阅读说明：本技术 滚筒式采矿装载机以及滚筒式采矿装载机的采矿滚筒 (Drum mining loader and mining drum of drum mining loader ) 是由 弗尔克尔·夸斯特 塞普·拉尚迈尔 法尔克·劳贝 安德烈·马尔契奇 约尔格·雷克滕瓦尔德 于 2019-02-12 设计创作，主要内容包括：在矿业中用于获取矿物材料的滚筒式采矿装载机中,所述滚筒式采矿装载机具有至少一个采矿滚筒(1),所述采矿滚筒可转动地支承在可枢转的支臂(2)上,所述采矿滚筒由在支臂头部(3)的区域中设置在支臂(2)的相同端部上的驱动马达(4)驱动,如果所述同步马达(4)实施为永磁激励的同步电机,所述同步电机在所述采矿滚筒(1)运行期间提供用于使所述采矿滚筒(1)转动所需的总驱动功率,那么能够提供用于所有运行状态的紧凑的驱动单元。(In a drum mining loader for taking mineral material in the mining industry, having at least one mining drum (1) which is rotatably supported on a pivotable boom (2), the mining drum being driven by a drive motor (4) which is arranged on the same end of the boom (2) in the region of a boom head (3), a compact drive unit for all operating states can be provided if the synchronous motor (4) is embodied as a permanently excited synchronous motor which provides the total drive power required for rotating the mining drum (1) during operation of the mining drum (1).)

滚筒式采矿装载机以及滚筒式采矿装载机的采矿滚筒

技术领域

本发明涉及一种滚筒式采矿装载机，所述滚筒式采矿装载机用于获取矿物材料，如硬煤、盐或岩石，所述滚筒式采矿装载机具有至少一个可转动地支承在可枢转的支臂上的采矿或开凿滚筒，所述采矿或开凿滚筒由设置在支臂的相同端部上的驱动马达驱动。此外，本发明涉及一种滚筒式采矿装载机的采矿滚筒，所述采矿滚筒具有驱动单元。

背景技术

有时也被称为滚筒式装载机的滚筒式采矿装载机在深采矿中用于以开凿方式获取矿物，尤其是硬煤或盐。为了驱动滚筒式采矿装载机的所有运动过程，使用至少一个电动马达，所述电动马达通常情况下集成到机器滑座中。还已知下述滚筒式采矿装载机，其中马达设置在支臂中。借助这种结构类型，能够实现滚筒式采矿装载机的较短的结构长度。

通常，采矿滚筒位于支臂的端部上，所述支臂可移动地固定在传动装置壳体的两端上。在支臂中存在用于力传递的机构，尤其是齿轮级联，借助所述齿轮级联，将力从驱动马达传递至行星传动装置，经由所述行星传动装置将力引入到采矿滚筒中。

通常将具有直至230kW的功率的水冷式三相马达用作为驱动马达。其中所述机器的推进通常具有自身的电动马达。

在已知的滚筒式采矿装载机中，采矿滚筒在所谓的支臂头部的区域中分别固定在可枢转的支臂的端部处，并且由异步马达以1500rpm的同步转速在50Hz的电网频率下运行，或者以1800rpm的同步转速在60Hz的电网频率下运行。

从DE 38 22 875 A1中已知一种用于深采矿的滚筒式采矿装载机，其中用于采矿滚筒的驱动马达分别铰接地固定在支臂头部上。采矿滚筒和驱动马达在此在支臂头部的区域中在外部的支臂部段的相同侧上设置在彼此相对的端部处，并且通过位于该支臂部段的内部中的传动元件相互连接。由于这种设置方式，驱动马达位于总是由前行的采矿滚筒凿开的空间中。

此外，从DE 38 29 225 A1中已知一种滚筒式采矿装载机，其中为了驱动采矿滚筒，设有两个彼此间隔开设置的驱动马达。所述驱动马达之一位于支臂头部的区域中，经由多级行星传动装置与采矿滚筒连接，并且相对于采矿滚筒轴线居中地设置。因为所述驱动马达的驱动功率过低，而不能在不同的运行情况下驱动采矿滚筒，因此在支臂的相对的端部处设置有另一驱动马达，所述另一驱动马达经由齿轮传动装置和减速传动装置与采矿滚筒连接。通常，滚筒式采矿装载机的采矿滚筒借助于两个驱动马达驱动。仅在少数运行情况下可行的是，仅借助较弱的、相对于采矿滚筒轴线设置的驱动马达来运行使矿层脱落的采矿滚筒。

