Приводное устройство для звездочек цепных приводов - RU2343279C2
Код документа: RU2343279C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к приводному устройству для звездочек цепных приводов, в частности для привода скребково-цепного транспортера или струговых агрегатов с цепным приводом для подземных горных разработок, с блоком привода, состоящим из асинхронного электродвигателя и механизма передачи, причем передача выполнена как передача с компенсацией перегрузки и выравниванием нагрузки, и для компенсации перегрузки имеется переключаемое многодисковое сцепление, с помощью которого силовой поток между асинхронным электродвигателем и звездочкой может быть разорван.
Приводное устройство вышеописанного типа известно, например, из публикаций DE 4024830 A1 или DE 4316798 C2. В известных цепных приводах применяются нерегулируемые асинхронные электродвигатели трехфазного тока. Дополнительно подключаемыми механизмами передачи с компенсацией перегрузки и выравниванием нагрузки в работе устройств привода путем настройки многодискового сцепления достигается выравнивание нагрузки между главным приводом и вспомогательным приводом угольного струга или скребково-цепного транспортера, чтобы оптимизировать работу угольного струга или скребково-цепного транспортера и избежать неблагоприятных нагрузочных состояний на цепь. В устройстве привода согласно DE 4024830 A1 к передаче с компенсацией перегрузки и выравниванием нагрузки добавлен поддерживающий двигатель, который при простое асинхронного электродвигателя может быть подключен и отключен, чтобы можно было натянуть цепь. Одновременно для натяжения цепи в объединенном приводе между асинхронным электродвигателем и механизмом передачи с компенсацией перегрузки и выравниванием нагрузки предусмотрено блокирующее устройство, блокирующее выключенный асинхронный электродвигатель от вращения.
Вместо нерегулируемых асинхронных электродвигателей трехфазного тока предлагались также асинхронные электродвигатели с переключением числа полюсов (DE 3741762 A1) и асинхронные электродвигатели трехфазного тока, управляемые компьютером (DE 19735022 A1), у которых для каждого двигателя в присоединенном компьютере запоминалась индивидуальная кривая соотношения крутящего момента и числа оборотов. Посредством датчика угловых перемещений при работе двигателей непрерывно с потенциальной развязкой определяется его текущее число оборотов, чтобы осуществить управление двигателем путем сравнения мгновенного значения числа оборотов с индивидуальным значением числа оборотов, соответствующим запомненной кривой. На основе этой пропорциональности между числом оборотов и крутящим моментом у соответствующего асинхронного электродвигателя трехфазного тока может быть, кроме того, установлен также выходной крутящий момент.
В подземной горной разработке стремятся применять в качестве электрических приводов также трехфазные электродвигатели с преобразователем частоты, так называемые двигатели с питанием от преобразователей частоты. У двигателей с питанием от преобразователей частоты возможна непрерывная регулировка числа оборотов. Суровые условия подземной окружающей среды с пылью, влажностью и коррозией, а также статически задаваемое соединение двигателей с питанием от преобразователей частоты и передачи с выравниванием перегрузки представляют проблему для применения двигателей с питанием от преобразователей частоты, которая до настоящего времени препятствовала широким возможностям применения двигателей с питанием от преобразователей частоты. Правда, известно одно применение двигателей с преобразователем частоты, при котором между предохранительной муфтой и двигателем с преобразователем частоты вставлена промежуточная крутильно-упругая и прочная на пробой кулачковая муфта, выполненная как муфта Чана. Из-за промежуточной кулачковой муфты значительно увеличивается пространство, необходимое для приводов в подземном забое, так что соответствующим образом сконструированное устройство привода может применяться только при достаточном свободном пространстве в подземном забое. Кроме того, при применении двигателей с питанием от преобразователей частоты в цепных приводах возникают значительные трудности в достижении эффекта пуска, требуемого для запуска нагруженного скребково-цепного транспортера или для извлечения струга, застрявшего в забое.
Задачей изобретения является создание приводного устройства для звездочек цепных приводов, в котором возможно регулирование числа оборотов и крутящего момента асинхронных электродвигателей и в котором может быть осуществлен требуемый пусковой эффект на звездочке и тем самым цепи.
