一種刮板機用低速半直驅永磁驅動系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及刮板機，具體是一種刮板機用低速半直驅永磁驅動系統。
【背景技術】
[0002]刮板輸送機是綜采工作面中工況條件惡劣、負載狀況復雜的關鍵運輸設備。由于難啟動，負載變化劇烈，多機驅動中各電機負載分配失衡和負載振蕩等問題，造成刮板輸送機傳動系統和鏈條組件中應力過大，受沖擊厲害使溜槽磨損嚴重甚至電機燒毀損壞，直接影響刮板輸送機的可靠性及壽命。
[0003]我國自20世紀70年代中期開發(fā)出刮板輸送機系統，最初的驅動裝置為單速異步電機+限力矩偶合器。使用限矩型液力偶合器，可以使電機平滑加速，從而降低了電網的電壓降，使刮板輸送機的啟動性能得以改善，多電機驅動時還可以平衡功率。但采用這種驅動方式要求驅動電機與液力偶合器聯合工作的合理匹配，一個重要條件是掌握好充液量。操作者需要具有熟練地進行充液量調整的技巧，在過載時，傳動效率降低，偶合器傳動介質溫度將持續(xù)增高，很快達到偶合器易熔塞的保護溫度，造成偶合器噴液，在刮板輸送機運行過程中突然“悶車”時，偶合器工作介質在幾十秒內達到“燃點”，此時噴液，有造成失火的可能，以致帶來安全問題。20世紀80年代初，我國某礦因發(fā)生液力偶合器失火事故，造成了重大的人員傷亡。后改為以難燃液為工作介質，雖然解決了安全問題，但同時也帶來了新的問題，乳化液不適宜高溫工作，出現油水分離等情況，采用清水，給軸承潤滑又增加了難度，大大降低了偶合器的使用壽命。
[0004]到20世紀80年代后期，我國開始研制雙速電機，以其作為刮板輸送機的驅動裝置。雙速電機是交流異步電機的一種，具有低和高二種速度，是通過改變電機定子繞組的接法來改變電機的極數，從而得到不同的轉速、轉矩特征，當低速繞組啟動時，其啟動力矩可以等于或高于高速繞組以較大功率啟動時的力矩，而啟動電流大為減小，降低了啟動時電網供給的電流，使電網電壓降顯著減小。雙速電機驅動裝置具有良好的啟動性能，有效地解決了滿載啟動問題，改善了刮板輸送機啟動困難和運行中“悶車”、斷鏈等事故。
[0005]液力偶合器由于能夠保護電機和改善電機的啟動性能，因而在我國得到了廣泛應用。但是，隨著刮板輸送機運輸能力的不斷提高，功率不斷增大，對于大功率電機驅動，液力偶合器就表現出某些不足之處。由于液力偶合器的輸出轉矩與葉輪的有效直徑成正比，所以與大功率電機配合作用的限矩型液力偶合器，一方面其直徑很大，不適合在工作面使用，另一方面其散熱面積也不夠，造成散熱不良，溫升過高。因此，在功率很大時，液力偶合器已經不再適用。為解決刮板輸送機驅動裝置可靠性較低的問題，可使用雙速電機。截至21世紀初期，在大功率刮板輸送機上用雙速電機直接驅動的方式已經逐漸取代單速電機配限矩型液力偶合器的驅動方式。
[0006]隨著我國煤炭工業(yè)高速發(fā)展，對刮板輸送機驅動系統的要求也越來越高，刮板輸送機難啟動、負載不均等問題也越發(fā)突出，傳統驅動方式已不能適應刮板輸送機的驅動及運行要求，存在以下突出問題。
[0007]I)難啟動。由于刮板輸送機停車的隨機性和負載的巨大小動性以及生產系統其他設備的原因，常導致輸送機意外停機，經常需要在重載下重啟刮板輸送機，啟動困難的情況經常出現。
[0008]2)強大的機械沖擊。一般電機滿載啟動時間為4-6s，啟動加速度可達0.2-0.3m/s2。刮板輸送機的傳動系統盡管有一定的預緊力，停機時，傳動系統為松馳狀態(tài)，各個環(huán)節(jié)都有一定的間隙，且鏈條為彈性體。電機啟動瞬間，在克服間隙和鏈條拉伸的過程中，對整個傳動系統造成強大的機械沖擊，幾乎所有的傳動元件在這個過程中都要受到沖擊應力。雙速電機驅動時，由低速節(jié)換到高速也會產生機械沖擊。
