RU2605858C1

RU2605858C1 - Mining combine

Info

Publication number: RU2605858C1
Application number: RU2015129023/03A
Authority: RU
Inventors: Олег Олегович Исаев; Сергей Владимирович Титов; Леонид Иванович Кантович; Николай Андреевич Ковалев; Михаил Григорьевич Горбонос
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-12-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to mining industry, in particular to production of coal by coal mining combines. Coal mining combine comprises a body, supports and fixed at the body ends rotary cutting units with screws installed on them. Each of the cutting units bodies has a cylindrical cavity, inside which there is a hollow screw shaft, as well as an electric motor installed. Herewith on the outer surface of the hollow screw shaft, which is also the electric motor shaft, there is a set of permanent magnets for direct transfer of the torque onto the screw from the active part of the electric motor stator. Power supply and control of the electric motor are implemented from the control system converter installed in a separate cavity of the cutting unit body.

EFFECT: simplified design of the combines, lower labor input and costs of their production and operation, the possibility of using screws of different diameters to provide optimum operating conditions for the combine in different conditions and higher reliability of their operation.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к добыче угля с помощью угледобывающих комбайнов, а именно комбайнов, оснащенных инструментами типа фрез, воздействующими на всю поверхность забоя.The invention relates to the mining industry, in particular to coal mining using coal miners, namely combines equipped with tools such as cutters, affecting the entire surface of the face.

Одной из главных проблем при использовании угольных комбайнов является их высокая стоимость и затраты при эксплуатации, невозможность использования шнеков диаметров меньше 1250 мм, а также необходимость повышения энерговооруженности для обеспечения оптимальных условий резания и, как следствие, установка на современных комбайнах высоконагруженных редукторов, имеющих сложные кинематические цепи.One of the main problems when using coal combines is their high cost and operating costs, the inability to use screws with diameters less than 1250 mm, as well as the need to increase power supply to ensure optimal cutting conditions and, as a result, the installation of modern gearboxes with high kinematic gears chains.

Известны современные угледобывающие комбайны, в том числе К500, К750 (ЮМЗ, РФ), 7LS2…7 (фирмы «JOY»), SL300…500 (фирмы «Eickhoff»), EL3000 (фирмы «Busyrus»), имеющие традиционную схему приводов резания с установкой на них электродвигателей и редукторов, обеспечивающих необходимые для резания параметры по оборотам и крутящим моментам на исполнительных органах (шнеках). (Справочник «Очистные комбайны» под общей редакцией проф., д.т.н., В.И. Морозова, изд. МГТУ, М., 2006 г.). Комбайны данного типа приняты нами в качестве аналога.Known modern coal mining combines, including K500, K750 (YuMZ, RF), 7LS2 ... 7 (firm "JOY"), SL300 ... 500 (firm "Eickhoff"), EL3000 (firm "Busyrus"), which have a traditional cutting drive scheme with the installation of electric motors and gearboxes on them, which provide the necessary parameters for cutting in terms of speed and torque on the actuators (screws). (Handbook "Shearers" under the general editorship of prof., Doctor of Technical Sciences, V.I. Morozov, ed. MSTU, M., 2006). Combines of this type are accepted by us as an analog.

Недостатком данного типа комбайнов является необходимость обеспечения прочности и жесткости корпусов редукторов, работающих в условиях высоких внешних динамических нагрузок, так как требование максимального повышения производительности комбайнов приводит к необходимости установки на них электродвигателей значительной мощности и соответствующих крутящих моментов. Это требует повышения металлоемкости комбайна и его энерговооруженности и соответственно ведет к увеличению его стоимости. Кроме того, необходимость корректировать крутящий момент применительно к свойствам конкретного пласта угля усложняет конструкцию редуктора, что соответственно снижает его надежность. Еще одним недостатком комбайнов с данного типа является минимально возможный размер применяемого шнека, не меньше 1250 мм, что ограничивает область их использования.The disadvantage of this type of combines is the need to ensure the strength and rigidity of gear housings operating in conditions of high external dynamic loads, since the requirement to maximize the performance of the combines leads to the need to install electric motors of considerable power and corresponding torques on them. This requires an increase in the metal consumption of the combine and its power supply and, accordingly, leads to an increase in its cost. In addition, the need to adjust the torque in relation to the properties of a particular coal seam complicates the design of the gearbox, which accordingly reduces its reliability. Another disadvantage of combines of this type is the minimum possible size of the used screw, not less than 1250 mm, which limits the area of their use.

