CN103277584B - 丝杠传动顶升系统 - Google Patents

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王学军
杨勤
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Abstract

本发明揭示了一种丝杠传动顶升系统，包括：双出轴电机、万向联轴节、转向减速器、第一蜗轮减速器、第二蜗轮减速器。双出轴电机的两个轴上分别连接万向联轴节，万向联轴节的另一端连接转向减速器，转向减速器与第一蜗轮减速器相连接，第一蜗轮减速器的另一端连接万向联轴节，万向联轴节的另一端连接第二蜗轮减速器。采用了本发明的技术方案，定位准确，顶升平稳，在承受大拉力作用下也能可靠地保持住上压载器的位置不变。

Description

丝杠传动顶升系统
技术领域
本发明涉及海工机械设备，更具体地说，涉及一种铺管船用张紧器的丝杠传动顶升系统。
背景技术
国内铺管船用张紧器鲜有设计和制造，故有关张紧器部件的设计方案非常少。通常张紧器在置入管线时需要顶升上压载器至较高的位置便于管线置入，夹紧管线前又需要降低上压载器至特定的高度，夹紧管线时又需要保持住上下压载器之间的位置关系，这些工况衍生出对于张紧器上下压载器之间的位置保持和顶升作用的零部件有一定的要求。
往常上下压载器之间通过4个大油缸相互联系，顶升和下降以及上下压载器相对位置的保持都是靠这四个大油缸来完成。然而利用液压控制的大油缸有若干缺点和不易处理的问题，比如泄油污染、上下定位不精准，顶升不易同步等。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种丝杠传动顶升系统，来解决现有技术中存在的泄油污染、上下定位不精准，顶升不易同步等问题。
根据本发明，提供一种丝杠传动顶升系统，包括：双出轴电机、万向联轴节、转向减速器、第一蜗轮减速器、第二蜗轮减速器。双出轴电机的两个轴上分别连接万向联轴节，万向联轴节的另一端连接转向减速器，转向减速器与第一蜗轮减速器相连接，第一蜗轮减速器的另一端连接万向联轴节，万向联轴节的另一端连接第二蜗轮减速器。
根据本发明的一实施例，双出轴电机通过底座与外框架固定联接，丝杠传动顶升系统的其余部件与上压载器、下压载器固定联接。
根据本发明的一实施例，还包括多根丝杠，丝杠下端为花键形式，分别与第一蜗轮减速器和第二蜗轮减速器通过万向联轴节相连接，丝杠底端设置圆锥滚子轴承。
根据本发明的一实施例，丝杠与下压载器通过下侧挡相连接。
根据本发明的一实施例，其中一根丝杠下端穿过第一蜗轮减速器与编码器联接。
根据本发明的一实施例，丝杠顶端未加任何约束，自由浮动，顶部的架子联接保护丝杠不受灰尘污染的伸缩皮套。
根据本发明的一实施例，上压载器通过大螺母与丝杠相连接，大螺母通过螺栓联接在上压载器的上侧挡上。
根据本发明的一实施例，丝杠共有4根，所有丝杠的转向一致。
根据本发明的一实施例，万向联轴节都是可伸缩式的，第一蜗轮减速器和第二蜗轮减速器之间的万向联轴节穿过下压载器结构。
根据本发明的一实施例，丝杠表面设计有螺纹，螺纹升角为自锁结构；蜗轮蜗杆减速器为自锁结构。
根据本发明的一实施例，转向减速器与第一蜗轮减速器之间设置制动器。
采用了本发明的技术方案，定位准确，顶升平稳，在承受大拉力作用下也能可靠地保持住上压载器的位置不变。
附图说明
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1是本发明丝杠传动顶升系统的结构示意图；
图2是丝杠传动顶升系统的部分部件示意图；
