基于双电机驱动的采煤机截割部采研究

吴峰+杨磊+陈亚鹏

摘 要：采煤机截割部采用双电机串联驱动具有驱动功率大、机身高度低的优势，分析了截割部工作机构在交变载、阶跃载荷和冲击载荷作用下，系统刚度、双电动机间连接刚度和双电机的机械特性差异对电机同步性的影响但比较突出的问题是其传动齿轮、轴承或电动机的损坏概率要比单电机驱动系统大得多，故从动力学角度对采煤机截割部双电机串联驱动系统动态特性进行研究具有很重要的现实意义。

关键词：采煤机；截割部；双电机串联驱动

引言：近几年随着矿山机械自动化的发展，采煤机的设计有了巨大的改进，采用双电机机械串接驱动方式广泛出现，这种布局方式的优点是在不增加机身高度的条件下，截割功率得到成倍增加，同时具有机面高度低、采高范围大、适应性好等特点。

1截割部机械传动系统力学模型

目前我国采煤机截割部应用单电机驱动主要是中、厚煤层采煤机，而薄煤层采煤机由于受到空间尺寸的限制，大功率薄煤层采煤机截割部采用双电机串联驱动居多，如图 1所示，为了更好的研究采煤机系统动态特性，在此分别建立了双电机串联驱动和单电机驱动的数学模型，并分析其动态特性的差异。在本模型中，把采煤機截割电机作为驱动动力，截割部机械传动系统依据定轴轮系传动、惰轮传动和行星机构传动等效原则确定其当量转动惯量，轮系传动和弹性扭矩轴的刚度，同样采用等效原则处理，滚筒所受截割阻力等效为模型的负载力矩。

2双电机传动稳态运行状态及机械特性

2.1截割部双电机系统负载分析

采煤机截割部电机是用于驱动截割传动部的采煤机的滚筒截齿进行采煤，由于在采煤过程中，采煤机截割电机的负载大小与多种因素有关，如煤层硬度、煤层夹矸厚度、夹矸硬度，采高和牵引速度等等。在诸多因素中只有牵引速度是可控的，其它因素均为不可控自然因素。在采煤过程中，采煤机的牵引速度越快，生产率越高，截割电机的负载越重。在生产过程中既要充分发挥采煤机的生产力又要保证截割电机的安全，使截割电机保持满载而又不过载，这时会根据截割电机的负载情况随时调节牵引速度，使截割电机的负载恒定在额定功率范围内。

2.2截割部双电机传动系统稳态运行状态及机械特性分析

双电机将输出力矩通过减速器传递到滚筒上，驱动滚筒旋转。传动系统原理结构示意简图如图2所示

在图2所示的双电机传动系统中，它是由两台型号相同的电机 M1和 M2产生转矩 TM1和 TM2之和 TM，来克服负载滚筒旋转产生的转矩 TL进行工作的。在非自然因素正常工作情况下这两转矩是平衡的，传动系统维持恒速转动，滚筒和电动机均以恒速旋转，这时传动系统处于稳定运行状态。在稳态运行时电动机以额定转速旋转发出转矩经减速器将传递给滚筒，带动滚筒匀速旋转，而由上述分析可知在牵引速度的控制下，电机的负载恒定在额定功率范围内，此时滚筒对电机来说为恒转矩负载。

3采煤机截割部特点

截割传动部采用双电机驱动，可在不增加机身高度的情况下，截割功率得到成倍增加，而且可在满足采煤机原有技术性能指标的同时，通过对截割部电机的实时选择性运用，可有效避免或减少采煤机轻载的现象。同时，这一驱动方式由于单电机容量降低，可大大减少电动机启动电流对电网的冲击，减小采煤机相关电气设备的选用容量，在某种程度上可减小综采工作面的设备投资。截割部行星头采用二级行星齿轮传动方式，具有效率高的优点，它的单级效率可达 98%以上，体积可比普通圆柱齿轮减速器小 1/4～1/2。该减速器是两级行星齿轮传动，每级行星轮个数为 4，采用整体铸造机体，内齿轮用平键装于机体内，输出转架与输出轴是整体铸钢件，输出轴与联轴器采用无键连接，高速级太阳轮与行星架同时浮动，低速级太阳轮浮动；低速级行星轮轴承使用宽而薄的专用滚动轴承；齿轮及轴承均采用油池和强制循环联合润滑。

4双电机动态运行状态及动态特性分析

双电机传动系统 TM与 n 运行机械特性可近似如图 3 所示，用直线 1 表示 TM=f（n），采煤机滚筒在正常工作中可看成恒转矩负载，用直线 2 表示 TL=常数

4总结

通过对双电机稳态运行机械特性的分析，得出了双电机串接并联在稳态运行过程中当负载变化时，双电机运行机械特性曲线具有向下倾斜的机械特性，并得出了系统稳定运行的工作区间。同时，通过对双电机动态运行机械特性的分析，得出了当负载变化时，双电机传动系统动态过程中转速 n、转矩 TM、电流 I 对时间的动态特性及动态运行过程曲线图。上述研究和分析对双电机传动系统的研究有非常重要的意义。

参考文献：

[1]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础[M].北京：中国矿业大学出版社，2003.

[2]刘春生，于信伟，闫晓林.采煤机重型滚筒的飞轮设计[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2009（1）：98-100.

[3]刘春生，靳立红，闫晓林.采煤机弹性扭矩轴功能设计[J].矿山机械，2009（9）：endprint