CN103410698B - 一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，包括辅助启动机构、高速转轴机构、能量回收机构、能量转换和驱动系统，高速转轴机构包括高速转轴锥形摩擦轮、半圆形紧固夹、紧固螺栓、增摩橡胶皮圈、高速转轴；辅助启动机构包括辅助启动锥形摩擦轮；能量回收机构包括制动锥形摩擦轮；高速转轴锥形摩擦轮通过半圆形紧固夹和紧固螺栓安装在高速转轴上；辅助启动锥形摩擦轮、制动锥形摩擦轮与高速转轴锥形摩擦轮的锥度相同、安装方向相反，并分别布置在高速转轴锥形摩擦轮的两侧；高速转轴锥形摩擦轮的外缘包有增摩橡胶皮圈。本发明主要适用于各种重型设备能够起能量回收再利用，并具有一定的动力源过载保护作用，其结构简单、成本低。

Description

一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置

技术领域

本发明涉及一种装置，尤其涉及一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，属于大功率机械设备制动能量回收和辅助启动装置技术领域。

背景技术

随着能源和环境问题的加剧，各种大功率机械设备节能装置的研究与应用具有重要意义。大功率机械设备的动力均来自电机或发动机，并由高速转轴将动力传递到大负荷的工作装置上。这些机械设备在切断动力源，工作装置停止工作后，其高速转轴会在惯性的作用下继续转动，其转动能量转变成轴承磨擦而形成的热能耗散于大气中，造成能量的大量浪费；而在接通动力源启动工作装置时，需要动力源提供较大转矩，电动机则需要较大的启动电流，大的启动电流可能烧毁电力控制部件和电动机本身；发动机则需要发出较大的功率，当工作装置载荷加大时，会造成发动机过载熄火。

当前，各种大功率机械设备时有动力源烧毁和无力启动的现象，若采用能量回收和辅助启动装置将有效的改善这一现象。制动能量回收与再利用技术是各种电动汽车上广泛采用的一项先进技术，现有各种电动车上采用的制动能量回收和辅助启动装置，其控制系统和结构复杂不适合运用于大功率机械设备。

发明内容

为了解决上述问题中的不足之处，发明提供了一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置。

为解决以上技术问题，发明采用的技术方案是：一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，包括辅助启动机构、高速转轴机构、能量回收机构、能量转换和驱动系统，高速转轴机构包括高速转轴锥形摩擦轮、半圆形紧固夹、紧固螺栓、第一增摩橡胶皮圈、高速转轴；

辅助启动机构包括辅助启动锥形摩擦轮；

能量回收机构包括制动锥形摩擦轮；

高速转轴锥形摩擦轮通过半圆形紧固夹和紧固螺栓安装在高速转轴上；

辅助启动锥形摩擦轮、制动锥形摩擦轮与高速转轴锥形摩擦轮的锥度相同、安装方向相反，并分别布置在高速转轴锥形摩擦轮的两侧；

高速转轴锥形摩擦轮的外缘包有增摩橡胶皮圈。

能量转换和驱动系统包括气压蓄能器、气压泵、单向阀、启动马达、启动马达电磁阀、离合电磁阀、调压阀和气管。

制动锥形摩擦轮的离合机构包括四个卡环，分别为第一卡环、第二卡环、第三卡环和第四卡环、四个止推环，分别为第一止推环、第二止推环、第三止推环和第四止推环、第一环形支架活塞、第一环形气压缸、两个向心推力轴承，分别为第一向心推力轴承和第二向心推力轴承、两个向心轴承，分别为第一向心轴承和第二向心轴承、三个推力轴承，分别为第一推力轴承、第二推力轴承和第三推力轴承、制动锥形摩擦轮、第二增摩橡胶皮圈、第一复位弹簧、第一支撑轴、两个固定支座，分别为第一固定支座和第二固定支座；

