CN1032386A - 工业机器中工作机构的动力传动装置 - Google Patents

Abstract

工业机器中工作机构的动力传动装置设在机器 的承重结构上，具有多联行星齿轮装置和驱动电时 机。齿轮装置的输入轴与驱动电动机的轴连接，而输 出轴与机器的工作机构作传动连接。在动力传动装 置中设有使其免受静态过载和动态过载的装置，此装 置为固定在工业机器中承重结构上的容积式液压机 及其高压管路和低压管路。容积式液压机的轴通过 传动构件与多联行星齿轮装置中承受该装置所受反 力矩的一联连接。

Description

本发明涉及工业机械制造领域，更确切地说，涉及工业机器中工作机构的动力传动装置。

本发明可以最有成效地用于采矿机、起重运输机和挖土机，也可用于轧制设备和压制设备。

工业机器在工业上应用的一个重要问题是：工作机构的动力传动装置在受有很大静态过载和动态过载的正常工作状态下，特别是在需克服传动装置中运动物体静止惯性力的起动状态下，以及在由于阻力突然超过传动装置的原动力而使传动装置停住的状态下，应具有可靠性和耐久性。

在工业机器工作时，其传动装置和工作机构形成一闭合的振动回路当回路中产生共振现象时，传动装置各部件会产生疲劳断裂，而当阻力突然超过传动装置的原动力时则会使各部件的强度受损。

在工业机器运转时，若其工作机构是由几台电动机带动的，通常在各传动装置中会产生负荷的静态不定性，使机器部件受到额外的静态负荷和动态负荷。

为谋求解决这一问题，曾出现了目前广泛使用的工业机器中工作机构的动力传动装置，这种传动装置设有防止静态过载和动态过载的装置。

例如，在DE，A，1112468号专利中阐述的工业机器为斗轮式挖掘机，其工作机构为斗轮，斗轮的动力传动装置是由电动机和三联行星齿轮装置构成的。三联行星齿轮装置的第一联为中心齿轮，与电动机轴连接，第二联为具有内啮合的冠形齿轮，与工作机构连接，即与挖掘机的斗轮连接，第三联为齿轮架，通过传动构件与斗轮活动臂的承重结构连接，承重结构承受传动装置的反力矩。

冠形齿轮与中心齿轮同心安装，並与行星齿轮啮合，行星齿轮又与中心齿轮啮合，並通过其轴固定在齿轮架上。

齿轮架通过空心轴与活动臂的承重结构作传动连接，空心轴的一端与齿轮连接，另一端与杠杆的一端连接，杠杆的另一端与弹簧连接，弹簧固定在斗轮活动臂的承重结构上。

在动力传动装置的已知结构中，弹簧是使挖掘机免受动态过载的构件。

在传动装置的起动状态下，传动装置中运动物体的静止惯性力在从电动机起动到获得额定转速的整个过程中起着作用，並由行星齿轮装置的各啮合齿轮副、空心轴、杠杆和弹簧承受，通常会使传动装置各部件的强度受到损害。

当斗轮式挖掘机在正常状态下工作时，其传动装置和斗轮形成一振动回路，回路中只是在由弹簧线性刚度所决定的传动装置某一固有频率下不致产生共振，而在传动装置的其他固有频率下可能出现共振现象，从而使传动装置各部件，以及斗轮式挖掘机的斗轮和承重结构各部件产生疲劳断裂。

当挖掘阻力突然超过传动装置的原动力时，例如在被挖材料的强度突然增高的情况下，由于弹簧的有限压缩性，斗轮、传动装置和其他机构各部件的强度会受到损害。

斗轮式挖掘机中斗轮的已知传动装置不能可靠地防止静态过载和动态过载的现象，特别是在起动状态下和挖掘阻力超过传动装置原动力状态下不能可靠地防止这种现象。

为谋求制成一种工业机器中工作机构的动力传动装置，特别是在阻力超过传动装置原动力的状态下使用的传动装置，並使其具有更为可靠的装置，以防止静态过载和动态过载，出现了H·T道姆布洛夫斯基所著，莫斯科机械制造出版社1972年出版的“多斗挖掘机”一书中第153～154页所阐述的工业机器（链式挖掘机）中工作机构（斗链）所用动力传动装置。

链式挖掘机上斗链的已知动力传动装置由电动机和三联行星齿轮装置构成，该齿轮装置的第一联为中心齿轮装置，与电动机轴作传动连接，第二联为齿轮架，通过空心轴与工作机构连接，即与斗链的主动链轮连接，第三联为具有内啮合的冠形齿轮，与链式挖掘某兄亟峁棺鞔樱兄鼗钩惺艽爸玫姆戳亍?

冠形齿轮与中心齿轮同心安装，与行星齿轮啮合，行星齿轮又与中心齿轮啮合，並通过其轴固定在齿轮架上。

冠形齿轮通过滚柱与链式挖掘机的承重结构作传动连接，滚柱与冠形齿轮的圈环外表面相互作用，滚柱的轴固定在围着圈环的机架上，机架与弹簧铰接，而弹簧则固定在链式挖掘机的承重结构上。

在动力传动装置的已知结构中，装在机架上的常闭制动器和弹簧构成使链式挖掘机免受静态过载和动态过载的防护装置，制动器的制动块与冠形齿轮的圈环外表面相互作用。

当挖掘阻力突然超过斗链传动装置的原动力时，机架在弹簧给定的活动范围内转动，在转动结束时，冠形齿轮的圈环即脱开制动块，从而断开斗链和电动机的传动连接，致使在链式挖掘机的传动装置和承重结构中产生起始振幅很大的自由衰减振动。振动导致链式挖掘机上斗链链环，传动装置和承重结构各部件的断裂。