Известен угледобывающий комбайн SL900 (http://www.eickhoff-bochum.de/ru/eickhoff_mining_technology) с установленной мощностью 1000…1250 кВТ на один шнек. Это, в свою очередь, потребовало установки на комбайне высоконагруженных редукторов, имеющих сложные кинематические цепи, в том числе двойные планетарные редуктора для обеспечения необходимых параметров резания. Изготовление таких редукторов требует применения новейших высокозатратных технологий изготовления зубчатых передач и корпусов редукторов, специальных сложных систем смазки и ее охлаждения, применения дорогостоящих типов масел, а также высоких затрат при эксплуатации таких редукторов, применяются двойные планетарные редукторы для обеспечения необходимых параметров резания. Такая конструкция позволяет максимально приблизить электродвигатель к шнеку и снизить потери энергии за счет сокращения числа передач и веса комбайна. Данный комбайн выбран нами в качестве аналога.Known coal miner SL900 (http://www.eickhoff-bochum.de/ru/eickhoff_mining_technology) with an installed capacity of 1000 ... 1250 kW per screw. This, in turn, required the installation of highly loaded gearboxes on the combine with complex kinematic chains, including double planetary gearboxes to provide the necessary cutting parameters. The manufacture of such gearboxes requires the use of the latest high-cost technologies for manufacturing gears and gearboxes, special complex lubrication and cooling systems, the use of expensive types of oils, as well as the high costs of operating such gearboxes, double planetary gearboxes are used to provide the necessary cutting parameters. This design allows you to bring the electric motor as close as possible to the screw and reduce energy losses by reducing the number of gears and the weight of the combine. This combine was chosen by us as an analog.

Недостатками данного комбайна является то, что изготовление таких редукторов требует применения новейших высокозатратных технологий изготовления зубчатых передач и корпусов редукторов, специальных сложных систем смазки и ее охлаждения, применения дорогостоящих типов масел, а также сложность их ремонта в условиях производства и высокие затраты при эксплуатации. Дополнительных затрат также требует обеспечение прочности и жесткости корпусов этих редукторов, работающих в условиях высоких внешних динамических нагрузок, что при эксплуатации приводит к микроизменениям их геометрических размеров, снижению надежности и увеличению износа зубчатых зацеплений. Кроме того, в конструкции данного комбайна не решается проблема использования шнеков малого диаметра.The disadvantages of this combine is that the manufacture of such gearboxes requires the use of the latest high-cost technologies for manufacturing gears and gearboxes, special complex lubrication and cooling systems, the use of expensive types of oils, as well as the difficulty of repairing them under production conditions and high operating costs. Additional costs also require ensuring the strength and rigidity of the housings of these gearboxes operating under high external dynamic loads, which during operation leads to micro-changes in their geometric dimensions, reduced reliability and increased wear of gears. In addition, the design of this combine does not solve the problem of using augers of small diameter.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции комбайнов, снижение трудоемкости их изготовления и затрат при эксплуатации, возможность применения шнеков различных диаметров для обеспечения оптимальных условий работы комбайна в различных условиях, повышение надежности их работы.The technical result of the invention is to simplify the design of combines, reducing the complexity of their manufacture and operating costs, the possibility of using screws of various diameters to ensure optimal working conditions of the combine in various conditions, increasing the reliability of their work.