第一支撑轴由第一固定支座和第二固定支座分别通过第一向心推力轴承和第二向心推力轴承支撑，其动力传至气压泵；第一向心轴承与第二向心轴承之间设有第三止推环；

第一环形支架活塞套在第一向心轴承和第二向心轴承上；

第一环形支架活塞上有第一气管接头；所述第一推力轴承和第二推力轴承分别位于第一止推环与第一环形支架活塞、第一环形气压缸与制动锥形摩擦轮之间；

第三推力轴承与第四止推环之间有第一复位弹簧；

制动锥形摩擦轮的外缘包有第二增摩橡胶皮圈。

辅助启动锥形摩擦轮的离合机构包括四个卡环，分别为第五卡环、第六卡环、第七卡环和第八卡环、四个止推环，分别为第五止推环、第六止推环、第七止推环和第八止推环、第二环形支架活塞、第二环形气压缸、两个向心推力轴承，分别为第三向心推力轴承和第四向心推力轴承、两个向心轴承，分别为第三向心轴承和第四向心轴承、三个推力轴承，分别为第四推力轴承、第五推力轴承和第六推力轴承、辅助启动锥形摩擦轮、第三增摩橡胶皮圈、第二复位弹簧、第二支撑轴、两个固定支座，分别为第三固定支座和第四固定支座；

第二支撑轴由第三固定支座和第四固定支座通过第三向心推力轴承和第四向心推力轴承支撑，其动力来自启动马达；

第三向心轴承和第四向心轴承之间设有第七止推环；所述第二环形支架活塞套在第三向心轴承和第四向心轴承上；所述第二环形支架活塞上有第二气管接头；

第四推力轴承和第五推力轴承分别位于第五止推环与第二环形支架活塞、第二环形气压缸与辅助启动锥形摩擦轮之间；

第六推力轴承与第八止推环之间设有第二复位弹簧；

辅助启动锥形摩擦轮的外缘包有第三增摩橡胶皮圈。

气压蓄能器为两个，左侧的气压蓄能器一端通过启动马达电磁阀连接在启动马达上，另一端通过调压阀连接在气压泵上；右侧的气压蓄能器一端通过离合电磁阀分别连接在第二气管接头和第一气管接头上，另一端通过调压阀连接在气压泵上；调压阀为两个，分别设置在两个气压蓄能器进气管的一端。

本发明主要适用于各种重型设备(如车床主轴、大型风机等)具有转速高、转动惯量大的转轴的制动能量回收和辅助启动，能够起到能量回收再利用，并具有一定的动力源过载保护作用，且结构简单、成本低的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的整体组成示意图。

图2是高速转轴机构的制动能量回收状态剖面结构示意图。

图3是高速转轴机构的辅助启动状态剖面结构示意图。

图中：1、辅助启动机构；2、高速转轴机构；3、能量回收机构；4、启动马达电磁阀；5、调压阀；6、启动马达；7、离合电磁阀；8、单向阀；9、气压蓄能器；10、气压泵；101、第五卡环；102、第三向心推力轴承；103、第六卡环；104、第三固定支座；105、第五止推环；106、第六止推环；107、第四推力轴承；108、第二环形支架活塞；109、第三向心轴承；110、第七止推环；111、第二气管接头；112、第四向心轴承；113、第二支撑轴；114、第二环形气压缸；115、第五推力轴承；116、辅助启动锥形摩擦轮；117、第三增摩橡胶皮圈；118、第六推力轴承；119、第二复位弹簧；120、第八止推环；121、第四固定支座；122、第七卡环；123、第四向心推力轴承；124、第八卡环；201、高速转轴锥形摩擦轮；202、半圆形紧固夹；203、紧固螺栓；204、第一增摩橡胶皮圈；205、高速转轴；301、第一卡环；302、第一向心推力轴承；303、第二卡环；304、第一固定支座；305、第一止推环；306、第二止推环；307、第一推力轴承；308、第一环形支架活塞；309、第一向心轴承；310、第三止推环；311、第一气管接头；312、第二向心轴承；313、第一支撑轴；314、第一环形气压缸；315、第二推力轴承；316、制动锥形摩擦轮；317、第二增摩橡胶皮圈；318、第三推力轴承；319、第一复位弹簧；320、第四止推环；321、第二固定支座；322、第三卡环；323、第二向心推力轴承；324、第四卡环。A、B为离合电磁阀7的两个触点。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明包括辅助启动机构1、高速转轴机构2、能量回收机构3、能量转换和驱动系统；高速转轴机构2包括高速转轴锥形摩擦轮201、半圆形紧固夹202、紧固螺栓203、增摩橡胶皮圈204、高速转轴205；辅助启动机构1包括辅助启动锥形摩擦轮116；