Эта задача согласно изобретению решается тем, что асинхронный электродвигатель состоит из двигателя с питанием от преобразователя частоты, и в приводном блоке между валом двигателя и коробкой передач установлена промежуточная двухскоростная шестереночная коробка передач с пусковой ступенью включения и нормальной ступенью включения. Благодаря промежуточной двухскоростной шестереночной коробке передач могут быть использованы все преимущества двигателя с питанием от преобразователя частоты в подземных приводных устройствах, и одновременно возникает возможность путем переключения нормальной ступени включения на пусковую ступень включения сверхпропорционально усилить крутящий момент для пускового эффекта. Другое преимущество шестереночной коробки передач с двумя ступенями состоит в том, что можно обойтись без устройств для натяжения цепи, которые обычно согласно уровню техники приводились в действие поддерживающими двигателями или другими устройствами.
В предпочтительном исполнении шестереночная коробка передач выполнена как передняя коробка передач, так что она находится как промежуточная между двигателем с питанием от преобразователя частоты и механизмом передачи с компенсацией перегрузки. В наиболее предпочтительном исполнении шестереночная коробка передач имеет в качестве пусковой ступени включения возвратный повышающий редуктор с передаточным числом предпочтительно от 1:3 до 1:4, так что в пусковой ступени включения выходной крутящий момент привода соответствует примерно трех-четырехкратному номинальному крутящему моменту.
Далее, шестереночная коробка передач или передняя коробка передач предпочтительно имеет одно ведущее центральное колесо, установленное на приводном валу с возможностью вращения, и одно ведомое центральное колесо, установленное на приводном валу с возможностью вращения, между которыми установлена без возможности проворачивания передвижная шестерня, соединенная с приводным валом, причем передвижная шестерня с помощью механизма переключения может на выбор сцепляться без возможности проворачивания с ведущим или ведомым центральным колесом. Чтобы облегчить переключение коробки передач предпочтительно оба центральных колеса и передвижная шестерня имеют по соосному друг другу и примыкающему друг к другу участку зубчатого зацепления с одними и теми же зубьями. В таком случае механизм переключения может состоять, в частности, из одной переключающей ступицы, сдвигаемой участками зубчатого зацепления двух соседних зубчатых колес передней коробки передач. В предпочтительном исполнении эта переключающая ступица может передвигаться с помощью переключающей вилки, которая может сдвигаться параллельно оси вала редуктора посредством стержня переключения. Шестеренчатая коробка передач может, в частности, быть выполнена так, что срабатывание механизма переключения и тем самым смена ступени включения может происходить также и под нагрузкой.
Целесообразно вал редуктора устанавливать в подшипниках со стороны выхода на корпус коробки передач, а со стороны электропривода он опирается через ведущее зубчатое колесо, которое установлено с возможностью вращения в корпусе коробки передач. Особенно предпочтительно, если повышающий редуктор для пусковой ступени включения содержит передаточный вал, установленный с возможностью вращения на корпусе коробки передач, который имеет первый зубчатый венец, находящийся в зубчатом зацеплении с ведущим центральным колесом, и второй зубчатый венец, находящийся в зубчатом зацеплении с ведомым центральным колесом. По меньшей мере, первый зубчатый венец может быть составной частью независимого колеса, связанного без возможности проворачивания с передаточным валом, чтобы облегчить монтаж переключаемой зубчатой передачи и наружного вала. Шестереночная коробка передач или передняя коробка передач целесообразно выполнена как цилиндрическая зубчатая передача. Особенно благоприятно, если ведущее центральное колесо выполнено как втулка и/или снабжено с внутренней стороны насадным соединением для вала двигателя. За счет такого исполнения радиальное смещение вала двигателя с питанием от преобразователя частоты может сразу ликвидироваться. Двигатель с питанием от преобразователя частоты и шестеренчатая коробка передач могут также быть размещены в общем корпусе, причем тогда центральное зубчатое колесо со стороны электропривода установлено на валу двигателя или является составной частью вала двигателя, так что в этом случае могут быть сэкономлены дополнительные подшипники.
