用于输送很重的散装货物或单件货物的连续式输送的制造方法
【专利摘要】用于输送很重的散装货物或单件货物的连续式输送机(例如输送带)包括无接头的输送带(1)，其在驱动辊(2)与导向辊(3)之间环绕运行。驱动辊(2)由多极永磁同步马达(6)来驱动，其在相对很低的额定转速的情况下输出非常高的转矩。同步马达(6)可直接驱动驱动辊(2)，或备选地还通过带有很低的减速系数的单级减速器(15)来驱动驱动辊(2)。根据本发明的驱动部的特征在于惯性矩相比传统的驱动系统可达十分之一。由此在干扰的情况下极大地减小输送带(1)的损坏或甚至断裂的风险，从而使得显著提高运行可靠性。
【专利说明】用于输送很重的散装货物或单件货物的连续式输送机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种连续式输送机(StetigfSrderer),其例如在采矿、露天开采或地下开采中或在船舶、料仓等的装载和卸载中用于输送大量的散装货物，例如沙子、岩石或矿石以及用于输送很重的单件货物(StUckgut)。散装货物或单件货物在此在交付站中被装载到输送牵引器件上且输送至输出站或中转站。
【背景技术】
[0002]连续式输送机的一典型的示例为用于运走压碎的矿石的输送带。输送带在支承在沿纵向延伸的、由钢制型材制成的承载结构中的承载辊上运行。驱动站除了一个或多个驱动轴之外包括至少一个电马达，其主要构造为异步马达且以相对很大的转速(例如1500U/min)运行。与此相比,推进输送带的驱动棍以在5 U/min与100 U/min之间的转速相对缓慢地旋转。因此必须在异步马达与驱动辊之间设置减速器，其典型地实施为多级的圆柱齿轮传动装置或行星齿轮传动装置且具有在15:1与150:1之间的减速比。还使用带有变化的传动比的传动装置，借助于其可调整驱动辊的工作转速。可将驱动马达和如有可能还有减速器集成到驱动辊中作为所谓的鼓形马达。连续式输送机还可包括多个驱动站，例如两个头端站(Kopfstation)和一个或多个中间站,其中，每个驱动站具有一个或两个电马达和相应数量的驱动棍。
[0003]在输送时的干扰作为冲击载荷通过驱动辊导引到传动装置的从动轴上且从从动轴传递到驱动马达中。在更大的干扰的情况下，例如由于散装货物的堵塞或物品的卡住，输送牵引器件可突然短时地停止。但马达的转子、传动装置的轴和齿轮以及与之相联结的驱动辊由于整个驱动系统的很大的惯性继续运动，至少到如此程度，即直至在超过确定的力时发生马达的自动切断或脱离。这可在传动机构、马达以及输送牵引器件中导致剧烈的机械应力，结果损坏牵引器件，例如断裂。为了避免这种不允许的很高的、带有可能损坏输送牵引器件的可能性的冲击载荷，在现有技术中通常在驱动辊与减速器之间安装有过载联结器(Oberlastkupplung),其在超过预定的负载时在高于通常的运行负载的情况下自动打开，因此分开电的驱动部(Antrieb)与驱动辊。
[0004]特别在很大且非常大的连续式输送机(例如，其使用在矿山或露天采矿中)中，输送牵引器件的断裂与对于此时必需的维修的成本和时间的很高的花费相关联，从而使得必须在任何情况下避免这种损伤。触发及时的应急切断的监测和控制系统和过载联接器的结构上的花费相应很高。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的在于如此设计特别用于很重的散装货物或单件货物的连续式输送机使得在其输送时对于干扰更加不敏感且减少输送牵引器件由于这种干扰而过载和损坏的风险。
[0006]本发明基于这样的知识:传统的驱动系统的很大的惯性是由于输送牵引器件在干扰情况下很快在机械方面过载，且因此研发目的是必须减小驱动系统的惯性。