图3是丝杠传动顶升系统的部分部件示意图；
图4是杠传动顶升系统在张紧器中的示意图；
图5是杠传动顶升系统在张紧器中的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明取消往常使用的液压油缸方案，采用完全的机械方式来实现对上压载器顶升下降以及受力时保持位置的功能，避免了液压油缸方案的诸多问题，实际使用效果良好，从目前国内来看，也是首次采用这样的方案，丰富了铺管船用张紧器的构造设计形式。
通过图4和图5可以看到丝杠传动系统在张紧器中的所处的位置及与其它部件的装配关系。张紧器丝杠传动系统由双出轴电机8控制，通过万向联轴节和减速器最终把扭矩传递到丝杠15上，然后通过固定在压载结构上的大螺母17与丝杠15的螺纹副把转动转换成直线上下运动，从而达到顶升上压载器的目的。
本发明的双出轴电机8采用15kW/1000rpm的变频电机，通过各个联轴节和减速器层层传递，最终可以300mm/min的速度顶升和下降上压载器2。从实际发明看，顶升过程平稳顺畅、定位精确，效果良好。
双出轴电机8的两个轴上分别连接万向联轴节9，万向联轴节的另一端连接转向减速器10，转向减速器10与蜗轮减速器12相连接，蜗轮减速器12的另一端连接万向联轴节13，万向联轴节13的另一端连接蜗轮减速器14。
由于双出轴电机是通过底座与外框架1固定联接的，而其余丝杠传动系统的部件与上压载器2和下压载器4固定联接，又由于只用一个电机驱动，与第一个转向减速器10相距较远，所以采用万向联轴节9是比较合适的，附图中双出轴电机8与2根万向联轴节9布置成直线，根据设计需要和实际情况装配成具有一定范围内的角度也是可以的。同理，4根丝杠15之间蜗轮减速器12和14的转速传递也采用了万向联轴节13的方式，万向联轴节9和13都是可伸缩式的。由于4根丝杠位于张紧器两侧，故万向联轴节13需要穿过下压载器结构。
丝杠传动系统采用了6个减速器，2个普通的转向减速器10以及4个蜗轮蜗杆减速器(12和14)。转向减速器10用于把电机传递过来的转速水平转90°传递给蜗轮减速器12，而蜗轮减速器12一方面继续转速方向不变的传递给蜗轮减速器14，一方面把减速并垂直转向后把速度传递给竖直放置的丝杠15，蜗轮减速器14仅需要减速转向至垂直方向给丝杠即可。附图中“﹢-”号显示了从轴端往里看各个电机减速器出轴的转向，可以看到最终在同一个电机带动下，4根丝杠的转向是一致的。
4根丝杠轴15的下端台阶的下平面分别在20处支承在1个圆锥滚子轴承上，轴承承受所有从丝杠处传递过来的重力作用，这些重力又传递到各个下侧挡7上，然后传递到下压载结构4上，最终通过下支撑5传递到船甲板底座，下端台阶的上平面则与下侧挡7结构平面相对，略有间隙。当张紧器没有夹紧管线3时静置或顶升的时候，丝杠15下端支承的圆锥滚子轴承即可承载重力作用，又可使得转动阻力尽可能的小，而当张紧器夹紧管线3进行正常铺管作业的时候，整个丝杠15受到的是拉力，比之重力作用下的轴力更大，此力迫使丝杠15下端台阶面下平面与圆锥滚子脱离接触而使台阶上平面与下侧挡7结构接触，不但有助于使更能受力的结构来承载作用力，更因为轴台阶面与结构的平面压紧接触增加了转动阻力，这对于张紧器夹紧管线时保持位置不动非常有利。丝杠下端为花键形式，与蜗轮减速器12联接，仅传递扭矩作用，其中一根丝杠下端穿过蜗轮蜗杆减速器12与编码器联接，用以检测转速和顶升的高度位置。丝杠15顶端未加任何约束，自由浮动，放置的架子18是用来联接保护丝杠不受灰尘污染的伸缩皮套16。