Чтобы максимально минимизировать требующийся для подземного цепного привода конструкционный объем и улучшить статически задаваемое подключение двигателя с питанием от преобразователя частоты к шестереночной коробке передач, у двигателя с питанием от преобразователя частоты, который снабжен корпусом электродвигателя, статором с обмоткой статора, ротором и схемой преобразователя частоты, предпочтительно вал двигателя, вращаемый ротором, установленный со стороны фланца двигателя и с задней стороны на корпусе электродвигателя, выполнен как полый вал, в осевом высверленном отверстии которого проходит торсионный стержень, который соединяется с ним кинематически только на заднем конце полого вала.
В предпочтительном исполнении у двигателя с питанием от преобразователя частоты согласно изобретению торсионный стержень без контакта проходит насквозь осевое высверленное отверстие и/или корпус электродвигателя со стороны фланца двигателя, т.е. для торсионного стержня на полом валу со стороны двигателя не предусматривается никакого подшипника и дополнительной опоры. Этими мерами можно достичь, также без промежуточной упругой муфты, статически заданного сцепления между двигателем и дополнительно включенным приводным устройством даже тогда, когда из-за технологических неточностей или монтажных неточностей не получается точной установки соосности вала двигателя и входного вала дополнительно подключенного приводного устройства. Для приводной муфты между двигателем и дополнительно подключенным устройством привода особенно благоприятно, если торсионный стержень может вставляться в полый вал с его заднего конца и проходить полый вал насквозь.
Целесообразно конец торсионного стержня со стороны фланца двигателя снабдить ведущей шестерней, зубчатым венцом или соединительной муфтой вала, внешний диаметр которых меньше, чем минимальный внутренний диаметр осевого высверленного отверстия, чтобы сделать возможным прохождение торсионного стержня от заднего, всегда доступного во время сборки двигателя конца полого вала. Задний конец торсионого стержня целесообразно снабдить ведущей шестерней, средством подключения ступицы или зубьями подключения ступицы, внешний диаметр которых больше, чем конец торсионного стержня со стороны фланца двигателя и чем внутренний диаметр осевого высверленного отверстия.
В качестве дополнительной гарантии для двигателя, применяемого в подземной горной разработке, рекомендуется на заднем конце торсионного стержня сформировать заданное место разрушения и установить крепежное средство для помощи при сборке/разборке торсионного стержня между заданным местом разрушения и концом полого вала со стороны фланца двигателя, так что даже после разлома торсионного стержня в заданном месте разрушения можно провести демонтаж всех частей торсионного стержня без необходимости отсоединения двигателя со стороны его фланца от дополнительно подключенного приводного устройства. Крепежное средство может содержать, в частности, осевое резьбовое отверстие в торце торсионного стержня.
У двигателей с питанием от преобразователя частоты предпочтительно, в частности, когда схема преобразователя частоты встроена в двигатель с питанием от преобразователя частоты и, в частности, установлена в коробку скоростей, встроенную в корпус электродвигателя. В одном предпочтительном исполнении торсионный стержень выступает наружу из корпуса электродвигателя концом со стороны фланца двигателя или ведущей шестерней со стороны фланца двигателя. Конец торсионного стержня со стороны фланца двигателя может тогда быть статически определенно соединен с входным валом шестереночной коробки передач или передней коробки передач. Сцеплением двигателя с двухскоростной шестереночной коробкой передач можно без существенного увеличения необходимого монтажного пространства для цепного привода легко обеспечить крутящий момент, необходимый для достижения пускового эффекта, тем, что шестереночная коробка передач или передняя коробка передач включается в пусковую ступень переключения.
Другие преимущества и способы исполнения изобретения явствуют из следующего описания одного примера исполнения, показанного схематически на чертеже. На чертеже:
фиг.1 показывает в упрощенном схематическом виде подземное добычное устройство с двумя цепными приводами с двигателями с питанием от преобразователей частоты;
фиг.2 - вид спереди в разрезе двигателя с питанием от преобразователя частоты, соединенного с передней коробкой передач; и
фиг.3 - диаграмма крутящего момента двигателя, развиваемого двигателем с питанием от преобразователя частоты и передней коробкой передач.
