[发明专利]永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置及工作方法

说明书

本发明公开一种永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置及工作方法，适用于采掘机械截割力控制领域。包括外圈、内圈、压电柔性梁单元、刚性连接臂Ⅰ、刚性连接臂Ⅱ、刚性连接臂Ⅲ、电荷适调器组、信号采集卡、信号处理模块、PID控制模块组、D/A转换模块、电压放大器；通过压电柔性梁单元的弹性变形实现截割头冲击扭振的缓冲，抑制截割头冲击扭振能流向系统连接轴传递，通过压电陶瓷的主动控制可有效保证截割头的截割力，与现有销式联轴器无缝连接，无需改变永磁直驱式巷道掘进机截割部结构；具有使用方便、控制结构简单等优点，可保证大功率永磁电机在巷道掘进机截割部上的高效可靠应用。

技术领域

本发明涉及一种冲击负载扭振主动顺应装置及工作方法，尤其适用于采掘机械截割力控制领域使用的永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置及工作方法。

背景技术

截割部是巷道掘进机的主要工作部件，在使用过程中消耗的功率占巷道掘进机总消耗功率的65%以上。现阶段巷道掘进机截割部主要采用“三相异步电机+减速器+截割头”的传动模式，这种方式传动环节多，因电机匹配不合理、调控方式落后，造成了该传动方式下巷道掘进机截割部传动效率低下，电能浪费现象明显。另一方面，截割头在切割煤岩时，由于煤岩体强度的不均匀性、煤岩赋层结构的复杂性，使得作用在截割头上的负载具有随机性、大波动、强冲击的特点。导致传统的巷道掘进机截割部传动系统很容易出现诸多故障，并且齿轮传动系统还需保证良好的润滑。在高效率、高可靠性以及大功率的发展趋势下，传统的异步电机驱动系统面临着不少挑战。

近年来，随着矢量控制和直接转矩控制在交流调速系统中的不断发展和完善，永磁直驱传动模式得到了越来越多的应用。采用大功率永磁电机直接驱动模式替代传统的异步电机加减速机的传动方式，可有效减少传动环节以提高系统可靠性及传动效率。但是，巷道掘进机截割部工况复杂，若采用大功率永磁电机直接驱动截割头，在复杂截割工况下系统连接轴扭振现象会更加突出，可能会出现连接轴扭振破坏等恶劣情况。因此，为了实现大功率永磁电机在巷道掘进机截割部上的高效可靠应用，必须对截割部冲击负载扭振进行抑制。中国专利CN201380017016.7设计了一种双质量飞轮用于机车马达驱动轴与变速器输入轴之间的转动振动减振，但是该装置主要采用弓形弹簧进行能量储存与释放，抑制马达驱动轴转动振动向变速器输入轴的传递，是一种被动的调节方式，若直接应用在截割头上，虽能保证可靠传动，但无法有效保证所需的主动截割力。因此，实际作业过程中，要充分考虑如何保证截割头所需的截割力，设计相应装置及方法在抑制截割头冲击负载扭振的基础上保证截割头的截割能力，确保大功率永磁电机在巷道掘进机截割部上的高效可靠应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置及工作方法，克服现有技术中为抑制传动系统扭振而无法有效保证截割头截割力的问题，在设计过程中，充分考虑截割力的主动保持问题，为永磁直驱传动模式在巷道掘进机截割部上的高效可靠应用提供保证。

为了实现上述目的，本发明永磁直驱式截割部冲击负载扭振主动顺应装置，其特征在于：它包括外圈、内圈、压电柔性梁单元、刚性连接臂Ⅰ、刚性连接臂Ⅱ、刚性连接臂Ⅲ、电荷适调器组、信号采集卡、信号处理模块、PID控制模块组、D/A转换模块、电压放大器；

其中外圈设置在内圈上，内圈圆心处为凸起的柱状轴，外圈和内圈嵌套设置，柱状轴通过多个均匀分布的压电柔性梁单元与外圈内表面固定连接，压电柔性梁单元为弧形结构，在压电柔性梁单元之间的间隙中，在柱状轴与外圈内表面之间等距离分布设有刚性连接臂Ⅰ、刚性连接臂Ⅱ和刚性连接臂Ⅲ，刚性连接臂Ⅰ、刚性连接臂Ⅱ和刚性连接臂Ⅲ一端与柱状轴刚性连接，另一端与外圈内部面活动连接；