在传动装置起动的状态下，传动装置运动物体静止惯性力在从电动机起动至达到额定转速的整个过程中起着作用，这种惯性力由行星齿轮装置的各啮合齿轮副，空心轴、机架和弹簧承受，这通常会使传动装置各部件的强度受到损害。

当链式挖掘机在正常状态下工作时，其传动装置和斗链构成一振动回路，在此回路中，只是在决定于弹簧线性刚度的传动装置某一固有频率下不产生共振，而在传动装置的其他固有频率下可能出现共振现象，从而导致链式挖掘机上传动装置各部件、各斗链链环和承重结构的疲劳断裂。

链式挖掘机斗链的已知传动装置，特别是在传动装置的起动的状态下和在挖掘阻力超过传动装置原动力的状态下，不能防止静态过载和动态过载，行星齿轮装置上冠形齿轮圈环制动装置的结构也比较复杂。

本发明的任务在于制造一种工业机器中工作机构的动力传动装置，改变使传动装置免受静态过载和动态过载所需保护装置的结构，並使此保护装置与行星齿轮装置中受有传动装置反力矩的齿轮联和工业机器承重结构这两者连接，从而使工作机构的动力负荷受到限制，实际上消除传动装置在所有固有频率下的共振现象。

这一任务可解决如下：设于工业机器承重结构上的工作机构动力传动装置具有多联行星齿轮装置，该齿轮装置具有承受其反力矩的齿轮联並以其输入轴与驱动电动机的轴连接，以其输出轴与机器的工作机构作传动连接;该动力传动装置还具有使其免受静态和动态过载的装置;按本发明，在这种动力传动装置中，使其免受静态和动态过载的装置为装在工业机器承重结构上的容积式液压机及其高压和低压管路，液压机的轴与行星齿轮装置中承受反力矩的齿轮联作传动连接。

工业机器工作机构动力传动装置的这种结构，在传动装置起动状态下，在其正常工作状态下，以及在工作机构上的阻力突然超过传动装置的原动力时，使传动装置的行星齿轮装置中承受其反力矩的齿轮联与工业机器承重结构之间始终保持着传动连接。在工业机器的上述各种工作状态下保持这种恒定的传动连接是通过在容积式液压机内处于压力下的工作液取得的，工作液起到弹性减振部件的作用。

液压机的高压管路应通过单向节流阀与液力蓄压器连接，通过在高压管路和低压管路之间按液流方向顺序安装的分配节流阀和控制节流阀与低压管路连接。

工业机器工作机构传动装置的这种结构，在机器的正常工作状态下使行星齿轮装置各联中一个齿轮联上所受反力矩转变为容积式液压机轴的扭转振动，並借助于液压回路中受压工作液的环流防止传动装置固有频率下的共振现象，从而消除传动装置各部件的疲劳断裂，上述液压回路是由液压机工作室、高压管路、单向节流阀和液力蓄压器构成的。

在传动装置起动后。其运动物体的静止惯性力由液压回路中在压力下环流的工作液承受，从而防止传动装置各部件受到损害，上述液压回路是由容积式液压机的高压管路，分配液压阀、控制节流阀和低压管路构成的。

建议采用带工作室容积调节装置的容积式液压机，调节装置为固定在液压机壳体内的液压筒，液压筒的空腔在连杆一侧通过安全阀与液压机的高压管路作液压连接，通过单向节流阀与低压管路作液压连接，而空腔在活塞一侧装有弹簧，並与溢流槽作液压连接，弹簧的一端与液压筒壳体连接，另一端与活塞连接。

当工作机构上的阻力突然超过传动装置的原动力时，由于受压工作液压液压回路中环流的同时，使液压机工作室的容积也减小，传动装置的这种结构就可限制工业机器工作机构的动力负荷值，从而防止机器中传动装置和承重结构的各部件受到损害，上述液压回路是由液压机工作室，容积式液压机的高压管路，安全阀、单向节流阀和低压管路构成的。

动力传动装置至少应设置第二个多联行星齿轮装置，该齿轮装置的输入轴与第二台驱动电动机的轴连接，而输出轴与工业机器工作机构作传动连接，同时，第二个行星齿轮装置中承受其反力矩的齿轮联通过传动构件与第二台液压机的轴连接，该液压机固定在工业机器的承重结构上，並具有：高压管路，与第一台液压机的同类管路作液压连接;低压管路，与第一台液压机的同类管路作液压连接;液压机工作室的容积调节装置，为固定在液压机壳体上的液压筒，在液压筒活塞一侧的空腔内装有弹簧，弹簧一端与液压筒筒体连接，另一端与活塞连接，该空腔与溢流槽作液压连接，而液压筒连杆一侧的空腔与第一台液压机工作室容积调节装置液压筒连杆一侧的空腔作液压连接。

这种结构可使工作机构的传动装置在机器的承重结构上进行合理的配置，而各容积式液压机同类管路间的液压连接可消除传动装置的各行星齿轮装置所受负荷的静态不定性，从而提高工业机器的传动装置和承重结构各部件的耐久性。

在使用工作机器而在其中设置了工作机构移动装置，並采用了按本发明实施的动力传动装置用以移动工作机构时，建议工作机构的移动机构至少应具有一个与工作机构作传动连接而固定在工业机器承重结构上的动作液压筒，动作液压筒的一个空腔与其中一台容积式液压机的高压管路作液压连接，而另一空腔与同一台容积式液压机工作室的容积调节装置中液压筒连杆一侧的空腔作液压连接。

动作液压筒空腔与容积式液压机管路之间作这种液压连接可使工作机构的移动装置在正常工作状态下，以及在由于工作机构的移动阻力突然超过传动装置的原动力而处于停止的状态下免受静态过载和动态过载，从而减少振动並使动作液压筒内工作液的最高压力受到限制。

