CN113955406B - 一种皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，包括两组驱动组件、一传动滚筒和两个座体，所述两个座体对称的设置在两端；所述传动滚筒与两端的座体配合设置；所述两组驱动组件对称的设置在传动滚筒的两端，并与传动滚筒驱动联接，且两组驱动组件分别设置在两端的座体内，所述驱动组件由防爆内转子永磁电机和行星机构配合构成。本发明通过采用独立封装的防爆永磁电机、行星机构，实现了煤矿井下大功率永磁滚筒驱动系统防爆要求；通过将永磁电机、行星机构、传动滚筒部件集成安装于座体，大大降低设备安装空间、节省设备成本，同时提高了传动效率。

Description

一种皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统

技术领域

本发明属于永磁电动滚筒技术领域，具体涉及一种皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统。

背景技术

带式输送机作为散料运输的主要设备，工作时驱动装置驱动传动滚筒，通过传动滚筒和输送带之间的摩擦力驱动输送带运行，实现物料输送。目前国内带式输送机的驱动方式主要有以下三种：(1)传统的减速驱动系统，异步电机+联轴器+减速器+传动滚筒；(2)永磁直驱同步电机驱动传动滚筒，此种驱动方式具有高效节能、过载能力强、传递效率高、维护成本低等优点；(3)永磁直驱电动滚筒，此种驱动方式更为简单高效。

上述的驱动方式存在以下问题：(1)传统的减速驱动系统传动链长、中间传动环节多，因此传动效率低、占用空间大且安装维护均不便；(2)永磁直驱同步电机驱动传动滚筒，随着功率和输出转矩增大，存在重量过重、体积庞大、成本高等缺陷，且在实际使用过程中运输起吊不便、安装维护困难；(3)目前市场上主流的永磁直驱电动滚筒，均为外转子结构，该结构存在以下缺陷：滚筒与端盖的防爆接合面因磨损可能失去隔爆性能、转子磁钢镶嵌在滚筒内侧可靠性低、整体封装结构维修不便、功率越大体积急剧增加，因此目前国家安监总局批准的隔爆型永磁直驱电动滚筒最大功率为315KW，不能满足煤矿大中型带式输送机要求(单机功率要求500～630KW)。

而现阶段开发皮带机用大功率隔爆型集成式永磁驱动系统的技术难点有：(1)如何将电机、减速机构及滚筒集成于一体的机械结构；(2)设计结构尺寸小、传动功率大的减速机构及散热机构；(3)滚筒轴承的润滑系统。

由此可见开发一种大功率、集成式且具有隔爆性能的皮带机用驱动系统需求迫切。

发明内容

针对目前带式输送机驱动系统所存在的问题，本发明的目的是提供一种皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，利用内转子防爆永磁电机输入转矩至行星机构，行星机构输出转矩至传动滚筒，实现驱动传动滚筒，可满足大功率永磁电动滚筒的防爆及安标许可需求，并且便于安装维护。

为了达到上述目的，本发明提供的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，包括两组驱动组件、一传动滚筒和两个座体，所述两个座体对称的设置在两端；所述传动滚筒与两端的座体配合设置；所述两组驱动组件对称的设置在传动滚筒的两端，并与传动滚筒驱动联接，且两组驱动组件分别设置在两端的座体内。

进一步的，所述传动滚筒由滚筒筒体和滚筒传动轴构成，所述滚筒传动轴通过两端的轴承安装于两端的座体内，所述滚筒传动轴通过胀套过盈联接带动滚筒筒体转动。

进一步的，所述轴承采用独立且自动加脂润滑系统。

进一步的，所述两端轴承分别设置有相应的密封组件，所述密封组件通过透盖压紧并固定于座体内。

进一步的，所述密封组件包括骨架油封、第一密封环和第二密封环，所述骨架油封设置在对应透盖内并套装于滚筒传动轴上，所述第一密封环设置在滚筒传动轴上，所述第二密封环设置在座体内并压紧对应的轴承，与第一密封环形成一迷宫结构。