[0007]该目的根据第一项权利要求的特征部分由此实现，即在快速运行的电马达与用法兰连接的多级减速器的部位处使用多极(hochpolig)永磁同步马达,其转速最高为驱动轴的工作转速的15倍，其中，该同步马达输出至少30 kNm的转矩。这种缓慢运行的、带有很高转矩的电马达使得昂贵的多级减速器变得多余。驱动部的作用在驱动辊处的惯性矩由此减小到传统的驱动部的惯性矩的20%以下。驱动系统的动能由于明显更低的马达转速而显著更小。在在输送散装货物或单件货物时有干扰的情况下，相对灵巧的驱动单元反应更快。在输送牵引器件的受外部控制的制动或甚至短时的停止的情况下，可在不允许的很高的力通过驱动辊导入到牵引器件中之前减小或切断马达的驱动力。在故障情况下，例如在在变频器或马达中短路时，出现的冲击力矩明显更小，由此显著降低机械构件的载荷。因此实际上排除了输送牵引器件的变形或甚至断裂，过载联结器是可缺少的。
[0008]在根据本发明的思想的一致且有利的改进方案中，尽可能大大减小驱动部的惯性矩，电马达可直接驱动输送牵引器件的驱动辊。在这种带有很高转矩的旋转式直接驱动部(还称成转矩马达(Torque-Motor))中，马达转速相应于驱动轴的工作转速。减速器因此完全多余，驱动部的惯性矩降低到最小。在这种直接驱动部中，相比于带有快速运行的异步马达和连接在中间的减速器的传统的驱动部，惯性矩可减少至十分之一。
[0009]带有转矩马达的驱动系统的效率大概高了 5%。这意味着更低的能量消耗和更低的冷却功率。对于转矩马达来说，转子冷却不是必需的。
[0010]此处使用的带有很大的极对数量(Polpaarzahl)的同步马达原则上为针对很高的转矩优化的、带有空心轴的大型伺服马达。旋转式直接驱动部或转矩马达迄今主要使用在生产机器中，例如激光切割机、统床和磨床或挤压器，但并未使用在重型运输机械中。
[0011]当马达直接驱动驱动轴时，同步马达的额定转速优选在5 U/min与100 U/min之间，尤其在20 U/min与50 U/min之间。输出的转矩优选在50 kNm与800 kNm之间，尤其在100 kNm至500 kNm之间。带有如此高的转矩的这种缓慢运行的同步马达才能实现直接驱动输送牵引器件。驱动部的功率输出优选在50kW与2000kW之间，尤其在IOOkW至IOOOkW之间。
[0012]如果同步马达通过单级减速器驱动驱动辊，则视减速比而定，优选的额定转速为2至10倍，而由马达输出的转矩优选为大约一半。同样，相比于传统的驱动部，在该情况下得出惯性矩最多显著为五分之一。相比于传统的带有更多的传动级，带有同步马达和单级减速器的驱动部具有明显更少的运动部件。这意味着更高的系统可靠性。带有单级传递装置的转矩马达引起明显更紧凑的驱动部。
[0013]多极同步马达或旋转式直接驱动部可借助于变频器来快速且精确地调节。相比于传统的没有转速调节系统的解决方案，通过使用变频器可得到显著的系统优点:原则上可基于转速和转矩调节优化输送工艺。这包括监测和限制同步马达的转速和转矩以及输送工艺的功率数据，并且此外包括相关地记录实际运行的负载(状态监测)。通过调节输送牵引器件的速度可稳定装载由此实现连续式输送机的稳定且经济的运行。
[0014]对于根据本发明的连续式输送机，优选使用这样的马达，其取决于其极对的数量在在20 Hz与150 Hz之间一优选在5 Hz至100 Hz的范围中一的马达频率的情况下提供必需的马达转速。极对数量优选在6与50之间，尤其为10。【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面根据附图对本发明的实施例进行进一步说明。其中，
图1示意性地在水平剖面图中显示了用于很重的散装货物的输送带；
图2示意性地在俯视图中显示了图1的输送带；
图3在纵剖面图中显示了根据图2的输送带的电马达；
图4在截面图中显示了图3的电马达；
图5显示了带有旋转式直接驱动部的连续式输送机的框图；
图6显示了带有缓慢运行的同步马达和减速器的连续式输送机的框图。
【具体实施方式】