从以下具体实施例和附图可进一步了解到本发明的其他一些目的和优点：

图1为挖掘和运输装岩石用的斗轮式挖掘机简图，具有按本发明实施的用以转动斗轮的动力传动装置，和使挖掘机上部结构转动的可逆动力传动装置;

图2为图1中Ⅱ-Ⅱ剖面的放大图，为图示方便，按逆时针方向扭转了30°;

图3为图1中Ⅲ-Ⅲ剖面的放大图;

图4为图1中A向的放大视图，略去了斗轮式挖掘机的上部结构;

图5为按本发明实施的，用以转动挖掘机斗轮的动力传动装置传动系统和液压系统图;

图6为按本发明实施的，用以转动斗轮式挖掘机上部结构的动力传动装置传动系统和液压系统图;

图7为用以钻探竖井和斜井的采矿用钻探机简图，钻探机上装有按本发明实施的钻杆动力传动装置;

图8为图7的B向视图（塔架的右半部结构未示出）;

图9为采矿用钻探机上按本发明实施的钻杆动力传动装置传动系统和液压系统图;

图10为图8的Ⅹ-Ⅹ剖面放大图。

多斗斗轮式挖掘机可用于采煤，具有：带斗2的斗轮1（图1），斗2固定在壳体3（图2）上，壳体3与空心轴4刚性连接，空心轴4装在斗轮1活动臂6（图1）的轴承座5（图2）上;装在活动臂6上的受料输送器7;带卸料输送器9並与塔架10铰接的悬臂8;履带式行驶装置11。活动臂6的一端与塔架10的上部铰接，另一端与液压筒13的连杆12铰樱貉雇?3与塔架10的下部铰接。

活动臂6、悬臂8、塔架10以及与塔架10刚性连接的配重14构成上部结构15（图1），上部结构15为斗轮式挖掘机的承重结构，装在行驶装置11的构架16上，可作水平转动。上部结构15可借助于滚轮17（图3）相对于构架16转动，滚轮17与分别固定在上部结构15上和转动上部结构15（图1）用动力传动装置21（图4）中齿轮20上的导轨18和19协同动作。

转动斗轮用动力传动装置由固定在活动臂6上的电动机23和三联行星齿轮装置24构成。此齿轮装置24的第一联为中心齿轮25，中心齿轮25固定在输入轴26上，输入轴26与电动机23的轴27作传动连接;第二联为齿轮架28，通过输出空心轴4与斗轮1的壳体3连接;第三联为有内齿和外齿的冠形齿轮29，冠形齿轮29与中心齿轮25同心设置，通过内齿与行星齿轮30啮合，行星齿轮30又与中心齿轮25啮合。行星齿轮30借助于齿轮轴31固定在行星架28上。轴26位于空心轴4内。中心齿轮25、行星架28、行星齿轮30和冠形齿轮29位于壳体32内，壳体32可在轴承座33上和轴承34内转动，轴承34固定在活动臂6上。冠形齿轮29与壳体32刚性连接。

轴26通过锥齿轮35与电动机轴27作传动连接，锥齿轮35固定在轴26上，与锥齿轮36啮合，锥齿轮36固定在轴37上，轴37通过联轴器38与电动机的轴27连接。锥齿轮副35、36位于固定在活动臂6（图1）上的壳体39内。

动力传动装置22装有防止静态过载和动态过载的装置，这是一种容积式液压机40，液压机40具有容积调节装置41（图5），用以调节液压机40工作室（图上未示出）的容积，还具有高压管路42和低压管路43。液压机40的轴44（图2）通过传动构件与行星齿轮装置24的第三联连接。传动构件由齿轮45和行星齿轮装置24的冠形齿轮29构成。齿轮45固定在液压机40的轴44上，並与冠形齿轮29的外齿啮合。齿轮45位于壳体46内並安装在轴承座47上，壳体46固定在活动臂6上。液压机40固定在壳体46上，液压机40的高压管路42通过节流单向阀48与液力蓄压器49连接，並通过双位分配液压阀50和控制节流阀51，与低压管路43连接，液压阀50和节流阀51是沿液流方向顺序设置在高压管路和低压管路之间的。单向节流阀48具有並列安装的节流阀52和单向阀53。分配液压阀50具有弹簧54和先导阀55，先导阀55通过液压管路56与高压管路42连接。控制节流阀51具有：活塞57及其变截面连杆58;输入总管59，通过液压管路60与分配液压阀50连接;输出总管61，与低压管路43作液压连接;节流环形孔隙62，与输入总管59和输出总管61连通;控制室63，活塞57将其分成两个空腔64和65。空腔64位于连杆58一侧，通过单向阀66与低压管路43作液压连接，通过可调节流阀69，与溢流槽68连接。空腔65位于活塞57一侧，通过减压阀69与控制节流阀51的输入总管59连接，通过节流阀70与溢流槽68连接。控制节流阀51的连杆58端部顶靠在空腔72内的弹簧71上，空腔72与溢流槽68作液压连接。液压机40工作室的容积调节机构41为一固定在液压机40壳体内的液压筒73，具有连杆74和活塞75，活塞75将液压筒73的空间分隔成两个空腔76和77。空腔76位于连杆74一侧通过安全阀78与高压管路42作液压连接，通过节流单向阀79与低压管路43作液压连接。空腔77位于活塞75一侧，装有弹簧80，弹簧80的一端与液压筒73的壳体连接，另一端与活塞75连接，空腔77还与溢流槽68作液压连接。单向节流阀79具有相互並列安装的节流阀81和单向阀82。控制节流阀51的输出总管61与工作液泄漏补偿装置83连接，工作液泄漏补偿装置83与溢流槽68作液压连接。液力蓄压器49具有弹性壳体84，弹性壳体84将液力蓄压器49的空间分割成两个彼此隔离的空腔85和86。空腔85通过单向节流阀48与高压管路42作液压连接。空腔86内充有气体。