无论是重力作用(未夹紧管线时)还是拉力作用(夹紧管线时)，张紧器都能可靠地保证上压载器在特定的位置保持静止，以确保铺管条件成立以及安全可靠。主要依靠三点：丝杠15螺纹升角设计成能自锁、蜗轮蜗杆减速器12和14可自锁、外加制动器11夹紧抑制转动。
上压载器的顶升和下降依靠大螺母17在丝杠12上的相对直线运动，大螺母通过螺栓联接在上压载器的上侧挡7上，4个上侧挡7由于与外框架1的接触导向和限制，致使上压载器只能上下移动而不能整体转动，当丝杠15转动时，带动大螺母17沿着丝杠15上下移动，而大螺母17通过螺栓联着上侧挡7把上压载器缓缓提起。
通过对双出轴变频电机8的控制，可以根据需要改变顶升和下降的速度，通过丝杠下端联接编码器19可实现检测和根据管线直径自动控制上压载器的高度，定位十分精确。这种在铺管船用张紧器上的纯机械方式顶升方案据目前所知是国内首次，相较原来的液压油缸顶升方式，同步性极好、无漏油泄压隐患、速度控制方便、易于检测和控制高度、定位精准、实现简单且成本并不比原来的液压方案高。
作为本发明的一个优选实施方式，侧挡7、减速器12、14以及丝杠15等等部件都由于位置关系略有不同，但功能逻辑是一致的，为了描述方便，故以同一个编号代表。同理，编号20表示为一处地方(丝杠支承处)，非某一零部件，编号6为丝杠传动系统的统称。
本发明首次以纯机械的方式替换了原有张紧器液压顶升的方案，采用1个双出轴电机通过万向联轴节与蜗轮蜗杆减速器相连，带动4根竖直放置的丝杠转动，通过丝杠与固定联接在上下压载器结构上的大螺母的螺旋运动，带动上压载器上下移动。
同时，本发明利用丝杠本身自锁、蜗轮蜗杆减速器自锁以及设置制动器三重保护来保持张紧器夹紧管线时的大作用力下保持上下压载器的位置不变，实际运行效果良好，定位准确，顶升平稳，在承受大拉力作用下也能可靠地保持住上压载器的位置不变。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种丝杠传动顶升系统，其特征在于，包括：
双出轴电机、万向联轴节、转向减速器、第一蜗轮减速器、第二蜗轮减速器及多根丝杠；
双出轴电机的两个轴上分别连接万向联轴节，万向联轴节的另一端连接转向减速器，转向减速器与第一蜗轮减速器相连接，第一蜗轮减速器的另一端连接万向联轴节，万向联轴节的另一端连接第二蜗轮减速器；
所述双出轴电机通过底座与外框架固定联接；
所述多根丝杠下端为花键形式，分别与第一蜗轮减速器和第二蜗轮减速器通过万向联轴节相连接；
所述丝杠与下压载器通过下侧挡相连接；
上压载器通过大螺母与丝杠相连接，大螺母通过螺栓联接在上压载器的上侧挡上；
所述第一蜗轮减速器和第二蜗轮减速器之间的万向联轴节穿过下压载器结构。
2.如权利要求1所述的丝杠传动顶升系统，其特征在于，丝杠底端设置圆锥滚子轴承。
3.如权利要求1或2所述的丝杠传动顶升系统，其特征在于，其中一根丝杠下端穿过第一蜗轮减速器与编码器联接。
4.如权利要求1或2所述的丝杠传动顶升系统，其特征在于，丝杠顶端未加任何约束，自由浮动，顶部的架子联接保护丝杠不受灰尘污染的伸缩皮套。
5.如权利要求1或2所述的丝杠传动顶升系统，其特征在于，丝杠共有4根，所有丝杠的转向一致。
6.如权利要求3所述的丝杠传动顶升系统，其特征在于，万向联轴节是可伸缩式的。
7.如权利要求3所述的丝杠传动顶升系统，其特征在于，丝杠表面设计有螺纹，螺纹升角为自锁结构；蜗轮蜗杆减速器为自锁结构。
8.如权利要求1所述的丝杠传动顶升系统，其特征在于，转向减速器与第一蜗轮减速器之间设置制动器。
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