一种采煤机永磁半直驱截割传动系统保护装置及方法

1.本发明涉及一种传动系统保护装置及方法，尤其是一种适用于永磁驱动电机与传动齿轮之间的采煤机永磁半直驱截割传动系统保护装置及方法，属采煤机截割部减振保护技术领域。


背景技术：

2.目前，用于采煤机永磁半直驱截割传动系统的永磁同步电机，其动力输出轴直接与传动齿轮连接最终将动力传输到截割滚筒，完成动力传输。但是，针对采煤机永磁半直驱截割传动系统所处特殊工况，其工作过程中负载变化范围较大，在强冲击、大波动载荷作用下永磁同步电机转子系统容易产生剧烈振动，进而引发永磁同步电机失磁退磁，导致永磁同步电机动力输出不足甚至无法运行，采煤设备寿命缩短甚至直接损毁，频繁更换费时费力，提高了采煤成本，直接影响了采煤机的采煤效率，甚至会出现煤矿安全事故，这对智能化安全采煤造成了严重制约。因此，设计发明一种可以根据负载冲击大小改变自身刚度进而缓冲吸收末端冲击引起的机械振动的保护装置对保护永磁驱动电机以及采煤机安全平稳作业具有重要意义。


技术实现要素：

3.技术问题：本发明的目的是针对现存采煤机永磁半直驱截割传动系统无法适应大负载变化而带来的本身结构破坏，影响电机寿命问题，提供一种采煤机永磁半直驱截割传动系统保护装置及方法，以解决采煤机永磁半直驱截割传动系统的永磁驱动电机受冲击容易失磁，导致驱动电机动力不足，装置无法运行的问题，从而保证采煤机永磁半直驱截割传动系统平稳运行，延长其使用寿命。
4.技术方案：本发明的一种采煤机永磁半直驱截割传动系统保护装置，包括驱动齿轮、传动轴、动力输出轴和上位机，所述的动力输出轴与传动轴之间设有一中间保护装置，所述的中间保护装置包括外罩、液压缸、轴承、档位轴辐板、档位轴、弹簧安装座、耳板、弹簧、端盖、复位弹簧和动力输出轴轴承；所述动力输出轴轴承、复位弹簧和档位轴依次套装在动力输出轴上，端盖固定在动力输出轴轴承上，所述的液压缸缸体固定在外罩内的中部，液压缸活塞杆经轴承套装连接在档位轴内，所述的传动轴设在外罩外端中部，动力输出轴、液压缸和传动轴同在一轴线上；所述的档位轴上间隔依次设有空档、两辐板档位和四辐板档位的三个档位；位于前部的两辐板档位的两个辐板成180
°
分布对称设在档位轴上，位于前部的四辐板档位的四个辐板成90
°
分布对称设在档位轴上，每个辐板的端部均设有滑槽，与档位轴中部相对位置处的外罩内壁上设有成90
°
分布的四个直角弹簧安装座，四个直角弹簧安装座之间设有在同一平面上的四组弹簧，四组弹簧的中部均设有一耳板，每组弹簧为两个，两两相对，两个弹簧一端固定在耳板上，另一端固定在直角弹簧安装座上，每个耳板面向档位轴一侧上均设有与辐板滑动配合的滑道，液压缸上设有与上位机相连的行程控制器，通过上位机控制液压缸的活塞杆伸缩以及在复位弹簧的作用下实现档位的切换，改
变中间保护装置的总体刚度，从而实现采煤机永磁半直驱截割传动系统的保护。
5.所述的传动轴焊接固定在外罩上，传动轴与驱动齿轮以键连接形式连接。
6.所述的传动轴上设有与上位机相连的力矩传感器。
7.所述弹簧的刚度为180
‑
220n/mm。
8.所述档位轴上的四辐板档位与两辐板档位的轴向距离为8～12cm，两辐板档位与后部空挡位的轴向距离为8～12cm。
9.一种利用上所述采煤机永磁半直驱截割传动系统的保护方法，包括以下步骤：