Технический результат достигается за счет того, что каждый из корпусов блоков резания имеет цилиндрическую полость, в которой размещен полый вал шнека, а также установлен электродвигатель, при этом на внешней поверхности полого вала шнека, который одновременно является валом электродвигателя, установлен комплект постоянных магнитов для прямой передачи крутящего момента на шнек от активной части статора электродвигателя, а питание и управление электродвигателем выполнено от преобразователя системой управления, установленного в отдельной полости корпуса блока резания. Возможно также использование встроенного электродвигателя с редуктором, при котором с завальной стороны на валу электродвигателя имеется зубчатый венец, передающий крутящий момент на вал шнека через редуктор со сменными зубчатыми передачами, при этом вал шнека проходит внутри полого вала электродвигателя. Кроме того, корпус блока резания является единым по параметрам, размерам и крепежу как при использовании прямой передачи крутящего момента от электродвигателя к шнеку, так и при использовании редуктора со сменными зубчатыми передачами, при этом корпус редуктора разгружен от внешних нагрузок от резания при работе комбайна.The technical result is achieved due to the fact that each of the bodies of the cutting units has a cylindrical cavity in which the hollow shaft of the auger is placed, and an electric motor is installed, while a set of permanent magnets for direct transmission of torque to the screw from the active part of the stator of the electric motor, and the power and control of the electric motor is made from the converter by a control system installed in the department cavity of the cutting block body. It is also possible to use a built-in electric motor with a gearbox, in which there is a gear ring on the electric motor shaft on the cutting side that transmits torque to the screw shaft through a gearbox with interchangeable gears, while the screw shaft passes inside the hollow shaft of the electric motor. In addition, the housing of the cutting unit is uniform in parameters, sizes and fasteners both when using direct transmission of torque from the electric motor to the screw, and when using a gearbox with interchangeable gears, while the gearbox housing is unloaded from external loads from cutting during the operation of the combine.

Сущность предлагаемого изобретения представлена на фиг. 1, где показан общий вид комбайна, вид на забой, фиг. 2, где показан блок резания, вид на забой и в плане, фиг. 3, где представлен блок резания с прямым приводом в разрезе А-А (фиг. 1), фиг. 4, где показана кинематическая схема блока резания с прямым приводом, фиг. 5, где показан блок резания с комбинированным приводом и фиг. 6, где показана кинематическая схема блока резания с комбинированным приводом.The essence of the invention is presented in FIG. 1, which shows a general view of the combine, a view of the face, FIG. 2, where a cutting unit is shown, a view of the bottom and in plan, FIG. 3, where a cutting unit with a direct drive is shown in section AA (FIG. 1), FIG. 4, which shows a kinematic diagram of a direct drive cutting unit, FIG. 5, which shows a cutting unit with a combined drive, and FIG. 6, which shows the kinematic diagram of a cutting unit with a combined drive.

Общий вид предлагаемого угледобывающего комбайна показан на фиг. 1. Он состоит из корпуса 1, по концам которого закреплены поворотные блоки резания 2, на выходных валах которых установлены шнеки 3. Регулировка шнеков по высоте осуществляется гидроцилиндрами 4. Также показаны кровля пласта 5, почва 6, опоры комбайна 7.A general view of the proposed coal miner is shown in FIG. 1. It consists of a housing 1, at the ends of which rotary cutting units 2 are fixed, screws are installed on the output shafts 3. The screws are adjusted in height by hydraulic cylinders 4. The roof of the formation 5, soil 6, and the supports of the combine 7 are also shown.

На фиг. 2 показана конструкция блока резания, где 3 это шнек, 8 корпус блока резания 2, 9 частотный преобразователь с системой управления в исполнении РВ, смонтированный в корпусе 10, 11 камеры ввода, 12 полость для установки электродвигателя привода шнека с прямой передачей крутящего момента или совместно с редуктором.In FIG. 2 shows the design of the cutting unit, where 3 is a screw, 8 the housing of the cutting unit 2, 9 is a frequency converter with a control system in the PB version, mounted in the housing 10, 11 of the input chamber, 12 is a cavity for installing an auger drive motor with direct torque transmission or together with gearbox.