На фиг.1 показаны два, обозначенные вместе поз.50, цепных привода для привода одной вращающейся вокруг двух звездочек 1 цепного привода 50 бесконечной цепи 2, которая в случае скребково-цепного транспортера, выполненного как забойный конвейер или штрековый конвейер, состоит из ленты скребкового конвейера, а в случае струговой установки является струговой цепью, которая движется вдоль непоказанного угольного струга к очистному забою. Звездочки 1 служат для поворота цепи 2 и приводятся в действие соответственно с помощью приводных блоков, с которыми они связаны без возможности проворачивания через вал 3 звездочки. Приводные блоки обоих цепных приводов 50 содержат электрический асинхронный трехфазный двигатель, выполненный как двигатель 10 с питанием от преобразователя частоты, со встроенной коробкой 11 скоростей для схемы преобразователя частоты, причем двигатель 10 соединен с передачей 4 с защитой от перегрузок и компенсацией нагрузок с подключением промежуточной передней коробки 30 передач. Передача 4 с защитой от перегрузок и выравниванием нагрузки выполнена, в частности, как планетарная передача с двумя планетарными ступенями, причем к полому колесу одной из планетарных ступеней присоединена нагружаемая гидравлически многодисковая муфта, чтобы получить ненагруженный пуск всех двигателей 10, иметь возможность выровнять нагрузку между обоими приводными блоками 50, а в случае блокировки цепи 2 отсоединить приводное соединение между двигателем 10 и звездочками 1. Конструкция и способ функционирования соответствующей передачи с защитой от перегрузки и выравниванием нагрузки известны, например, из патента DE 4316798 A1.
На фиг.2 показан продольный разрез двигателя 10 с питанием от преобразователя частоты и передней коробки 30 передач. Двигатель 10 с питанием от преобразователя частоты имеет корпус электродвигателя 12 со встроенной коробкой 11 скоростей (фиг.1) для схемы преобразователя частоты. Во внутреннем объеме корпуса 12 электродвигателя находится статор 13 с обмоткой 14 статора, причем на внутреннем периметре статора 13 с некоторым воздушным зазором установлен ротор 15 двигателя 10 с питанием от преобразователя частоты, с которым соединен без возможности проворачивания вал двигателя, выполненный как полый вал 16. Принципиальная конструкция асинхронного трехфазного электродвигателя, выполненного как двигатель с питанием от преобразователя частоты, специалисту известна, так что здесь не дается более подробное описание принципа действия двигателя 10 с питанием от преобразователя частоты. Полый вал 16 как на заднем конце 17, так и со стороны фланца 18 электродвигателя соответственно через подшипники 19, 20 установлен с возможностью вращения на задней крышке 21 и на фланцевой плите 22 двигателя и имеет продольное высверленное отверстие 23, в котором установлен торсионный стержень 24, который проходит через продольное высверленное отверстие 23 насквозь и на конце 18 полого вала 16 со стороны фланца двигателя выступает из продольного высверленного отверстия 23 и корпуса электродвигателя 12 ведущей шестерней 25 привода. На заднем конце торсионного стержня 24 установлена другая ведущая шестерня 26, которая снабжена подходящим зубчатым венцом и находится в зацеплении без возможности проворачивания с ответной зубчатой нарезкой 27 на внутреннем периметре заднего конца 17 полого вала. Между ответной зубчатой нарезкой 27 и ведущей шестерней 26 торсионного стержня 24 может быть образован переходной зазор, чтобы облегчить монтаж торсионного стержня 24 через закрываемое запорной крышкой 28 отверстие в задней крышке 21 корпуса электродвигателя 12. Внешний диаметр ведущей шестерни 25 предпочтительно незначительно меньше, а внешний диаметр ведущей шестерни 26 незначительно больше, чем внутренний диаметр Di осевого высверленного отверстия 23. В зоне ведущей шестерни 26 на торсионном стержне 24 с помощью канавки сдвига образовано заданное место 29 разрушения, причем резьбовое отверстие 8, расположенное на оси A торсионного стержня 24, проходит через заданное место 29 разрушения наружу в направлении ведущей шестерни привода 25 торсионного стержня 24 со стороны привода, так что даже при разрыве торсионного стержня 24 в зоне заданного места 29 разрушения инструмент для демонтажа (непоказанный) ввинчивается в резьбовое отверстие 8, и торсионный стержень 24 может быть вытащен из осевого высверленного отверстия 23. Так как торсионный стержень 24 соединен с полым валом 16 только на своем заднем конце 17 и закреплен относительно полого вала 16, несоосность между корпусом 12 двигателя 10 с питанием от преобразователя частоты или соответственно осью A полого вала 16 и корпусом 31 передней коробки 30 передач, или осью G передачи передней коробки 30 передач может быть исправлена. Поэтому не требуется, чтобы между двигателем 10 с питанием от преобразователя частоты и передней коробкой 30 передач промежуточно подключалась муфта, в частности крутильно-упругая кулачковая муфта.