用于为滚筒式采矿装载机的采矿滚筒提供驱动功率的已知的技术解决方案的问题在于，通常必须桥接相对较长的路径来将驱动功率从驱动马达传递至采矿滚筒。为此需要相对耗费的和重的、进而有损耗的力传递机构，例如齿轮传动装置。其它技术解决方案提供了多个驱动单元，所述驱动单元借助于用于力传递的复杂的设置将需要用于各个不同的运行条件的驱动功率传递到采矿滚筒上。在这种情况下视为特别有问题的是，在支臂头部的区域中设有的已知的驱动单元无一例外地不能提供用于驱动采矿滚筒所需的功率。

发明内容

从在现有技术中已知的用于为滚筒式采矿装载机的采矿滚筒提供驱动功率的解决方案以及之前描述的问题出发，本发明所基于的目的是，改进滚筒式采矿装载机，使得提供用于采矿滚筒的紧凑的驱动单元，所述驱动单元对于所有运行情况和应用情况提供所需的驱动功率。在此非常重要的是，使用于将驱动功率从驱动马达传递到采矿滚筒的结构尺寸和路段最小化，并且同时能够实现滚筒式采矿装载机的可靠的、故障安全的运行。此外，在将力从驱动马达传递到采矿滚筒时的损耗应尽可能小，使得实现有效的力传递。此外，根据本发明的技术解决方案应确保驱动单元的简单维护和必要时维修，尤其所需的维护点的数量及其彼此间的间距应是尽可能小的。

上述目的借助根据权利要求1所述的滚筒式采矿装载机以及根据权利要求11所述的滚筒式采矿装载机的采矿滚筒来实现。本发明的有利的实施形式是从属权利要求的主题并且在下面的说明书中部分地参考附图详细阐述。

根据本发明，一种用于选择性获取矿物的滚筒式采矿装载机，其中所述滚筒式采矿装载机具有至少一个可转动地支承在可枢转的支臂上的采矿滚筒，所述采矿滚筒由设置在支臂的相同端部上的驱动马达驱动，已经改进成，使得所述驱动马达实施为永磁激励的同步电机(PMSM)，其在采矿滚筒运行期间提供用于使采矿滚筒转动所需的功率。通过将永磁激励的同步电机设为驱动马达，其中所述驱动马达设置在支臂头部上，在所述支臂头部处还存在通过所述驱动马达驱动的采矿滚筒，提供一种紧凑且性能强大的用于滚筒式采矿装载机的采矿滚筒的驱动单元，所述驱动单元的特征在于结构尺寸相对较小然而仍能够在所有运行情况下提供用于使采矿滚筒转动所需的驱动功率。所述驱动马达以有利的方式设置在所述支臂头部的区域中，使得所述驱动马达关于所述支臂位于所述采矿滚筒的相对置的侧上并且至少差不多相对于所述采矿滚筒的转动轴线居中地定向。优选地，根据相应的使用情况，使用输出功率在250kW和2000kW之间的永磁激励的同步电机。

通过将具有永磁激励的同步电机作为驱动马达的用于采矿滚筒的驱动单元设置在支臂头部的区域中，用于将功率从驱动马达传递直至采矿滚筒上的传输所需的路段相对较短。尤其，与已知的技术系统相比，省去了通常非常长并且在技术上耗费的齿轮链。通过将驱动系统的运动部件优选地设置在支臂头部中，尤其省去转动运动由驱动马达沿着可移动的支臂至采矿滚筒的传递。因此，在根据本发明的解决方案中，作用到支臂上的载荷，例如弯曲和或扭转，不作用到支臂头部中的驱动系统的运动部件上。这提供了另外的优点：所述支臂本身能够实施为具有相对较低的刚性的结构。

原则上可设想的是，将驱动马达实施为集成的马达，其中马达壳体完全或至少部分地集成到支臂中，尤其集成到支臂头部中。在一个替选的设计方案中，实施为永磁激励的同步电机的驱动马达是单独的结构单元，其经由马达壳体或凸缘固定在支臂头部上。优选的是，马达的直径适配于支臂在采矿滚筒区域中的宽度。在最有利的情况下，马达的直径最大相当于支臂的宽度，使得实现特别细长的马达。

此外，将永磁励磁的同步电机(PMSM)用作为设置在滚筒式采矿装载机的支臂头部的区域中的驱动马达是特别有利的，因为可使用相对简单的冷却系统。这归因于：对于所述机器不需要转子冷却。此外，在永磁励磁的转子中没有明显的转子损耗。