转动挖掘机斗轮用动力传动装置22的工作如下：

在传动装置22（图5）起动前，液压机40工作室容积调节机构41的活塞75和连杆74在弹簧80的作用下位于左端，此时液压机40的工作室具有最大的容积;分配液压阀50在弹簧54的作用下使高压管路42与控制节流阀51的输入总管59和减压阀69作液压连接;控制节流阀51的活塞57和连杆58在弹簧71的作用下位于右端，此时，节流环形孔隙62具有最大的通过截面。

在传动装置22起动时，泄漏补偿装置83使工作液从溢流槽68进入控制节流阀51的输出总管61，进入液压管路43，通过单向阀66进入控制节流阀51的空腔64，而通过单向节流阀79进入液压筒73的空腔76。开动电动机23，电动机23即通过轴27、联轴器38、轴37、锥齿轮36和35、轴26、中心齿轮25、行星齿轮30、冠形齿轮29、齿轮45使貉够?0的轴44转动。工作液即从液压机40的工作室（图上未示出）沿管路42通过单向节流阀48进入液力蓄压器49的空腔85内，通过分配阀50进入控制节流阀51的输入总管59，由此通过节流环形孔隙62进入输出总管61，进而沿液压管路43进入液压机40的工作室。工作液流经节流环形孔隙62时，液压管路60、42、56内的压力升高，减压阀69即开始工作。工作液在压力作用下通过减压阀69进入控制节流阀51的空腔65，克服弹簧71的阻力，将活塞57和连杆58向左移动，此时，从空腔64流出的工作液关闭单向阀66，通过调节阀67，由活塞57压入溢流槽68。与此同时，节流环形孔隙62的通过截面减小了，从而使液压管路60、56、42和空腔65内的压力进一步上升。随着高压管路42内压力的升高，液压机40轴44的转速下降，与其相连的齿轮45和行星齿轮装置24的冠形齿轮29的转速也下降;于是转动的行星齿轮30通过轴31开始带动齿轮架28、空心轴4和斗轮1。与此同时，空腔65内升高的压力将活塞57和连杆58移至左端，节流环形孔隙62完全被连杆58堵住。分配液压阀50的光导阀55在液压管路56内升高后的压力作用下克服弹簧54的作用力将液压管路42与控制节流阀51和减压阀69断开。于是，液压机40的轴44、齿轮45和冠形齿轮29的转速下降了，实际下降到零，而电动机23的轴27达到了额定转速，转动的行星齿轮30通过轴31将传动装置22对应于管路42内压力的全部扭矩传递给齿轮架28、空心轴4和斗轮1。此后，控制节流阀51的空腔65内工作液的压力下降，活塞57和连杆58在受压弹簧的作用下移至右端，将工作液从空腔65通过节流阀70压入溢流槽68。

在这样起动装传动装置22后，其运动物体的静止惯性力就由在液压回路中液压力逐步增长而循环着的工作液来承受，上述液压回路是由液压机40的工作室、高压管路42、分配液压阀50、控制节流阀51和低压管路43所组成的，这在多次起动时，可以防止轴37和26的扭曲，防止齿轮25、30、36和冠形齿轮29、35的齿体崩裂，防止斗轮1、壳体3和斗2的损坏。

传动装置22运动物体的加速时间由可调节流阀67的通过截面确定並可在很宽的范围内进行调节。

当传动装置22在正常工作状态下工作时，由于岩石的物理机械性能很不一致，由于以额定速度转动的斗轮1上各斗的挖掘阻力周期性地变化空心轴4、齿轮架28、行星齿轮30、冠形齿轮29和通过齿轮45与其相连的液压机40的轴44经受传动装置22的反力矩而作扭转振动，扭转振动在液压机40的工作室内转变成工作液压力的波动。在工作液从液压机40的工作室进入高压管路42，通过单向阀53进入液力蓄压器49的空腔85，並返回高压管路42的过程中，其压力波动为充气弹性壳体84和节流阀52所吸收。

因此，在挖掘机斗轮1的传动装置22在正常状态下工作时，行星齿轮装置24冠形齿轮29的扭转振动转变成液压回路中环流工作液的压力波动，上述液压回路是由液压机40的工作室、高压管路42、单向节流阀48和液力蓄压器49组成的，这种转变可防止传动装置22在自振频率下的共振现象，从而消除轴26、37、齿轮25、30、36和冠形齿轮29、35的齿体疲劳裂损。

当斗2的运动阻力突然超过传动装置22的原动力而使斗轮1停止转动时，空心轴4和齿轮架28也停止转动，而与电动机23作传动连接的转动着的行星齿轮30则将扭转力矩传递给冠形齿轮29，齿轮45和液压机40的轴44。因此，高压管路42内和液力蓄压器49的空腔85内的压力上升。当管路42内的压力与安全阀78的调定压力相等时工作液即从管路42通过安全阀78进入液压机40工作室容积调节装置41的液压筒73空腔76内，並克服弹簧80的作用力，将活塞75和连杆74移至右端，这时液压机40工作室的容积最小。此后，工作液的压力即关闭闭单向阀82，工作液通过节流阀81进入低压管路43，形成一封闭环流回路。工作液的环流导致原来使液压机40轴44停转的液压制动力矩急剧下降。轴44开始转动，而卸除与其作传动连接的电动机23轴27上由于斗2在工作面上停止运动而产生的扭矩。

因此，当挖掘阻力突然超过传动装置22的原动力时，传动装置22可通过以下方式使加在挖掘机斗轮1上的动力负荷受到限制：使工作液在由安全阀78调定压力所限定的压力下在液压回路中环流的同时，减少液压机40工作室的容积;上述液压回路是由液压机40的工作室、高压管路42、安全阀78、单向节流阀79的节流阀81和低压管路43组成的;通过这种方式即可防止斗2从壳体3上折断脱落下来，防止壳体3和活动臂6产生塑性变形。然后，切断电动机23的电源，液压管路42、56和液力蓄压器49空腔85中的压力即下降;分配液压阀50，控制节流阀51和液压机40工作室容积调节装置41的活动部件按上述“传动装置22起动前”的位置就位?

