一种掘进设备全电直驱截割滚筒装置和掘锚机

技术领域

本发明涉及一种掘进设备截割滚筒装置和掘锚机，属于地下巷道掘锚技术领域，尤其涉及一种掘进设备全电直驱截割滚筒装置和安装该全电直驱截割滚筒装置的掘锚机。

背景技术

地下煤碳的开采需要先开出巷道，锚固后再进行煤炭开采作业，开出巷道并锚固的机器设备行业称为掘锚机，是巷道掘进设备的一种。无论哪种巷道掘进设备都安装有用于掘进的截割滚筒装置。通过数十年的技术开发和使用，掘进设备的截割滚筒装置的结构和技术都很成熟了，图1是现有成熟的掘进设备截割滚筒装置剖视结构示意图，从图1中可以看出，其为全机械结构，截割电机1-1将动力通过齿轮传动机构1-3传递到滚筒，滚筒内还设置有轴承和端面密封1-2等部件，是全部通过机械部件及其配合来进行截割动作的。图1所示的截割滚筒装置，虽然配合精密、技术成熟，但是结构太过复杂、价格昂贵、且容易出现故障，一旦出现故障因在地下狭小空间内作业，导致维修困难。为了克服图1所述截割滚筒装置的上述缺陷，本领域的技术人员一直在开发新型的截割滚筒装置，试图替代图1所示的截割滚筒装置。

中国专利CN1045564053B公开了一种大宽度一次成巷的煤巷综合掘锚机滚筒截割装置，图2为该专利所述滚筒截割装置的主剖视图。该滚筒截割装置包括滚筒架3-1-1、两个中间滚筒3-1-2、两台永磁电机3-1-3、减速机构3-1-4、两个侧滚筒装置3-1-5；所述侧滚筒装置3-1-5包括侧滚筒3-1-5-1、侧滚筒轴3-1-5-2、侧滚筒轴承3-1-5-3、侧滚筒切割头3-1-5-4、伸缩机构3-1-5-5，中间滚筒的外圆、侧滚筒的外圆与切割头上固定有若干个切割刀头3-1-6。两个中间滚筒在滚筒架的三个支撑架中间，两台永磁电机分别装在各自的中间滚筒内，两台永磁电机的外壳的外圆分别与各自的中间滚筒内孔的内圆固定连接；侧滚筒与侧滚筒轴固定连接，侧滚筒轴带侧滚筒轴承装在支撑架孔内，并经减速机构与中间滚筒连接；侧滚筒切割头铰接在侧滚筒上。该专利首次将永磁电机应用到掘锚机滚筒截割装置上，但是该专利的两侧滚筒仍然采用传统的机械传动结构由中间滚筒来驱动，机械结构仍然很复杂，未能解决传统全机械结构掘锚机滚筒截割装置的缺陷，而且还带来的一些新的问题：两侧滚筒的轴和中间滚筒的轴分别支撑在滚筒支架上，形成悬臂梁结构，强度和稳定性不够，不能截割硬岩；众所周知永磁电机的工作温度不能太高，否则或失磁或损坏，而掘锚机滚筒截割装置又工作在地下狭小的空间，工作时升温是必须要解决的问题，而中国专利CN1045564053B并没有解决这一问题，故该专利实际中基本不能使用，一旦使用必然导致永磁电机因温度升高而出现故障或损坏。

为克服上述现有技术的技术缺陷，本发明的发明人通过技术公关和试验，研发出本发明，克服了现有技术的技术缺陷。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明一方面提供了一种掘进设备全电直驱截割滚筒装置，克服了现有技术的缺陷。

所述一种掘进设备全电直驱截割滚筒装置，包括滚筒、支架、永磁电机、截割齿，所述永磁电机位于所述滚筒内，所述截割齿固定在所述滚筒外表面上，所述永磁电机直接驱动所述滚筒旋转；

所述永磁电机包括第一永磁电机、第二永磁电机和第三永磁电机，所述滚筒包括第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒，所述第一永磁电机、第二永磁电机和第三永磁电机分别位于所述第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒内；

所述支架包括第一支架臂和第二支架臂，所述第一支架臂两侧设置有第一永磁电机和第二永磁电机，第二支架臂两侧设置有第二永磁电机和第三永磁电机；

所述第一永磁电机、第二永磁电机和第三永磁电机共用一根电机定子轴，所述电机定子轴固定在所述第一支架臂和第二支架臂上；

所述电机定子轴上固定有所述第一永磁电机、第二永磁电机和第三永磁电机的线圈，所述线圈内部设置有第一微结构换热装置，所述永磁电机的永磁体固定在电机外壳上，所述电机外壳与所述滚筒的内侧可拆卸地固定连接；

