CN111749998B - 矿用输送部传动***及其限矩减速器和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿用输送部传动***及其限矩减速器和控制方法，属于煤矿井下设备的技术领域，矿用输送部传动***包括电机、联轴器、过渡盘、链轮和限矩减速器；限矩减速器包括箱体、输入齿轮轴、输入齿轮、中间齿轮轴、中间齿轮、太阳轮轴、太阳轮、行星轮轴、行星轮、浮动齿圈、第一支撑座、第二支撑座、第三支撑座、活塞、螺杆、碟簧组、静摩擦片、动摩擦片、输出轴和行星架。上述矿用输送部传动***及其限矩减速器和控制方法，能很好的避免输送部重载启动和过载保护冲击载荷对传动***的影响，提高设备的可靠性和工作效率，同时相对简单的控制***便于工作人员操作和维护，减少因操作不当引起的恶性事件。

Description

矿用输送部传动***及其限矩减速器和控制方法

技术领域

本发明属于煤矿井下设备的技术领域，具体公开了一种矿用输送部传动***及其限矩减速器和控制方法。

背景技术

输送部是煤矿综采工作面重要的运输设备，担负着运输煤炭、为采煤机提供运行轨道以及为液压支架提供推移支点的重要任务，具有长距离、大运量、大功率、长寿命等特点，铺设长度一般大于250m，甚至达到400m以上，往往需要安装2-4个传动效率到达700kW的传动装置，输送部传动***主要由驱动电机、减速器等部件组成，不仅要传递很大的动力，而且也要必须保证***卸载时的安全。

由于煤矿井下工作面环境恶劣，输送部运行过程中会出现重载启动、煤量过大、驱动链条卡死、链道上下起伏和水平弯曲等恶劣工况，使输送部会产生严重的冲击载荷和刮卡，导致输送部频繁过载和意外停机，损坏驱动电机、减速器等传动部件，给设备的起动、负荷均衡和过载保护等带来很大困难，直接影响输送部的寿命。

一般的保护方式是在驱动电机和减速器之间直接联接液力耦合器或弹性联轴器及扭矩轴，液力耦合器具有维护简单、适应性强、启动电流小等特点，但是存在联接尺寸大、内部结构复杂、运行效率低、维修周期长、温升过高等缺点；弹性联轴器及扭矩轴使用寿命短、可靠性差等缺陷，无法有效保护驱动电机和减速器等传动部件，传动***生产效率低下，影响生产进度，易发生伤亡生产事故。

发明内容

本发明的目的在于提供本一种矿用输送部传动***及其限矩减速器和控制方法，能很好的避免输送部重载启动和过载保护冲击载荷对传动***的影响，提高设备的可靠性和工作效率，同时相对简单的控制***便于工作人员操作和维护，减少因操作不当引起的恶性事件。

为实现上述目的，本发明提供一种矿用输送部传动***的限矩减速器，包括箱体、输入齿轮轴、输入齿轮、中间齿轮轴、中间齿轮、太阳轮轴、太阳轮、行星轮轴、行星轮、浮动齿圈、第一支撑座、第二支撑座、第三支撑座、活塞、螺杆、碟簧组、静摩擦片、动摩擦片、输出轴和行星架；输入齿轮轴转动穿设在箱体上，输入端位于箱体外用于与电机连接，输入齿轮轴上固定套设有输入齿轮；中间齿轮轴转动穿设在箱体内，中间齿轮轴上固定套设有中间齿轮，中间齿轮与输入齿轮啮合，中间齿轮用于降低输入齿轮的输入转速；太阳轮轴与中间齿轮轴连接，太阳轮轴用于传递中间齿轮轴的动力，太阳轮轴上固定套设有太阳轮；行星轮轴固定在输出轴的行星架上，行星轮轴上转动套设有行星轮，行星轮和太阳轮外啮合传动；浮动齿圈的一端通过内齿与行星轮啮合传动，另一端与动摩擦片固定连接，浮动齿圈处于浮动状态；第一支撑座固定在箱体内；第二支撑座固定在箱体内，位于第一支撑座的内侧，第二支撑座内穿设有螺杆；第三支撑座固定在箱体内，位于第二支撑座的内侧，第三支撑座上固定有静摩擦片，静摩擦片与动摩擦片依次交替设置构成摩擦副，摩擦副间充满油液；活塞密封设置在第一支撑座、第二支撑座、第三支撑座和摩擦副围合成的空间内，与螺杆固定连接，可轴向移动，箱体的侧壁上和第一支撑座上设置有与空间相通的高压油道；碟簧组设置在第二支撑座内，安装在螺杆上，且碟簧组处于压紧状态；输出轴转动穿设在箱体上，输出端位于箱体外用于与负载连接，行星架固定套设在输出轴上。

