总第215期2021年第3期
机械管理幵发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 215
No.3, 2021
设计理论与方法DOI:10.16525/jkil4-1134/th.2021.03.014永磁电机在刮板输送机驱动系统设计中的应用
李峰
(山西高河能源有限公司，山西太原047100)
摘要：为解决传统刮板输送机以异步电机为核心的驱动系统存在的问题，提出采用永磁电机与刮板输送机
集成实现对刮板输送机驱动控制的方案，并对上述驱动系统中的永磁电机和减速器进行设计，同时搭建
永磁
电机半直驱系统试验平台，对不同工况下刮板输送机永磁电机驱动系统的响应特性进行试验研究，结果表明，
永磁电机半直驱控制系统应用效果良好，可进行推广。
关键词：永磁电机半直驱弄步电机输出转矩驱动控制
中图分类号:TD528.3 文献标识码:A文章编号：1003-773X(2021 )03-0029-02
引言
刮板输送机为综采工作面的运输设备，其不仅
承担着运输煤炭的任务，还与采煤机、液压支架相互
配套为液压支架提供推溜力，为采煤机提供行走轨retractable
道。随着综采工作面设备自动化水平和生产能力的
不断提升，刮板输送机正朝着大运量、大功率、大运
距以及高效率的方向发展w。传统刮板输送机采用 异步电机作为驱动核心，存在效率低、损耗大、振动 大、噪声大等问题，无法满足当前综采工作面对刮板 输送机的要求。鉴于永磁电机具有节能效果好、启动 转矩大、低速驱动性能好等优势，本文将永磁电机应 用于刮板输送机驱动系统中，并对其应用情况进行 分析。
1刮板输送机驱动系统的设计
刮板输送机为综采工作面必不可少的运输设 备，其各分系统包括有驱动系统、刮板系统、链轮组 件系统等。本文着重对刮板输送机驱动系统展开研 究，为确保设计刮板输送机能够适应当前综采工作 面大运量、大转矩以及高效率的运输要求，本文将永 磁电机与减速器设计为刮板输送机的驱动系统。从 理论上将，永磁电机为刮板输送机的动力源，减速器 为刮板输送机的传动部件，将永磁电机与刮板输送 机合为一体可降低电机转速并提高电机的转矩。
此外，为适应刮板输送机在实际生产中负载变 化剧烈，容易发生故障的问题，结合永磁电机半直驱 系统具有调速范围宽、体积小以及节能效果好的特 点，本文针对刮板输送机将采用永磁电机半直驱系 统实现对设备的驱动[2]。永磁电机半直驱驱动系统 的布置情况如图1所示。
收稿日期：2020-12-16
作者简介：李峰（1985—)，男，山西长子人，本科，毕业于太原 工业学院机械设计制造及其自动化专业，助理工程师，主要从 事煤矿机电技术研究工作。
图1永磁电机半直驱系统的总体示意图
1.1永磁电机的选型
本文所研究刮板输送机的具体参数如表1所示。
表1刮板输送机主要规格参数
参数名称具体指标
输送能力/(t*h_1)  2 500
平均输送速度/(m*s_l)1.8
链规格/m m直径为48，长度为152中部溜槽规格尺寸/m m1750 x1000 x372
驱动方式双端驱动
结合刮板输送机所属工作面的生产能力和工作 面的运输条件，需为刮板输送机配置两台功率不小 于30 kW的永磁电机。结合当前市面上各种厂家永 磁电机的性能和成本，最终确定永磁电机的参数如 表2所示。
表2刮板输送机永磁电机关键参数
功率/kW额定转速/
(r*m in_,)额定电压八^电机效率/%极对数307503300988
1.2刮板输送机减速器的设计
为满足当前综采工作面对刮板输送机的运量、转矩、能耗等方面的需求，将永磁电机和减速器合为 一体，称为永磁电机半直驱系统。因此，对于刮板输 送机而言，除了核心永磁电机外，还需根据运输需求设计减速器[3]。
结合刮板输送机链轮的节圆半径参数和链轮的 的平均速度计算得出链轮的转速，计算公式如式（
1)
• 30 •机械臂理开发*****************第36卷图3带负载启动工况下永磁电机转矩变化趋势如图3所示，当刮板输送机带负载启动时，在刚 开始3 S 内永磁电机的输出扭矩为零，该时间段为系 统的预热时间主要是对系统起保护作用；在3 S 后刮 板输送机永磁电机的转矩迅速增大且波动较大，并 且在10 S 后永磁电机的输出转矩相对平稳，并且最 终维持在620 N _m 左右。3结论刮板输送机为综采工作面的关键
运输设备，为 解决传统异步电机驱动刮板输送机存在转矩小、运 量小以及能耗大的问题，将异步电机替换为永磁电 机并将其与减速器集成为刮板输送机的驱动系统。 经试验表明：在刮板输送机负载突然变化时，永磁电 机初期输出扭矩波动较大并且最终稳定于额定转 矩；而且，在不同工况下，永磁电机（下转第59页)流传感器以及数据采集卡等。2.2永磁电机半直驱系统的性能验证
