专利名称：电磁调速电牵引采煤机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电牵引采煤机，尤其是指涉及电磁调速电牵引采煤机。
背景技术：
随着大功率综合机械化采煤技术和高产高效矿井建设的发展，对采煤机牵引力的要求、可靠性的要求也日益增高，由于液压牵引采煤机存在结构复杂、可靠性能差、维修困难、牵引力难以大幅提高等缺点，特别是液压油的污染问题给煤炭的使用带来很大的问题，采煤机必须朝电牵引方向发展。
目前国内外开发的电牵引采煤机主要有以下三种方式直流电牵引采煤机、交流电牵引采煤机及开关磁阻调速电牵引采煤机。直流电牵引采煤机采用直流调速电动机电牵引系统，直流调速电动机牵引性能好，但电机结构复杂、造价高，又是炭刷结构，炭刷和整流子易生火花，使得整流子易磨损、变形、故障率高，维护工作量大，维护费用较高等。交流电牵引采煤机采用交流感应电动机变频调速电牵引系统，成本高，系统较复杂，不能推广应用。
发明内容本发明的目的在于提供一种牵引力大、可控性好、控制功率小并且其结构简单、成本低、使用维护方便的电磁调速电牵引采煤机。
本发明电磁调速电牵引采煤机包括机身、两个分别位于机身两端的牵引箱、驱动轮及截割机构，其中每个牵引箱内包括电磁调速电动机，该电磁调速电动机包括一个三相鼠笼异步电动机、一个电磁转差离合器及调速控制系统。该电磁转差离合器主要包括电枢、磁极、励磁绕组、导磁体及一测速装置，该电枢装在三相鼠笼异步电动机的输出轴上并与该输出轴同速旋转，该磁极装在电磁调速电动机的输出轴上，励磁绕组及导磁体装在该磁极的内侧并固定在电磁转差离合器的端盖上，测速装置装在电磁调速电动机的输出轴上测量其输出转速并反馈至调速控制系统；该调速控制系统是由一个可编程控制器、若干个必要传感器、执行器件及相应的连接电路组成的速度、电流双闭环的调速控制系统，该可编程控制器根据传感器及测速装置的反馈信息发出指令并传送至执行器件由执行器件调整相应的励磁电流大小。
由于本发明电磁调速电牵引采煤机的电磁转差离合器体积较小，可在同样的空间内安装更大功率的电动机，从而牵引力大；同时，由于控制的是励磁电流，控制性好，控制功率小；电动机与电磁调速器安装在一起，占用空间小，控制部分简单，制造及维护费用低。
下面结合附图及优选实施例对本发明进行详细说明，附图中图1是本发明电磁调速电牵引采煤机的一个外形平面图；图2是本发明电磁调速电牵引采煤机的牵引箱的结构图；图3是本发明电磁调速电牵引采煤机的电磁调速电动机的工作原理图；而图4是本发明电磁调速电牵引采煤机的速度、电流双闭环的调速原理图。
具体实施方式请参阅图1，公开了本发明电磁调速电牵引采煤机10，其包括机身12、两个分别位于机身两端的牵引箱14、驱动轮16及截割机构18。其中该牵引箱14的动力可传至驱动轮16而使采煤机10沿工作面移动；该截割机构18主要用来完成落煤、装煤、喷雾降尘等作业，其包括截割电机20、两摇臂22及两滚筒24。
如图2所示，该两个牵引箱14分别位于机身12的两端，每个牵引箱14内包括电磁调速电动机30，该电磁调速电动机30包括一个三相鼠笼异步电动机32、一个电磁转差离合器34及调速控制系统36。其中该三相鼠笼异步电动机32是作为电磁调速电动机30的驱动电动机，其借助端盖上的凸缘组装在电磁转差离合器34的机座上。该电磁转差离合器34体积较小，其主要包括电枢40、磁极42、励磁绕组44、导磁体46及一测速装置48。该电枢40是一个钢制的圆筒，其装在三相鼠笼异步电动机32的输出轴33上，与三相鼠笼异步电动机32同速旋转，电枢40为主动部分，并部分兼有导磁、导电功能；该磁极42是一对相互交叉的爪极，通过非磁性材料将两个爪极焊接成为一个整体，并装在电磁调速电动机30的输出轴38上，并与机械负载60相连，而磁极42与电枢40之间以气隙50隔开，磁极42与电枢40均能各自独立旋转，且该磁极42是从动部分；励磁绕组44及导磁体46装在该磁极42的内侧，并固定在电磁转差离合器34的端盖上，是固定不动的。该励磁绕组44及导磁体46借助辅助气隙52与可旋转的磁极42分开。