还包括变频器，所述变频器控制所述第一永磁电机、第二永磁电机和第三永磁电机同时或各自旋转。

本发明因使用永磁电机直驱滚筒，省去了现有技术中复杂的机械结构，使得截割滚筒装置结构简单，导致造价大大降低，且维护方便、降低了维护成本和维修时间，提高效率；因三个永磁电机共用一根电机定子轴，且电机定子轴通过两个支架臂支撑在支架上，则大大增加了截割滚筒装置的刚性和稳定性，可适用于各种材质的地层，且电机定子轴两点支撑克服了悬臂梁的缺陷、稳定性好；又因在永磁电机的线圈内部设置有第一微结构换热装置，可以快速高效地带走永磁电机工作时所产生的热量，控制永磁电机的工作温度在规定的范围内，保障永磁电机的正常工作；还因永磁电机采用变频器控制，可以灵活方便地控制三个滚筒的旋转，可以同时同频旋转，也可以异时异频旋转，可大扭矩低速旋转，也可以高速低扭矩旋转，大大提高了截割滚筒装置的各种工况和工作效率。本发明克服了现有技术的缺陷，实现了发明目的。

本发明一个实施例，优选地，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置还包括隔热防水层，所述隔热防水层设置在所述电机外壳和所述滚筒的内表面之间。

设置隔热防水层可防止工作时滚筒截割时产生的热量传递给滚筒内的永磁电机，同时防止外面的水分因滚筒密封不严而通过滚筒进入永磁电机，进一步保护永磁电机。

进一步，所述隔热防水层采用气凝胶制成。

气凝胶具有非常好的隔热和防水性能，是制成隔热防水层的优选材料，当然也可以采用其它材料制成隔热防水层，例如隔热防水涂料等。

本发明另一个实施例，优选地，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置，还包括第二微结构换热装置，所述第二微结构换热装置设置在所述电机外壳内。

在永磁电机外壳内设置第二微结构换热装置，因微结构换热装置是一种新型的换热器，可以高效地带走热量，故可以进一步将永磁电机产生的热量带走，进一步保障永磁电机的安全工作。

或者，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置，同时还包括隔热防水层和第二微结构换热装置，所述隔热防水层设置在所述电机外壳和所述滚筒的内表面之间，所述第二微结构换热装置设置在所述电机外壳内。起到更好的隔热、降温和防水的效果，可更好地保护永磁电机，保障永磁电机安全高效地工作。当然，隔热防水层优选地也采用气凝胶制成。

本发明另一个实施例，优选地，所述第一滚筒包括第一内滚筒和第一外滚筒，所述第三滚筒包括第三内滚筒和第三外滚筒，所述第一滚筒和第三滚筒内分别设置有伸缩装置，所述伸缩装置控制所述第一外滚筒和/或所述第三外滚筒的伸出或缩回。

采用伸缩装置控制两侧滚筒的伸缩，可以改变本发明所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置工作面的宽度，适应不同的工况要求。

本发明另一方面，提供了一种掘锚机，包括支撑臂，还包含上述任一方案所述的掘进设备全电直驱截割滚筒装置，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置的所述支架与所述支撑臂固定连接。

安装有本发明提供的掘进设备全电直驱截割滚筒装置的掘锚机，同样具有结构简化、制造成本低、维护方便、滚筒强度好、稳定好，以及转速控制灵活方便等掘进设备全电直驱截割滚筒装置的全部优点，克服了现有掘锚机的技术缺陷。

本发明上述掘进设备全电直驱截割滚筒装置和安装其的掘锚机，克服了现有技术的缺陷，至少具有以下积极效果：

1、可以大大简化截割滚筒装置的结构。

通过永磁电机直驱滚筒替代现有掘进截割滚筒复杂的传动机构，取消了复杂减速器等传动机构，大大减少了零部件数量，降低了造价，提高了截割滚筒的作业效率、运行成本和工作可靠性。初步测算，至少减少了现有截割滚筒传动结构160多个齿轮部件，并取消了现有截割滚筒对油路润滑及密封的严格要求。

2、更加稳定的生产、更好的适应性。

通过在永磁电机线圈内设置微结构换热装置，可确保永磁电机的工作温度控制在设定范围内，彻底解决了永磁电机工作温度不能过高的问题，确保工作稳定可靠；且三个永磁电机共用一个电机定子轴，大大提高了滚筒的强度和刚性，减小了滚筒在使用过程中因承受径向力对旋转滚筒带来的危害，去掉了现有技术截割滚筒极易损坏的外圆端面密封装置，本发明改为侧面轴向密封，滚筒运行稳定可靠、安装简单、维修更换方便、工作更加稳定，可适用于不同的工况要求。

