RU2087396C1

RU2087396C1 - Drag conveyer drive and device for torque measurement

Info

Publication number: RU2087396C1
Application number: RU95113834A
Authority: RU
Inventors: П.Г. Сидоров; С.В. Козлов; А.К. Скурвидас; В.Е. Иванов; В.В. Губарев; В.В. Сурков
Original assignee: Тульский государственный технический университет; Сидоров Петр Григорьевич; Козлов Сергей Владимирович
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1997-08-20

Abstract

FIELD: conveyer equipment for mining industry at drive operation in extreme conditions. SUBSTANCE: the drive uses an electric motor, reduction gear, multidisk friction clutch with an electromagnetic control installed on the input shaft of the reduction gear, drive sprocket unit with a hollow shaft installed on its input shaft carrying drive gear-wheels engaged with the gear-wheel of the reduction gear output shaft by means of gear cardan shafts and gear-wheel of the input shaft of the drive sprocket unit. The hollow shaft is furnished with a device for torque measurement, using two variable-induction pickups spaced at a fixed distance, the pickup-inductors are made in the form of an extension of the hollow shaft gear-wheel rims shortened on the primary surface, and magnetic circuits made in the form of ring-shaped chutes, whose lateral walls have teeth and shortened on the primary surface. An excitation coil and signal coil are positioned circumferentially inside the chutes. The output of the pickups is connected to the electromagnetic clutch control unit via an electronic circuit. EFFECT: improved design. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному оборудованию для горной промышленности, а именно к забойным приводам скребковых конвейеров и к пуско-защитным устройствам для них. The invention relates to transport equipment for the mining industry, namely, downhole drives of scraper conveyors and to start-up protective devices for them.

Известен привод скребкового конвейера, содержащий электродвигатель, редуктор с дифференциальным механизмом, выполненным в виде внешнего колеса и водила с сателлитами, входной вал которого с закрепленным на нем колесом соединен с электродвигателем, а выходной с блоком приводной звездочки, электромагнитную муфту скольжения, установленную соосно входному валу редуктора, индукторы которой установлены на полом соосном входному валу редуктора, несущим шестерню, которая через паразитные шестерни, закрепленными на корпусе муфты, взаимодействует с внешним колесом [1]
Недостатком данного привода является то, что при перегрузках на конвейере, например, при встрече скребка тяговой цепи конвейера с жестким препятствием, прежде чем электромагнитная муфта, управляемая по току двигателя, отключится, произойдет нагружение всей силовой трансмиссии, что приводит к ее поломке. Кроме того, в данном приводе размыкание кинематической цепи силовой трансмиссии осуществляется на опорном колесе планетарной ступени, что приводит к усложнению в целом трансмиссии из-за введения дополнительной кинематической цепи, связывающей индуктор муфты с опорным венцом, которая вводится для уменьшения габаритов муфты. К тому же данное решение конструктивно трудно осуществить, так как при больших мощностях двигателя (а следовательно, большом моменте на внешнем колесе) значительно увеличиваются габариты муфты или усложняется дополнительная кинематическая цепь.A known scraper conveyor drive comprising an electric motor, a gearbox with a differential mechanism made in the form of an external wheel and a carrier with satellites, the input shaft of which with the wheel mounted on it is connected to the electric motor, and the output shaft with the drive sprocket block, an electromagnetic sliding clutch mounted coaxially with the input shaft gearbox, the inductors of which are mounted on a hollow coaxial input shaft of the gearbox carrying the gear, which, through spurious gears, mounted on the coupling body, interacts exists with the outside wheel [1]
The disadvantage of this drive is that in case of overloads on the conveyor, for example, when the scraper of the conveyor traction chain meets a hard obstacle, before the electromagnetic clutch controlled by the motor current is disconnected, the entire power transmission will be loaded, which leads to its breakdown. In addition, in this drive, the opening of the kinematic chain of the power transmission is carried out on the support wheel of the planetary stage, which leads to complication of the whole transmission due to the introduction of an additional kinematic chain connecting the coupling inductor to the support ring, which is introduced to reduce the dimensions of the coupling. In addition, this solution is structurally difficult to implement, since with large engine powers (and therefore a large moment on the outer wheel), the dimensions of the coupling increase significantly or an additional kinematic chain is complicated.