На фиг. 3 показан блок резания в случае применения прямого привода вращения шнека, где 13 электродвигатель, выполненный в исполнении РВ, который установлен в корпусе 8, А и Б центрирующие расточки, 14 болты крепления электродвигателя к корпусу, 15 корпус электродвигателя 13, 16 комплекты статора, например комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 17 вал электродвигателя и шнека, 18 подшипники, 19 комплекты ротора электродвигателя - постоянные магниты, 20 соединение ротора электродвигателя и шнека, 21 камера вводов, 22 каналы для подвода кабелей к комплектам статора 16.In FIG. Figure 3 shows the cutting unit in the case of using a direct drive for rotating the screw, where 13 is an electric motor made in the design of the RV, which is installed in the housing 8, A and B, centering bores, 14 bolts for fastening the electric motor to the housing, 15 electric motor housing 13, 16 stator kits stator sets of a high-torque toroidal multipolar valve electric motor, 17 shaft of the electric motor and screw, 18 bearings, 19 sets of the electric motor rotor - permanent magnets, 20 connection of the electric motor and screw rotor, 21 cam Input field, 22 channels for cable supply to stator sets 16.

На фиг. 4 показана кинематическая схема блока резания 2 в случае применения прямого привода вращения шнека, где 3 шнек, 8 корпус блока резания, 15 корпус электродвигателя 13, 16 комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 17 вал шнека, он же ротор электродвигателя, 18 подшипники, 19 комплекты ротора электродвигателя закрепленные на валу, 20 соединение ротора и шнека,In FIG. 4 shows the kinematic diagram of cutting unit 2 in the case of using a direct screw rotation drive, where 3 auger, 8 cutting unit housing, 15 electric motor housing 13, 16 stator sets of a high-torque toroidal multi-pole valve electric motor, 17 auger shaft, it is an electric motor rotor, 18 bearings, 19 sets of the rotor of the electric motor mounted on the shaft, 20 connection of the rotor and auger,

На фиг. 5 показан блок резания при использовании комбинированного привода, где 13 электродвигатель выполненный в исполнении РВ, который установлен в корпусе 8, являющемся неизмененным для всех исполнений блоков резания, А и Б центрирующие расточки, 15 корпус электродвигателя 13, 16 комплекты статора, например комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 18 подшипники, 20 комплекты ротора электродвигателя, например постоянные магниты, 21 соединение ротора и шнека, 22 камера вводов, 23 каналы для подвода кабелей к комплектам статора 16, 24 полый вал, являющийся одновременно ротором электродвигателя, 25 зубчатый венец, установленный с внешней завальной стороны полого вала 24, 26 корпус редуктора, в котором зубчатая пара 27 и 28 выполняется как сменная пара шестерен, В центрирующая расточка для установки полого вала, 29 крепежные болты для соединения корпуса редуктора 26 и корпуса блока резания 8, 30 вал шнека, 28 шестерня зацепления вала шнека с редуктором.In FIG. 5 shows the cutting unit when using a combined drive, where 13 the electric motor is made in the design of the RV, which is installed in the housing 8, which is unchanged for all versions of the cutting blocks, A and B centering bores, 15 the motor housing 13, 16 stator sets, for example, high-torque stator sets toroidal multi-pole valve motor, 18 bearings, 20 sets of rotor of the electric motor, for example permanent magnets, 21 connection of the rotor and screw, 22 input chamber, 23 channels for supplying whites to the stator sets 16, 24 the hollow shaft, which is also the rotor of the electric motor, 25 gear ring mounted on the outer obstructed side of the hollow shaft 24, 26 gear housing, in which the gear pair 27 and 28 is made as a removable pair of gears, centering bore for installation hollow shaft, 29 mounting bolts for connecting the gear housing 26 and the cutting unit housing 8, 30 auger shaft, 28 gear gear of the auger shaft gearing.

На фиг. 6 показана кинематическая схема блока резания 2 при использовании комбинированного привода, где 3 шнек, 15 корпус электродвигателя, 16 комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 18 подшипники, 19 комплекты ротора электродвигателя, закрепленные на валу, 21 соединение ротора и шнека, 24 полый вал, являющийся одновременно ротором электродвигателя, 25 зубчатый венец, установленный с внешней завальной стороны полого вала 24, 26 корпус редуктора, в котором зубчатая пара 27 и 28 выполняется как сменная пара шестерен, 29 вал шнека, 28 шестерня зацепления вала шнека с редуктором.In FIG. 6 shows the kinematic diagram of cutting unit 2 when using a combined drive, where 3 auger, 15 motor housing, 16 stator sets of high-torque toroidal multi-pole valve electric motor, 18 bearings, 19 sets of rotor of the electric motor mounted on the shaft, 21 rotor and screw connection, 24 hollow shaft being simultaneously the rotor of the electric motor, a gear ring mounted on the outer obstructed side of the hollow shaft 24, 26 is a gear housing, in which the gear pair 27 and 28 are made as replaceable gears, 29 auger shaft, 28 gear of auger shaft gearing with a reducer.

