CN101891128B - 多点柔性驱动无级变速卷扬装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多点柔性驱动无级变速卷扬装置，其主驱动控制器经主输入中心轮连接单筒换档机构一端，单筒换档机构上述的一端传动连接单筒行星驱动机构，单筒行星驱动机构经固定轴固定于主驱动控制器上，单筒行星驱动机构传动连接卷筒，单筒换挡机构的另一端经副输入中心轮连接固定在右支架上的多点驱动单元，多点驱动单元分别连接一组以上带有副驱动马达的副驱动控制器。主、副驱动控制器通过换档机构合并动力后经多级行星驱动机构驱动卷筒工作，通过主驱动马达和四只副驱动马达转速、转向、流量的控制及各自控制器的缓慢加压实现卷扬装置的无级调速，通过四个副驱动控制器单独或集中控制实现卷扬装置拉力和速度的精确补偿。

Description

多点柔性驱动无级变速卷扬装置

技术领域

本发明涉及一种卷扬装置，具体说是一种多点柔性驱动、无级变速的卷扬装置，该卷扬装置可广泛使用于海上施工、科研考察、海洋平台等领域。

背景技术

传统卷扬装置采用电机由减速机经传动装置带动卷筒实现卷扬，传动结构大都采用少齿差行星传动或行星轮传动。随着卷扬装置使用场合的变化，在需要不同卷扬速度和卷扬拉力时，单一电机、减速机和传动结构在作业时遇到拉力和速度需要随时调整时，不能及时在位调整，更不能无级调速，如更换不同型号的卷扬装置，重复投资，使用成本高，更换不便，多台卷扬机又要占有很大的存储空间。

中国专利号为93226678.2公开的无级调速卷扬机，该卷扬机根据少齿差行星传动原理，将输出轴由固定静止联接改为输出轴能转动的联接，增设动力调速轮与输出轴固定联接，用带式离合机构控制动力调速轮的转动与静止状况以及不等的转速，从而达到与其反向转动之卷筒的无级变换转速的目的，其不足之处在于：动力调速轮调节转速被制约在电动机规格范围以内，卷扬机输出最大转速完全取决于电动机规格，卷筒只能做到减速，在变化较大的环境中使用时，一旦因环境因素造成超出电动机规格则无法正常使用，适用范围相对较小；如更换较大规格的电机以适应大范围内的卷筒调节速度，整体重量提高，制作成本相对提高，占用卷筒安装空间增大，运输和安装不便。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种结构简单、紧凑，占用空间小，制作成本低，能满足环境变化引起变速要求的多点柔性驱动无级变速卷扬装置。

本发明采用的技术方案是：一种多点柔性驱动无级变速卷扬装置，主要包括左右支架、卷筒、主驱动马达、主驱动控制器和单筒行星驱动机构，卷筒支承于左、右支架间，主驱动马达通过法兰连接主驱动控制器，主驱动控制器连接于左支架上，其技术特点是所述卷扬装置还包括单筒换档机构、多点驱动单元和副驱动控制器，主驱动控制器经主输入中心轮连接单筒换档机构一端，单筒换档机构上述的一端传动连接单筒行星驱动机构，单筒行星驱动机构经固定轴固定于主驱动控制器上，单筒行星驱动机构传动连接卷筒，单筒换挡机构的另一端经副输入中心轮连接多点驱动单元，多点驱动单元上分别连接一组以上带有副驱动马达的副驱动控制器。主驱动马达控制主驱动控制器工作，主驱动控制器经主输入中心轮传动单筒换档机构，同时副驱动马达控制副驱动控制器工作，副驱动控制器经副输入中心轮传动单筒换档机构，单筒换档机构经单筒行星驱动机构传动卷筒实现卷扬。

所述主驱动控制器包括缸体、活塞、花键套、多组螺旋弹簧和多组动静动静摩擦片，缸体经螺栓固定于左支架上，缸体与花键套之间设有活塞，活塞与缸体间设有控制油腔，控制油腔经进油通道连通法兰上的进油口，活塞内设有多组螺旋弹簧，活塞与固定轴之间设有多组动静动静摩擦片，静动静摩擦片连接于固定轴上，动动静摩擦片连接于花键套上，花键套花键连接主输入中心轮；所述副驱动控制器结构与主驱动控制器结构相同。主驱动控制器工作，进油口压力提高时，控制油腔内压力增大，活塞向动静摩擦片相反方向压缩弹簧，动静摩擦片上的压力减小，马达法兰经动静摩擦片带动花键套减速旋转；进油口压力减小时，控制油腔内压力降低，活塞在弹簧作用下向动静摩擦片方向顶开，动静摩擦片上的压力增大，马达法兰经动静摩擦片带动花键套加速旋转。