10.a.在采煤机开始运作前，通过上位机控制液压缸上的活塞推动活塞杆伸缩，档位轴中部的两辐板档位的辐板端部滑槽进入到耳板的滑道内，将档位轴切换成两辐板档位状态；
11.b.工作时，动力输出轴在采煤机截割部驱动电机动力驱动后，动力通过中间保护装置经传动轴传动到驱动齿轮上，带动采煤机工作；
12.c.采煤机截割过程中，扭矩传感器实时监测采煤机工作负载力矩，将信号传至上位机，上位机根据负载力矩大小控制液压缸(4)的活塞前后移动，使活塞杆前后伸缩以及在复位弹簧的作用下实现控制档位轴处于不同档位，改变弹簧接入工作的数量，从而改变中间保护装置的总体刚度，使传动系统变刚度减振，从而实现采煤机永磁半直驱截割传动系统的保护。
13.当负载力矩在0～10000n
·
m范围内时，上位机控制液压缸伸缩，控制档位轴处于档位轴中间两辐板档位，此时总共有两组4个弹簧作用工作；
14.当负载力矩在10000～40000n
·
m时，上位机控制液压缸伸缩，使档位轴后移，切换至档位轴前方四辐板档位，此时四组8个弹簧均作用工作；
15.在两辐板档位或四辐板档位两个档位工作时，通过两组或四组弹簧吸收传动轴负载力矩末端冲击的能量，从而避免负载冲击直接冲击到采煤机截割部驱动电机上，起到柔性缓冲作用；
16.当末端力矩大于40000n
·
m时，上位机控制液压缸伸缩，使档位轴前移，切换至档位轴后方空挡位，此时永磁同步电机不带动负载转动，避免大冲击导致系统失效，从而保护了永磁半直驱截割传动系统。
17.有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能对永磁半直驱截割传动系统起到减振保护作用，该装置可以根据外界负载变化实时调节整体结构刚度，并根据刚度弹簧受力反馈外界负载变化，另外大负载情况下还可中断动力传输，安全性高、实用性强，直接减少了末端冲击对系统的影响，避免了永磁同步电机因末端冲击导致永磁体失磁退磁，永磁电机输出动力不足，甚至无法运行的问题，延长了永磁半直驱截割传动系统的有效工作时间，降低了整体成本。
附图说明：
18.图1为本发明提供的采煤机永磁半直驱截割传动系统保护装置原理示意图。
19.图2为图1内部结构剖视图。
20.图3为图2中的a
‑
a向视图。
21.图中:1
‑
驱动齿轮；2
‑
传动轴；3
‑
外罩；4
‑
液压缸；5
‑
轴承；6
‑
档位轴辐板；7
‑
档位
轴；8
‑
弹簧安装座；9
‑
弹耳板；10
‑
弹簧；11
‑
端盖；12
‑
力矩传感器；13
‑
复位弹簧；14
‑
动力输出轴轴承；15
‑
动力输出轴；16
‑
上位机。
具体实施方式
22.下面结合附图中的实施例对本发明作进一步描述：
23.本发明的采煤机永磁半直驱截割传动系统保护装置，主要由驱动齿轮1、传动轴2、动力输出轴15、中间保护装置和上位机16构成，所述的中间保护装置设在动力输出轴15与传动轴2之间，所述的中间保护装置包括外罩3、液压缸4、轴承5、档位轴辐板6、档位轴7、弹簧安装座8、耳板9、弹簧10、端盖11、复位弹簧13和动力输出轴轴承14；所述动力输出轴轴承14、复位弹簧13和档位轴7依次套装在动力输出轴15上，用于档位轴7的复位。端盖11固定在动力输出轴轴承14上，所述的液压缸4缸体固定在外罩3内的中部，液压缸4活塞杆经轴承5套装连接在档位轴7内，并与档位轴7配合，发生相对转动；所述的传动轴2设在外罩3外端中部，焊接固定，传动轴2与驱动齿轮1以键连接形式连接，传动轴2上设有与上位机16相连的力矩传感器12；动力输出轴15、液压缸4和传动轴2同在一轴线上；所述的档位轴7上间隔依次设有空档位、两辐板档位和四辐板档位的三个档位，档位轴7上的四辐板档位与两辐板档位的轴向距离为8～12cm，两辐板档位与空挡位的轴向距离为8～12cm。位于中部的两辐板档位处设有成180
