掘进机截割部及应用其的掘进机

摘要

本发明提供了一种掘进机截割部及应用其的掘进机，包括：外转子永磁同步电机，包括定子组件和绕所述定子组件转动的外转子组件；截割头组件，通过旋转轴连接于所述外转子组件。通过外转子永磁同步电机直接连接于截割头组件，实现岩层的破碎。外转子永磁同步电机和截割头组件之间未设置截割减速机，减少了一个重要的故障源，降低了掘进机的故障率。外转子永磁同步电机的工作效率较高，具有良好的节能效果。外转子组件在围绕定子组件转动时，利用离心力将外转子表面的水体和泥砂排开，防止水体和泥砂向电机的机体内部渗入，避免造成绝缘损坏，减少电机故障率。

说明书

技术领域

本发明涉及掘进作业机械技术领域，尤其涉及一种掘进机截割部及应用其的掘进机。

背景技术

掘进机是煤炭行业中非常关键的生产设备，掘进机中最主要的部分为截割部，截割部包括与截割电机、截割减速机、伸缩机构以及截割头等组件。截割电机通过截割减速机带动截割头组件转动，实现对岩层的截割破碎。截割电机和截割减速机在工作时，常常受到环境中水、泥砂、碎岩等因素的影响，截割减速机常常因为进水、润滑不良造成损坏或者异响，截割电机常常存在绝缘损坏等问题，截割电机和截割减速机的故障占截割部总体故障的60％以上，直接影响到了整个掘进机的运行。

发明内容

本发明提供一种掘进机截割部，用以解决现有技术中截割电机和截割减速机容易被环境中的水分和泥砂损坏的缺陷，降低了掘进机截割部的故障率，提高了掘进机的生产效率。

与此同时，本发明还提供了一种掘进机。

根据本发明第一方面实施例提供的掘进机截割部，包括：

外转子永磁同步电机，包括定子组件和绕所述定子组件转动的外转子组件；

截割头组件，通过旋转轴连接于所述外转子组件。

本发明提供了一种掘进机截割部，所述定子组件包括定子核心支撑件、设置于所述定子核心支撑件上的定子铁芯以及缠绕在所述定子铁芯上定子绕组。

本发明提供了一种掘进机截割部，所述定子核心支撑件包括定子组件座、设于所述定子组件座上的定子内套以及套设于所述定子内套外侧壁上的定子外套；

所述定子内套的外侧壁和/或所述定子外套的内侧壁上设有循环水道，所述循环水道包括进水端和出水端，所述定子内套内部沿轴向设置有过水孔，所述定子组件座上设置有贯通的进水孔和出水孔，所述进水端通过所述过水孔连通于所述进水孔，所述出水端通过所述过水孔连通于所述出水孔。

本发明提供了一种掘进机截割部，所述循环水道为沿环向螺旋的凹槽或者沿轴向往复的凹槽。

本发明提供了一种掘进机截割部，所述外转子组件上设置有冷却风扇，所述冷却风扇对应于所述定子铁芯所在的位置设置。

本发明提供了一种掘进机截割部，所述外转子组件包括两端贯通的转子套、均匀设置在所述转子套的内壁上的永磁体以及设置在所述转子套的一端的端盖；

所述转子套设置于所述定子组件的外侧，所述端盖远离所述定子组件的一侧的中心位置通过花键套连接于所述旋转轴。

本发明提供了一种掘进机截割部，还包括设置于所述定子组件和所述外转子组件之间的转盘轴承。

本发明提供了一种掘进机截割部，还包括支撑悬臂，所述支撑悬臂两端贯通并套设于所述旋转轴上，所述支撑悬臂的内壁和所述旋转轴之间设置有滚子轴承；

和/或，还包括设置于所述支撑悬臂靠近所述截割头组件的一端的内壁上的调心轴承，所述旋转轴通过所述调心轴承转动连接于所述支撑悬臂。

本发明提供了一种掘进机截割部，所述支撑悬臂通过悬臂支撑座连接于所述定子组件，所述悬臂支撑座为第一一端开口的圆筒状结构，所述悬臂支撑座套设在所述外转子组件的外侧；

所述悬臂支撑座的第二端的端面上设置有通孔，所述旋转轴插设于所述通孔内且连接于所述外转子组件。

与此同时，根据本发明第二方面实施例提供的掘进机，掘进机包括行走机构以及根据本发明第一方面实施例提供的掘进机截割部，所述掘进机截割部安装在所述行走机构上。

本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明提供的掘进机截割部包括外转子永磁同步电机和截割头组件，外转子组件围绕定子组件转动，外转子组件直接驱动截割头组件，完成岩层的截割破碎。外转子永磁同步电机和截割头组件之间未设置截割减速机，减少了一个重要的故障源，降低了掘进机的故障率。外转子永磁同步电机的工作效率较高，具有良好的节能效果。外转子组件在围绕定子组件转动时，可以利用离心力将外转子组件表面的水体和泥砂排开，防止水体和泥砂向电机的机体内部渗入，避免造成绝缘损坏，减少电机故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的掘进机截割部的剖面图；