此外，还有一测速装置48用来测量电磁调速电动机30的输出转速并反馈至调速控制系统36，以便相应改变电流大小，从而维持转速变化率很小，并且可以控制其变化率。在本发明的优选实施例中，使用了一种轴编码器来测量输出转速，将转速测量改为数字化，提高了测量精度，同时有利于将转速信号直接输入计算机处理，低速性能得到了根本的改善。
在本发明的优选实施例中，该调速控制系统36包括一个可编程控制器、若干个必要传感器、执行器件及相应的连接电路，以实现对采煤机的操作控制及动力制动控制。其中该可编程控制器作为中央处理器，其可根据测速装置及传感器的反馈信息发出相应的调整指令，该可编程控制器可选用西门子公司的S7-200可编程控制器，其内部的PID调节器可满足速度和电流调节的要求；若干个传感器可以分别感应电压、电流的变化并反馈至可编程控制器；执行器件包括速度调节器、电流调节器、触发器、整流器等，其根据可编程控制器的指令改变相应的输出电流大小。
还可选用显示模块显示采煤机工作时的一些运行参数，如牵引速度、两路励磁电流、两路牵引电动机电流、两路截割电动机电流等。这些参数在显示屏上循环显示，每一秒换一次屏。
图3所示为电磁调速电动机的工作原理图。当励磁绕组通入直流电流后，沿磁极圆周交替产生N、S极，磁力线通过磁极N—气隙—电枢—气隙—磁极S—辅助气隙—导磁体—辅助气隙—磁极N形成回路。电枢与磁极之间并无机械连接，而是通过电磁作用联系的。电枢是在三相鼠笼异步电动机带动下转动的，可以认为是以恒速D旋转。此时，电枢切割磁力线产生感应电动势并产生涡流，涡流与磁场作用产生电磁转矩，作用在磁极上的电磁转矩的实际方向与电枢旋转方向相同，使得磁极跟着电枢同方向旋转，从而带动负载。磁极转速nz(即电磁转差离合器的转速)，也就是电磁调速电动机的输出转速。磁极转速nz的大小取决于磁极电磁转矩的大小，也就是取决于励磁电流的大小。当负载转矩恒定，为保持电枢继续运动，电磁转差离合器的转速必须低于三相鼠笼异步电动机的转速，在一定负载下，励磁电流的大小决定了输出转速的高低，励磁电流越大输出转速就越高，励磁电流越小输出转速就越低，这样，通过改变励磁线圈的电流即可达到改变输出转速的目的。
由于电网电压波动所引起的扰动作用，经过一系列的机电惯性的之后才能反映到转速上来，等到转速反馈产生调节作用已滞后相当长时间，调节效果不好。为了使调节效果更理想，如图4所示，本发明的优选实施例采用了速度、电流双闭环的电脑控制调速系统。电压扰动被包在电流环内，可以及时地通过电流反馈得到调整，这样，由电网电压变化所引起的动态降速就比单环系统小得多。而由负载引起的扰动，由于其在电流环外，还是通过速度环来调节。
电磁调速电动机低速时效率较低，另外，在高速时由于特性软，额定最高转速仅为同步转速的80％，速度损失较大。为了提高效率，本发明的优选实施例在电磁调速电动机的结构上进行了优化，选用了铜端环，并适度提高气隙磁密、缩小电枢尺寸而使总磁通量不增加或增加很少、合理确定爪极的几何形状及相关尺寸使漏磁尽可能小；合理确定整个磁路的炮合程度求得最佳尺寸搭配；重视电枢材料的选择，对电枢成分中的C、Si含量严格控制，还可利用含铜合金、复合电枢或表面处理，从而基本消除失控区，并且最高转速也有较大的提高，从而提高了最高转速的效率。经优化，电磁调速电动机的效率可提高10％，最高输出转速可达三相鼠笼异步电动机转速的95％左右，提高了电磁调速电动机的整体性能。