进一步地，输入齿轮轴设置在第一轴承和第二轴承上，第一轴承和第二轴承设置在箱体内；输入齿轮轴上套设有第一端盖，第一端盖通过螺栓安装在箱体的端面上，且第一端盖和箱体之间设置有用于密封油液的第一油封和第一密封圈。

进一步地，中间齿轮轴的两端设置在第五轴承和第六轴承上，第五轴承和第六轴承设置在箱体内；太阳轮通过联接轴套的花键与中间齿轮轴连接。

进一步地，浮动齿圈通过内花键与动摩擦片啮合固定，第三支撑座通过外花键与静摩擦片啮合固定。

进一步地，活塞与第一支撑座之间设置有用于密封油液的第二密封圈和第三密封圈。

进一步地，输出轴设置在第三轴承和第四轴承上，第三轴承和第四轴承设置在箱体内；输出轴上套设有第二端盖，第二端盖通过螺栓安装在箱体的端面上，且第二端盖和箱体之间设置有用于密封油液的第二油封和第四密封圈。

本发明还提供一种矿用输送部传动***，包括电机、联轴器、过渡盘、链轮以及上述限矩减速器；电机通过联轴器与限矩减速器的输入齿轮轴连接；链轮通过过渡盘与限矩减速器的输出轴连接。

进一步地，上述矿用输送部传动***，还包括液压控制回路，液压控制回路包括齿轮泵、油箱和电磁阀；齿轮泵的进油口与油箱连接，出油口与电磁阀的进油口连接；电磁阀的工作油口与高压油道的进口连接；高压油道的出口与油箱连接。

本发明还提供一种矿用输送部传动***的控制方法，包括启动方法：

S1，电机和齿轮泵同时启动，油液未进入高压油道时，动摩擦片和静摩擦片分离，电机将动力输出到输入齿轮轴，通过中间齿轮降低转速之后，将动力传递到太阳轮，太阳轮带动行星轮转动，太阳轮转动将动力传递到行星轮，行星轮自转同时带动浮动齿圈转动，动摩擦片转动，静摩擦片固定；

S2，油液进入高压油道，克服碟簧组作用力，使活塞向动摩擦片和静摩擦片方向施加压力，随着电磁阀油液输出压力增大，动摩擦片和静摩擦片之间产生接触，浮动齿圈的转速降低并对行星轮产生阻力，行星轮在绕轴自转的同时开始绕太阳轮进行公转运动，输出轴的输出扭矩逐渐增加，链轮的负载转矩随之增加；

S3，增大油液压力，活塞继续挤压动摩擦片和静摩擦片，输出轴的输出扭矩继续增大，直至链轮的负载转矩到达给定值，负载转速到达给定转速，链轮启动过程完成。

本发明还提供一种矿用输送部传动***的控制方法，包括过载保护方法：

S1，链轮的负载扭矩超过限矩减速器的最大输出转矩时，动摩擦片和静摩擦片产生打滑，快速断开瞬时尖峰负载，输出轴的输出扭矩保持为打滑扭矩，链轮转速下降，断开电机与链轮负载间的联接；