图2是本发明提供的定子组件的剖面图；

图3是本发明提供的定子内套和定子外套的剖面图；

图4是本发明提供的外转子组件的剖面图；

图5是本发明提供的外转子组件的左视图。

附图标记：

4：花键套； 5：旋转轴； 6：支撑悬臂；

7：截割头组件； 8：悬臂支撑座； 9：外转子永磁同步电机；

91：定子组件； 911：定子组件座； 912：定子铁芯；

913：定子绕组； 914：转盘轴承； 915：高精度编码器；

916：定子内套； 917：定子外套； 92：外转子组件；

921：转子套； 922：永磁体； 923：端盖；

10：滚子轴承； 11：调心轴承； 13：循环水道；

9111：进水孔； 9112：出水孔； 9161：过水孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

截割电机和截割减速机在工作时，常常受到环境中水、泥砂、碎岩等因素影响，截割减速机常常因为进水、润滑不良造成损坏或者异响，截割电机常常存在绝缘损坏等问题，截割电机和截割减速机的故障占截割部总体故障的60％以上，直接影响到了整个掘进机的运行。

本发明第一方面实施例提供了一种掘进机截割部，下面结合图1至图5描述掘进机截割部的组成结构以及工作原理。

掘进机截割部包括截割头组件7和外转子永磁同步电机9。

外转子永磁同步电机9包括定子组件91和外转子组件92，外转子组件92套设于定子组件91的外侧且围绕定子组件91转动。

外转子组件92通过旋转轴5连接于截割头组件7，截割头组件7上设置有多个齿部，用于破碎岩层，岩层可以是煤岩层。

使用时，外转子永磁同步电机9连接于控制装置以及供电电路，外转子组件92与定子组件91发生相对转动，外转子组件92带动截割头组件7对岩层进行破碎。

外转子永磁同步电机9直接连接于截割头组件7，实现岩层的破碎。外转子永磁同步电机9和截割头组件7之间未设置截割减速机，减少了一个重要的故障源，降低了掘进机的故障率。

外转子永磁同步电机9的工作效率较高，低速、大扭矩的永磁同步电动机的工作效率可以达到90％以上，具有良好的节能效果。

外转子组件92在围绕定子组件91转动时，可以利用离心力将外转子组件92表面的水体和泥砂排开，防止水体和泥砂向电机的机体内部渗入，避免造成绝缘损坏，减少电机故障率。

掘进机截割部采取外转子永磁同步电机进行驱动，能够实现更宽范围的速度调节和扭矩调节，能够适应更复杂的工作环境。掘进机截割部的整体结构简单、振动较低、可靠性较高，延长了掘进机截割部的维修周期，降低了维护成本。

根据本发明的一个实施例，定子组件91包括定子核心支撑件、定子铁芯912以及定子绕组913，定子核心支撑件上设置有定子铁芯912，定子铁芯912上缠绕有定子绕组913。缠绕在定子铁芯912上的定子绕组913通电后会形成稳定的旋转磁场，进而驱动外转子组件92旋转运动。

定子核心支撑件的作用主要有两点，首先，是维持定子铁芯912以及定子绕组913与外转子组件92之间的位置关系，在定子绕组913通电后形成稳定的旋转磁场的情况下，外转子组件92可以绕着定子组件91稳定转动。其次，定子核心支撑件用于将定子组件91固定在掘进机的机械臂或者行走机构上，在机械臂或者行走机构的作用下到达预定的工作位置。

定子组件91内设置有定子绕组，定子绕组的导线电阻在通电时会产生热量。与此同时，变化的磁场会形成涡流，导致电机内部温度升高，为掘进机截割部的持续工作带来不良影响。

根据本发明的一个实施例，外转子永磁同步电机9上设有冷却结构。

在一项实施例中，冷却结构设置在外转子组件92上，例如冷却风扇，冷却风扇的扇叶随着外转子组件92同步运动，推动外转子永磁同步电机9周围以及内部的空气流动，将外转子永磁同步电机9的热量带走，实现散热的效果。