Известен привод скребкового конвейера, который выбран в качестве прототипа для заявляемого привода. Данный привод содержит электродвигатель, редуктор с дифференциальным механизмом, выполненным в виде внешнего и внутреннего центральных колес, электромагнитную муфту скольжения и блок приводной звездочки, причем электродвигатель и электромагнитная муфта скольжения через редуктор соединены в параллельные кинематические ветви и связаны между собой центральными колесами [2]
Несмотря на то, что данная конструкция по компановке более удачна, чем предшествующая, однако она имеет те же недостатки по низкой надежности защиты привода от перегрузок на конвейере и имеет более сложную дополнительную кинематическую цепь, связывающую индуктор электромагнитной муфты с опорным венцом.Known drive scraper conveyor, which is selected as a prototype for the inventive drive. This drive contains an electric motor, a gearbox with a differential mechanism made in the form of external and internal central wheels, an electromagnetic sliding clutch and a drive sprocket block, the electric motor and an electromagnetic sliding clutch through the gearbox being connected in parallel kinematic branches and interconnected by central wheels [2]
Despite the fact that this arrangement is more successful than the previous one, however, it has the same disadvantages in terms of low reliability of the drive overload protection on the conveyor and has a more complex additional kinematic circuit connecting the electromagnetic clutch inductor with the support ring.

Известно устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала, содержащее две магнитные системы, установленные в разных сечениях измерительного вала и выполненные в виде зубчатых индукторов, связанных по магнитному потоку с датчиками, снабженными сигнальными катушками [3]
Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и точность измерения, обусловленная как особенностями конструкции самих датчиков, так и погрешностями, вызванными сопряжением измерительного вала с элементами привода.A device for measuring the torque of a rotating shaft is known, containing two magnetic systems installed in different sections of the measuring shaft and made in the form of gear inductors connected by magnetic flux to sensors equipped with signal coils [3]
The disadvantage of this device is the low sensitivity and accuracy of the measurement, due to both the design features of the sensors themselves and the errors caused by the coupling of the measuring shaft with the drive elements.

Известно устройство для измерения крутящего момента полого вала, которое взято в качестве прототипа для заявляемого устройства измерения крутящего момента. Известное устройство содержит полый вал, снабженный элементом привода, штангу, размещенную внутри полого вала, одним концом соединенную с валом с помощью разъемного соединения, а вторым концом жестко скрепленной с элементом привода, установленного в подшипнике на валу, датчик угла, размещенный на элементе привода [1]
Однако данное устройство не обеспечивает требуемой чувствительности датчиков угла поворота и точности измерения из-за погрешностей при сборке устройства, в частности разъемного шлицевого соединения. К тому же устройство имеет низкую надежность в работе из-за того, что силовая нагрузка на приводную звездочку передается через штангу-торсион и шлицевое соединение.A device for measuring the torque of a hollow shaft, which is taken as a prototype for the inventive device for measuring torque. The known device comprises a hollow shaft provided with a drive element, a rod located inside the hollow shaft, connected at one end to the shaft by means of a detachable connection, and a second end rigidly fastened to the drive element mounted in the bearing on the shaft, an angle sensor placed on the drive element [ 1]
However, this device does not provide the required sensitivity of the angle sensors and measurement accuracy due to errors in the assembly of the device, in particular a split splined connection. In addition, the device has low reliability due to the fact that the power load on the drive sprocket is transmitted through the torsion bar and spline connection.

Задачей изображения является повышение показателей надежности работы привода на основе облегчения условий запуска привода, надежной его защиты в экстремальных ситуациях путем более точного определения превышения крутящего момента на выходном валу редуктора критического значения. The objective of the image is to increase the reliability of the drive based on the facilitation of the conditions for starting the drive, its reliable protection in extreme situations by more accurately determining the excess torque on the output shaft of the critical value gearbox.