使用永磁激励的同步电机作为用于滚筒式采矿装载机的采矿滚筒的驱动马达的另一优点是，与异步电机相比，通常具有明显更大的扭矩过载能力，使得能够借助这种驱动马达实现非常大的启动力矩。此外，永磁激励的同步电机的与异步电机相比更好的功率因子引起在变流器中更少的电流需求。尽管将驱动马达设置在支臂头部的区域进而狭窄的结构空间中，但是由于永磁激励的同步电机的高的功率密度仍可行的是，在滚筒式采矿装载机的该区域中提供紧凑的、性能强大的且有效的驱动单元，所述驱动单元能够为所有运行情况和使用目的提供在采矿滚筒处所需的驱动功率。

在本发明的一个特殊的实施形式中，所述驱动马达在支臂头部的区域中的外径适配于所述支臂头部的直径。根据该特定的实施形式，所述驱动马达的直径相当于支臂头部的直径，进而相当于采矿滚筒的轮毂的直径。在这种技术设计方案中，马达直径大致相当于马达的长度，使得实现了马达壳体的至少近似立方体的设计方案。

根据一个特殊的改进方案，在该情况下，使用功率为800kW的永磁励磁的同步电机作为支臂头部的区域中的驱动马达。这种电动马达具有800mm至1000mm的直径和600mm至800mm的长度。

根据本发明的另一特定的实施方案可设想的是，在驱动马达和采矿滚筒之间，尤其在驱动马达和承担减速传动装置的功能的、设置在采矿滚筒轮毂的区域中的单级或多级式行星传动装置之间，设有锥齿轮传动装置。在这种情况下，马达纵轴线相对于采矿滚筒的转动轴线弯曲，使得马达纵轴线和采矿滚筒转动轴线形成一定角度。所形成的角度优选为至少近似90°。

在驱动马达相对于采矿滚筒的这种设置中，所述驱动马达优选实施为，使得马达的直径至少近似相当于支臂在支臂头部的区域中的宽度或深度。出于该原因，细长马达特别好地适用于具有锥齿轮传动装置的设计方案。此外，基于通过锥齿轮传动装置引起的传动比，能够根据需求以特别合适的方式调整驱动马达的扭矩、转速以及结构尺寸和/或优选两个设在采矿滚筒的区域中的行星传动装置的传动比和结构尺寸。根据一个特定的改进方案，相应设置的驱动马达具有800kW的驱动功率。相应的永磁激励的同步马达的直径为500mm至700mm，而所得出的马达长度为700mm至1000mm。

与驱动马达在支臂头部的区域中的根据本发明的实施方案和设置方式无关，有利的是，在实施为永磁励磁的同步电机的驱动马达与采矿滚筒之间设有至少一个、优选两个行星传动装置。借助于行星传动装置，经由输入轴引入的扭矩被传递到输出轴上，以驱动采矿滚筒。在此涉及减速传动装置，其中驱动轴的转速与输出轴的转速的比(＝传动比)大于1。因此，转速从驱动速度降低到输出转速。

本发明的一个特定的改进方案提出，设为支臂头部的区域中的驱动马达的永磁励磁的同步电机具有高的磁阻分量。具有高的磁阻分量的三相同步电机的特征在于，扭矩至少在很大程度上通过磁阻力产生，所述磁阻力通过由定子产生的转动磁场的沿着转子环周不同的磁导率引起，而不是像否则常见的那样通过洛伦兹力产生。根据本发明的一个特定的实施形式，具有转子的同步磁阻马达被用作为用于滚筒式采矿装载机的采矿滚筒的驱动马达，所述转子选择性地具有隔磁槽或截然不同的磁极。在同步磁阻马达中，扭矩几乎仅通过磁阻力引起，而不是像在其它同步电机中那样通过洛伦兹力引起。在此，转子同样与供电网络的转动磁场同步地转动。优选使用同步磁阻马达，所述同步磁阻马达实施为四极式的。

在本发明的另一特殊的实施形式中，实施为永磁励磁的同步电机的驱动马达至少有时由变频器馈电。对永磁激励的同步电机的调节在此优选进行为，使得所述驱动马达以最大的扭矩和最小的电流需求运行。优选地，在这种情况下，所述调节在向量调节的基础上进行，通过所述向量调节实现：相对其它调节，所述变频器具有扩展的转速和定位精度，其中经由所述变频器对永磁励磁的同步电机馈电。通常，向量调节是一种调节方案，其中正弦曲线的或很大程度上为正弦曲线的交流变量，在此为驱动电压或驱动电流，不直接在其时间上的瞬时值方面进行调节，而是在去除周期内相位角的瞬时值方面进行调节。