所述单筒换档机构包括主输入行星轮、主输入行星轴、主输入行星架、副输入行星轮、副输入行星轴、副输入行星架和浮动内齿圈，主输入行星轮与主输入中心轮传动啮合，主输入行星轮通过主输入行星轴与主输入行星架相连，副输入行星轮与副输入中心轮传动啮合，副输入行星轮通过副输入行星轴与副输入行星架相连，所述浮动内齿圈设有两段齿部分别与主输入行星轮和副输入行星轮相啮合，浮动内齿圈内设有隔板，隔板中心设有分离块。主输入中心轮依次经主输入行星轮、主输入行星轴、主输入行星架传动单筒行星驱动机构，副输入中心轮经副输入行星轮啮合浮动内齿圈传动主输入行星轮，主输入中心轮和副输入中心轮传动合并经主输入行星架对外输出；带有分离块的隔板将浮动内齿圈分隔开来，确保副输入行星架不发生位移，系统运行稳定。

所述单筒行星驱动机构包括一级行星机构、二级行星机构和驱动内齿圈，一级行星机构和二级行星机构均套装于主输入中心轮上，一级行星机构的一级太阳轮与单筒换档机构的主输入行星架啮合，一级行星机构的一级行星架与二级行星机构的二级太阳轮啮合，二级行星机构的二级行星架与固定轴花键连接，一级行星机构的一级行星轮和二级行星机构的二级行星轮均与驱动内齿圈啮合，驱动内齿圈经螺栓连接卷筒。主输入行星轮经一级行星机构、二级行星机构传动驱动内齿圈，由驱动内齿圈带动卷筒工作实现卷扬。

所述多点驱动单元包括外壳、驱动齿轮轴和驱动中心轮，外壳经螺栓固定于右支架上，驱动齿轮轴与副驱动控制器的花键套花键连接，驱动中心轮与副输入中心轮平键连接，驱动齿轮轴与驱动中心轮啮合。副驱动控制器经驱动齿轮轴将驱动动力传递至驱动中心轮，驱动中心轮带动副输入中心轮传动动力。

采用以上技术方案后，本发明达到的有益效果是：

1.主驱动控制器、副驱动控制器分别采用液压动力经动静摩擦片带动花键套使主输入中心轮和副输入中心轮的无级变速，实现了柔性传动，有利于提高卷筒变速性能，延长卷筒使用寿命；

2.多个副驱动控制器经多点驱动单元传输动力，在海上施工、科研考察、海洋平台等无法稳定固定的场所使用时，通过控制多个副驱动控制器单独或组合工作，精确调整多个副驱动控制器各自方向所需的转速和拉力，确保卷扬装置性能稳定，适用范围广；

3.单筒换档机构的动力分别由主输入中心轮和副输入中心轮提供，再由单筒行星驱动机构驱动卷筒工作，主输入中心轮的动力由主驱动马达提供，副输入中心轮的动力由四个副驱动马达单独或任意组合提供：

(1)在主驱动马达工作时，四个副驱动马达不工作，此时副输入中心轮无动力输入，卷筒保持中等扭矩和转速；

(2)在主驱动马达工作时，四个副驱动马达向相反方向旋转，此时副输入中心轮输入制动动力，卷筒输出最大扭矩和最慢转速；在主驱动马达工作时，四个副驱动马达向相同方向旋转，此时副输入中心轮输入增速动力，卷筒输出最小扭矩和最快转速；

(3)在主驱动马达工作时，四个副驱动马达中的任何一个、两个、三个向相反方向旋转，此时副输入中心轮输入稍小制动动力，卷筒输出稍大扭矩和最稍慢转速；

(4)在主驱动马达工作时，四个副驱动马达中的任何一个、两个、三个向相同方向旋转，此时副输入中心轮输入稍小增速动力，卷筒输出稍小扭矩和稍快转速；

根据不同工况卷扬使用要求，控制主、副驱动马达的转速、转向、流量和主、副驱动控制器液压压力，及时调整和补偿卷筒的转速、拉力。

本发明采用主驱动控制器和多只副驱动控制器通过换档机构合并动力后经多级行星驱动机构驱动卷筒工作，通过主驱动马达和四只副驱动马达转速、转向、流量的控制及各自控制器的缓慢加压实现卷扬装置的无级调速，通过四个副驱动控制器单独或集中控制实现卷扬装置拉力和速度的精确补偿，其整体结构简单、紧凑，占用空间小，便于安装，能根据不同工况卷扬要求，及时调整和补偿卷扬转速、拉力，可在海上施工、科研考察、海洋平台等领域广泛使用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图2的右视图；