为使活动臂6和斗轮1在挖掘岩石时在水平面上作角度往复运动，采用了用以转动上部结构的多电动机可逆传动装置21以消除各行星齿轮装置中的负荷静态不定性。用于转动斗轮式挖掘机上部结构15（图1）的动力传动装置21（图4）由以下几个部分组成：三个三联行星齿轮装置87（图3），全部固定在上部结构15上;三台电动机88（图4），全都固定在行星齿轮装置87（图3）的壳体89上，各三联行星齿轮装置87的第一联为中心齿轮90，与轴91成一整体，轴91用联轴器92与电动机88的轴93连接;第二联为齿轮架94，通过轴95与齿轮96连接，齿轮96与齿轮20啮合，齿轮20刚性安装在行驶装置的构架16上;第三联为带内齿的冠形齿轮97，与中心齿轮90同心设置，並与行星星齿轮98啮合，而行星齿轮98又与中心齿轮90啮合。行星齿轮98通过其轴99固定在齿轮架94上。用于防止动力传动装置21静态过载和动态过载的装置是由三台容积式液压机40（图6）构成，液压机40固定在行星齿轮装置87的壳体89（图3）上。各液压机40的轴44通过传动构件与行星齿轮装置87的第三联连接。此传动构件由齿轮100构成，齿轮100与齿轮101啮合，齿轮101与冠形齿轮97刚性连接，並装在齿轮架94的轴承座102上。齿轮100固定在轴103上，轴103的一端装在轴承座104内，並通过联轴器105与液压机40的轴44连接，轴103的另一端装在壳体89的轴承座106内，各液压机40的同类高压管路42（图6）相互连通。各液压机40的同类低压管路43也相互连通。为了防止在改变电动机88轴93的转动方向时传动装置21的静态过载和动态过载，在其液压系统中设置第二个液力蓄压器107和单向阀109、110、111、112，液力蓄压器107通过单向节流阀108与液压机40中彼此连通的各低压管路43作液压连接，单向阀109、110、111、112，在电动机88的轴93改变转动方向（反向）时，使液压管路56和60内工作液的流向不变。液压蓄压器107具有弹性壳体113，弹性壳体113将液力蓄压器容积分成两个相互独立的空腔114和115。空腔114通过单向节流阀108与液压机40中彼此连通的各低压管路43连接，空腔115内则充有气体。单向节流阀108具有並列安装的节流阀116和单向阀117。三个液压筒73的空腔76之间彼此作液压连通。彼此连通的各高压管路42与彼此连通的各低压管路43之间通过两者之间按液流方向顺序安装的单向阀109、前述分配液压阀50、控制节流阀51和单向阀110作液压连接。

当电动机88轴93改变转动方向时，彼此连通的现已成为高压管路的管路43与彼此连通的现已成为低压管路的管路42之间通过两者之间按液流方向顺序安装的单向阀111，前述分配液压阀50、控制节流阀51和单向阀112作液压连接。

斗轮式挖掘机用以转动上部结构的可逆动力传动装置21的工作如下：

在传动装置21（图6）起动之前，其液压系统各部件按前述传动装置22（图5）液压系统中“传动装置起动前”的位置就位，此时单向阀门109、112（图6）关闭。

当传动装置21（图6）起动后泄漏补偿装置83使工作液从溢流槽68进入控制节流阀51的输出总管61，通过单向阀66进入控制节流阀51的空腔64，通过单向阀112进入彼此连通的各液压管路42，通过单向阀110进入彼此连通的液压管路43，通向单向节流阀79进入各液压筒73的各空腔76，並通过单向阀109、111进入安全阀78，通过分配液压阀50进入控制节流阀51的输入总管59。开动电动机88，各电动机88通过轴93（图3）、联轴图92、轴91、中心齿轮90、行星齿轮98、冠形齿轮97、齿轮101、齿轮100、轴103、联轴器105使液压机40的轴44转动。各液压机40（图6）工作室（图上未表示）内的工作液沿彼此连通的高压管路42，通过单向阀109进入安全阀78，进入液压管路56，通过分配液压阀50进入液压管路60，此时，在液压管路56和60内的压力作用下，单向阀111和112关闭。以后工作液的环流，其压力的上升，液压系统各部件的工作均与前述“传动装置起动后”传动装置22（图5）液压系统各部件的工作相似。在各液压机40轴44（图3）的转速降到最低点时与其作传动连接的联轴器105、轴103、齿轮100、齿轮101和冠形齿轮97的转速也降低。此时，旋转着的行星齿轮98通过轴99将行星齿轮装置87对应于彼此接通的高压管路42中压力的扭矩传递给行星架94、轴95和齿轮96。在传递传动装置21（图6）的扭矩时三个齿轮96沿齿轮20进行滚动，使上部结构15和活动臂6（图1）作角度移动，将挖掘机的斗轮1送到水平面内的工作面上。

当传动装置21（图6）在正常工作状态下工作时，各电动机88均以相应于其各自机械性能的额定转速转动，即W₁＝f（Mi），表中Wi表示轴93转动角速度的现有值琲表示该值属各该电动机88的值，Mi表示运动力矩对应于轴93角速度Wi的现有值，i表示该值属各该电动机88的值。因此，各液压机40的轴44都从转动着的冠形齿轮97（图6）承受着与各自电动机88运转力矩成比例的各自行星齿轮装置87（图3）的反力矩，並以最低速度按各自液压管路42中已建压力的作用方向转动，並借助于彼此连通的各液压管路42中压力的平衡，在三个行星齿轮装置87（图3）之间重新分配由作用在传动装置21上的负荷所产生的反力矩。各冠形齿轮承受着由各自行星齿轮装置87的负荷所造成的反力矩，在将各冠形齿轮97的扭转振动转变为工作液压力波动的过程中，工作液在液压回路中进行环流，此液压回路是由三台液压机40（图6）的工作室，彼此连通的高压管路42、单向节流阀48和液力蓄压器49组成的。