能量回收机构3包括制动锥形摩擦轮316；

高速转轴锥形摩擦轮201通过半圆形紧固夹202和紧固螺栓203安装在高速转轴205上；

辅助启动锥形摩擦轮116、制动锥形摩擦轮316与高速转轴锥形摩擦轮201的锥度相同、安装方向相反，并分别布置在高速转轴锥形摩擦轮201的两侧；

高速转轴锥形摩擦轮201的外缘包有第一增摩橡胶皮圈204。

能量转换和驱动系统包括两个气压蓄能器9、气压泵10、单向阀8、启动马达6、启动马达电磁阀4、离合电磁阀7、调压阀5和气管。

制动锥形摩擦轮316的离合机构包括四个卡环，分别为第一卡环301、第二卡环303、第三卡环322和第四卡环324、四个止推环，分别为第一止推环305、第二止推环306、第三止推环310和第四止推环320、第一环形支架活塞308、第一环形气压缸314、两个向心推力轴承，分别为第一向心推力轴承302和第二向心推力轴承323、两个向心轴承，分别为第一向心轴承309和第二向心轴承312、三个推力轴承，分别为第一推力轴承307、第二推力轴承315和第三推力轴承318、制动锥形摩擦轮316、第二增摩橡胶皮圈317、第一复位弹簧319、第一支撑轴313、两个固定支座，分别为第一固定支座304和第二固定支座321；

第一支撑轴313由第一固定支座304和第二固定支座321分别通过第一向心推力轴承302和第二向心推力轴承323支撑，其动力传至气压泵10；第一向心轴承309与第二向心轴承312之间设有第三止推环310；

第一环形支架活塞308套在第一向心轴承309和第二向心轴承312上；

第一环形支架活塞308上有第一气管接头311；所述第一推力轴承307和第二推力轴承315分别位于第一止推环305与第一环形支架活塞308、第一环形气压缸314与制动锥形摩擦轮316之间；

第三推力轴承318与第四止推环320之间有第一复位弹簧319；

制动锥形摩擦轮316的外缘包有第二增摩橡胶皮圈317。

辅助启动锥形摩擦轮116的离合机构包括四个卡环，分别为第五卡环101、第六卡环103、第七卡环122和第八卡环124、四个止推环，分别为第五止推环105、第六止推环106、第七止推环110和第八止推环120、第二环形支架活塞108、第二环形气压缸114、两个向心推力轴承，分别为第三向心推力轴承102和第四向心推力轴承123、两个向心轴承，分别为第三向心轴承109和第四向心轴承112、三个推力轴承，分别为第四推力轴承107、第五推力轴承115和第六推力轴承118、辅助启动锥形摩擦轮116、第三增摩橡胶皮圈117、第二复位弹簧119、第二支撑轴113、两个固定支座，分别为第三固定支座104和第四固定支座121；

第二支撑轴113由第三固定支座104和第四固定支座121通过第三向心推力轴承102和第四向心推力轴承123支撑，其动力来自启动马达6；

第三向心轴承109和第四向心轴承112之间设有第七止推环110；所述第二环形支架活塞108套在第三向心轴承109和第四向心轴承112上；第二环形支架活塞108上有第二气管接头111；

第四推力轴承107、第五推力轴承115分别位于第五止推环105与第二环形支架活塞108、第二环形气压缸114与辅助启动锥形摩擦轮116之间；

第六推力轴承118与第八止推环120之间设有第二复位弹簧119；

辅助启动锥形摩擦轮116的外缘包有第三增摩橡胶皮圈117。

气压蓄能器9为两个，左侧的气压蓄能器一端通过启动马达电磁阀4连接在启动马达6上，另一端通过调压阀5连接在气压泵10上；右侧的气压蓄能器一端通过离合电磁阀7分别连接在第二气管接头111和第一气管接头311上，另一端通过调压阀5连接在气压泵10上；调压阀5为两个，分别设置在两个气压蓄能器9进气管的一端。

