基于ABAQUS的采煤机截割部电机过载保护装置研究

文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００２—６８８６（２０１８）０３—０１２０—０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｏｖｅｒｌｏａｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｃｕｔｔｉｎｇ ｕｎｉｔ ｍｏｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＢＡＱＵＳ
ＳＯ Ｎ Ｇ Ｙｉｎｇ
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｏａｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｕｎｉｔ ｍ ｏｔｏｒ，ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｏａｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｍ ｏｔｏｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｏｒｑｕｅ ａｘｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｔｏｒｑｕｅ ｓｈａｆｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ ａｘｉｓ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｏｆ ＹＢＣＳ 一 ９００ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍ ｏｔｏｒ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｔ ｌａｓｔ．ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｖ —ｓｈａｐｅｄ ａｎｄ Ｕ —
Ｏ 引 言
双 滚筒 采煤 机是 我 国现 代 化综 采工 作 面 的重要 机械设备 ，其工作状 态稳定 、自动化程度高 ，可较大 幅度 降低 井 下工 作 人 员 的劳 动 强 度 和 物 料 消 耗 ，且 增产 和稳 产 效果 明显 ，因此 在 我 国各 大 煤 矿 应 用 广 泛 。
ｓｈａｐｅｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｕｓｉｎｇ ＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｕ—ｓｈａｐｅｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ ｉｓ ｍｏｓｔ ｂｅｎｅｆｉ—
ｃｉａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｒｑｕｅ ａ ｘ ｉｓ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｅａｒｅｒ，ｃｕｔｔｉｎｇ ｍｏｔｏｒ，ｏｖｅｄｏａｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｏｒｑｕｅ ａｘｉｓ
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基 于 ＡＢＡＱＵＳ的采煤机 截 割部 电机 过载 保 护装 置研 究
宋 英 （太 重煤机 有 限公 司 ，山 西 太原 ０３００３２）
摘 要 ：针对 采煤机截割部 电机 的过 载保护 问题 。首先 分析 了采煤机上所采 用的不 同原理 的电机过 载保 护方 式，然
后 对 弹 性 扭 矩 轴 保 护 方 式 的 装 配 结 构 和 扭 矩 轴 设 计 要 求 进 行 了研 究 ，随后 利 用 材 料 力 学 方 法对 ＹＢＣＳ一９００型 截 割
装 置 ，在 出现短 时过 载工 况 时 ，及 时 切断 负荷 与 电机 的关 联 ，保证 电机 的安全 稳 定 。
１ 截割部 电机过载保护 方法
一 般 情 况 下 ，截 割 部 电机 过 载 保 护 包 括 以下 几 种方 案 ：
１）电流 监 测 保 护 。采 煤 机 的截 割 电机 为 矿 用 特种 防爆 电机 ，一般 都 具 有 恒 功率 控 制 和 反 向牵 引 保 护功 能 。 当实 际 电流 大 于 额 定 电流 一 定 范 围时 ， 系统 自动牵 引 降速 ，降低 实 际 电流 至额定 值 以下 ，甚 至启 动 电机 反 转 ；但 当实 际 电 流大 于额 定 电流 一 定 倍数 ，并 持续 一 定 时 间 时 ，电 机 启 动 过 载 保 护 ，及 时 切 断 电机输 出 。这种 保 护方 式 的缺 点在 于不 能对 输 入扭 矩 进行 及 时跟 踪监 测 。
３）弹性 扭 矩 轴 式 保 护 。扭 矩 轴 两 端 带 有 外 花 键 ，连 接轴 身两 端 的其余 动力 传输 装置 ，同时在 轴 身 上设 置有 一处 卸荷槽 ，通 过缩 小轴 颈 ，可在 输入 扭 矩 超 限时发 生瞬 时切 断 ，从 而 直 接 断 开 负 载 与 电机 之 间动 力传 输 。这种 保护 方式 可有 效 防止 连续性 冲 击 对 电机 的 损 害 ，是 截 割 电 机 过 载 保 护 的 重 要 手 段 ¨ Ｊ。本文将 对 扭矩轴 的结构 进行 进一 步研 究 。
２）摩 擦 离 合 器 式 保 护 。基 于 电 流 监 测 方 式 的 局 限性 ，可采 用 机 械式 的摩 擦 离 合 器 对 输 入 扭 矩 进
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Ｆｉ场经验 ｌ ２０１８年第３期
ｅ Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ － Nhomakorabea’
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行 直接 监 测 。通 过 在 电机输 出轴 和输 入轴 之 间增 加 摩 擦离 合器 ，可 在负 荷 扭 矩 突 然 增 大 超过 一 定 限度 时 ，空 转打 滑 ，防止 电机 冲击 过载 。这 种保 护装 置 可 对 冲击 性 质 的过载 进 行 较好 的 防 护 ，但 其 缺 点 在 于 打滑期 间 仍有 较大 的输入 扭矩 。
采煤 机 的工作稳 定 性 和设 备安 全 陛直 接影 响着 煤 炭企 业 的生 产效 益 ，在 采煤 机 沿 工 作 面煤 壁 往 复 运 动过 程 中 ，通 过截 割 部 滚 筒 的不 断 旋 转 对 煤 岩 进 行切 割 落煤 ，截 割部 电机提 供切 割过 程 的全 部 动力 。 实 际生 产过 程 中 ，由于煤 岩硬 度 、矸 石 分 布 、截 深 和 截割 角度 等 的变 化 ，电机负 载波 动较 大 ，加 之人 工操 作失 误 导致 的截 割 头 触 碰 支 架 等 情 况 ，时常 出现 电 机超 载 ，严 重影 响截 割 电机 的安 全 使 用 和传 动 系 统 稳定 性 。针 对此 问题 ，应 设 置专 用 的 电机 过 载 保 护
电机的扭矩轴参数进 行 了计算 ，最后 针对理论计 算存 在的局 限性 ，利 用 ＡＢＡＱＵＳ有限元软 件分 别对 Ｖ形和 ｕ形卸
荷槽 的应力分布进行 了研 究 ，结果表 明 Ｕ形 卸荷 槽最利 于扭矩 轴各 项功能的发挥 。
关 键 词 ：采煤 机 截 割 电机 过 载保 护 扭 矩 轴
中 图 分 类 号 ：ＴＩＭ２１．６