandene Zwischenraum zwischen dem Druckausqleichsring 3 und der Tunnelauskleidung 4 wird durch ein neues Tunnelauskleidungselement gefüllt. Nun kann eine neue Vorschubbewegung in Vortriebsrichtung 41 beginnen.The function of the jacking device is described below: When driving in the direction of arrow 41, the clearing tool 6 is driven by the DC motors 8 Itber the reduction gear 7 set in rotation. Dahei it separates material from the face 42. The separated material is not shown lifted by the clearing tool 6 and falls on the conveyor belt 13, which the material Conveyed in the direction of arrow 43. The advance of the propulsion shield 2 and thus also that of the clearing tool 6 get the between the propulsion shield 2 and the Pressure compensation ring 3 arranged pressing cylinder 11, which extended for this purpose will. When the end of a feed movement is reached, the propulsion shield 2 in a manner not shown against the soil surrounding the propulsion shield tense. By then retracting the press cylinder 11, the pressure compensation ring 3 preferred in advance direction 41. The space created by this movement between the pressure compensation ring 3 and the tunnel lining 4 is replaced by a new one Tunnel lining element filled. A new feed movement can now be carried out in the advance direction 41 start.

Die Funktion des Antriebs für das AbrSumwerkzeug 6 wird anhand der Fig. 3 und 4 erklärt. Der Ankerstromrichter 15 und der Feldstromrichter 17 werden von der Drehstromeinspeisung 14 versorgt. Die heiden Stromrichter 15, 17 speisen den Anker- und Feldkreis des Antriebsmotors 8 mit einer veränderlichen Gleichspannunq.The function of the drive for the AbrSumwerkzeug 6 is based on the Figs. 3 and 4 are explained. The armature converter 15 and the field converter 17 are supplied by the three-phase power supply 14. The two power converters 15, 17 feed the armature and field circuit of the drive motor 8 with a variable DC voltage.

Die Drehzahlsollwertvorgabe, die sich nach der !laterlalbeschaffenheit der Ortsbrust richtet, kann manuell durch Einstellung des Sollwertpotentiometers 27 erfolgen.The speed setpoint specification, which depends on the lateral properties the face can be adjusted manually by adjusting the setpoint potentiometer 27 take place.

Der Regler 22 erhält den Istwert der nXotordrehzahl durch den am rotor 8 angebauten Tachogenerator 25 in Form einer der Drehzahl proportionalen Spannung. Im regler 22 selbst findet ein Drehzahl-Soll-Istwertvergleicll statt. Die Soll-Istwertdifferenz wird als Reglerausgangsgröße über die Leitung 29 dem Feldstromrichter 17 als Ansteuerungswert zugeführt. Der Feldstromrichter 17 giht eine dem Ansteuerungswert pronortionale Gleichspannung auf die Nebenschlußwicklung 38 des Antrielzsmotors 8. Dadurch stellt sich die Drehzahl des Motors 3 auf die vorgegebene Drehzahl ein. Um den Gleichstrommotor 8 vor zu hoher Stornaufnahme zu schützen, wird dieser Stom im Nebenwiderstand 19 in eine stromproportionale Spannung umgewandelt und ebenfalls dem Regler 22 zugeführt, wodurch die Strombegrenzung über die Leitung 28 auf den Ankerstromrichter 15 wirkt.The controller 22 receives the actual value of the nXotor speed from the on the rotor 8 attached tachometer generator 25 in the form of a voltage proportional to the speed. A speed-target-actual value comparison takes place in the controller 22 itself. The set-actual value difference is used as the controller output variable via the line 29 to the field converter 17 as the control value fed. The field converter 17 gives a pronortional to the control value DC voltage to the shunt winding 38 of the drive motor 8. This sets the speed of the motor 3 to the predetermined speed. To the DC motor 8 to protect against excessive cancellation, this current is in shunt resistance 19 converted into a current-proportional voltage and also fed to the controller 22, whereby the current limitation acts on the armature converter 15 via the line 28.

Wenn,wie in dem vorliegenden Beispiel,mehrere Antrieb motoren 8 vorgesehen sind, die sowohl von ein und demselben Ankerstromrichter 15 als auch von ein und demselben Feldstromrichter 17 gemeinsam gespeist werden und starr miteinander gekupnelt sind, dann sind die Motoren 8 mit je einer Hilfsreihenschlußwicklung 37 und je einer Kompensationswicklung 36 ausgestattet, um möglichst gute Gleichlastverteilung zu gewährleisten.If, as in the present example, several drive motors 8 are provided are that both of one and the same armature converter 15 and of one and the same field converter 17 are fed together and rigidly coupled to one another are, then the motors 8 each with an auxiliary series winding 37 and one each Equipped compensation winding 36 in order to achieve the best possible uniform load distribution guarantee.

Weiterhin wird eine bessere Drehzahlstabilität erreicht.Furthermore, a better speed stability is achieved.

Durch die Kompensationswicklung 36 läßt sich außerdem durch Herabsetzen der Stomwärmeverluste (kleiner Ankerwiderstand) der Wirkungsgrad des Gleichstommotors 8 verbessern.The compensation winding 36 can also be reduced by reducing the current heat losses (small armature resistance) the efficiency of the DC motor 8 improve.

LeerseiteBlank page

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Driving device with a one Extraction or

Clearing tool in rotation drive, d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the drive consists of a direct current motor (8), wherein between the motor (8) and the extraction or. Clearing tool (6) only a reduction gear (7) with a constant reduction ratio is provided.

2. Propulsion device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the motor (8) is a direct current shunt motor, its The speed can be adjusted by changing the excitation voltage.

3. Propulsion device according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e it does not indicate that the change in the excitation voltage is caused by a converter (17) takes place.

4. Device according to claim 1 or one of the present claims, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the motor has an auxiliary series winding (37).

5. Device according to claim 1 or one of the present claims, it is clear that the motor has a compensation winding (36i has.