Задача решается тем, что в приводе скребкового конвейера, содержащем электродвигатель, редуктор, сцепную электромагнитную муфту, блок приводной звездочки и блок управления электромагнитной муфтой, на входном валу блока приводной звездочки установлен с возможностью поворота полый вал, несущий приводные зубчатые колеса, которые разнесены на фиксированном расстоянии и соединены зубчатыми карданами соответственно с зубчатым колесом выходного вала редуктора и зубчатым колесом входного вала блока приводной звездочки. Кроме того, полый вал снабжен устройством измерения крутящего момента, а муфта выполнена многодисковой фрикционной с электромагнитным управлением и установлена на входном валу редуктора, и ее блок управления соединен через электронную схему с выходом устройства измерения крутящего момента. The problem is solved in that in the drive of the scraper conveyor containing an electric motor, a gearbox, a coupling electromagnetic coupling, a drive sprocket block and a control unit of an electromagnetic coupling, a hollow shaft carrying drive gears that are spaced apart on a fixed shaft is rotatably mounted on the input shaft of the drive sprocket block distance and are connected by gear driveshafts respectively to the gear wheel of the output shaft of the gearbox and the gear wheel of the input shaft of the drive sprocket block. In addition, the hollow shaft is equipped with a torque measuring device, and the clutch is multi-plate friction with electromagnetic control and is mounted on the input shaft of the gearbox, and its control unit is connected via an electronic circuit to the output of the torque measuring device.

В данном приводе может быть использован любой известный датчик измерения крутящего момента полого вала. Однако для более точного и надежного определения превышения предельного значения крутящего момента и повышения надежности работы всего привода целесообразно использовать устройство измерения крутящего момента, содержащее полый вал, несущий элементы привода, разнесенные на расстоянии одно от другого, индуктивные датчики с зубчатыми индукторами, содержащие катушку возбуждения и сигнальную катушку, электрическую схему выделения фазового сдвига выходных сигналов с сигнальных катушек. При этом в устройстве элементы привода выполняют в виде двух идентичных зубчатых колес, закрепленных на полом валу с совпадением их профилей в одной проекции, а индукторы датчиков выполняют в виде продолжения зубчатого венца зубчатых колес привода, укороченного по делительной поверхности. Магнитопроводы датчиков выполняют в виде желобчатых колец с внешнем дном, на боковых стенках которых выполнены совпадающие в одной проекции зубья с модулем, равным модулю зубьев индуктора и укороченные по делительной поверхности, а внутри желобов по окружности размещают катушку возбуждения и сигнальную катушку. Данное устройство для измерения крутящего момента может быть использовано и в других системах измерения. Any known hollow shaft torque measurement sensor may be used in this drive. However, for a more accurate and reliable determination of exceeding the limit value of the torque and improving the reliability of the entire drive, it is advisable to use a torque measuring device containing a hollow shaft, bearing drive elements spaced apart from one another, inductive sensors with gear inductors containing an excitation coil and a signal coil, an electrical circuit for extracting a phase shift of the output signals from the signal coils. At the same time, in the device, the drive elements are made in the form of two identical gears fixed to the hollow shaft with the coincidence of their profiles in one projection, and the sensor inductors are made in the form of a continuation of the gear ring of the gears of the drive shortened along the pitch surface. The magnetic circuits of the sensors are made in the form of grooved rings with an external bottom, on the side walls of which teeth are made matching in one projection with a module equal to the modulus of the teeth of the inductor and shortened along the pitch surface, and inside the gutters, a field coil and a signal coil are placed around the circumference. This device for measuring torque can be used in other measurement systems.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурно-кинематическая схема привода; на фиг. 2 продольный разрез устройства для измерения крутящего момента; на фиг. 3 вид А-А на фиг. 1; на фиг. 4 вид Б-Б на фиг. 1 в момент деформации полого вала; на фиг. 5 - электрическая схема соединения индуктивных датчиков с блоком управления электромагнитной муфтой. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a structural kinematic diagram of a drive; in FIG. 2 is a longitudinal section of a device for measuring torque; in FIG. 3 is a view AA in FIG. one; in FIG. 4 is a view of BB in FIG. 1 at the time of deformation of the hollow shaft; in FIG. 5 is a wiring diagram for connecting inductive sensors to an electromagnetic clutch control unit.