3、更灵活和更大范围的转速控制，工作效率提高。

利用变频器控制永磁电机达到截割滚筒转速可在20rpm-80rpm范围内调整，实现无级可调速功能，使得截割滚筒可根据不同物料硬度改变其转速，大大提高了工作效率；还可控制三个滚筒同时或独自工作、以及各自的转速和扭矩，控制灵活方便。

4、可大大扩展滚筒作业面的适应性。

发明的截割滚筒装置因取消了复杂的机械传动，滚筒的长度可以根据需要任意设计，滚筒长度可从4.8米到8米范围内选择，滚筒直径也可从1.15米到2米范围内选择，可适应于不同长度和宽度的作业面要求，大大扩展了滚筒作业面的适应性。

本发明的上述和/或附加的方面和优点，从下面对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

附图说明

图1为现有技术一种掘进设备截割滚筒装置剖视结构示意图；

图2为现有技术另一种掘进设备滚筒截割装置的主剖视图；

图3为本发明所述掘进设备截割滚筒装置实施例一的结构示意图；

图4为本发明所述掘进设备截割滚筒装置实施例二的结构示意图；

图5为本发明所述掘进设备截割滚筒装置实施例三的结构示意图；

图6为本发明所述掘进设备截割滚筒装置实施例四的结构示意图。

其中，图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1-1 截割电机，1-2 端面密封，1-3 齿轮传动机构，3-1-1 滚筒架， 3-1-2两个中间滚筒，3-1-3 两台永磁电机，3-1-4减速机构，3-1-5两个侧滚筒装置， 3-1-5-1 侧滚筒，3-1-5-2 侧滚筒轴， 3-1-5-3 侧滚筒轴承，3-1-5-4侧滚筒切割头， 3-1-5-5 伸缩机构，3-1-6切割刀头。

图3至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1 滚筒，11 第一滚筒，111 第一内滚筒，112 第一外滚筒，12 第二滚筒，13 第三滚筒，131 第三内滚筒，132 第三外滚筒，14 伸缩装置，15 侧面轴向密封，2 支架，21 第一支架臂，22第二支架臂，3永磁电机，31 第一永磁电机，32 第二永磁电机，33 第三永磁电机，34 电机定子轴，35 电机外壳，36 永磁体，4 截割齿，5 第一微结构换热装置，6 隔热防水层，7 第二微结构换热装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

本发明一方面，提供了一种掘进设备全电直驱截割滚筒装置，如图3所示，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置包括滚筒1、支架2、永磁电机3、截割齿4，所述永磁电机3位于所述滚筒1内，所述截割齿4固定在所述滚筒1外表面上，所述永磁电机3直接驱动所述滚筒1旋转，所述永磁电机3包括第一永磁电机31、第二永磁电机32和第三永磁电机33，所述滚筒1包括第一滚筒11、第二滚筒12和第三滚筒13，所述第一永磁电机31、第二永磁电机32和第三永磁电机33分别位于所述第一滚筒11、第二滚筒12和第三滚筒13内；所述支架2包括第一支架臂21和第二支架臂22，所述第一支架臂21两侧设置有第一永磁电机31和第二永磁电机32，第二支架臂22两侧设置有第二永磁电机32和第三永磁电机33；所述第一永磁电机31、第二永磁电机32和第三永磁电机33共用一根电机定子轴34，所述电机定子轴34固定在所述第一支架臂21和第二支架臂22上；所述电机定子轴34上固定有所述第一永磁电机31、第二永磁电机32和第三永磁电机33的线圈，所述线圈内部设置有第一微结构换热装置5，所述永磁电机3的永磁体36固定在电机外壳35上，所述电机外壳35与所述滚筒1的内侧可拆卸地固定连接；还包括变频器（图中未示出），所述变频器控制所述第一永磁电机31、第二永磁电机32和第三永磁电机33同时或各自旋转。

该实施例中，如图3所示，所述第一滚筒11包括第一内滚筒111和第一外滚筒112，所述第三滚筒13包括第三内滚筒131和第三外滚筒132，所述第一滚筒11和第三滚筒13内分别设置有伸缩装置14，所述伸缩装置14控制所述第一外滚筒112和/或所述第三外滚筒132的伸出或缩回。电机定子轴34采用侧面轴向密封15的密封结构。