进一步的，所述驱动组件包括一永磁电机和一行星机构，所述永磁电机的输出端通过花键与行星机构的输入端联接，所述行星机构的输出端通过花键与滚筒传动轴联接。

进一步的，所述永磁电机由内转子永磁电机构成，采用防爆外壳独立封装，并通过第二螺栓组固定于座体内。

进一步的，所述行星机构采用内齿圈固定、太阳轮浮动、中心架输出转矩且防爆外壳独立封装，并通过第一螺栓组固定于座体内。

进一步的，所述行星机构还设置有润滑油。

进一步的，所述行星机构还设置有散热结构，所述散热结构由冷却盘管构成。

本发明提供的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，具有以下的有益效果。

(1)通过采用永磁电机、行星机构、传动滚筒集成安装于座体的结构，相较于传统的减速驱动以及大功率的永磁直驱同步电机、大功率的永磁直驱电动滚筒，重量和体积大大减少，结构更为紧凑，传动效率明显提高，起吊运输、安装维护更为便捷。

(2)采用防爆永磁电机加防爆行星机构驱动滚筒的内转子结构，可避免外传子永磁直驱电动滚筒存在的因磨损隔爆性能丧失、转子磁钢镶嵌在滚筒内侧可靠性低的缺陷，并可满足大功率(功率大于等于500KW)永磁电动滚筒的防爆及安标许可需求。

(3)减速机构采用太阳轮浮动、内齿圈固定、中心架输出转矩的行星机构，此种行星机构结构紧凑、传动速比大、承载能力大、柔性均载能力好(太阳轮浮动无支撑)，即可满足低速大扭矩传动滚筒的驱动要求，又因其结构紧凑更易集成于座体且更易采用防爆外壳对其进行封装。

(4)滚筒传动轴轴承采用独立的自动加脂润滑冷却系统，永磁电机及行星机构采用内腔盘管水冷方式，解决了大功率集成式滚筒驱动系统功率大但结构紧凑有限工况下的冷却问题。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本实例中皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统的整体结构剖视图；

图2为本实例中皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统的整体结构俯视图；

图3为图1中Ⅰ区域处的局部放大图；

图4为图1中第一轴承处自动加脂润滑结构示意图；

图5为图1中行星机构的内部结构示意图；

图6为图5中Ⅱ区域处的局部放大图；

图7为图6中冷却盘管的结构示意图。

图中标号含义：

永磁电机1；座体2；行星机构3；第一螺栓组4；透盖5；第一轴承6；滚筒筒体7；胀套8；滚筒传动轴9；第二螺栓组10；第三螺栓组11；第四螺栓组12；紧定螺钉13；第一密封环14；第二密封环15；第五螺栓组16；骨架油封17；机械式自动加脂器18；注油座19；第一管接头20；油管21；第二管接头22；左轴承座300；挡套301；第二轴承302；连接轴套303；端盖304；第一密封组件305；第六螺栓组件306；第七螺栓组件307；行星轮308；第三轴承309；第八螺栓组件310；中心架311；右轴承座312；芯轴313；第四轴承314；第二密封组件315；芯轴轴承316；太阳轮317；内齿圈318；冷却盘管319；第三管接头320；冷却盘管密封组件321；外置水冷换热器400。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

针对目前带式输送机驱动系统所存在的问题，本实例在结构上通过采用独立封装的防爆永磁电机、独立封装的防爆行星机构，可实现功率超过500KW永磁滚筒驱动系统在煤矿井下防爆要求，填补目前国内超过500KW永磁滚筒在煤矿井下应用的空白。

针对现有传统的减速驱动系统传动链长、中间传动环节多、传动效率低、占用空间大的缺点，本实例采用将永磁电机、行星机构、滚筒组件集成安装于座体的结构，大大简化驱动系统结构、节省安装空间以及降低设备成本。

针对采用内转子永磁电机存在的因磨损隔爆性能丧失、转子磁钢镶嵌在滚筒内侧可避免可靠性低的缺陷，本实例采用永磁电机驱动的外传子滚筒系统则可避免以上问题。

针对先阶段存在的永磁滚筒驱动系统功率大、结构紧凑、散热难问题，本实例采用两种冷却方式实现散热，针对低速滚筒传动轴处的轴承采用自动加脂润滑，自动加脂润滑大大减少后期注油工作量。行星机构、永磁电机采用内腔盘管的水冷方式，避免了大功率减速机构需配置防爆冷却用液压油站的难题，并可与永磁电机共用外置换热器，从而降低设备成本。

本实例提供的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，包括：两组驱动组件、一传动滚筒和两个座体。

其中，两个座体对称的设置在两端；传动滚筒与两端的座体配合设置；两组驱动组件对称的设置在传动滚筒的两端，并与传动滚筒驱动联接，且两组驱动组件分别设置在两端的座体内。