Привод к скребковому конвейеру содержит электродвигатель 1, силовой редуктор 2 с шестипоточной ступенью на выходе и рядовой конической ступенью на входе. На входном валу редуктора 3 установлено пуско-защитное устройство в виде многодисковой фрикционной с электромагнитным управлением муфты 4. На входном валу 5 блока приводной звездочки 6 установлен полый вал 7 с идентичными зубчатыми колесами 8 и 9, которые разнесены на фиксированном расстоянии и соединены зубчатыми карданами 10 и 11 соответственно с зубчатым колесом 12 входного вала блока приводной звездочки 6 и зубчатым колесом 13 выходного вала редуктора. Полый вал 7 установлен на входном валу 5 блока приводной звездочки с возможностью поворота за счет установки его на упорных медных втулках 14. Кроме того, полый вал 7 снабжен устройством для измерения крутящего момента 15, которое состоит из того же полого вала 7 с установленными на нем на фиксированном расстоянии идентичными зубчатыми колесами 8 и 9 и двух индукционных датчиков. Индукторы 16 и 17 датчиков выполнены в виде продолжения зубчатого венца зубчатых колес 8 и 9 привода, укороченного на делительной поверхности. Магнитопроводы 18 и 19 датчиков выполнены в виде желобчатых колец с внешним дном, на боковых стенках которых выполнены совпадающие в одной проекции зубья 20 и 21 с модулем, равным модулю зубьев индукторов 16 и 17, и укороченные по делительной поверхности. Магнитопроводы 18 и 19 установлены с зазором 6 по отношению к индукторам 16 и 17. Внутри желобчатых магнитопроводов 18 и 19 по окружности размещены катушки возбуждения 22 и 23 и сигнальные катушки 24 и 25. Сигнальные катушки 24 и 25 соединены встречно, и их выход соединен через интегратор 26 с входом компаратора 27, второй вход которого соединен с задатчиком 28 предельного значения крутящего момента. Выход компаратора 27 соединен через триггер 29 и электронный ключ 30 с блоком управления электромагнитной муфтой 31. The drive to the scraper conveyor contains an electric motor 1, a power reducer 2 with a six-threaded step at the outlet and an ordinary conical step at the inlet. On the input shaft of the gearbox 3, a start-up protective device is installed in the form of a multi-plate friction clutch with electromagnetic control of the coupling 4. On the input shaft 5 of the drive sprocket block 6, a hollow shaft 7 with identical gears 8 and 9, which are spaced apart at a fixed distance and connected by gear driveshafts 10, is installed and 11, respectively, with the gear 12 of the input shaft of the drive sprocket block 6 and the gear 13 of the output shaft of the gearbox. The hollow shaft 7 is mounted on the input shaft 5 of the drive sprocket block with the possibility of rotation by installing it on the thrust copper bushings 14. In addition, the hollow shaft 7 is equipped with a torque measuring device 15, which consists of the same hollow shaft 7 with mounted on it at a fixed distance with identical gears 8 and 9 and two induction sensors. Inductors 16 and 17 of the sensors are made in the form of a continuation of the gear rim of the gears 8 and 9 of the drive, shortened on the dividing surface. The magnetic circuits 18 and 19 of the sensors are made in the form of grooved rings with an external bottom, on the side walls of which teeth 20 and 21 are made in the same projection with a module equal to the modulus of the teeth of the inductors 16 and 17, and shortened along the dividing surface. The magnetic cores 18 and 19 are installed with a gap 6 with respect to the inductors 16 and 17. Inside the grooved magnetic cores 18 and 19, the excitation coils 22 and 23 and the signal coils 24 and 25 are arranged around the circumference. The signal coils 24 and 25 are connected in the opposite direction, and their output is connected through an integrator 26 with the input of the comparator 27, the second input of which is connected to the setpoint 28 of the torque limit value. The output of the comparator 27 is connected via a trigger 29 and an electronic key 30 to the control unit of the electromagnetic clutch 31.