安装此装置后，并设定好两个调压阀5的预定压力，在使用之前通过单向阀8向图1中右侧的气压蓄能器9内充入一定量压力气体。

①、如图1、图2所示，当工作装置停止时，切断动力源，同时开启离合电磁阀7中的A触点，打开电磁阀通路，图中右侧的气压蓄能器内的气压通过离合电磁阀7和由第一环形支架活塞308上的第一气管接头311进入第一环形气压缸314内，第一环形支架活塞308在第一止推环305和第一卡环301的作用下不移动，此时气压推动第一环形气压缸314推着第二推力轴承315、第三推力轴承318和制动锥形摩擦轮316克服第一复位弹簧319的作用力轴向移动，直到制动锥形摩擦轮316与高速转轴锥形摩擦轮201相贴合(图2所示)，并在高速转轴摩擦轮的带动下而转动，【制动锥形摩擦轮316的两侧分别设有第二推力轴承315和第三推力轴承318，此时两个轴承做旋转运动，第一环形气压缸314只做轴向移动】。动力由高速转轴通过半圆形紧固夹202和紧固螺栓203传递到高速转轴锥形摩擦轮201，再传递到制动锥形摩擦轮316，然后通过制动锥形摩擦轮316的内花键与支撑轴313的外花键的啮合，将动力传至支撑轴313，再由第一支撑轴313递到气压泵10；气压泵所产生的高压气体经过两个调压阀分别进入两个气压蓄能器，在达到图1中右侧的气压蓄能器9预先设定压力保证离合机构的正常工作，让更多的气体进入图中左侧的气压蓄能器，以使辅助启动过程有较大的能量；当工作转轴停止转动，离合电磁阀7中的A触点断电，电磁阀自动回位，第一环形气压缸314内的气流经过气管和离合电磁阀7流向大气自动泄压，同时离合电磁阀7切断了图1中右侧的气压蓄能器的气压通路，使图1中右侧的气压蓄能器处于密闭状态，在第一复位弹簧319的作用下通过第三推力轴承318推动制动锥形摩擦轮316轴向移动从而与高速转轴锥形摩擦轮201相分离，制动能量回收的过程结束。

②、当需要工作装置工作，离合电磁阀7的B触点通电，图1中右侧的气压蓄能器9内的气流经过气管、离合电磁阀7和第三环形支架活塞108上的第二气管接头111进入第二环形气压缸114内，环形支架活塞108在止推环105和卡环101的作用下不移动，此时气压推动第二环形气压缸114推着第五推力轴承115和辅助启动锥形摩擦轮116克服第二复位弹簧119的作用力轴向移动，直到辅助启动锥形摩擦轮116与高速转轴锥形摩擦轮201相贴合(如图3所示)；此时，启动马达电磁阀4通电，图1中左侧的气压蓄能器内的气流经过气管和启动马达电磁阀4进入启动马达，并推动启动马达转动，启动马达带动第二支撑轴113，扭矩通过第二支撑轴113的花键传递到辅助启动锥形摩擦轮116，通过启动锥形摩擦轮116的转动带动高速转轴锥形摩擦轮201转动，从而实现辅助高速转轴启动。

③、当高速转轴不再加速转动时，此时开启动力源向工作装置提供动力，同时启动马达电磁阀4和离合电磁阀7的B触点断电，离合电磁阀自动回位，第二环形气压缸114内的气流经通第二气管接头111、气管、离合电磁阀7流向大气自动泄压，在没有气压压力作用下，第二复位弹簧119的弹力通过第六推力轴承118使辅助启动锥形摩擦轮116与高速转轴锥形摩擦轮201分离(图3所示)，此时离合电磁阀7切断图1中右侧气压蓄能器的气压通路，使气压蓄能器处于密闭保压状态；启动马达电磁阀4断开启动马达的气流通路而停止转动，启动马达电磁阀4换位使图1中左侧的气压蓄能器处于密闭保压状态，此时整个装置只有动力源向工作装置提供动力，辅助启动锥形摩擦轮启动过程结束。