权利要求
1.一种电磁调速电牵引采煤机，其包括机身、两个分别位于机身两端的牵引箱、驱动轮及截割机构，其特征在于每个牵引箱内包括电磁调速电动机，该电磁调速电动机包括一个三相鼠笼异步电动机、一个电磁转差离合器及调速控制系统，其中，该电磁转差离合器包括电枢、磁极、励磁绕组、导磁体及一测速装置，该电枢装在三相鼠笼异步电动机的输出轴上并与该输出轴同速旋转，该磁极装在电磁调速电动机的输出轴上，励磁绕组及导磁体装在该磁极的内侧并固定在电磁转差离合器的端盖上，测速装置装在电磁调速电动机的输出轴上测量其输出转速并反馈至调速控制系统；该调速控制系统是由一个可编程控制器、若干个必要传感器、执行器件及相应连接电路组成的调速控制系统，该可编程控制器根据传感器及测速装置的反馈信息发出指令并传送至执行器件由执行器件调整相应的励磁电流大小。
2.如权利要求1所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于该调速控制系统是一个速度、电流双闭环调速控制系统。
3.如权利要求2所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于所述的执行器件包括有速度调节器、电流调节器、触发器、整流器。
4.如权利要求1所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于该磁极是一对相互交叉的爪极，通过非磁性材料将两个爪极焊接成为一个整体。
5.如权利要求4所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于该磁极与电枢之间以气隙隔开，而该磁极与该励磁绕组及导磁体之间以辅助气隙隔开。
6.如权利要求1所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于该三相鼠笼异步电动机作为电磁调速电动机的驱动电动机并借助端盖上的凸缘组装在电磁转差离合器的机座上。
7.如权利要求1所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于该电枢是一个装在三相鼠笼异步电动机的输出轴上的钢制圆筒。
8.如权利要求1所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于还包括一个显示采煤机工作时的一些运行参数的显示模块。
9.如权利要求1所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于所述的测速装置是一个轴编码器。
10.如权利要求1所述的电磁调速电牵引采煤机，其特征在于该电磁调速电动机的输出轴与机械负载相连。
全文摘要
本发明电磁调速电牵引采煤机包括机身、两个分别位于机身两端的牵引箱、驱动轮及截割机构，其中每个牵引箱内包括电磁调速电动机，该电磁调速电动机包括一个三相鼠笼异步电动机、一个电磁转差离合器及调速控制系统。该电磁转差离合器包括电枢、磁极、励磁绕组、导磁体及一测速装置，该电枢装在三相鼠笼异步电动机的输出轴上并与该输出轴同速旋转，该磁极装在电磁调速电动机的输出轴上，励磁绕组及导磁体固定在该磁极的内侧，测速装置装在电磁调速电动机的输出轴上测量其输出转速并反馈至调速控制系统；该调速控制系统是一个速度、电流双闭环调速控制系统，根据传感器及测速装置的反馈信息调整相应励磁电流大小即达到改变输出转速的目的。
文档编号H02P15/00GK1567696SQ0314501
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月17日 优先权日2003年6月17日
发明者刘建功 申请人:刘建功