在活动臂6（图1），由于其在工作面上的运动阻力突然超过传动装置21（图6）原动力而停止动作时，在各行星齿轮装置87（图3）中齿轮96以及与其作传动连接的齿轮架94也停止转动，而与电动机88的轴93作传动连接的旋转着的行星齿轮98将扭矩传递给冠形齿轮97、齿轮101、齿轮100、轴103、联轴器105和液压机40的轴44，从而使彼此连通的各管路42（图6）和液力蓄压器49空腔85中的压力上升。当彼此连通的管路42中的压力与安全阀78的调定压力相等时，工作液从彼此连通的管路42通过开启的单向阀109、安全阀78进入各液压筒73的空腔76，並将活塞75和连杆74移至极限位置，这时，各液压机40工作室的容积最小。以后，工作液的压力使单向阀82关闭，工作液通过节流阀81、开启的单向阀110进入彼此连通的低压管路43，形成封闭的环流回路。工作液的环流使各液压机40轴44的转速加快，从而卸除与其作传动连接的各电动机88轴93上由于活动臂6（图1）停止动作所产生的扭矩。

当改变斗轮1在工作面上行进的方向时，各电动机88的轴93（图6）逆转。在彼此接通的各高压管路42和彼此连通的各低压管路43中工作液的压力彼此取得平衡，单向阀111和112开启，液压系统各部件即按前述“传动装置21起动前”各部件的位置就位。

传动装置21的起动，该装置在正常工作状态下和当活动臂6在工作面上突然停止动作时的工作均如前述，所不同的是彼此连通的低压管路43变成高压管路，彼此连通的高压管路42变成低压管路，而单向阀109、110关闭，各液压机40工作室内的工作液通过彼此连通的高压管路43、单向节流阀108进入液力蓄压器107的空腔114。

在工业机器上采用按本发明实施的动力传动装置是最可取的，例如在钻探机上，其工作机构须同时作转动和钻进动作。

例如用于钻爆炸孔的采矿钻探机具有塔架120形承重结构，该结构铰接安装在行驶装置119的构架118（图7）上。塔架120上装有横梁121，在横梁121上设有机构122（图8），用以使横梁121顺塔架纵轴沿导轨（图上未示出）移动。横梁121的移动机构122具有：带连杆124的液压筒123，连杆124的两端固定在塔架120的上梁和下梁上;由四个滑轮125构成的滑轮组，各滑轮125的轴126（图9）固定在液压筒123上;长度相同的四根钢索127，各绕过一个滑轮125，以其一端固定在横梁121上，以其另一端固定在塔架120的中梁上。动力传动装置128（图10）设于横梁121上，由两个三联行星齿轮装置129和两台电动机130构成，分别固定在横梁121上。各三联行星齿轮装置129的第一联为中心齿轮131，通过作为输入轴的联轴器132与电动机130的轴133连接;第二联为用作输出轴的齿轮架134，其部分外表面形成一齿圈，齿圈与齿轮135啮合，齿轮135固定在主轴136上;第三联为与中心齿轮131同心安装的冠形齿轮137，与行星齿轮138啮合，行星齿轮138又与中心齿轮131啮合。行星齿轮138通过其本身的轴固定在齿轮架134上。防止动力传动装置128（图9）静态过载和动态过载的装置由两台容积式液压机40构成，各液压机40固定在横梁121上，並具有高压管路42和低压管路43。各液压机40的轴44（图10）通过传动构件与行星齿轮装置129的第三联连接。传动构件由联轴器147构成，装在横梁121内的轴承座141上。各液压机40的同类高压管路42（图9）彼此连通，各液压机40的同类低压管路43也彼此连通。在两台液压机40工作室容积调节机构41中，两个液压筒73的空腔76彼此作液压连接。各齿轮架134（图10）装在轴承座142和143上。轴承座142设于联轴器147内，轴承座143设于横梁121内。主轴136装在横梁121内的轴承座144、145和147内。主轴的一端通过弹性联轴器147与钻杆148连接。钻杆148装有制动器149，制动器149的制动块150与横梁121铰接，制动轮151固定在主轴136的另一自由端上。图9所示传动装置128的液压系统与图6所示传动装置21的液压系统相似，但增设了带活塞152的液压筒123和三位分配液压阀155钊?52将液压筒123的容积分成两个空腔153、154。液压阀155与液压筒123的空腔153154和液压管路156、157作液压连接。高压管路156与液压管路56连接，而低压管路157则与液压机40工作室容积调节机构41各液压筒73的各空腔76连接，各空腔76之间是彼此连通的。三位分配液压阀155装有弹簧158、159和电动先导阀160、161。当液压阀155的执行元件（图上未示出）位于中间位置时，液压阀155将空腔153和154与动力传动装置128的液压系统断开。当执行元件位于右端时，液压阀155使空腔153与液压管路157接通，使空腔154与液压管路156接通。当执行元件位于左端时，液压阀155使空腔153与液压管路156接通，使空腔154与液压管路157接通。

采矿钻探机钻杆148的动力传动装置128工作如下：

在传动装置128（图9）起动之前，其液压系统的部件按前述传动装置21（图6）“在其起动之前”液压系统中的位置就位。此时，液压筒123的空腔153（图9）和154充有工作液，分配液压阀155的执行元件在弹簧158和159的作用下位于中间位置，而制动块150将钻杆148的制动器149制动轮151闸住。