В показанном примере исполнения передняя коробка 30 передач выполнена как двухскоростная шестеренчатая коробка передач, причем переключение между пусковой ступенью и нормальной ступенью производится с помощью переключающей втулки или насадного соединения 32. В разрезе на фиг.2 показано насадное соединение 32, в нижней половине во включенном положении для пусковой ступени переключения, а в верхней половине - во включенном положении для нормальной ступени переключения, как это будет еще пояснено.
Выполненная как возвращаемый передаточный механизм двухскоростная шестереночная коробка 33 передач передней коробки 30 передач имеет вал 34 передачи, который установлен на выходной стороне через подшипник 35 в опорной плите 36, расположенной на выходной стороне. Вал 34 передачи проходит к двигателю 10 с питанием от преобразователя частоты до приблизительно ведущей шестерни 25 торсионного стержня 24, причем между ведущей шестерней 25 и валом 34 передачи остается зазор. На конце вала 34 передачи со стороны двигателя установлено расположенное с приводной стороны центральное колесо 37 шестереночной коробки 33 передач, которая здесь выполнена как муфта, и участок центрального колеса 37, снабженный передаточной зубчатой нарезкой 39, установлен посредством подшипника 40 с возможностью вращения на свободном конце вала 34 передачи. Центральное колесо 37 по сравнению с участком, имеющим цилиндрическую зубчатую нарезку 39, сужается на участке 41 подключения, который снабжен на внутреннем периметре зубьями 42 и как ступица может быть сцеплен или связан без возможности проворачивания с ведущей шестерней 25 торсионного стержня 24. Участок 41 подключения имеет на внешнем периметре цилиндрический поясок 43, который с помощью подшипника 44 установлен со стороны двигателя на опорную плиту 45, которая является встроенной составной частью корпуса 31 коробки передач. Со смещением по оси к валу 34 передачи на обеих опорных плитах 36, 45 установлен с возможностью вращения наружный вал 46, причем наружный вал 46 имеет кулачки 47 с передаточным зацеплением 48, а также участок вала, на котором установлено без возможности проворачивания, например, через шпоночное соединение отдельное колесо 49 с передаточным сцеплением 51. В качестве дальнейших составных частей шестереночная коробка 33 передач имеет переключаемое колесо 52 с цилиндрической зубчатой нарезкой 53, связанное с валом 34 передачи без возможности проворачивания, а также расположенное с выходной стороны центральное колесо 54 с цилиндрической зубчатой нарезкой 55, которое опирается со свободным вращением на вал 34 передачи посредством подшипника 56.
В нормальной ступени переключения, в которой насадное соединение 32, передвигаемое через вал 57 управления и жестко с ним связанную вилку 58 переключения, связывает участок передаточной зубчатой нарезки 53 переключаемого колеса 52 с участком передаточной зубчатой нарезки 39 расположенного на стороне привода центрального колеса 37, вращается переключаемое колесо 52 и тем самым вал 34 передачи с тем же числом оборотов, что и вал с торсионным стержнем 24, связанный с центральным колесом 37. Это положение насадного соединения 32 соответствует поэтому нормальной ступени переключения коробки 33 передач с передаточным числом 1:1.