Применение прямого привода электродвигатель-шнек позволяет приблизить преобразователи с системой управления к электродвигателям, разместив их непосредственно в блоках резания, снизить вес комбайна, а полость для установки электродвигателя привода шнека в корпусах блоков резания позволяет снизить динамические нагрузки на редуктор при взаимодействии шнека с забоем.The use of a direct drive electric motor-auger makes it possible to bring converters with a control system closer to electric motors, placing them directly in the cutting units, to reduce the weight of the harvester, and the cavity for installing the auger drive electric motor in the cases of the cutting units can reduce the dynamic loads on the gearbox when the auger interacts with the face.

Предлагаемый угледобывающий комбайн имеет более простую конструкцию с наименьшим количеством узлов и деталей за счет минимизации количества зубчатых передач, что ведет к повышению надежности, снижению трудоемкости изготовления, конструкция узлов резания позволяет применять электродвигатели необходимых параметров в минимально необходимых габаритах, обеспечивает оптимизацию режимов резания при установке шнеков различных диаметров за счет применения сменных передач, а также отсутствие скольжения магнитного потока ротора обеспечивает уменьшение выделения тепла и увеличение КПД привода, имеет возможность установки в едином неизменяемом блоке привода резания как прямого привода от электродвигателя на вал шнека, так и установку электродвигателя совместно с редуктором, имеет возможность быстрой замены узлов и агрегатов и лучшую защиту корпуса редуктора от внешних нагрузок, возникающих в процессе резания, возможность замены не только электродвигателя блока резания, но и его отдельных активных частей, как по типоразмеру или количеству.The proposed coal mining combine has a simpler design with the smallest number of units and parts due to minimizing the number of gears, which leads to increased reliability, reduced manufacturing complexity, the design of cutting units allows the use of electric motors of the required parameters in the minimum required dimensions, provides optimization of cutting conditions when installing screws different diameters due to the use of shift gears, as well as the absence of slip of the magnetic flux of the rotor there is a decrease in heat generation and an increase in drive efficiency, it can be installed in a single unchanged cutting drive unit as a direct drive from the electric motor to the auger shaft, and the electric motor can be installed together with the gearbox, it can quickly replace components and assemblies and better protect the gearbox housing from external loads arising during the cutting process, the possibility of replacing not only the electric motor of the cutting unit, but also its individual active parts, both in size and quantity.

Таким образом, комбайн данной конструкции позволяет осуществлять заявляемый технический результат, и все признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, необходимы и достаточны для его осуществления.Thus, the harvester of this design allows the claimed technical result, and all the features that distinguish the invention from the prototype are necessary and sufficient for its implementation.

Claims

1. A coal mining machine comprising a housing, supports and rotary cutting units fixed at the ends of the housing with screws mounted on them, characterized in that each of the cutting unit bodies has a cylindrical cavity in which the auger hollow shaft is placed, and an electric motor is installed, wherein on the outer surface of the hollow shaft of the screw, which is also the motor shaft, a set of permanent magnets is installed for direct transmission of torque to the screw from the active part of the stator of the electric motor, and pi The motor is powered and controlled from the converter by a control system installed in a separate cavity in the housing of the cutting unit.

2. Coal miner according to claim 1, characterized in that the electric motor of the cutting unit has a design in which on the obstructed side there is a gear ring on the electric motor shaft that transmits torque to the screw shaft through a reducer with interchangeable gears, while the screw shaft passes inside hollow shaft of the electric motor.

3. Coal miner according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the housing of the cutting unit is uniform in parameters, sizes and fasteners when using direct transmission of torque from the electric motor to the screw, and when using a gearbox with interchangeable gears, while the gearbox is unloaded from external loads from cutting during the operation of the combine.