基于雙電機驅動的采煤機截割部采研究

吳峰+楊磊+陳亞鵬

摘 要：采煤機截割部采用雙電機串聯驅動具有驅動功率大、機身高度低的優勢，分析了截割部工作機構在交變載、階躍載荷和沖擊載荷作用下，系統剛度、雙電動機間連接剛度和雙電機的機械特性差異對電機同步性的影響但比較突出的問題是其傳動齒輪、軸承或電動機的損壞概率要比單電機驅動系統大得多，故從動力學角度對采煤機截割部雙電機串聯驅動系統動態特性進行研究具有很重要的現實意義。

關鍵詞：采煤機；截割部；雙電機串聯驅動

引言：近幾年隨著礦山機械自動化的發展，采煤機的設計有了巨大的改進，采用雙電機機械串接驅動方式廣泛出現，這種布局方式的優點是在不增加機身高度的條件下，截割功率得到成倍增加，同時具有機面高度低、采高范圍大、適應性好等特點。

1截割部機械傳動系統力學模型

目前我國采煤機截割部應用單電機驅動主要是中、厚煤層采煤機，而薄煤層采煤機由于受到空間尺寸的限制，大功率薄煤層采煤機截割部采用雙電機串聯驅動居多，如圖 1所示，為了更好的研究采煤機系統動態特性，在此分別建立了雙電機串聯驅動和單電機驅動的數學模型，并分析其動態特性的差異。在本模型中，把采煤機截割電機作為驅動動力，截割部機械傳動系統依據定軸輪系傳動、惰輪傳動和行星機構傳動等效原則確定其當量轉動慣量，輪系傳動和彈性扭矩軸的剛度，同樣采用等效原則處理，滾筒所受截割阻力等效為模型的負載力矩。

2雙電機傳動穩態運行狀態及機械特性

2.1截割部雙電機系統負載分析

采煤機截割部電機是用于驅動截割傳動部的采煤機的滾筒截齒進行采煤，由于在采煤過程中，采煤機截割電機的負載大小與多種因素有關，如煤層硬度、煤層夾矸厚度、夾矸硬度，采高和牽引速度等等。在諸多因素中只有牽引速度是可控的，其它因素均為不可控自然因素。在采煤過程中，采煤機的牽引速度越快，生產率越高，截割電機的負載越重。在生產過程中既要充分發揮采煤機的生產力又要保證截割電機的安全，使截割電機保持滿載而又不過載，這時會根據截割電機的負載情況隨時調節牽引速度，使截割電機的負載恒定在額定功率范圍內。

2.2截割部雙電機傳動系統穩態運行狀態及機械特性分析

雙電機將輸出力矩通過減速器傳遞到滾筒上，驅動滾筒旋轉。傳動系統原理結構示意簡圖如圖2所示

在圖2所示的雙電機傳動系統中，它是由兩臺型號相同的電機 M1和 M2產生轉矩 TM1和 TM2之和 TM，來克服負載滾筒旋轉產生的轉矩 TL進行工作的。在非自然因素正常工作情況下這兩轉矩是平衡的，傳動系統維持恒速轉動，滾筒和電動機均以恒速旋轉，這時傳動系統處于穩定運行狀態。在穩態運行時電動機以額定轉速旋轉發出轉矩經減速器將傳遞給滾筒，帶動滾筒勻速旋轉，而由上述分析可知在牽引速度的控制下，電機的負載恒定在額定功率范圍內，此時滾筒對電機來說為恒轉矩負載。

3采煤機截割部特點

截割傳動部采用雙電機驅動，可在不增加機身高度的情況下，截割功率得到成倍增加，而且可在滿足采煤機原有技術性能指標的同時，通過對截割部電機的實時選擇性運用，可有效避免或減少采煤機輕載的現象。同時，這一驅動方式由于單電機容量降低，可大大減少電動機啟動電流對電網的沖擊，減小采煤機相關電氣設備的選用容量，在某種程度上可減小綜采工作面的設備投資。截割部行星頭采用二級行星齒輪傳動方式，具有效率高的優點，它的單級效率可達 98%以上，體積可比普通圓柱齒輪減速器小 1/4～1/2。該減速器是兩級行星齒輪傳動，每級行星輪個數為 4，采用整體鑄造機體，內齒輪用平鍵裝于機體內，輸出轉架與輸出軸是整體鑄鋼件，輸出軸與聯軸器采用無鍵連接，高速級太陽輪與行星架同時浮動，低速級太陽輪浮動；低速級行星輪軸承使用寬而薄的專用滾動軸承；齒輪及軸承均采用油池和強制循環聯合潤滑。

4雙電機動態運行狀態及動態特性分析

雙電機傳動系統 TM與 n 運行機械特性可近似如圖 3 所示，用直線 1 表示 TM=f（n），采煤機滾筒在正常工作中可看成恒轉矩負載，用直線 2 表示 TL=常數

4總結

通過對雙電機穩態運行機械特性的分析，得出了雙電機串接并聯在穩態運行過程中當負載變化時，雙電機運行機械特性曲線具有向下傾斜的機械特性，并得出了系統穩定運行的工作區間。同時，通過對雙電機動態運行機械特性的分析，得出了當負載變化時，雙電機傳動系統動態過程中轉速 n、轉矩 TM、電流 I 對時間的動態特性及動態運行過程曲線圖。上述研究和分析對雙電機傳動系統的研究有非常重要的意義。

參考文獻：

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