[0009]3)大電流對電網的沖擊。帶載啟動時，異步電機啟動電流達到6?8倍的額定電流，有時甚至更大，導致電網電壓下降，影響刮板輸送機的啟動性能，同時影響電網上其他設備的正常運行，引起其他設備欠壓保護，造成誤動作。刮板輸送機的頻繁啟動，會使電機繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機壽命。
[0010]4)多機驅動功率不均衡。由于電機額定參數差異及鏈條節(jié)距變化、輸送機上負載分布變動及鏈條張力變化，存在嚴重的電機功率不平衡問題，不能充分發(fā)揮配置功率的作用。進下測試結果表明，機頭機尾兩傳動部電機的輸出功率呈交替變化，刮板輸送機總輸入功率遠低于配置功率，但對單臺電機而言，又存在短時頻繁超載現象。對于超重型刮板輸送機，負載不均勻問題會更加突出。
[0011]5)過載沖擊。由于鏈傳動的多邊形效應、鏈道的縱向起伏和水平彎曲，刮板輸送機動行中的刮卡、沖擊現象非常嚴重和頻繁，極易導致傳動元件如鏈條、齒輪等過載斷裂，嚴重時導致電機悶車，燒毀電機。
[0012]自20世紀70年代以來，國外許多研究機構采用多種技術途徑試驗研究刮板輸送機的可控驅動裝置，即軟啟動裝置，軟啟動是相對于剛性啟動而言的，它與剛性聯結的硬啟動相比，軟啟動可使電機在刮板輸送機滿載條件下實現空載啟動，當達到額定轉速后，再逐漸無沖擊地帶動全系統正常運行，防止了電機超載時啟動電流過大對電網的沖擊，并具有過載保護性能。國外先進的輸送機傳動裝置多采用軟啟動技術，初期主要有閥控充液式液力偶合器、CST可控啟動傳輸系統等，其特點如下。
[0013]I)閥控充液式液力偶合器的主要技術特點
[0014]a.可以實現刮板輸送機的空載啟動和過載保護。
[0015]b.通過換水可以實現刮板輸送機的頻繁啟動，而不必限制啟動頻率。
[0016]c.通過改變液力偶合器的充液順序可以實現多機驅動下的順序啟動，通過偶合器的本身特性實現多機驅動下的負載平衡。
[0017]d.可以實現慢速驗鏈。
[0018]e.雙腔設計，結構緊湊，功率傳遞部件無機械接觸，可靠性高。
[0019]f.以清水作為工作液，安全方便而且廉價，可以通過水管和水箱供水，通過排液栗管排水，排液壓力由主電機帶動液力循環(huán)產生，通過本安型先導組合閥直接對水循環(huán)進行控制。
[0020]g.在不影響功率傳輸的情況下，通過換水來散熱。
[0021 ] 2)CST可控啟動傳輸系統的主要技術特點
[0022]a.在任意載荷下可以跟蹤任何啟動曲線，加減速度任意調節(jié)。
[0023]b.相對于調速型液力偶合器而言，傳動效率高。
[0024]c.具有任意條件下的可控停車能力。
[0025]d.可實現多點驅動之間高精度的功率平衡，平衡精度可達98%。
[0026]e.對輸送機所有機械、電氣系統提供過載保護，保護系統響應速度快。
[0027]f.可以長時間低速運行，實現慢速驗鏈。
[0028]g.現場調試簡單，可以很方便地在線進行參數修改與調試。
[0029]但因國內尚無成熟的技術和產品，所以國產大功率刮板輸送機采用的軟啟動裝置全部為進口產品。閥控充液式液力偶合器在我國應用較普遍，但其售價較高，供貨周期長，且后期維護、維修費用都非常高。CST可控啟動傳輸系統僅在卡特彼勒公司的刮板輸送機上應用，不對外銷售。
[0030]傳統大功率刮板輸送機的驅動以調速型液力偶合器為主，可以實現軟啟動，但系統復雜，維護工作量大，維護成本高，且不可以長時間工作在低速模式下。隨著科學技術的不斷發(fā)展，變頻技術在工業(yè)領域的應用日趨普及，變頻技術應用于煤礦刮板輸送機也日益成熟。變頻技術的引入便于實現礦井自動化控制，實現斷鏈保護停機及電機功率平衡等，省去了調速型液力偶合器，采用對輪聯接，提高設備的機械效率。同時對煤礦實現數字化管理提供了便利條件。變頻調速作為目前軟啟動技