°
分布对称设在档位轴7上的两个辐板，位于前部的四辐板档位处设有成90
°
分布对称设在档位轴7上的四个辐板，每个辐板的端部均设有滑槽，与档位轴7中部相对位置处的外罩3内壁上设有成90
°
分布的四个直角弹簧安装座8，四个直角弹簧安装座8之间设有在同一平面上呈方形的四组弹簧10，所述弹簧10的刚度为180
‑
220n/mm，四组弹簧10的中部均设有一耳板9，每组弹簧为两个，两两相对，两个弹簧一端固定在耳板9上，另一端固定在直角弹簧安装座8上，四组弹簧10传动过程中的八根弹簧主要用于吸收载荷冲击和反馈受力变化。每个耳板9面向档位轴7一侧上均设有与辐板滑动配合的滑道，用于与档位轴7上的档位轴辐板6配合，实现动力传输。液压缸4上设有与上位机16相连的行程控制器，通过上位机控制液压缸4的活塞杆伸缩改变档位变化，并在复位弹簧13的作用下实现档位的切换，通过两辐板档位或四辐板档位参与工作的弹簧数量，可以在运转过程中吸收负载变化带来的冲击，起到柔性启动和冲击缓冲的效果，进而保护电机。改变中间保护装置的总体刚度，从而实现采煤机永磁半直驱截割传动系统的保护。
24.本发明的采煤机永磁半直驱截割传动系统保护方法，具体步骤如下：
25.a.在采煤机开始运作前，通过上位机16控制液压缸4上的活塞推动活塞杆伸缩，档位轴7中部的两辐板档位的辐板端部滑槽进入到耳板9的滑道内，将档位轴切换成两辐板档位状态；
26.b.工作时，动力输出轴15在采煤机截割部驱动电机动力驱动后，动力通过中间保护装置经传动轴2传动到驱动齿轮1上，带动采煤机工作；
27.c.采煤机截割过程中，扭矩传感器12实时监测采煤机工作负载力矩，将信号传至上位机16，上位机16根据负载力矩大小控制液压缸4活塞的前后移动，使活塞杆前后伸缩以及在复位弹簧13的作用下实现控制档位轴7处于不同档位，通过改变活塞杆的伸缩量实现档位轴7上的档位切换，改变弹簧接入工作的数量，从而改变中间保护装置的总体刚度，使传动系统变刚度减振，从而实现采煤机永磁半直驱截割传动系统的保护。
28.当负载力矩在0～10000n
·
m范围内时，上位机16控制液压缸4伸缩，控制档位轴7处于档位轴7中间两辐板档位，此时总共有两组4个弹簧作用工作；
29.当负载力矩在10000～40000n
·
m时，上位机16控制液压缸4伸缩，使档位轴后移，切换至档位轴7前方四辐板档位，此时四组8个弹簧均作用工作；
30.在两辐板档位或四辐板档位两个档位工作时，通过两组或四组弹簧吸收传动轴2负载力矩末端冲击的能量，从而避免负载冲击直接冲击到采煤机截割部驱动电机上，起到柔性缓冲作用；
31.当末端力矩大于40000n
·
m时，上位机16控制液压缸4伸缩，使档位轴7前移，切换至档位轴7后方的空挡位，此时永磁同步电机不带动负载转动，避免大冲击导致系统失效，从而保护了永磁半直驱截割传动系统。