本文将对刮板输送机在不同工况下永磁电机半
直驱系统的驱动性能进行试验研究。在实际试验中，
需结合刮板输送机实际工况的负载特性，结合试验
平台各设备的参数对负载进行等效缩放模拟，以保
证试验结果的准确性。
1) 空载平稳后落煤工况下的驱动试验。经试验 可知：试验平台刮板输送机在模拟负载工况下运行， 在永磁电机半直驱驱动系统的作用下永磁电机的输 出扭矩与其被施加负载的曲线一致，说明本试验平 台所选取的磁粉测功机具有较好的响应特性。而且, 还能够说明基于永磁电机半直驱驱动系统可保证刮 板输送机在空载平稳后落煤工况下根据负载的变化 对其系统的转矩、转速等进行实时调整[5]。2) 非定常落煤工况下的驱动试验。经试验可知， 在非定常落煤工况下，当试验平台所承受的负载突 然增大时，
对应永磁电机的输出扭矩急速增大，并且 实时对应永磁电机的转速下降，电机转速最终稳定 于 270 r /min 。3) 带负载启动工况下的驱动试验。试验平台在 带负载启动工况下驱动试验结果如图3所示。所示：
_ 6〇t> /, \n 2~2^R - 〇)式中为刮板输送机的平均运输速度，取1.8 为链轮的节圆半径，取0.024 m 。经计算可得，链轮的 转速 /i2=l 〇 743 r /min 。结合所选型永磁电机的额定转速n ,=750 r /min ， 计算可得减速器的总传动比为14.324。因此，将刮板
输送机减速去的传动比设计为15。.为保证所设计减
速器能够满足刮板输送机大转矩的需求，其对应的
中心轮和行星轮均采用20CrMnTi 材料进行制造，并
采用渗碳并淬火的热处理方式以提高减速器齿轮的
硬度和耐磨性；同时，对于减速器中的内齿轮而言，
其所选用的材料为400，对应的热处理方式为淬火+
高温回火[4]。
2永磁电机+减速器驱动系统的应用研究
2.1永磁电机半直驱驱动系统试验平台的搭建
结合试验需求和永磁电机半直驱系统的结构，
本文所搭建试验平台主要由核心驱动系统、传感器、
传动装置、检测装置、加载装置以及试验控制台组
成。对应的试验平台模拟如图2所示。
图2永磁电机半直驱试验平台模拟示意图
本节主要验证永磁电机半直驱驱动系统在刮板
输送机的驱动性能。因此，考虑到试验成本的问题，
搭建试验平台中设计到的设备未完全按照工作面实
际功率进行选取，试验平台关键设备的选型结果如
下所示：
1 )永磁电机：所选型永磁电机的型号
为
TYVZ -3800-280M -16，该电机的额定功率为380
kW ，额定电流为73.4 A ，额定电压为380 V 。
2) 磁粉式测功机：该设备的角为试验平台的
加载装置，其能够在实验室环境下模拟刮板输送机
在不同工况下的负载。所选磁粉式测功机的具体型
号为4PB 15，额定扭矩为丨200 N th ，额定功率为48
kW ，额定转速为382r /min 。
3) 减速齿轮箱：该设备的角为试验平台的传
动装置，所选型减速器的具体型号为ZLY 160-8-1，
该型减速器对应的传动比为8。由于在上文中所设
计传动装置的传动比为15，为保证试验结果可准确
反应永磁电机半直驱驱动系统的性能，需对试验平
台中刮板输送机磁粉式测功机的负载进行等比例
缩放。
4) 传感器：包括有扭矩传感器、电压传感器、电20000080060040020
2021年第3期宋云龙：综采工作面刚柔组合整体铺网回撤支护工艺的研究• 59 •安全、顺利、高效的撤
出，为了解决回撤通道支护不 利导致的液压支架回撤闲难或无法回撤的问题，需 加强对回撤通道的支护设计。2) 46111工作面在开采末期巷道顶板对液压支 架具有明显的周期来压，其来压步距为推进步距的 2〜3倍。为保证46111工作面液压支架的顺利回撤， 采用刚柔组合整体铺网支护方案对回撤通道进行支 护。具体支护参数如下：高强树脂纤维网的铺设距离 为26 m ，铺设长度为250 m ；所采用锚杆支护的长度为2.4 m ，描杆间距为800 mm ，锚杆排间距为800mm 。3) 经数值模拟分析可知，刚柔组合整体铺网支护方案对回撤通道支护效果优于原支护方案。参考文献
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(编辑：贾娟）
Study on the Backing and Support Technology of the Integral Mesh
Laying in Fully Mechanized Mining Face
Song  Yunlong
(Shanxi  Mabao  Coal  Industry  Co ., Ltd ., Changzhi  Shanxi  046300)