Шестереночная коробка передач, приводимая в действие входящими в зацепление друг с другом зубьями цилиндрической или передаточной зубчатых нарезок 39, 51, 48 и 55 зубчатых колес и соответственно ведущих шестерен 37, 49, 47 и 54, имеет в показанном примере исполнения в пусковой ступени переключения передаточное число в замедлении 1:4. Пусковая ступень переключения активна только тогда, когда насадное соединение 32, как показано на нижней половине фиг.2, находится в левом положении в упоре на фланец 59 центрального колеса 54 с выходной стороны. В этом положении насадное соединение 32 перекрывает одновременно участок передаточной зубчатой нарезки 53 переключаемого колеса 52 и снабженный зубцами участок 60 на расположенном с выходной стороны центральном колесе 54, который выполнен на манжете 61 центрального колеса 54, которая проходит в направлении электромотора 10. Это положение насадного соединения 32 и зацепление зубчатых участков 60 и 53 будет действовать так, чтобы число оборотов центрального колеса 54 передавалось на переключаемое колесо 52 и тем самым на вал 34 передачи. В свою очередь, как выше уже изложено, в нормальной ступени переключения насадное соединение 32 находится в зубчатом зацеплении с зубьями передаточной зубчатой нарезки 39 центрального колеса 37 со стороны привода и с зубьями зубчатого участка 53 переключаемого колеса 52, так что вал передачи вращается с тем же числом оборотов, что и торсионный стержень 24 двигателя 10 с питанием от преобразователя частоты.
Пусковая ступень переключения, приводимая в действие двухскоростной шестеренчатой коробкой передач, включается только тогда, когда с помощью двигателя 10 с питанием от преобразователя частоты и цепного привода 50 должен быть получен пусковой эффект для пуска нагруженного скребково-цепного транспортера или для свободного вытягивания струга. На пусковой ступени переключения, как схематически поясняет диаграмма на фиг.3, благодаря комбинации двигателя 10 с питанием от преобразователя частоты и шестереночной коробки передач 33 и соответственно передней коробки 30 передач возникающий со стороны привода крутящий момент Md двигателя повышается до крутящего момента MdA трогания, который здесь соответствует примерно учетверенному номинальному крутящему моменту MdN двигателя. Пусковая ступень переключения может включаться при более низком числе оборотов n или более низких скоростях цепи vk.
Изобретение не ограничивается представленными примерами исполнения. Применение двигателя с питанием от преобразователя частоты с полым валом и торсионным стержнем является предпочтительным исполнением изобретения. Зубчатый передаточный механизм и двигатель с питанием от преобразователя частоты могут также помещаться в общем корпусе, причем тогда центральное колесо с приводной стороны может совпадать с валом двигателя, и от одного из двух подшипников 20, 44 можно отказаться. В этом исполнении, само собой разумеется, также не является необходимым, чтобы вал двигателя был выполнен как полый вал с торсионным стержнем.
Реферат
Изобретение относится к приводному устройству для звездочек цепного привода, в частности для привода скребково-цепных транспортеров или цепных стругов для подземных горных разработок. Техническим результатом является регулирование числа оборотов и крутящего момента асинхронных электродвигателей. Для этого привод состоит из асинхронного электродвигателя и коробки передач. Причем асинхронный электродвигатель состоит из двигателя с питанием от преобразователя частоты, а в блоке привода между валом двигателя и коробкой передач имеется промежуточная двухскоростная шестереночная коробка передач, выполненная, в частности, как передняя коробка передач с одной пусковой и одной нормальной ступенью переключения, с помощью которой в пусковой ступени можно достичь пускового эффекта, требуемого для запуска нагруженного скребково-цепного конвейера или свободного вытягивания струга. 21 з.п. ф-лы, 3 ил.
