[发明专利]一种基于机电耦合特性的永磁直驱式传动轴参数设计方法

说明书

本发明公开了一种基于机电耦合特性的永磁直驱式传动轴参数设计方法，包括以下步骤：S1：建立大功率永磁电机直接驱动下系统主传动轴的机电耦合动力学模型；S2：数值求解主传动轴机械参数的分岔临界值；S3：分岔临界值邻域内对系统动力学模型进行降维处理；S4：确定分岔临界值邻域内的分岔类型；S5：根据联合仿真效果调整分岔参数临界值，综合输出系统主传动轴参数的设计范围；S6：设计结束。本发明考虑了大功率永磁电机输出特性对刮板机主传动轴机械参数的影响机理，在刮板机轴系扭振不失稳的前提下，得出了刮板机主传动轴机械参数的设计范围，有效地解决了大功率永磁电机直接驱动刮板机形式下带来的扭转振动现象。

技术领域

本发明涉及一种传动轴参数设计方法，具体是一种基于机电耦合特性的永磁直驱式传动轴参数设计方法，属于矿用刮板机设计技术领域。

背景技术

刮板输送机是目前综采工作面的主要设备之一，是实现采煤工作面运、装、卸煤的机械化、自动化的基本保证。传统的刮板输送机传动系统为“异步电机+减速器”的传动方式，并且为了实现软启动和具有较强的过载能力，在异步电机和减速器之间增加液力偶合器、限矩摩擦离合器、调速偶合器等软启动装备，这种机电传动方式传动线路长，传动环节多，很容易出现诸多故障并且传动效率较低。采用大功率永磁电机直接驱动刮板机滚筒可以有效减少系统传动环节，达到有效提高系统工作可靠性和减少能耗的目的，有效解决现有“异步电机+减速器”传动方式存在的问题。但是由于刮板输送机作业环境恶劣、作业工况复杂，在运输作业过程中滚筒负载力矩和电动机电磁转矩的联合作用下，将导致系统连接轴产生扭转振动，并且由于采用大功率永磁电机直接驱动刮板机滚筒，省去了中间传动机构，系统连接轴所传递的扭矩将会显著变大，其扭转振动现象将更加明显。因此，对这种新型传动形式下刮板机主传动轴系的设计提出了更高的要求。

传统的传动轴机械参数设计方法，一般基于静力学方法考虑，采用材料力学相关知识对传动轴扭转强度和临界转速进行校核，确定安全系数。如中国专利CN201410092965.8公开了一种高扭转刚度传动轴的轻量化设计方法，即是验证传动轴材料的许用扭转强度来进行相关机械参数的设计。但是矿用刮板机在运行过程中，会出现煤壁片帮、运煤量过大、刮板链卡死等恶劣工况，这就要求刮板机传动轴具有良好的动态特性。并且采用大功率永磁电机直接驱动刮板机滚筒，永磁电机与刮板机传动轴之间的机电耦合效应将更加明显，一方面，电机输出运动的变化会影响刮板机传动轴的动态特性，另一方面刮板机传动轴所受外部负载扰动同样会传递到电机输出轴上，对电机的安全稳定运行产生了很大的影响，具体表现为刮板机传动轴的机电耦合扭振。通过以上分析可以看出，在对大功率永磁电机直接驱动形式的刮板机传动轴机械参数进行优化设计时，不仅要考虑传动轴本身的动态特性，还需要确保大功率永磁电机的安全可靠运行。而传统的传动轴机械参数设计方法，仅考虑到传动轴本身的动态特性，而未考虑永磁电机与刮板机传动轴机电耦合效应的影响，因此，按照传统的传动轴机械参数设计方法来设计刮板机主传动轴系，刮板机传动轴动态特性较低，仍然无法解决大功率永磁电机直接驱动刮板机时，所带来的扭转振动现象的技术问题，从而无法保障大功率永磁电机运行的安全性和可靠性，大大缩短了大功率永磁电机的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机电耦合特性的永磁直驱式传动轴参数设计方法，综合考虑永磁电机与刮板机传动轴机电耦合效应的影响，以刮板传动轴机电耦合扭振为动态设计指标，避免大功率永磁电机直接驱动刮板机形式下带来的扭转振动现象，最终实现在保证大功率永磁电机安全稳定运行的基础上刮板机传动轴的高动态特性，保证大功率永磁电机运行的安全性和可靠性，延长大功率永磁电机的使用寿命。

为实现上述目的，本发明一种基于机电耦合特性的永磁直驱式传动轴参数设计方法，包括以下步骤：

S1：建立大功率永磁电机直接驱动下系统主传动轴的机电耦合动力学模型，获取系统的动态信息

根据拉格朗日—麦克斯韦原理，对大功率永磁电机直接驱动形式的矿用刮板机系统进行分析，建立系统动力学模型，得到大功率永磁电机电气参数与矿用刮板机主传动轴机械参数的机电耦合关系；