在传动装置128（图9）起动后，泄漏补偿装置83使工作液从溢流槽68进入液压系统各部件，这与传动装置21（图6）“在其起动后”使工作液进入其液压系统的情况相似。然后，接通电动机130，各电动机的轴133（图10）通过联轴器132、中心齿轮131、行星齿轮138、冠形齿轮137和联轴器147使液压机40的轴44转动。工作液开始在液压回路中环流，液压回路是由各液压机40的工作室，彼此连通的高压管路42、单向阀109、液压阀50、控制节流阀51、单向阀110和彼此连通的低压管路43组成的。此时，单向阀111和112关闭。在上述液压回路中工作液压力的上升和液压系统各部件的工作与前述“在传动装置起动后”传动装置21（图6）中液压系统各部件的工作相似。但当各液压机40中，轴44的转速降到最低，而各电动机130中，轴133的转速达到额定转速时，彼此连通的液压管路42内的压力上升。当管路42中的压力与安全阀78的调定压力相等时，工作液从管路42、经单向阀109通过液压管路156，进入分配液压阀155通过安全阀78进入各液压筒73的空腔76中，並克服弹簧80的阻力将活塞75和连杆74移至最低位置，这时，各液压机40的工作室容积达到最小值。与此同时，工作液的压力关闭单向阀82，工作液通过节流阀81和单向阀110进入彼此连通的低压管路43，形成封闭的环流回路。工作液的环流使液压机40的轴44所受液压制动力矩急剧下降。液压机40中，轴44的转速增大到与电动机130的轴133额定转速相应的速度，轴133是与轴44作传动连接的。接通电动先导阀161，该阀即克服弹簧158的作用力。将液压阀155的执行元件移至左端。液压阀155使空腔153与高压管路156接通，而将空腔154与低压管路157接通。因此，横梁移动机构122的液压筒123即相对于连杆124开始移动，此时，空腔153的容积增大，而空腔154的容积减小。因此滑轮组的滑轮125和绕过滑轮125的钢索127使横梁121、传动装置128和钻杆148沿塔架120的导轨移向钻井的工作面。在钻杆148向钻井工作面移动的过程中，在液压管路156，彼此连通的管路42和液压管路56中的压力下降而低于安全阀78的调定压力，安全阀78使液压机40工作室容积调节装置的各液压筒73的空腔76和液压管路157与液压管路56断开。液压管路157和各液压筒73的空腔76中的压力下降，活塞75和连杆74在压缩弹簧80的作用下移向上端，这时，各液压机40的工作室容积最大。钻杆148向工作面的给进速度取决于单向节流阀79中节流阀81的通过截面。钻杆148到达工作面时即停住，液压筒123的空腔153内的压力开始上升，液压管路156、56和42中的压力也相应上升。当液压管路56中的压力与安全阀78的调定压力相等时，工作液从管路42经单向阀109、安全阀78，进入各液压筒73的空腔76，並克服弹簧80的作用力，使液压筒73的活塞75和连杆74移向下端，这时，各液压机40工作室的容积最小。使制动块150脱开制动轮151，从而松开钻杆148的制动器149。彼此连通的管路42中的压力下降。当管路42中的压力低于安全阀78中的调定压力时，安全阀78使各液压筒73的空腔76和液压管路157与液压管路56断开，活塞75和连杆74在压缩弹簧80的作用下移向上端，这时，液压机40工作室的容积变到最大。当各液压机40工作室的容积以最小值上升到最大值时，液压制动力矩增大而降低与冠形齿轮137作传动连接的各轴44的转速。因此，各行星齿轮装置129（图10）的冠形齿轮137的转速下降到最低值，这时转动着的行星齿轮138通过轴139将传动装置128的扭矩传递给齿轮架134、齿轮135，主轴136和钻杆148。钻杆148（图9）达到额定转速，而与彼此连通的液压管路42中压力相对应的液压筒123空腔153中的压力使钻杆取得额定的进给作用力。

在钻杆148的传动装置128（图10）在正常状态下工作时，在各行星齿轮装置中消除了静态不定性，这与前述在传动装置21（图6）中消除静态不定性的情况相似。钻进速度和钻杆148（图9）的进给作用力取决于单向节流阀79中节流阀81的通过截面。各行星齿轮装置129（图10）中冠形齿轮137的扭转振动能量在液压回路中被吸收了，这与前述传动装置21（图6）“在正常状态下工作”的情况相似。该同一液压回路还吸收液压筒123空腔153中的压力波动能量，空腔153通过液压管路156和开启的单向阀109与彼此连通的各高压管路42作液压连接。

当钻杆148（图10）由于其转动阻力突然超过传动装置128的原动力而停住时，主轴136、齿轮135，各行星齿轮装置129的齿轮架134也停住，与电动机130轴133作传动连接的转动着的行星齿轮138即将扭矩传递给冠形齿轮137、联轴器147和各液压机40的轴44。因此，彼此连通的管路42（图9）和液力蓄压器49的空腔85中压力上升。此后，工作液压力的上升和传动装置128中液压系统各部件的工作与前述传动装置21（图6）“在突然停住时”其液压系统各部件的工作相似。