为了提高散热效果，冷却风扇对应于热源的位置，即冷却风扇对应于定子铁芯912的位置设置。冷却风扇将定子铁芯912以及定子绕组913上的热量带走，实现良好的散热效果。

在另一项实施例中，冷却结构设置在定子组件91内。

根据本发明的一个实施例，定子核心支撑件包括定子组件座911、定子内套916以及定子外套917。

定子组件座911用于连接掘进机的机械臂或者其它作业机械，定子内套916设置在定子组件座911上，在定子组件座911的作用下维持位置的稳定。通过螺栓将定子内套916固定在定子组件座911上，然后将定子外套917套设在定子内套916的外侧壁上。

定子内套916与定子外套917之间通过螺栓或者卡扣结构固定连接，避免两者之间出现相对滑动。

为了增加结构的稳定性，定子外套917与定子组件座911之间通过螺栓连接，可以增加定子组件91的整体稳定性。

在一项实施例中，定子外套917与定子组件座911固定连接，起到主要的连接作用，定子内套916插设于定子外套917的内部。

定子铁芯912设置在定子外套917的侧壁上，定子内套916以及定子外套917之间构造出冷却结构。

在第一项实施例中，循环水道13设置在定子内套916的外侧壁上。

在第二项实施例中，循环水道13设置在定子外套917的内侧壁上。

在第三项实施例中，循环水道13可以同时设置在定子内套916的外侧壁以及定子外套917的内侧壁上。

循环水道13包括进水端和出水端，定子内套916的内部沿轴向设置有2个过水孔9161，定子组件座911上设置有贯通的进水孔9111以及出水孔9112。进水端通过过水孔9161连通于进水孔9111，出水端通过过水孔9161连通于出水孔9112。

使用时，在进水孔9111处注入循环水，循环水依次经过进水孔9111、过水孔9161、进水端、循环水道13、出水端、过水孔9161以及出水孔9112，在循环水流通的过程中带走定子组件91内的热量。

在一项实施例中，循环水道13为沿环向螺旋设置的凹槽。螺旋状的凹槽均匀设置在定子内套916或者定子外套917上，覆盖范围较广，冷却效果较好。

在另一项实施例中，循环水道13为沿轴向往复设置的凹槽，轴向往复的凹槽均匀设置在定子内套916或者定子外套917上，冷却效果较好。

冷却结构设置在定子组件91上，此时冷却结构可以独立工作，不受外转子组件92的转速影响。在温度过高时，增加冷却结构的功率，可以快速降温，此时外转子永磁同步电机9可以保持原来的功率工作。

根据本发明的一个实施例，外转子组件92包括转子套921、永磁体922以及端盖923。

转子套921包括相对的第一端和第二端，转子套921为第一端的端面和第二端的端面贯通的筒状结构，转子套921套设在定子组件91的外侧。永磁体922均匀设置在转子套921的内壁上，与定子组件91保持一定的间隔。

转子套921的第一端设置有端盖923，端盖923远离定子组件91的一侧为端面，端面的中心位置设置有连接柱，连接柱通过花键套4连接于旋转轴5。

使用时，转子套921在定子组件91和永磁体922的作用下围绕定子组件91转动，进而带动端盖923转动。端盖923的端面通过连接柱以及花键套4带动旋转轴5转动，进而驱动截割头组件7破碎岩层。

花键套4与旋转轴5连接，实现力矩的传递，将动力传递至截割头组件7。花键套4的强度高、结构简单，有利于降低旋转轴5安装以及检修的难度。

外转子组件92围绕定子组件91转动，进而驱动截割头组件7工作。为了使外转子组件92转动时保持稳定，定子组件91与外转子组件92之间设置有转盘轴承914，转盘轴承914可以保持定子组件91和外转子组件92之间的间距和位置。

在定子组件91包括定子内套916以及外转子组件92包括转子套921的情况下，转盘轴承914设置在定子内套916和转子套921之间。

本发明实施例提供的掘进机截割部，外转子永磁同步电机9通过旋转轴5连接于截割头组件7，旋转轴5处于悬臂状态。为了增加旋转轴5的稳定性，需要对旋转轴5进行有效支撑。

根据本发明的一个实施例，在旋转轴5的外侧设置有支撑悬臂6。支撑悬臂6为两端贯通的筒状结构，支撑悬臂6套设在旋转轴5的外侧。为了保持支撑悬臂6和旋转轴5之间的间距和位置，发挥支撑悬臂6对旋转轴5的支撑效果，支撑悬臂6的内壁和旋转轴5之间设置有滚子轴承10。