关于根据本发明实施为对变频器馈电的同步电机的驱动马达，在此优选使用d-q调节。d和q向量彼此垂直，其中q值代表扭矩，d值代表磁通密度。通过由外部预设的q参考值，能够以适宜的方式影响驱动马达的扭矩。

根据本发明的另一实施形式提出，用作为驱动马达的永磁励磁的同步电机，尤其关于其定子和/或其转子，选择和设计为，使得实现高的启动力矩，这又引起高的脱离力矩。优选可设想的是，启动力矩与额定力矩之比在3.0至6.0的范围内选择。因此，在这种情况下优选应适用：

启动力矩/额定力矩＝3.0......6.0。

此外，本发明的一个特殊的实施形式提出，所述驱动单元实施为，使得位于驱动马达与采矿滚筒之间的至少一个驱动马达以及被驱动的采矿滚筒彼此平行或特别优选地彼此同轴。在这种情况下，通常可设想的是，在驱动马达和采矿滚筒之间设有多级行星传动装置和至少一个另外的传动装置级。多级行星传动装置优选设置在采矿滚筒的轮毂内。

此外，本发明还涉及一种用于滚筒式采矿装载机的采矿滚筒，所述采矿滚筒具有驱动单元，所述驱动单元与采矿滚筒有效连接。所述采矿滚筒可转动地支承在滚筒式采矿装载机的可枢转的支臂的端部处，以选择性获取矿物，尤其是硬煤和/或盐，并且所述采矿滚筒具有驱动马达，所述驱动马达设置在可枢转的支臂的同一端部处，即支臂头部的区域中，并且所述采矿滚筒经由用于传递扭矩和功率的机构与采矿滚筒连接。

根据本发明，所述采矿滚筒的特征在于，所述驱动马达实施为永磁激励的同步马达，其提供足以使采矿滚筒按规定运行的驱动功率。

本发明的基本思想基于：在滚筒式采矿装载机的支臂头部上提供由驱动马达、用于传递功率和扭矩的机构以及采矿滚筒构成的紧凑的单元。使用永磁激励的同步马达作为用于采矿滚筒的驱动马达具有以下优点：能够提供具有高功率密度的马达，所述马达能够节省空间地设置在支臂头部的区域中。根据相应的应用目的，所述采矿滚筒优选能够借助具有250kW至2000kW的功率的驱动马达运行。

附图说明

下面，借助特定的实施例参考附图在不限制总体发明思想的情况下描述本发明。在此示出：

图1示出滚筒式采矿装载机的支臂的俯视图，所述滚筒式采矿装载机具有设置在支臂头部上的采矿滚筒和呈细长实施方案的驱动马达；

图2示出具有呈细长实施方案的同步马达的支臂的侧视图，所述同步马达与采矿滚筒相对置地设置；

图3示出滚筒式采矿装载机的支臂的俯视图，所述滚筒式采矿装载机具有设置在支臂头部处的采矿滚筒以及呈立方体实施方案的驱动马达；

图4示出具有呈细长实施方案的同步马达的支臂的侧视图，所述同步马达与采矿滚筒相对置地设置并且经由锥齿轮传动装置与采矿滚筒连接。

具体实施方式

图1示出滚筒式采矿装载机的可枢转地支承的支臂2的俯视图，在所述支臂处，在支臂头部3的区域中设置有采矿滚筒1及其驱动装置。根据所示实施例，所述采矿滚筒1仅借助于驱动马达4驱动，所述驱动马达实施为永磁激励的同步马达并且同样设置在支臂头部3的区域中。对于驱动马达4相对于采矿滚筒1的设置重要的是，被驱动的同步马达4的、具有两个行星传动级8的传动机构6的和采矿滚筒1的转动轴线彼此同轴地伸展，其中驱动马达4在支臂2的背离采矿滚筒1的侧上至少部分地集成到支臂2中。

在图1中示意性示出的永磁励磁的同步马达4实施为细长马达，其马达长度超过马达直径。所述驱动马达4至少部分地集成到支臂2中，在此集成在支臂头部3的区域中，这引起所需空间的进一步节省，使得为滚筒式采矿装载机的采矿滚筒1提供特别紧凑然而性能强大的驱动单元。

用作为采矿滚筒1的专用驱动装置的永磁励磁的同步马达4的特征在于高的功率密度，并且经由变频器5进行馈电，使得确保在运行期间安全地且精确地启动以及可靠地、根据需求地调节驱动马达4进而滚筒的滚转。与通常用作为驱动装置的异步马达相比，借助根据本发明的技术解决方案，在相同的结构空间情况下提供了更高的马达功率。这也是为什么即使在支臂头部的区域中设有仅一个唯一的引起采矿滚筒1转动的驱动马达4也能够提供直至2000kW的驱动功率的原因。因此可行的是，根据需求从250kW至2000kW的功率范围中选择适宜的永磁激励的同步马达4。此外，所示出的根据图1的基于本发明的实施形式的特征在于相对短的路段，经由该路段，功率从驱动马达4传递到采矿滚筒1。因此，沿着支臂2或其它机构的耗费的齿轮链是多余的，借助所述齿轮链，驱动马达4的输出轴的转动经由长的路段传递到采矿滚筒1。