当钻杆148（图9）改变转动方向时，例如当其旋出时，关闭液压阀155的先导阀161，並使各电动机130的轴133倒转。液压阀155的执行元件在压缩弹簧158的作用下移到中间位置。液压阀155使横梁进给装置122中液压筒123的空腔153、154与动力传动装置128的液压系统断开，横梁121即固定在对应于关闭电动先导阀161时相对于塔架120的位置上。彼此连通的各管路42与彼此连通的各管路43中工作液压力彼此取得平衡，单向阀111和112打开，而液压系统的各部件按与前述“传动装置128起动后”各部件相对应的位置就位。传动装置128（图9）在钻杆148变更转动方向时的起动以及在将钻杆148旋出时的工作与前述“起动传动装置128”相似，所不同的是：钻杆148的制动器149保持松开，而彼此连通的各管路43成为高压管路，彼此连通的各管路42成为低压管路，单向阀109和110关闭，工作液从各液压机40的工作室通过彼此连通的高压管路43，单向节流阀108进入液力蓄压器107的空腔114。当旋出的钻杆148各部件转动时，由于彼此连通的各管路43中的压力急剧上升而产生的工作液振动能量被液力蓄压器107的充气弹性壳体113和单向节流阀108的节流阀116所吸收。

当钻杆148增长时，接通液压阀155的电动光导阀160，並使制动块150闸住钻杆148的制动器149中制动轮151。液压阀155的执行元件克服弹簧159的阻力移向右端，液压阀155使横梁进给装置122中液压筒123的空腔153与液压管路157接通，而使空腔154与高压管路156接通。液压筒123随即开始相对于连杆124移动，此时，空腔153的容积减小，而空腔154的容积增大。因而滑轮组的滑轮125和绕过滑轮的钢索127使横梁121和传动装置128沿塔架120的导轨移离钻井工作面。此时，各液压机40的轴44以与电动机130轴133相对应的转速转动，轴133是与轴44作传动连接的。横梁121的移动速度取决于单向节流阀79中节流阀81的通过截面。

按本发明实施的横梁进给装置122的液压筒123中，空腔153，154的液压连接可防止进给装置122在钻探的正常状态下和在钻杆148由于其转动阻力超过其传动装置128的原动力而突然停住的状态下所产生的静态过载和动态过载，这就减小了振动並使液压筒123中工作液的最大压力受到了限制。

因此，按本发明实施的用于工业机器上工作机构的动力传动装置在工业机器的工业应用过程中，可以做到以下几点：

无负荷起动，可在相当大的范围内调节起动的持续时间;

工作机构具有给定的输出机械性能;

有效地防止工业机器的工作机构和承重结构在各种工作状态下的静态过载和动态过载;

机械操作工在工作地点可免受振动的危害;

动力传动装置的使用寿命可提高到连续工作3-5万小时。

Claims (5)

1、设在工业机器承重结构(6、15、120)上工作机构的动力传动装置具有：多联行星齿轮装置(24、87、129)，其中一联(29、97、137)承受该齿轮装置(24、87、129)的反力矩，该齿轮装置(24、87、129)的输入轴与驱动电动机的轴(27、93、133)连接，输出轴则与机器的工作机构作传动连接；还具有防止静态过载和动态过载的装置；动力传动装置的特征为：使传动装置免受静态过载和动态过载的装置为固定在工业机器承重结构(6、15、120)上的容积式液压机(40)及其高压管路(42)和低压管路(43)，该液压机(40)的轴(44)通过传动构件与多联行星齿轮装置(24、87、129)中承受反力矩的一联(29、97、137)连接。

2、按照权利要求1所述的工业机器工作机构动力传动装置，其特征为：容积式液压机（40）的高压管路（42）通过单向节流阀（48）与液力蓄压器（49）连接，而通过在高压管路（42）和低压管路（43）之间按液体流向顺序设置的分配液压阀（50）和控制节流阀（51）与低压管路（43）连接。

3、按照权利要求1和2所述的工业机器工作机构的动力传动装置，其特征为：采用的容积式液压机（40）具有用以调节其工作室容积的装置（41），该装置（41）为固定在液压机（40）壳体上的液压筒（73），液压筒（73）中在连杆（74）一侧的空腔（76）通过安全阀（78）与液压机（40）的高压管路（42）作液压连接，通过单向节流阀（79）与低压管路（43）连接，而在活塞（75）一侧的空腔（77）内装有弹簧（80），弹簧的一端与液压筒（73）的筒体连接，而另一端与活塞（75）连接，空腔（77）与溢流槽（68）作液压连接。

4、按照权利要求1、2、3所述的工业机器中工作机构的动力传动装置，其特征为：该传动装置至少设有第二个多联行星齿轮装置（87、129），该齿轮装置（87、129）的输入轴与第二台驱动电动机（88、130）的轴（93、133）连接，而输出轴则与工作机器的工作机构作传动连接，同时，第二个多联行星齿轮装置（87、129）中，承受其反力矩的一联（97、137）通过传动构件与第二台液压机（40）的轴（44）连接，第二台液压机（40）固定在工业机器的承重结构（15、120）上，具有与第一台液压机同类管路（42）作液压连接的高压管路（42）、与第一台液压机同类管路（43）作液压接接的低压管路（43），以及用以调节其工作室容积的装置（41），该装置（41）为固定在液压机（40）壳体内的液压筒（73），液压筒（73）在其活塞一侧的空腔（77）内装有弹簧（80），弹簧（80）的一端与液压筒（73）的筒体连接，另一端与活塞（75）连接，空腔（77）与溢流槽（68）作液压连接，而液压筒（73）在连杆（74）一侧的空腔（76）与第一台液压机（40）工作室的容积调节装置（41）液压筒（73）在连杆（74）一侧的空腔（76）作液压连接。

5、按照权利要求3或4所述的工业机器中工作机构的动力传动装置在该机器中设有工作机构的移动装置（122），传动装置的特征为：工作机构的移动装置（122）至少具有一个与工作机构作传动连接而固定在工业机器承重结构（120）上的动作筒（123），动作筒（123）的一个空腔（153或154）与其中一台容积式液压机（40）的高压管路（42）作液压连接，而另一空腔（154或153）则与同一台容积式液压机（40）工作室容量调节装置（41）液压筒（73）中在连杆（75）一侧的空腔（76）作液压连接。

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