旋转轴5转动时，滚子轴承10可以维持旋转轴5的位置，进而将外转子永磁同步电机9的力矩稳定传递给截割头组件7。

在一项实施例中，旋转轴5上安装有多个滚子轴承10，多个滚子轴承10可以进一步增加旋转轴5的稳定性。

在一项实施例中，旋转轴5和支撑悬臂6之间还设置有调心轴承11。调心轴承11设置在支撑悬臂6靠近截割头组件7的一端的内壁上。

旋转轴5转动时，调心轴承11能够承受一定的轴向荷载和径向荷载。与此同时，调心轴承11还可以补偿同轴度误差，因此可以实现自动调心。

为了简化掘进机截割部的结构，支撑悬臂6通过悬臂支撑座8连接于定子组件91，不需要将支撑悬臂6连接掘进机的其它部位。

根据本发明的一个实施例，悬臂支撑座8为第一端开口的圆筒状结构，悬臂支撑座8套设在外转子组件92的外侧且与外转子组件92保持一定的间隔。

悬臂支撑座8的第二端的端面上设置有通孔，旋转轴5活动插设在通孔内且连接于外转子组件92。

悬臂支撑座8设置在外转子组件92的外侧，对外转子组件92的运动不产生干扰，还可以将支撑悬臂6固定在定子组件91上。

在定子组件91包括定子组件座911的情况下，悬臂支撑座8的第一端连接于定子组件座911，形成固定结构。通过外转子永磁同步电机9自身的结构对旋转轴5进行支撑，结构简单，便于组装和维修。

悬臂支撑座8设置在外转子组件92的外侧，还可以防止水分和泥砂接触外转子组件92，降低了外转子永磁同步电机9的故障率。

本发明实施例提供的掘进机截割部，工作时需要根据岩层的实际情况调整工作效率或转动速度。

根据本发明的一个实施例，定子组件91上设置有高精度编码器915。高精度编码器915可以实现旋转信号的反馈，通过和控制系统的配合能够对旋转轴5的旋转速度进行精确控制，进而调整掘进机截割部的工作效率。

根据本发明的一个实施例，定子组件91包括定子组件座911、定子内套916、定子外套917、定子铁芯912以及定子绕组913，定子内套916和定子外套917内设置有循环水道13，定子组件91上还设置有高精度编码器915。

外转子组件92包括转子套921、永磁体922以及端盖923，永磁体922均匀设置在转子套921的内壁上，转子套921套设在定子外套917的外侧，定子内套916和转子套921之间通过转盘轴承914连接，端盖923通过花键套4连接于旋转轴5。

旋转轴5远离端盖923的一端连接于截割头组件7，旋转轴5上套设有支撑悬臂6，支撑悬臂6和旋转轴5之间设置有滚子轴承10和调心轴承11，支撑悬臂6通过悬臂支撑座8安装在定子组件座911上。

与此同时，本发明第二方面实施例还提供了一种掘进机，掘进机包括行走机构以及根据本发明第一方面实施例提供的掘进机截割部，掘进机截割部直接安装在行走机构上或者通过机械臂安装在行走机构上。

使用时，掘进机运动到工作位置，由掘进机截割部对岩层进行破碎。

综上所述，本发明提供的掘进机截割部及应用其的掘进机，包括外转子永磁同步电机和截割头组件，外转子组件围绕定子组件转动，外转子组件直接驱动截割头组件，完成岩层的截割破碎。外转子永磁同步电机和截割头组件之间未设置截割减速机，减少了一个重要的故障源，降低了掘进机的故障率。外转子永磁同步电机的工作效率较高，具有良好的节能效果。外转子组件在围绕定子组件转动时，可以利用离心力将外转子组件表面的水体和泥砂排开，防止水体和泥砂向电机的机体内部渗入，避免造成绝缘损坏，减少电机故障率。

在定子组件上设置有冷却结构的情况下，冷却结构可以将电机内的热量及时传递至外部，确保电机的正常工作。

在定子组件和外转子组件之间设置转盘轴承的情况下，转盘轴承可以保持定子组件和外转子组件之间的间距和位置，增加外转子永磁同步电机的结构稳定性。

在旋转轴上设置支撑悬臂的情况下，支撑悬臂可以增加旋转轴转动时的稳定性，进而确保截割头组件工作时的稳定性。

在支撑悬臂内设置调心轴承的情况下，调心轴承可以补偿同轴度误差，可以实现自动调心。

在定子组件上设置有高精度编码器的情况下，高精度编码器可以实现旋转信号的反馈，通过和控制系统的配合能够对旋转轴的旋转速度进行精确控制，进而调整掘进机截割部的工作效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。