S2，链轮转速下降，而电机输入转速不变，致使高压油道的输出压力增大，实时压力与预设压力偏差增大，电磁阀油液输出压力随之增大，活塞继续挤压动摩擦片和静摩擦片，输出轴的输出扭矩随之增大，直至与链轮的负载转矩重新平衡为止，动摩擦片和静摩擦片之间无相对运动，链轮恢复正常运转。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的限矩减速器能提供良好的传动性能，很好的避免输送部负载和过载保护冲击载荷对传动***的影响，提高设备的可靠性和工作效率；

2、电机经齿轮副降速之后进行动力传递，各部件运转速度降低，大大延长动摩擦片、静摩擦片、轴承等传动部件的使用寿命，无故障运行时间长，性能稳定；

3、由活塞、螺杆、碟簧组、静摩擦片、动摩擦片构成的摩擦离合器镶嵌在减速器的箱体中，结构紧凑，占用空间较小，用动摩擦片和静摩擦片组成的摩擦副的打滑和压力调节方式来削平冲击载荷和长时刮卡的负载波形，对电机、链轮等传动链部件起到保护作用，同时提供打滑不卸载功能，尖峰负载排除后可自行复位；

4、防尘防水密封设计，动摩擦片和静摩擦片全部浸在润滑油中，温度低，不产生火花，无污染、稳定可靠，适用于煤矿井下易燃易爆气体环境中。

附图说明

图1 为实施例1提供的矿用输送部传动***的限矩减速器的结构示意图；

图2 为图1所示限矩减速器中摩擦离合器的结构示意图；

图3为实施例2提供的矿用输送部传动***的结构示意图；

图4 为图3所示矿用输送部传动***中液压控制回路的示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-箱体、2-输入齿轮轴、3-输入齿轮、4-中间齿轮轴、5-中间齿轮、6-太阳轮轴、7-太阳轮、8-行星轮轴、9-行星轮、10-浮动齿圈、11-第一支撑座、12-第二支撑座、13-第三支撑座、14-活塞、15-螺杆、16-碟簧组、17-静摩擦片、18-动摩擦片、19-输出轴、20-高压油道、21-第一轴承、22-第二轴承、23-第一端盖、24-第一油封、25-第一密封圈、26-第五轴承、27-第六轴承、28-联接轴套、29-第二密封圈、30-第三密封圈、31-第三轴承、32-第四轴承、33-第二端盖、34-第二油封、35-第四密封圈、36-第三端盖；

101-电机、102-联轴器、103-过渡盘、104-链轮、105-限矩减速器、106-齿轮泵、107-第一溢流阀、108-过滤器、109-压力表、110-第二溢流阀、111-电磁阀、112-节流阀、113-油箱。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种矿用输送部传动***的限矩减速器，包括箱体1、输入齿轮轴2、输入齿轮3、中间齿轮轴4、中间齿轮5、太阳轮轴6、太阳轮7、行星轮轴8、行星轮9、浮动齿圈10、第一支撑座11、第二支撑座12、第三支撑座13、活塞14、螺杆15、碟簧组16、静摩擦片17、动摩擦片18、输出轴19和行星架；输入齿轮轴2转动穿设在箱体1上，输入端位于箱体1外用于与电机201连接，输入齿轮轴2上固定套设有输入齿轮3；中间齿轮轴4转动穿设在箱体1内，中间齿轮轴4上固定套设有中间齿轮5，中间齿轮5与输入齿轮3啮合，中间齿轮5用于降低输入齿轮3的输入转速；太阳轮轴6与中间齿轮轴4连接，太阳轮轴6用于传递中间齿轮轴4的动力，太阳轮轴6上固定套设有太阳轮7；行星轮轴8固定在输出轴19的行星架上，行星轮轴8上转动套设有行星轮9，行星轮9和太阳轮7外啮合传动；浮动齿圈10的一端通过内齿与行星轮9啮合传动，另一端与动摩擦片18固定连接，浮动齿圈10处于浮动状态；第一支撑座11固定在箱体1内；第二支撑座12固定在箱体1内，位于第一支撑座11的内侧，第二支撑座12内穿设有螺杆15；第三支撑座13固定在箱体1内，位于第二支撑座12的内侧，第三支撑座13上固定有静摩擦片17，静摩擦片17与动摩擦片18依次交替设置构成摩擦副，摩擦副间充满油液；活塞14密封设置在第一支撑座11、第二支撑座12、第三支撑座13和摩擦副围合成的空间内，与螺杆15固定连接，可轴向移动，箱体1的侧壁上和第一支撑座11上设置有与空间相通的高压油道20；碟簧组16设置在第二支撑座12内，安装在螺杆15上，且碟簧组16处于压紧状态，为活塞14提供远离摩擦副的力，活塞14、螺杆15、碟簧组16、静摩擦片17、动摩擦片18构成的摩擦离合器；输出轴19转动穿设在箱体1上，输出端位于箱体1外用于与负载连接，行星架固定套设在输出轴19上。