[0016]在图1中作为连续式输送机的示例示意性地示出了输送带。其无接头的输送带I在驱动辊2与导向辊3之间在回路中运行。在输送带I的恰好形成上回行段(Obertrum)的部分上交付有很重的散装货物4，例如矿石或压碎的岩石且在附图中从左向右基本上水平地输送。在输送带I下方布置有托辊5，其支撑输送带I和散装货物4的重量。
[0017]输送带通过缓慢运行的多极同步马达6以很高的转矩来驱动。如可在图2中看出的那样，同步马达6直接驱动输送带的驱动辊2，即没有连接在中间的机械式的传动装置。驱动辊2的工作转速大约为40 U/min,从而同步马达6同样具有40 U/min的额定转速。同步马达6在此输出在300 kNm的范围中的转矩。
[0018]在提高的功率需求的情况下，可使相同类型的第二同步马达与驱动辊2相联结。如果由于空间原因，同步马达6的结构长度受到限制，同样可在驱动辊2与同步马达6之间设置单级减速器，其例如将同步马达6的转速减少至五分之一。
[0019]根据图3和图4的截面图，同步马达6的长约为宽的两倍。以区段结构模块化建造的同步马达6具有在两个端侧的支承盖8a和Sb之间延伸的壳体外罩7。在支承盖8a、8b中存在用于转子轴10的支承9a、9b，转子11坐落在支承上。转子11在其周缘处载有多个磁极12。通过与转子11分开的很窄的气隙，定子13坐落在壳体外罩7中。因此在此涉及内转子(Innenljiufer)。在一侧部(右侧)处从支承盖8b突出的转子轴10与输送带的驱动辊2相联结(参见图2)。
[0020]图5的框图说明了与通过多极永磁同步马达以很高的转矩直接驱动输送带I相联系的优点。
[0021]电子变频器14联接到3相交流网络处且产生可在幅度和频率方面变化的交流电压，其提供到同步马达6的定子上。循环的交变场驱动转子。通过操控变频器14可在零与额定转速之间改变同步马达6的转速，从而可使输送带从静止状态以很高的转矩来运转，而不必在驱动辊2与同步马达6之间在中间连接联结器。相应很小的是驱动部的总惯性矩，其主要包括同步马达6的惯性矩Mm、输送带I连同驱动辊2的惯性矩Mt以及导向辊3的惯性矩Mu。因为同步马达6直接驱动驱动辊2且因此以相对很小的转速运行，所以整个驱动系统的惯性矩Mm明显小于在带有快速运行的异步马达、多级的传动装置以及过载联结器的传统的驱动部中的惯性矩。根据本发明的驱动系统的转换的惯性矩大约为在传统的驱动系统中的惯性矩的十分之一。[0022]驱动链的弹簧特性和阻尼特性同样明显更好。原则上仅包括同步马达6和驱动辊2的驱动系统由于机械的弹性不仅在轴向方向上而且在径向方向上能够抵抗扭转振动。马达的弹性的弹簧刚度Fm在此包括同步马达6的马达轴的扭转弹簧刚度以及轴向弹簧刚度。在支承中由于反复磁化的摩擦阻尼以及在气隙中由于反复磁化的阻尼通过阻尼Dm来表征。实际上在将同步马达6直接联结到驱动辊2处的情况下可忽略弹簧刚度Fm。
[0023]用于输送带I的在图6中示出的驱动系统与根据图5的驱动部的不同之处仅在于中间连接有在同步马达6与输送带I的驱动辊2之间的单级减速器15。在该变型方案中，同步马达6不再必须一定以同驱动辊2相同的转速运行。这允许很小的构造的同步马达6，当然其具有稍微更高的额定转速。但较小的单级减速器15便足够，因为转速仅必须最小为十五分之一。相应地，减速器15可以简单、小型且轻型的方式来实施。
[0024] 减速器15的附加的惯性矩仏将驱动部的总惯性质量提高到二至三倍，但这还仍为传统的驱动部的总惯性质量的十分之一至五分之一。
[0025]同样，驱动链的弹簧特性和阻尼特性通过相对很小的减速器仅仅很少地变坏。马达的弹簧刚度Fni通过传动装置的弹性的附加的弹簧刚度Fg提高。在此汇入在传动装置中的传动轴和轴毂连接部的扭转弹簧刚度、由于弹性的齿部变形的齿刚度以及在传动装置中的轴毂连接部、轴、支承和齿接合部的径向弹簧刚度和轴向弹簧刚度。关于同步马达6的阻尼常数Dm可考虑传动装置的阻尼的阻尼常数Dg，其由在传动装置中的支承中的摩擦阻尼、齿轮副由于扭转的阻尼因子(Kimpfungsmafi)、在齿轮副中的摩擦阻尼以及在油池中的摩擦阻尼得到。总地来说，比起传统的驱动系统，整个驱动链的弹簧特性和阻尼特性即使在考虑到减速器15的弹簧刚度Fg和传动装置的阻尼Dg的情况下还仍然明显更好。