本发明该实施例因使用永磁电机直驱滚筒，省去了复杂的机械结构，使得截割滚筒装置结构简单，导致造价大大降低，且维护方便、降低维护成本和维修时间，提高效率；因三个永磁电机共用一根电机定子轴，且该电机电子轴通过两个支架臂支撑在支架上，大大增加了截割滚筒装置的刚性和稳定性，可适用于不同硬度物料，且电机定子轴两点支撑克服了悬臂梁的缺陷、稳定性更好；又因在永磁电机的线圈内部设置有第一微结构换热装置，可以快速高效地带走永磁电机工作时所产生的热量，控制永磁电机的工作温度在规定的范围内，保障永磁电机的正常工作；还因永磁电机采用变频器控制，可以灵活方便地控制三个滚筒的旋转，可以同时同频宣传，也可以异时异频旋转，可大扭矩低速旋转，也可以高速低扭矩旋转，大大提高了截割滚筒装置可适用各种工况和工作效率。本发明克服了现有技术的缺陷，实现了发明目的。

本实施例中，两侧的第一滚筒和第三滚筒还采用伸缩装置控制两侧滚筒的伸缩，可以改变本发明所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置的工作面的宽度，适应不同的工况要求。采用侧面轴向密封的结构，去掉了现有技术截割滚筒极易损坏的外圆端面密封装置，滚筒运行稳定可靠、安装简单、维修更换方便、工作更加稳定。

实施例二

本发明另一个实施例，如图4所示，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置还包括隔热防水层6，所述隔热防水层6设置在所述电机外壳35和所述滚筒1的内表面之间。

本实施例与上述实施例一的区别，就在于设置有隔热防水层，其他结构与上述实施例一相同，设置隔热防水层可防止工作时滚筒截割时产生的热量传递给滚筒内的永磁电机，同时防止外面的水因滚筒密封不严而通过滚筒进入永磁电机，可进一步保护永磁电机。

优选地，本实施中，所述隔热防水层6采用气凝胶制成。气凝胶具有非常好的隔热和防水性能，是制成隔热防水层的优选材料，当然也可以采用其它材料制成隔热防水层，例如隔热防水涂料等。

实施例三

本发明再一个实施例，如图5所示，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置，还包括第二微结构换热装置7，所述第二微结构换热装置7设置在所述电机外壳35内。

本实施例与实施例一的区别在于，在永磁电机外壳内设置第二微结构换热装置，因微结构换热装置是一种新型的换热器，可以高效地带走热量，故可以进一步将永磁电机产生的热量带走，可进一步保障永磁电机工作温度在设定范围内，其他结构与实施例一相同。

实施例四

本发明又一个实施例，如图6所示，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置，同时包括隔热防水层6和第二微结构换热装置7，所述隔热防水层6设置在所述电机外壳35和所述滚筒1的内表面之间，所述第二微结构换热装置7设置在所述电机外壳35内。

本实施例与实施例一的区别在于，在电机外壳和滚筒的内表面之间设置有隔热防水层，同时在电机外壳内设置有第二微结构换热装置，其他结构与实施例一相同。该实施例可起到更好的隔热、降温和防水的效果，可更好地保护永磁电机，保障永磁电机安全高效地工作。同理，隔热防水层优选地也采用气凝胶制成。

本发明另一方面，提供了一种掘锚机，包括支撑臂，还包含上述任一实施例所述的掘进设备全电直驱截割滚筒装置，所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置的所述支架与所述支撑臂固定连接。

该掘锚机因安装有本发明提供的掘进设备全电直驱截割滚筒装置，具有本发明所述掘进设备全电直驱截割滚筒装置的全部有益技术效果及其所解决的技术问题，即同样具有结构简化、制造成本低、维护方便、滚筒强度好、稳定好、以及转速控制灵活方便等，不再赘述。

综上所述，本发明提供的内掘进设备全电直驱截割滚筒装置和安装其的掘锚机，因为因使用永磁电机直驱滚筒，使得截割滚筒装置结构简单，大大降低制造成本，且维护方便；因三个永磁电机共用一根电机定子轴，大大增加了截割滚筒装置的刚性和稳定性；又因在永磁电机的线圈内部设置有第一微结构换热装置，可以快速高效地带走永磁电机工作时所产生的热量，保障永磁电机的正常工作；因采用变频器控制，可以灵活方便地控制三个滚筒的旋转、提高工作效率。克服了现有技术的缺陷、实现了本发明的发明目的。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，均不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。