进一步地，输入齿轮轴2设置在第一轴承21和第二轴承22上，第一轴承21和第二轴承22设置在箱体1内，以降低输入齿轮轴2转动摩擦；输入齿轮轴2上套设有第一端盖23，第一端盖23通过螺栓安装在箱体1的端面上，且第一端盖23和箱体1之间设置有用于密封油液的第一油封24和第一密封圈25。

进一步地，中间齿轮轴4的两端设置在第五轴承26和第六轴承27上，第五轴承26和第六轴承27设置在箱体1内；太阳轮7通过联接轴套28的花键与中间齿轮轴4连接。

进一步地，浮动齿圈4通过内花键与动摩擦片18啮合固定，第三支撑座13通过外花键与静摩擦片17啮合固定。

进一步地，活塞14与第一支撑座11之间设置有用于密封油液的第二密封圈29和第三密封圈30。

进一步地，输出轴19设置在第三轴承31和第四轴承32上，第三轴承31和第四轴承32设置在箱体1内；输出轴19上套设有第二端盖33，第二端盖33通过螺栓安装在箱体1的端面上，且第二端盖33和箱体1之间设置有用于密封油液的第二油封34和第四密封圈35。

进一步地，还包括通过螺栓安装在箱体1的端面上的第三端盖36，第三端盖36用于封闭中间齿轮轴4的安装孔。

实施例2

本实施例提供一种矿用输送部传动***，包括电机101、联轴器102、过渡盘103、链轮104以及实施例1所述的限矩减速器105；电机201通过联轴器102与限矩减速器105的输入齿轮轴2连接；链轮104通过过渡盘103与限矩减速器105的输出轴19连接。

进一步地，上述矿用输送部传动***，还包括液压控制回路，液压控制回路包括齿轮泵106、第一溢流阀107、过滤器108、压力表109、第二溢流阀110、电磁阀111、节流阀112和油箱113；齿轮泵106的进油口与油箱113连接，出油口分别与第一溢流阀107和过滤器108连接；第一溢流阀107接回油箱113，用于限定齿轮泵106出口压力；电磁阀111为三位四通电磁换向阀，设置进油口P、工作油口A、工作油口B、回油口T，进油口P和过滤器108连接，工作油口B与高压油道20的进口连接，回油口T接回油箱113；压力表109接在电磁阀111和和过滤器108之间；第二溢流阀110的进油口接入电磁阀111和压力表109之间，出油口接回油箱113；高压油道20的出口和节流阀112连接，节流阀112接入油箱113。

齿轮泵106设置转速1500r/min，压力10PMa，流量7.8l/min。

第一溢流阀107限定齿轮泵106出口压力，设置工作压力12PMa，动作流量25L/min。

过滤器108为高压过滤器，过滤精度10目。

活塞14工作行程10mm，通过碟簧组16向左移动复位。

实施例3

本实施例提供一种矿用输送部传动***的控制方法，包括启动方法：

S1，电机101和齿轮泵106同时启动，油液未进入高压油道20时，动摩擦片18和静摩擦片17分离，电机101将动力输出到输入齿轮轴2，通过中间齿轮5降低转速之后，将动力传递到太阳轮7，太阳轮7带动行星轮9转动，太阳轮7转动将动力传递到行星轮9，行星轮9自转同时带动浮动齿圈10转动，动摩擦片18转动，静摩擦片17固定；