图3为主驱动控制器的结构示意图。

图中：左支架1，右支架2，主驱动马达3，法兰4，进油口5，进油通道6，缸体7，花键套8，活塞9，控制油腔10，弹簧11，动静摩擦片12，主输入中心轮13，主输入行星轮14，主输入行星轴15，主输入行星架16，浮动内齿圈17，一级太阳轮18，一级行星轮19，一级行星轴20，一级行星架21，二级太阳轮22，二级行星轮23，二级行星轴24，二级行星架25，固定轴26，驱动内齿圈27，卷筒28，隔板29，分离块30，副输入行星架31，副输入行星轴32，副输入行星轮33，副输入中心轮34，驱动中心轮35，驱动齿轮轴36，外壳37，副驱动控制器38，副驱动马达39。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1、2所示，多点柔性驱动无级变速卷扬装置主要包括左、右支架1、2、卷筒28、主驱动马达3、法兰4、主驱动控制器、主输入中心轮13、副输入中心轮34、驱动内齿圈27、浮动内齿圈17、多只副驱动控制器38和多只副驱动马达39。左支架1上经缸体7安装主驱动控制器，主驱动马达3经法兰4连接主驱动控制器花键套8一端，花键套8另一端花键连接主输入中心轮13一端，主输入中心轮13另一端传动连接主输入行星轮14，主输入行星轮14啮合在浮动内齿圈17内部一端，主输入行星轮14经主输入行星轴15连接主输入行星架16，主输入行星架16传动连接套于主输入中心轮13上的一级太阳轮18，一级太阳轮18啮合一级行星轮19，一级行星轮19的一级行星轴20连接一级行星架21，一级行星架21传动连接套于主输入中心轮13上的二级太阳轮22，二级太阳轮22啮合二级行星轮23，二级行星轮23的二级行星轴24连接二级行星架25，二级行星架25与缸体7上的固定轴26花键连接，一级行星轮19和二级行星轮23均啮合驱动内齿圈27；卷筒28一端固定连接驱动内齿圈27，卷筒28另一端活动支撑连接于右支架2上，上述支撑在右支架上的卷筒中活动穿接副输入中心轮34，副输入中心轮34一端啮合副输入行星轮33，副输入行星轮33啮合浮动内齿圈17内部的另一端，副输入行星轮33的副输入行星轴32连接副输入行星架31，浮动内齿圈17内设有将主输入中心轮13和副输入中心轮34分隔开的隔板29，隔板29中心设有与副输入行星架31对应的分离块30；右支架2上固定连接外壳37，外壳37上水平、垂直均匀设有四只副驱动控制器，每只副驱动控制器38上均设有副驱动马达39，每只副驱动控制器的花键套均连接有设于外壳内的驱动齿轮轴36，四只驱动齿轮轴36啮合于驱动中心轮35上，驱动中心轮35啮合传动副输入中心轮34另一端；副驱动控制器38结构与主驱动控制器相同。

图3所示，主驱动控制器主要包括缸体7、花键套8、活塞9、弹簧11和动静摩擦片12，缸体7固定在左支架1上，花键套8一端经法兰4连接主驱动马达3，缸体7与花键套8之间设有活塞9，活塞9与缸体7间设有控制油腔10，控制油腔10经进油通道6连通法兰4上的进油口5，活塞9内设有多组弹簧11，活塞9与固定轴26之间设有多组动静摩擦片12，花键套8另一端花键连接主输入中心轮13。

本发明的主驱动马达、副驱动马达可同时驱动卷筒也可以分开驱动卷筒。在驱动卷筒时，拉力和速度可以任意调节实行无级变速，具体如下：

1.主驱动马达工作时，四个副驱动马达不工作，四个副驱动控制器没有压力接入，主驱动控制器经主输入中心轮传动单筒行星驱动机构，由单筒行星驱动机构传动驱动内齿圈带动卷筒体旋转，此时全浮式换挡机构只相当于一个刚性联轴器，对卷筒速度和拉力没有任何影响，主驱动控制器控制进油口压力缓慢提高控制油腔压力，活塞在控制油腔内压力作用下压缩弹簧，动静摩擦片上的压力缓慢减小，主驱动马达带动动静摩擦片缓慢旋转，此时自主驱动控制器就相当于一个无级调速器；当控制油腔内的油压升高到设定的最大值时，活塞和动静摩擦片完全分离，摩擦片上没有压力，主驱动马达直接带动花键套旋转，卷筒由主驱动马达和主动控制器实现无级调速，主驱动控制器相当于一个联轴器，卷筒保持中等扭矩和转速；