如图1所示，本实例中的所述传动滚筒由滚筒筒体7和滚筒传动轴9构成，这里的滚筒传动轴9通过两端的第一轴承6安装于两端的座体2内，滚筒传动轴9通过胀套8过盈联接带动滚筒筒体7转动。

驱动组件包括一永磁电机1和一行星机构3，其中，永磁电机1的输出端通过花键与行星机构3的输入端联接，行星机构3的输出端通过花键与滚筒传动轴9联接。

作为举例，这里的电机1优选由永磁电机构成，并采用防爆外壳独立封装，安装于座体2左端内圆孔内，并通过第二螺栓组10固定于座体2左端的内圆孔内，实现集成于座体，且输出端设置有花键。

参见图5，本行星机构3的一端通过花键与永磁电机1联接，另一端输出端行星架311也设置有花键，此处花键与滚筒传动轴9连接。

永磁电机1输出端与连接轴套303相连接，第一密封组件305安装于端盖304内孔中以及套装于连接轴套303上，端盖304压紧第一密封组件305并由第六螺栓组件306固定于左轴承座300端面，既实现行星机构输入轴端密封，又实现第二轴承302的轴向定位；连接轴套303通过第二轴承302安装于左轴承座300内孔中，并通过挡套301实现轴向定位，连接轴套303通过花键连接太阳轮317，实现将电机输出的转矩传递给太阳轮317。

太阳轮317三处分别与三个行星轮308共同啮合，行星轮308通过两个芯轴轴承316安装于芯轴313上(共三组)，三个芯轴313安装于中心架311三组内孔中，中心架311通过第三轴承309、第四轴承314分别安装固定于左轴承座300和右轴承座312，三个行星轮308和内齿圈318三处共同啮合，内齿圈通过第一螺栓组4固定于座体2内，此种行星机构实现太阳轮317无支撑且浮动(柔性均载能力好)、内齿圈318固定于座体2(传递负载至座体基础)、中心架311输出转矩(实现驱动传动滚筒)、三处外啮合及三处内啮合(结构紧凑且承载能力强)。

第一密封组件305安装于端盖304内孔中以及连接轴套303上，实现行星机构输入轴端密封，第二密封组件315安装于右轴承座312内孔中以及中心架311输出端，实现行星机构输出轴端密封，内齿圈318通过第七螺栓组件307和左轴承座300连接固定，内齿圈318通过第八螺栓组310和右轴承座312连接固定，从而实现将行星机构内部元件封装成独立的整体结构；行星机构3作为整体部件由第一螺栓组4固定于座体2内，实现集成于座体。

优选的，本实例中的行星机构3采用防爆外壳独立封装，安装于座体2内圆孔内，由第一螺栓组4固定于座体2内，并由中心架311右端花键连接滚筒传动轴9。

进一步的，本实例中行星机构3还设置有冷却系统，对行星机构内腔中的润滑油进行冷却。

如图6、图7所示，在左轴承座300内腔中布置冷却盘管319，采用弧形来回环绕弯曲布置冷却盘管319(此种方法实现在紧凑有限的安装空间中布置尽量多冷却盘管319)，冷却盘管319进口、出口分别从左轴承座300通孔中穿出，冷却盘管319进口、出口处分别焊接有第三管接头320，冷却盘管密封组件321套装于冷却盘管319的进口、出口处(实现冷却盘管319进出口处的密封)，冷却盘管319进口、出口处的第三管接头320分别与外置水冷换热器400的进水管、出水管连接，向冷却盘管中注入循环冷却水，最终实现对行星机构3内腔中的润滑油进行冷却，尤其可满足大功率且行星机构3内腔空间有限工况下的冷却要求。

进一步的，本实例中的第一轴承6还分别设置有相应的密封组件，形成密封腔，向其中添加润滑脂，实现第一轴承6的润滑及冷却。

如图1、图3所示，骨架油封17安装于透盖5内孔中并套装于滚筒传动轴9上，密封组件通过透盖5压紧并固定于座体2内，透盖5由第二螺栓组10固定于座体2上，并压紧对应第一轴承6的一端面，实现第一轴承6润滑腔右端密封；第一密封环14通过紧定螺钉13固定于滚筒传动轴9上，第二密封环15通过第四螺栓组16固定于座体2上并压紧轴承的另一端面，第一密封环14和第二密封环15形成一迷宫结构，实现轴承润滑腔左端密封。

