一種基于變頻驅動的新型緊鏈裝置設計

涂偉

（寧夏天地奔牛實業集團有限公司，銀川753001）

0 引 言

緊鏈器是刮板輸送機的重要部件，在刮板輸送機運行一段時間后，就需要用緊鏈器控制設備低速運轉，進行刮板鏈的維護，使刮板鏈保持在合適的張緊狀態下工作，保證刮板輸送機在運轉過程中的平穩運行，減少事故發生[1-2]。

目前，變頻電動機已經得到普遍應用，現在國內的刮板輸送機多是采用大齒輪+液壓馬達驅動的緊鏈器，其是驅動部外掛的部件，變頻電動機可以實現低速大轉矩的運轉，現在煤礦上刮板輸送機的驅動部都配套變頻電動機，配置變頻器和變頻一體機的刮板輸送機，利用其可以低速大轉矩運行的特性作為動力源直接緊鏈，從而替代原來的大齒輪+液壓馬達驅動的緊鏈器，利用變頻電動機的低頻特點，在驅動部中增加離合制動器裝置，實現刮板鏈的維護。

1 現有刮板輸送機緊鏈裝置

現有刮板輸送機使用的緊鏈裝置多是利用馬達驅動作為緊鏈的動力源，雖然也能方便地實現設備的基本緊鏈要求，但是在使用過程和使用壽命等方面還是存在一定的不足之處，目前所有驅動馬達都是要求在液壓油介質下工作，而在現場的工況和條件無法滿足的情況下，可能采用乳化液作為介質，由于乳化液里面含水，所以就會影響馬達的使用壽命。緊鏈過程為：1)將阻鏈器裝入阻鏈器孔內，將鏈條的一邊限制?。?)再通過刮板鏈運轉使鏈條向阻鏈器方向運轉，使鏈條在在阻鏈器邊上堆積，鏈條堆積到鏈條張緊后，進行刮板鏈制動，以防止鏈條倒轉回去；3)進行刮板鏈的截??；4)松鏈，通過刮板鏈反轉使堆積在阻鏈器旁的鏈條慢慢回位，鏈條回復正常狀態；5)將阻鏈器拆除，緊鏈器工作過程完成[3]。

傳統的緊鏈方式有閘盤緊鏈和液壓馬達緊鏈，閘盤緊鏈是靠人工手動操作，操作過程中存在一定的危險，而且這個主要適用于小功率的刮板輸送機。液壓馬達緊鏈裝置是外置在動力部罩筒上的，其采用大齒輪+液壓馬達驅動制動，液壓馬達適用于油介質下工作，而在礦井下受條件所限多采用乳化液，對馬達的使用性能和壽命都有很大的影響[4]。液壓馬達緊鏈裝置組成動力部如圖1所示。

圖1 液壓馬達緊鏈裝置動力部示意圖

2 新型緊鏈裝置的設計方案

新型緊鏈裝置設計就是利用變頻電動機具有在低頻下低速衡轉矩的特點，采用變頻電動機為緊鏈裝置的動力源，進行緊鏈操作，電動機沒有制動功能，所以需增加制動功能，保證變頻電動機將鏈條張緊后由制動器將電動機制動，防止鏈條反轉后松開。

新型緊鏈裝置是緊鏈制動器內置和罩筒集成一體，罩筒外部沒有緊鏈裝置。新型緊鏈裝置分別連接變頻電動機和減速器，組成動力部，如圖2所示。

圖2 帶有新型緊鏈裝置的動力部示意圖

3 新型緊鏈裝置的基本結構

新型緊鏈裝置采用罩筒+制動器+離合花鍵套+控制系統組成，結構如圖3所示。

圖3 新型緊鏈裝置的結構圖

控制原理是：進行緊鏈前先打開制動器，控制離合器工作，緊鏈裝置起作用，然后可進行緊鏈工作，緊鏈完成后，進行離合器脫離，關閉制動器，緊鏈工作完成，操作簡單，制動器安全可靠。

4 新型緊鏈裝置結構設計

4.1 制動器的基本參數

緊鏈裝置的基本參數是根據刮板輸送機的驅動功率來確定的，此結構方案采用的驅動部參數如下：電動機功率為855 kW；電動機驅動轉矩為T=9550×855/1485=5498 N·m；電動機的堵轉系數為2.5；堵轉轉矩T堵=2.5T=2.5×5498=13745 N·m。

摩擦限矩器的打滑轉矩一般是額定轉矩的3.5～4.0倍左右，所以打滑轉矩為19 243～21 992 N·m。參考打滑轉矩，制動轉矩值按20 000 N·m選取。

以往該功率輸送機用液壓緊鏈器中馬達的制動轉矩為9000 N·m，因此選取的液壓制動器的額定制動轉矩是足夠的[5-6]。

4.2 制動離合系統設計

制動器的制動離合采用花鍵套的滑動來實現的，采用小模數、多齒數增加花鍵的強度，并使得花鍵的離合相對容易?；ㄦI的滑動采用3組油缸的伸縮控制，如圖4所示。

為了保證花鍵套旋轉和油缸不動，采用花鍵套外圓上安裝軸承，油缸和軸承外圈固定。其中：離合花鍵套采用內外花鍵結構，外花鍵和制動器的內花鍵嚙合，內花鍵和聯軸器組中減速器端聯軸器的外花鍵嚙合。通過離合花鍵套在制動器的內花鍵和聯軸器組的外花鍵中滑動，實現該裝置的離合功能。注意：離合花鍵套的外花鍵始終和制動器的內花鍵嚙合[7]。

圖4 新型緊鏈裝置離合系統示意圖

4.3 液壓控制系統設計

根據液壓緊鏈的操作要求，采用了兩組換向閥來控制操作，兩組減壓閥控制系統壓力，其中：控制制動器開啟的換向閥采用的是帶定位的兩位換向閥，控制油缸伸縮拉動離合花鍵套滑動的換向閥采用的是自帶回位的三位四通閥，并且配有雙向液壓鎖，保證油缸伸縮到位后的穩定，3組油缸并聯以保證油缸的伸縮同步。

因為油介質有利于延長制動器的使用壽命，所以采用單桿油缸進行儲油并為制動器供油，保證制動器的使用壽命[8]。

4.4 其它輔助系統設計

由于該裝置是靠花鍵來傳遞動力，滑動時是花鍵相互脫開或嚙合，為了防止在嚙合時，花鍵位置不合適，所以在花鍵套外盤上設有撥叉口，用撥叉輕輕轉動花鍵套，保證嚙合順利。

5 產品驗證

通過樣機制造和廠內的試驗，新型緊鏈裝置在電動機低頻低速下能正常運轉，離合和制動也很順利，驗證了設計的可行性。該產品樣機也發往用戶進行了工業性試驗，經過半年多的使用，目前使用良好。

圖5 新型緊鏈裝置廠內試驗示意圖

6 結 語

設計了直接采用變頻電動機驅動的新型緊鏈裝置，并通過實物檢測得出以下結論：新型緊鏈系統具有運行安全、操作方便、性能可靠、結構緊湊、工作高效等特點。該產品設計符合現在變頻驅動的刮板輸送機，滿足煤礦井下輸送設備的緊鏈要求，根據輸送機的運輸功率，可適當更換緊鏈裝置中不同制動力矩的制動器，即可達到刮板輸送機的使用要求。該項目產品已獲得國家發明專利，專利號：ZL201810425699.4。