2.主驱动马达工作，主驱动控制器的控制油腔内压力达到最大设定值时，四个副驱动马达向相反方向旋转，副驱动控制器的控制油腔内压力达到最大设定值，主、副驱动马达同时工作，此时主驱动马达直接带动主驱动控制器花键套旋转，然后依次经主输入中心轮、主输入行星轮、主输入行星架通过单筒行星驱动机构的两级行星减速，由驱动内齿圈驱动卷筒；四个副驱动马达直接带动副驱动控制器花键套旋转，副驱动控制器花键套通过花键连接带动多点驱动单元的四个驱动齿轮轴，四个驱动齿轮轴经驱动中心轮带动副输入中心轮旋转，副输入中心轮再经副输入行星轮带动浮动内齿圈旋转，副输入中心轮和主输入中心轮经浮动内齿圈构成差速旋转共同驱动卷筒旋转，两驱动扭矩全部迭加，速比相加，卷筒输出最大扭矩和最慢转速；

3.主驱动马达工作时，主驱动控制器控制油腔的压力达到最大设定值时，四个副驱动马达向相同方向旋转，副驱动控制器控制油腔的压力也达到最大设定值，主、副驱动马达同时工作，此时主驱动马达直接带动主驱动控制器花键套旋转，然后依次经主输入中心轮、主输入行星轮、主输入行星架通过单筒行星驱动机构的两级行星减速，由驱动内齿圈驱动卷筒；四个副驱动马达直接带动副驱动控制器花键套旋转，副驱动控制器花键套通过花键连接带动多点驱动单元的四个驱动齿轮轴，四个驱动齿轮轴经驱动中心轮带动副输入中心轮旋转，副输入中心轮再经副输入行星轮带动浮动内齿圈旋转，副输入中心轮和主输入中心轮经浮动内齿圈构成差速旋转共同驱动卷筒旋转，两驱动扭矩相减，速比相减，卷筒输出最小扭矩和最快转速；

4.主驱动马达工作时，主驱动控制器控制油腔的压力达到最大设定值时，四个副驱动马达中的任意一个或两个或三个向相反方向旋转，副驱动控制器的控制油腔内压力达到最大设定值，主、副驱动马达同时工作，此时主驱动马达直接带动主驱动控制器花键套旋转，然后依次经主输入中心轮、主输入行星轮、主输入行星架通过单筒行星驱动机构的两级行星减速，由驱动内齿圈驱动卷筒；四个副驱动马达直接带动副驱动控制器花键套旋转，副驱动控制器花键套通过花键连接带动多点驱动单元的四个驱动齿轮轴，四个驱动齿轮轴经驱动中心轮带动副输入中心轮旋转，副输入中心轮再经副输入行星轮带动浮动内齿圈旋转，副输入中心轮和主输入中心轮经浮动内齿圈构成差速旋转共同驱动卷筒旋转，两驱动扭矩部分迭加，速比部分相加，卷筒输出稍大扭矩和稍慢转速；

5.主驱动马达工作时，主驱动控制器控制油腔的压力达到最大设定值时，四个副驱动马达中的任意一个或两个或三个向相同方向旋转，副驱动控制器控制油腔的压力也达到最大设定值，主、副驱动马达同时工作，此时主驱动马达直接带动主驱动控制器花键套旋转，然后依次经主输入中心轮、主输入行星轮、主输入行星架通过单筒行星驱动机构的两级行星减速，由驱动内齿圈驱动卷筒；四个副驱动马达直接带动副驱动控制器花键套旋转，副驱动控制器花键套通过花键连接带动多点驱动单元的四个驱动齿轮轴，四个驱动齿轮轴经驱动中心轮带动副输入中心轮旋转，副输入中心轮再经副输入行星轮带动浮动内齿圈旋转，副输入中心轮和主输入中心轮经浮动内齿圈构成差速旋转共同驱动卷筒旋转，两驱动扭矩部分相减，速比部分相减，卷筒输出稍小扭矩和稍快转速；