进一步的，本实例中的第一轴承6设置有自动加脂润滑结构，实现自动定时向第一轴承6润滑腔加注油脂的功能。

如图4所示，机械式自动加脂器18通过端部螺纹拧入注油座19，注油座19另一出口设有螺纹，第一管接头21拧入此处螺纹，与注油座19接通，第一管接头20端部与油管21焊接，油管21另一端焊接第二管接头22，第二管接头22通过另一端部螺纹与座体2相连，座体2此处开孔将润滑脂加注至轴承润滑腔内，实现第一轴承6自动加脂润滑功能。

如图2所示，本实例中的座体2通过第三螺栓组12安装固定，将所有负载传递于基础，整个永磁滚筒驱动系统仅需左右各一组螺栓(第三螺栓组12)即可实现安装定位，大大简化安装工作量。

基于上述结构设置的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，永磁电机、行星机构、均通过螺栓组件集成安装于座体，传动滚筒组件通过轴承集成安装于座体，行星机构采用滚筒传动轴轴承采用自动加脂润滑冷却系统，永磁电机、行星机构采用内腔盘管通水冷却方式。

本实例提供皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，相较于传统的减速驱动系统(同步电机+联轴器+减速器)具有以下优点：传动链缩至最短、高效节能、起动转矩大、过载能力强、占地空间小、安装空间少、维护量少。

本实例提供皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，相较于目前市场主流的外转子永磁滚筒具有如下优点：

(1)本实例提供的装置采用永磁电机防爆独立封装结构、行星机构防爆独立封装结构，可满足大功率(功率大于等于500KW)永磁电动滚筒的防爆及安标许可需求；并且避免了外转子永磁滚筒因防爆接合面磨损产生的间隙从而导致失去隔爆性能的缺陷。

(2)尺寸小重量轻，便于运输与拆装，而外传子永磁滚筒为整体式，拆装维修均不便。

(3)价格低，同等输出力矩条件下本实例所述装置成本明显低于外转子永磁电动滚筒。

本实例提供皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，滚筒传动轴轴承采用自动加脂润滑冷却系统，大大减少后期加脂维护工作量；行星机构采用内腔盘管水冷方式，避免了大功率减速机构需配置防爆冷却用液压油站的难题，并可与永磁电机共用外置换热器，从而降低设备成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，包括：两组驱动组件、一传动滚筒和两个座体，所述两个座体对称的设置在两端；所述传动滚筒与两端的座体配合设置；所述两组驱动组件对称的设置在传动滚筒的两端，并与传动滚筒驱动联接，且两组驱动组件分别设置在两端的座体内，采用永磁电机加行星机构驱动传动滚筒的内转子结构；所述永磁电机的输出端与行星机构的输入端联接，行星机构的输出端与滚筒传动轴联接，所述行星机构采用内齿圈固定、太阳轮浮动、中心架输出转矩，所述永磁电机输出端与连接轴套相连接，第一密封组件安装于端盖内孔中以及套装于连接轴套上，端盖压紧第一密封组件并由第六螺栓组件固定于左轴承座端面，既实现行星机构输入轴端密封，又实现第二轴承的轴向定位；连接轴套通过第二轴承安装于左轴承座内孔中，并通过挡套实现轴向定位，连接轴套通过花键连接太阳轮，实现将电机输出的转矩传递给太阳轮。

2.根据权利要求1所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述传动滚筒由滚筒筒体和滚筒传动轴构成，所述滚筒传动轴通过两端的轴承安装于两端的座体内，所述滚筒传动轴通过胀套过盈联接带动滚筒筒体转动。

3.根据权利要求2所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述轴承采用独立且自动加脂润滑系统。

4.根据权利要求3所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述两端轴承分别设置有相应的密封组件，所述密封组件通过透盖压紧并固定于座体内。

5.根据权利要求4所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述密封组件包括骨架油封、第一密封环和第二密封环，所述骨架油封设置在对应透盖内并套装于滚筒传动轴上，所述第一密封环设置在滚筒传动轴上，所述第二密封环设置在座体内并压紧对应的轴承，与第一密封环形成一迷宫结构。

6.根据权利要求1所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述永磁电机采用防爆外壳独立封装，并通过第二螺栓组固定于座体内。

7.根据权利要求1所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述行星机构的防爆外壳独立封装，并通过第一螺栓组固定于座体内。

8.根据权利要求1所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述行星机构还设置有润滑油。

9.根据权利要求8所述的皮带机用大功率隔爆型集成式永磁滚筒驱动系统，其特征在于，所述行星机构还设置有散热结构，所述散热结构由冷却盘管构成。