一种基于变频驱动的新型紧链装置设计

涂伟

（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，银川753001）

0 引 言

紧链器是刮板输送机的重要部件，在刮板输送机运行一段时间后，就需要用紧链器控制设备低速运转，进行刮板链的维护，使刮板链保持在合适的张紧状态下工作，保证刮板输送机在运转过程中的平稳运行，减少事故发生[1-2]。

目前，变频电动机已经得到普遍应用，现在国内的刮板输送机多是采用大齿轮+液压马达驱动的紧链器，其是驱动部外挂的部件，变频电动机可以实现低速大转矩的运转，现在煤矿上刮板输送机的驱动部都配套变频电动机，配置变频器和变频一体机的刮板输送机，利用其可以低速大转矩运行的特性作为动力源直接紧链，从而替代原来的大齿轮+液压马达驱动的紧链器，利用变频电动机的低频特点，在驱动部中增加离合制动器装置，实现刮板链的维护。

1 现有刮板输送机紧链装置

现有刮板输送机使用的紧链装置多是利用马达驱动作为紧链的动力源，虽然也能方便地实现设备的基本紧链要求，但是在使用过程和使用寿命等方面还是存在一定的不足之处，目前所有驱动马达都是要求在液压油介质下工作，而在现场的工况和条件无法满足的情况下，可能采用乳化液作为介质，由于乳化液里面含水，所以就会影响马达的使用寿命。紧链过程为：1)将阻链器装入阻链器孔内，将链条的一边限制住；2)再通过刮板链运转使链条向阻链器方向运转，使链条在在阻链器边上堆积，链条堆积到链条张紧后，进行刮板链制动，以防止链条倒转回去；3)进行刮板链的截取；4)松链，通过刮板链反转使堆积在阻链器旁的链条慢慢回位，链条回复正常状态；5)将阻链器拆除，紧链器工作过程完成[3]。

传统的紧链方式有闸盘紧链和液压马达紧链，闸盘紧链是靠人工手动操作，操作过程中存在一定的危险，而且这个主要适用于小功率的刮板输送机。液压马达紧链装置是外置在动力部罩筒上的，其采用大齿轮+液压马达驱动制动，液压马达适用于油介质下工作，而在矿井下受条件所限多采用乳化液，对马达的使用性能和寿命都有很大的影响[4]。液压马达紧链装置组成动力部如图1所示。

图1 液压马达紧链装置动力部示意图

2 新型紧链装置的设计方案

新型紧链装置设计就是利用变频电动机具有在低频下低速衡转矩的特点，采用变频电动机为紧链装置的动力源，进行紧链操作，电动机没有制动功能，所以需增加制动功能，保证变频电动机将链条张紧后由制动器将电动机制动，防止链条反转后松开。

新型紧链装置是紧链制动器内置和罩筒集成一体，罩筒外部没有紧链装置。新型紧链装置分别连接变频电动机和减速器，组成动力部，如图2所示。

图2 带有新型紧链装置的动力部示意图

3 新型紧链装置的基本结构

新型紧链装置采用罩筒+制动器+离合花键套+控制系统组成，结构如图3所示。

图3 新型紧链装置的结构图

控制原理是：进行紧链前先打开制动器，控制离合器工作，紧链装置起作用，然后可进行紧链工作，紧链完成后，进行离合器脱离，关闭制动器，紧链工作完成，操作简单，制动器安全可靠。

4 新型紧链装置结构设计

4.1 制动器的基本参数

紧链装置的基本参数是根据刮板输送机的驱动功率来确定的，此结构方案采用的驱动部参数如下：电动机功率为855 kW；电动机驱动转矩为T=9550×855/1485=5498 N·m；电动机的堵转系数为2.5；堵转转矩T堵=2.5T=2.5×5498=13745 N·m。

摩擦限矩器的打滑转矩一般是额定转矩的3.5～4.0倍左右，所以打滑转矩为19 243～21 992 N·m。参考打滑转矩，制动转矩值按20 000 N·m选取。

以往该功率输送机用液压紧链器中马达的制动转矩为9000 N·m，因此选取的液压制动器的额定制动转矩是足够的[5-6]。

4.2 制动离合系统设计

制动器的制动离合采用花键套的滑动来实现的，采用小模数、多齿数增加花键的强度，并使得花键的离合相对容易。花键的滑动采用3组油缸的伸缩控制，如图4所示。

为了保证花键套旋转和油缸不动，采用花键套外圆上安装轴承，油缸和轴承外圈固定。其中：离合花键套采用内外花键结构，外花键和制动器的内花键啮合，内花键和联轴器组中减速器端联轴器的外花键啮合。通过离合花键套在制动器的内花键和联轴器组的外花键中滑动，实现该装置的离合功能。注意：离合花键套的外花键始终和制动器的内花键啮合[7]。

图4 新型紧链装置离合系统示意图

4.3 液压控制系统设计

根据液压紧链的操作要求，采用了两组换向阀来控制操作，两组减压阀控制系统压力，其中：控制制动器开启的换向阀采用的是带定位的两位换向阀，控制油缸伸缩拉动离合花键套滑动的换向阀采用的是自带回位的三位四通阀，并且配有双向液压锁，保证油缸伸缩到位后的稳定，3组油缸并联以保证油缸的伸缩同步。

因为油介质有利于延长制动器的使用寿命，所以采用单杆油缸进行储油并为制动器供油，保证制动器的使用寿命[8]。

4.4 其它辅助系统设计

由于该装置是靠花键来传递动力，滑动时是花键相互脱开或啮合，为了防止在啮合时，花键位置不合适，所以在花键套外盘上设有拨叉口，用拨叉轻轻转动花键套，保证啮合顺利。

5 产品验证

通过样机制造和厂内的试验，新型紧链装置在电动机低频低速下能正常运转，离合和制动也很顺利，验证了设计的可行性。该产品样机也发往用户进行了工业性试验，经过半年多的使用，目前使用良好。

图5 新型紧链装置厂内试验示意图

6 结 语

设计了直接采用变频电动机驱动的新型紧链装置，并通过实物检测得出以下结论：新型紧链系统具有运行安全、操作方便、性能可靠、结构紧凑、工作高效等特点。该产品设计符合现在变频驱动的刮板输送机，满足煤矿井下输送设备的紧链要求，根据输送机的运输功率，可适当更换紧链装置中不同制动力矩的制动器，即可达到刮板输送机的使用要求。该项目产品已获得国家发明专利，专利号：ZL201810425699.4。