6.主驱动马达工作时，主驱动控制器控制油腔的压力达到最大设定值时，四个副驱动马达的副驱动控制器缓慢加压，副驱动控制器控制压力缓慢提高控制油腔压力，副驱动控制器的活塞在控制油腔内压力作用下压缩弹簧，动静摩擦片上的压力缓慢减小，副驱动马达带动动静摩擦片缓慢旋转，此时副驱动控制器就相当于一个无级调速器；当控制油腔内的油压升高到设定的最大值时，活塞和动静摩擦片完全分离，摩擦片上没有压力，副驱动马达直接带动花键套旋转，副驱动控制器就相当于一个联轴器，副驱动控制器中的摩擦片缓慢受压，带动多点驱动单元缓慢旋转，可以副驱动控制器的无极调速；

主、副驱动马达使用PLC自动控制无极调速，多方位设置的副浮动马达可根据各种工况自动调节上述工况实现及时补偿所需的转速和拉力，可广泛使用于海上施工、科研考察、海洋平台等领域。

Claims (6)

1.一种多点柔性驱动无级变速卷扬装置，主要包括左支架(1)、右支架(2)、卷筒(28)、主驱动马达(3)、主驱动控制器和单筒行星驱动机构，卷筒支承于左、右支架间，主驱动马达通过法兰(4)连接主驱动控制器，主驱动控制器连接于左支架上，其特征在于：所述卷扬装置还包括单筒换档机构、多点驱动单元和副驱动控制器，主驱动控制器经主输入中心轮(13)连接单筒换档机构一端，单筒换档机构上述的一端传动连接单筒行星驱动机构，单筒行星驱动机构经固定轴(26)固定于主驱动控制器上，单筒行星驱动机构传动连接卷筒(28)，单筒换挡机构的另一端经副输入中心轮(34)连接固定在右支架(2)上的多点驱动单元，多点驱动单元分别连接一组以上带有副驱动马达(39)的副驱动控制器(38)；主驱动马达控制主驱动控制器工作，主驱动控制器经主输入中心轮传动单筒换档机构，同时副驱动马达控制副驱动控制器工作，副驱动控制器经副输入中心轮传动单筒换档机构，单筒换档机构经单筒行星驱动机构传动卷筒实现卷扬。

2.根据权利要求1所述的多点柔性驱动无级变速卷扬装置，其特征是：所述主驱动控制器包括缸体(7)、活塞(9)、花键套(8)、多组弹簧(11)和多组动静摩擦片(12)，缸体经螺栓固定于左支架(1)上，缸体与花键套之间设有活塞，活塞与缸体间设有控制油腔(10)，控制油腔经进油通道(6)连通法兰(4)上的进油口(5)，活塞内设有多组弹簧，活塞与固定轴(26)之间设有多组动静摩擦片，花键套经花键连接主输入中心轮(13)。

3.根据权利要求1所述的多点柔性驱动无级变速卷扬装置，其特征是：所述单筒换档机构包括主输入行星轮(14)、主输入行星轴(15)、主输入行星架(16)、副输入行星轮(33)、副输入行星轴(32)、副输入行星架(31)和浮动内齿圈(17)，主输入行星轮与主输入中心轮(13)传动啮合，主输入行星轮通过主输入行星轴与主输入行星架相连，副输入行星轮与副输入中心轮传动啮合，副输入行星轮通过副输入行星轴与副输入行星架相连，所述浮动内齿圈设有两段齿部分别与主输入行星轮和副输入行星轮相啮合，浮动内齿圈内设有隔板(29)，隔板中心设有分离块(30)。

4.根据权利要求3所述的多点柔性驱动无级变速卷扬装置，其特征是：所述单筒行星驱动机构包括一级行星机构、二级行星机构和驱动内齿圈(27)，一级行星机构和二级行星机构均套装于主输入中心轮(13)上，一级行星机构的一级太阳轮(18)与单筒换档机构的主输入行星架(16)啮合，一级行星机构的一级行星架(21)与二级行星机构的二级太阳轮(22)啮合，二级行星机构的二级行星架(25)与固定轴(26)花键连接，一级行星机构的一级行星轮(19)和二级行星机构的二级行星轮(23)均与驱动内齿圈啮合，驱动内齿圈经螺栓连接卷筒(28)。

5.根据权利要求2所述的多点柔性驱动无级变速卷扬装置，其特征是：所述所述副驱动控制器结构与主驱动控制器结构相同。

6.根据权利要求5所述的多点柔性驱动无级变速卷扬装置，其特征是：所述多点驱动单元包括外壳(37)、驱动齿轮轴(36)和驱动中心轮(35)，外壳经螺栓固定于右支架(2)上，驱动齿轮轴与副驱动控制器的花键套花键连接，驱动中心轮与副输入中心轮(34)平键连接，驱动齿轮轴与驱动中心轮啮合。

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