Электронная схема управления электромагнитной муфтой может иметь различные исполнения и не является предметом изобретения. Привод закреплен на кронштейне 32. The electronic control circuit of the electromagnetic clutch may have various designs and is not the subject of the invention. The drive is mounted on an arm 32.

Привод работает следующим образом. The drive operates as follows.

Подается напряжение на электродвигатель 1, и двигатель вхолостую выводится на стационарную характеристику. Подается напряжение на катушку фрикционной сцепной муфты 4, и происходит сцепление ротора двигателя 1 с силовой трансмиссией редуктора 2, при этом обеспечивается линейное нарастание движущего момента за счет управления индуктивностью катушки муфты. Муфта 4 работает исключительно в сцепном режиме. Полный нагрузочный момент с зубчатого колеса 13 редуктора 2 через зубчатый кардан 11 передается зубчатому колесу 9 полого вала 7 и далее нагрузочный момент с полого вала 7 через его зубчатое колесо 8, зубчатый кардан 10, зубчатое колесо 12 входного вала 5 передается на вход блока приводной звездочки 6 тяговой цепи скребкового конвейера. A voltage is applied to the electric motor 1, and the engine idle is displayed on a stationary characteristic. A voltage is applied to the coil of the friction coupler 4, and the rotor of the engine 1 is engaged with the power transmission of the gearbox 2, while the linear increase in torque due to the control of the inductance of the clutch coil is ensured. Clutch 4 operates exclusively in coupling mode. The full load moment from the gear wheel 13 of the gearbox 2 is transmitted through the gear shaft 11 to the gear wheel 9 of the hollow shaft 7, and then the load moment from the hollow shaft 7 is transmitted through its gear wheel 8, the gear shaft 10, the gear wheel 12 of the input shaft 5 is transmitted to the input of the drive sprocket block 6 traction chain scraper conveyor.

Благодаря тому, что полый вал 7 установлен на валу 5 с возможностью поворота, а также потому, что его зубчатые колеса 8 и 9 связаны соответственно с зубчатым колесом 12 и зубчатым колесом 13 зубчатыми карданами 10 и 11, он передает только крутящий момент и освобожден от паразитных нагрузок. Due to the fact that the hollow shaft 7 is mounted on the shaft 5 with the possibility of rotation, and also because its gears 8 and 9 are connected respectively with the gear wheel 12 and the gear wheel 13 by the gear drives 10 and 11, it transmits only torque and is freed from spurious loads.

Устройство для измерения крутящего момента 15 работает следующим образом. A device for measuring torque 15 operates as follows.

При вращении полого вала 7 изменяется зазор между соседними зубцами индукторов 16 и 17 и зубьями 20 и 21 желобчатых колец магнитопроводов 18 и 19, что приводит к изменению взаимной индуктивности между катушками 22 и 24, 23 и 25. При отсутствии измеряемого момента (деформации полого вала 7) наводимые ЭДС еl в катушке 24 совпадает на фазе с ЭДС е2 в катушке 25. When the hollow shaft 7 rotates, the gap between the adjacent teeth of the inductors 16 and 17 and the teeth 20 and 21 of the grooved rings of the magnetic circuits 18 and 19 changes, which leads to a change in the mutual inductance between the coils 22 and 24, 23 and 25. In the absence of a measured moment (deformation of the hollow shaft 7) induced EMF el in coil 24 coincides in phase with EMF e2 in coil 25.

При аварийных ситуациях (перегрузка на приводной звездочке 6), полый вал 7 деформируется (скручивается), и магнитопровод 17 поворачивается относительно магнитопровода 16 на угол закручивания γ. В этом случае между еl и е2 появляется угол сдвига, пропорциональный измеряемому моменту. In emergency situations (overload on the drive sprocket 6), the hollow shaft 7 is deformed (twisted), and the magnetic circuit 17 is rotated relative to the magnetic circuit 16 by a twist angle γ. In this case, a shift angle proportional to the measured moment appears between el and e2.