A b s tra c t ： In order to ensure that the hydraulic support can be safely, smoothly and efficiently retreated from the working face, on the basis of analyzing the geological and coal seam conditions of 46111 working face, the mine pressure law at the end of mining is monitored, and the support method of rigid-flexible combined integral mesh is put forward to support the retreating passage. At the same time, the concrete design of high strength resin fiber m esh and bolt support param eters is completed in detail. Finally, the control effect of surrounding rock of the retreating passage is compared with that of the rigid-flexible combined integral mesh and the original support scheme.
Key w o rd s ： rigid-flexible integral mesh; hydraulic support; retractable channel; roof sinking; high strength resin fiber mesh (上接第30页）
对刮板输送机驱动控制具有较好的响应特性。参考文献[1] 胡文彬，王玉娟，张传金.刮板输送机永磁同步电动机无位置传 感器控制[J ].工矿自动化，2019，45 (10): 61 -67.[2] 鞠锦勇，李威，范孟豹，等.永磁电机驱动的刮板输送机主传动 系统机电耦合扭振动态分岔研究[J ].振动与冲击，2018,37(3)：60-68.[3] 李世旭，姚立权，鞠鹏.刮板输送机用变频电动机研究[J ].工矿
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的有关问题[J ].煤炭科学技术，1991 (3): 23-29.
(编辑：赵婧)
Application of Permanent Magnet Motor in Drive System of the
Scraper Conveyor
Li  Feng
(Shanxi  Gaohe  Energy  Co ., Ltd ., Taiyuan  Shanxi  047100)
A b s tra c t ： In order to solve the problem of driving system of traditional scraper conveyor with asynchronous motor core, a scheme of driving control of scraper conveyor is put forward by integrating perm anent magnet motor and scraper conveyor. The test platform of permanent magnet motor sem i—direct drive system is built, and the response characteristics of perm anent magnet motor drive system of scraper conveyor under different working conditions are studied. The results show that perm anent magnet motor sem i-direct drive control system can be popularized and applied in scraper conveyor.
K ey w o rd s ： perm anent magnet sem i-direct drive; asynchronous motor; output torque; drive control

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