S2，油液进入高压油道20，克服碟簧组16作用力，使活塞14向动摩擦片18和静摩擦片17方向施加压力，随着电磁阀111油液输出压力增大，动摩擦片18和静摩擦片17之间产生接触，浮动齿圈10对行星轮9产生阻力，行星轮9在绕轴自转的同时开始绕太阳轮7进行公转运动，输出轴19的输出扭矩逐渐增加，链轮104的负载转矩随之增加；

S3，增大油液压力，活塞14继续挤压动摩擦片18和静摩擦片17，输出轴19的输出扭矩继续增大，直至链轮104的负载转矩到达给定值，负载转速到达给定转速，链轮104启动过程完成，动摩擦片18和静摩擦片17之间无相对运动，浮动齿圈10锁死。

本实施例还提供一种矿用输送部传动***的控制方法，包括过载保护方法：

S1，当链轮104负载受到较大冲击载荷或卡链工况发生，链轮104的负载扭矩超过限矩减速器的最大输出转矩时，动摩擦片18和静摩擦片17产生打滑，输出轴19的输出扭矩保持为打滑扭矩，快速断开瞬时尖峰负载，链轮104转速下降，断开电机101与链轮104负载间的联接，从而避免大扭矩产生的破坏，达到保护电机101、限矩减速器105等传动元部件的目的；

S2，排除障碍后，链轮104转速下降，而电机101输入转速不变，致使高压油道20的输出压力增大，实时压力与预设压力偏差增大，电磁阀111油液输出压力随之增大，活塞14继续挤压动摩擦片18和静摩擦片17，输出轴19的输出扭矩随之增大，直至与链轮104的负载转矩重新平衡为止，动摩擦片18和静摩擦片17之间无相对运动，链轮104恢复正常运转。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种矿用输送部传动***，其特征在于，包括电机、联轴器、过渡盘、链轮、限矩减速器和液压控制回路；

限矩减速器包括箱体、输入齿轮轴、输入齿轮、中间齿轮轴、中间齿轮、太阳轮轴、太阳轮、行星轮轴、行星轮、浮动齿圈、第一支撑座、第二支撑座、第三支撑座、活塞、螺杆、碟簧组、静摩擦片、动摩擦片、输出轴和行星架；