[0026]参考标号列表 I输送带
2驱动辊 3导向棍 4散装货物 5托棍 6同步马达 7壳体外罩 8a, 8b支承盖 9a, 9b支承 10转子轴 11转子 12磁极
13定子
14变频器
15减速器。
【权利要求】
1.一种用于输送很重的散装货物或单件货物的连续式输送机，带有:无接头的输送牵引器件，其在驱动辊与导向辊之间环绕运行；以及电动的驱动部，其与所述驱动辊相联结，其特征在于，所述驱动部包括至少一个多极永磁同步马达(6)，其转速最高为所述输送牵引器件⑴的驱动辊⑵的工作转速的15倍。
2.根据权利要求1所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)直接驱动所述驱动辊(2)，从而使得马达转速相应于所述驱动辊(2)的工作转速。
3.根据权利要求2所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)的额定转速处在5 U/min至100 U/min的范围中，优选处在20 U/min至50 U/min的范围中。
4.根据权利要求2或3所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)输出在50 kNm与800 kNm之间的转矩，优选输出在100 kNm至500 kNm之间的转矩。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)输出在50 kW与2000 kW的范围中的功率，优选输出在100 kW至1000 kW的范围中的功率。
6.根据权利要求1所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)通过带有在2至15的范围中一优选在5至10的范围中一的减速比的单级减速器(15)驱动所述驱动辊⑵。
7.根据权利要求6所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达的额定转速处在10 U/min至700 U/min的范围中，优选处在50 U/min至300 U/min的范围中。
8.根据权利要求6或7所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达输出在30kNm与400 kNm之间的转矩，优选输出在50 kNm至250 kNm之间的转矩。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)的马达频率在20 Hz与150 Hz之间。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)的极对的数量处在6与50之间，优选处在8与15之间。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)由电子变频器(14)操控。
12.根据权利要求11所述的连续式输送机，其特征在于，所述同步马达(6)的转矩和转速取决于输送工艺来监测、调节和限制。
13.根据权利要求12所述的连续式输送机，其特征在于，通过所述同步马达(6)的转速调节来调节所述输送牵引器件的速度，且因此实现所述输送牵引器件的装载的稳定。
14.根据权利 要求12所述的连续式输送机，其特征在于，实际运行的负载通过所述变频器(14)来探测和记录。
【文档编号】H02K7/10GK103906691SQ201280039108
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年5月3日 优先权日:2011年8月10日
【发明者】S.拉亨迈尔 申请人:强力输送装置有限公司