所示同步马达4的转速处于800rpm至1500rpm的范围内，但是只要滚筒式采矿装载机的使用目的需要这样，那么在选择特定的马达时能够增加到5000rpm的值。

此外，在图1中示出的实施例中使用的分别实施为在采矿滚筒轮毂9的区域中的行星传动装置8的传动机构6的传动级设计为，使得其提供30至40的总传动比。补充地可设想的是，在两个传动级6之前安装有附加的具有2.5至3.5的传动比的传动级，以便以这种方式将总传动比扩展至140的值。

图2以补充视图示出结合图1描述的采矿滚筒1的布置的侧视图，所述采矿滚筒在支臂头部3的区域中具有作为专用驱动装置的永磁激励的同步马达4。在根据图2的侧视图中能够无遮掩地看出实施为永磁激励的同步马达的驱动马达4，而采矿滚筒1设置在支臂2的相对置的侧上。细长地实施的同步马达4尤其关于其直径或马达壳体的外径方面适配于支臂2在采矿滚筒转动轴线的区域中的直径。因此，驱动马达4的直径至少差不多相当于支臂2在该区域中的宽度或深度。

在图2中示出的本发明的实施形式中，使用输出功率为800kW的永磁激励的同步马达4。这种细长地实施的驱动马达4具有处于500mm至700mm的范围内的直径和处于1200mm至1400mm的范围内的长度。

图3示出用于滚筒式采矿装载机的采矿滚筒1的实施为永磁激励的同步马达的驱动马达4的另一适宜的实施方案。在此，采矿滚筒1也仅借助设置在支臂头部3的区域中的驱动马达4驱动或转动。所述驱动马达4的、传动机构6的以及采矿滚筒1的转动轴线又再同轴地伸展。与在图2中示出的驱动马达4相反，根据图3的驱动马达4关于马达壳体的尺寸方面实施为至少差不多立方体。因此，马达4的直径及其长度至少近似相等。在该设计方案中，驱动马达4的或马达壳体的直径至少差不多相当于支臂头部3的直径，进而也相当于采矿滚筒1的轮毂9的直径。该设计方案有利的是，使滚筒式采矿装载机在采矿滚筒1的区域中的宽度最小化。

在图3中示出的本发明的特定的实施形式中，同样能够使用输出功率为800kW的永磁激励的同步马达4。这种立方体实施的马达4具有在500mm至700mm的范围中的直径和在1200mm至1400mm的范围中的长度。

在图4中示出永磁激励的同步马达4的另一可行的布置，所述同步马达是设置在滚筒式采矿装载机的支臂2的支臂头部3上的传动系的一部分。在图4中示出的布置的主要特征在于，所述驱动马达4的转动轴线与采矿滚筒1的转动轴线形成优选为90°的角度。为了能够实现相应的布置，在驱动马达4和采矿滚筒1之间设有锥齿轮传动装置7作为传动机构6的附加部件。因此经由锥齿轮传动装置7以及设置在采矿滚筒轮毂9内的行星传动装置8将扭矩或功率从驱动马达4传递至采矿滚筒。

根据在图4中示出的实施形式，驱动马达4的直径又再适配于支臂2的尺寸。尤其，马达4的直径基本上相当于支臂2在支臂头部3的区域中的宽度或深度。相应的尺寸能够在图4中得出。

在驱动马达4和采矿滚筒1之间设有锥齿轮传动装置7，其中所述驱动马达和采矿滚筒两者设置在支臂头部3的区域中，提供了下述可能性：能够优化马达4的扭矩、转速以及结构尺寸和/或设置在采矿滚筒轮毂区域中的行星传动装置8的传动比和结构尺寸。如果对于根据图4的实施形式使用输出功率为800kW的永磁激励的同步马达4，那么所述同步马达的直径为500mm至700mm，在此为560mm，并且所得出的马达长度为700mm至1000mm，在此为850mm。

附图标记列表：

1 采矿滚筒

2 支臂

3 支臂头部

4 驱动马达

5 变频器

6 传动机构

7 锥齿轮传动装置

8 行星传动装置

9 采矿滚筒轮毂