Электронной схемой разность двух ЭДС, еl и е2, преобразуется в пропорциональное моменту постоянное напряжение в интеграторе 26. Компаратор 27 сравнивает это напряжение с заданным задатчиком 28 и в случае достижения этого значения критического, компаратор 27 вырабатывает сигнал, который опрокидывает триггер 29 и закрывает электронный ключ 30, который в свою очередь обесточивает катушку 31 электромагнитной фрикционной муфты сцепления 4. By the electronic circuit, the difference between the two EMFs, el and e2, is converted into a constant voltage proportional to the moment in the integrator 26. The comparator 27 compares this voltage with the given setpoint 28 and, if this value is critical, the comparator 27 generates a signal that trips the trigger 29 and closes the electronic key 30, which in turn de-energizes the coil 31 of the electromagnetic friction clutch 4.

Муфта 4 разъединяет вал двигателя с входным валом редуктора, освобождая силовую трансмиссию от нагрузки. Clutch 4 disconnects the motor shaft from the input shaft of the gearbox, freeing the power transmission from the load.

Выполнение магнитопроводов 16 и 17 как продолжение зубчатых венцов колес привода 8 и 9 позволяет изготавливать их за один проход вместе с зубчатыми колесами, что повышает точность индуктивных датчиков, а выполнение магнитопроводов 18 и 19 в виде желобчатых колес с зубьями на боковых сторонах повышает высокую чувствительность датчиков в пределах 0,1-0,3^o.The implementation of the magnetic circuits 16 and 17 as a continuation of the gear rims of the wheels of the drive 8 and 9 allows them to be manufactured in one pass along with the gears, which increases the accuracy of inductive sensors, and the implementation of the magnetic circuits 18 and 19 in the form of grooved wheels with teeth on the sides increases the high sensitivity of the sensors in the range of 0.1-0.3 ^o .

Использование заявленного привода позволяет повысить надежность его защиты от перегрузок, включая ситуации при мгновенном стопорении транспортной цепи; исключить вероятности аккумулирования кинетической энергии системы в очаге аварии. Кроме того, надежность привода повышается за счет предложенного конструктивного исполнения устройства для измерения крутящего момента, которое позволяет упростить технологию его изготовления и сборки и тем самым исключить связанные с ними погрешности измерения. The use of the claimed drive can improve the reliability of its protection against overloads, including situations with instantaneous locking of the transport chain; eliminate the probability of accumulation of kinetic energy of the system in the accident center. In addition, the reliability of the drive is improved due to the proposed design of the device for measuring torque, which allows to simplify the technology of its manufacture and assembly and thereby eliminate the associated measurement errors.

Claims

1. The drive of the scraper conveyor, comprising an electric motor, a gearbox, a coupling electromagnetic coupling, a drive sprocket block and an electromagnetic coupling control unit, characterized in that the drive is provided with a hollow shaft mounted to rotate on the input shaft of the drive sprocket block and carrying gears that are spaced apart at a fixed distance and are connected by gear driveshafts respectively to the gear wheel of the output shaft of the gearbox and the gear wheel of the input shaft of the drive sprocket block, in addition, the hollow shaft is equipped with a torque measuring device, and the clutch is made of a multi-plate friction with electromagnetic control and is mounted on the input shaft of the gearbox, while the output of the torque measuring device through an electronic circuit is connected to the control unit of the electromagnetic clutch.

2. Device for measuring torque, containing a hollow shaft, bearing drive elements spaced apart from one another, two inductive sensors with gear inductors, each of which contains an excitation coil and a signal coil, and an electric circuit for extracting the phase shift of the output signals from the signal coils, characterized in that the drive elements are made in the form of two identical gear rings mounted on a hollow shaft with matching profiles in one projection, the inductor of each sensor is made in the form of extension of the gear rim of the corresponding gear of the drive, shortened along the dividing surface, and the magnetic circuit of each sensor is made in the form of an annular groove, on the side machines of which teeth are made coinciding in the same projection with a module equal to the modulus of the teeth of the inductors shortened along the dividing surface, while the tops of the teeth of each magnetic circuit are directed to the corresponding inductor, and the excitation coil and signal coil are placed inside each trough around its circumference.