所述输入齿轮轴转动穿设在箱体上，输入端位于箱体外用于与电机连接，输入齿轮轴上固定套设有输入齿轮；

所述中间齿轮轴转动穿设在箱体内，中间齿轮轴上固定套设有中间齿轮，中间齿轮与输入齿轮啮合，中间齿轮用于降低输入齿轮的输入转速；

所述太阳轮轴与中间齿轮轴连接，太阳轮轴用于传递中间齿轮轴的动力，太阳轮轴上固定套设有太阳轮；

所述行星轮轴固定在输出轴的行星架上，行星轮轴上转动套设有行星轮，行星轮和太阳轮外啮合传动；

所述浮动齿圈的一端通过内齿与行星轮啮合传动，另一端与动摩擦片固定连接，浮动齿圈处于浮动状态；

所述第一支撑座固定在箱体内；

所述第二支撑座固定在箱体内，位于第一支撑座的内侧，第二支撑座内穿设有螺杆；

所述第三支撑座固定在箱体内，位于第二支撑座的内侧，第三支撑座上固定有静摩擦片，静摩擦片与动摩擦片依次交替设置构成摩擦副，摩擦副间充满油液；

所述活塞密封设置在第一支撑座、第二支撑座、第三支撑座和摩擦副围合成的空间内，与螺杆固定连接，可轴向移动，箱体的侧壁上和第一支撑座上设置有与空间相通的高压油道；

所述碟簧组设置在第二支撑座内，安装在螺杆上，且碟簧组处于压紧状态；

所述输出轴转动穿设在箱体上，输出端位于箱体外用于与负载连接，行星架固定套设在输出轴上；

所述电机通过联轴器与限矩减速器的输入齿轮轴连接；

所述链轮通过过渡盘与限矩减速器的输出轴连接；

液压控制回路包括齿轮泵、油箱和电磁阀；

所述齿轮泵的进油口与油箱连接，出油口与电磁阀的进油口连接；

所述电磁阀的工作油口与高压油道的进口连接；

所述高压油道的出口与油箱连接。

2.根据权利要求1所述的矿用输送部传动***，其特征在于，所述输入齿轮轴设置在第一轴承和第二轴承上，第一轴承和第二轴承设置在箱体内；

所述输入齿轮轴上套设有第一端盖，第一端盖通过螺栓安装在箱体的端面上，且第一端盖和箱体之间设置有用于密封油液的第一油封和第一密封圈。

3.根据权利要求2所述的矿用输送部传动***，其特征在于，中间齿轮轴的两端设置在第五轴承和第六轴承上，第五轴承和第六轴承设置在箱体内；

太阳轮通过联接轴套的花键与中间齿轮轴连接。

4.根据权利要求3所述的矿用输送部传动***，其特征在于，浮动齿圈通过内花键与动摩擦片啮合固定，第三支撑座通过外花键与静摩擦片啮合固定。

5.根据权利要求4所述的矿用输送部传动***，其特征在于，活塞与第一支撑座之间设置有用于密封油液的第二密封圈和第三密封圈。

6.根据权利要求5所述的矿用输送部传动***，其特征在于，输出轴设置在第三轴承和第四轴承上，第三轴承和第四轴承设置在箱体内；

所述输出轴上套设有第二端盖，第二端盖通过螺栓安装在箱体的端面上，且第二端盖和箱体之间设置有用于密封油液的第二油封和第四密封圈。

7.根据权利要求1所述的矿用输送部传动***的控制方法，其特征在于，包括启动方法：

S1，电机和齿轮泵同时启动，油液未进入高压油道时，动摩擦片和静摩擦片分离，电机将动力输出到输入齿轮轴，通过中间齿轮降低转速之后，将动力传递到太阳轮，太阳轮带动行星轮转动，太阳轮转动将动力传递到行星轮，行星轮自转同时带动浮动齿圈转动，动摩擦片转动，静摩擦片固定；

S2，油液进入高压油道，克服碟簧组作用力，使活塞向动摩擦片和静摩擦片方向施加压力，随着电磁阀油液输出压力增大，动摩擦片和静摩擦片之间产生接触，浮动齿圈对行星轮产生阻力，行星轮在绕轴自转的同时开始绕太阳轮进行公转运动，输出轴的输出扭矩逐渐增加，链轮的负载转矩随之增加；

S3，增大油液压力，活塞继续挤压动摩擦片和静摩擦片，输出轴的输出扭矩继续增大，直至链轮的负载转矩到达给定值，负载转速到达给定转速，链轮启动过程完成。

8.根据权利要求1所述的矿用输送部传动***的控制方法，其特征在于，包括过载保护方法：

S1，链轮的负载扭矩超过限矩减速器的最大输出转矩时，动摩擦片和静摩擦片产生打滑，快速断开瞬时尖峰负载，输出轴的输出扭矩保持为打滑扭矩，链轮转速下降，断开电机与链轮负载间的联接；

S2，链轮转速下降，而电机输入转速不变，致使高压油道的输出压力增大，实时压力与预设压力偏差增大，电磁阀油液输出压力随之增大，活塞继续挤压动摩擦片和静摩擦片，输出轴的输出扭矩随之增大，直至与链轮的负载转矩重新平衡为止，动摩擦片和静摩擦片之间无相对运动，链轮恢复正常运转。

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