④、从步骤①到步骤③是一个不断循环的过程。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，包括辅助启动机构(1)、高速转轴机构(2)、能量回收机构(3)、能量转换和驱动系统，其特征在于：所述高速转轴机构(2)包括高速转轴锥形摩擦轮(201)、半圆形紧固夹(202)、紧固螺栓(203)、第一增摩橡胶皮圈(204)、高速转轴(205)；

所述辅助启动机构(1)包括辅助启动锥形摩擦轮(116)；

所述能量回收机构(3)包括制动锥形摩擦轮(316)；

所述高速转轴锥形摩擦轮(201)通过半圆形紧固夹(202)和紧固螺栓(203)安装在高速转轴(205)上；

所述辅助启动锥形摩擦轮(116)、制动锥形摩擦轮(316)与高速转轴锥形摩擦轮(201)的锥度相同、安装方向相反，并分别布置在高速转轴锥形摩擦轮(201)的两侧；

所述高速转轴锥形摩擦轮(201)的外缘包有第一增摩橡胶皮圈(204)。

2.根据权利要求1所述的一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，其特征在于：所述能量转换和驱动系统包括气压蓄能器(9)、气压泵(10)、单向阀(8)、启动马达(6)、启动马达电磁阀(4)、离合电磁阀(7)、调压阀(5)和气管。

3.根据权利要求1所述一种高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，其特征在于：所述制动锥形摩擦轮(316)的离合机构包括四个卡环，分别为第一卡环(301)、第二卡环(303)、第三卡环(322)和第四卡环(324)、四个止推环，分别为第一止推环(305)、第二止推环(306)、第三止推环(310)和第四止推环(320)、第一环形支架活塞(308)、第一环形气压缸(314)、两个向心推力轴承，分别为第一向心推力轴承(302)和第二向心推力轴承(323)、两个向心轴承，分别为第一向心轴承(309)和第二向心轴承(312)、三个推力轴承，分别为第一推力轴承(307)、第二推力轴承(315)和第三推力轴承(318)、制动锥形摩擦轮(316)、第二增摩橡胶皮圈(317)、第一复位弹簧(319)、第一支撑轴(313)、两个固定支座，分别为第一固定支座(304)和第二固定支座(321)；

所述第一支撑轴(313)由第一固定支座(304)和第二固定支座(321)分别通过向心推力轴承第一向心推力轴承(302)和第二向心推力轴承(323)支撑，其动力传至气压泵(10)；所述第一向心轴承(309)与第二向心轴承(312)之间设有第三止推环(310)；

所述第一环形支架活塞(308)套在第一向心轴承(309)和第二向心轴承(312)上；

所述第一环形支架活塞(308)上有第一气管接头(311)；所述第一推力轴承(307)和第二推力轴承(315)分别位于第一止推环(305)与第一环形支架活塞(308)、第一环形气压缸(314)与制动锥形摩擦轮(316)之间；

所述第三推力轴承(318)与第四止推环(320)之间有第一复位弹簧(319)；

所述制动锥形摩擦轮(316)的外缘包有第二增摩橡胶皮圈(317)。

4.根据权利要求1所述高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，其特征在于：所述辅助启动锥形摩擦轮(116)的离合机构包括四个卡环，分别为第五卡环(101)、第六卡环(103)、第七卡环(122)和第八卡环(124)、四个止推环，分别为第五止推环(105)、第六止推环(106)、第七止推环(110)和第八止推环(120)、第二环形支架活塞(108)、第二环形气压缸(114)、两个向心推力轴承，分别为第三向心推力轴承(102)和第四向心推力轴承(123)、两个向心轴承，分别为第三向心轴承(109)和第四向心轴承(112)、三个推力轴承，分别为第四推力轴承(107)、第五推力轴承(115)和第六推力轴承(118)、辅助启动锥形摩擦轮(116)、第三增摩橡胶皮圈(117)、第二复位弹簧(119)、第二支撑轴(113)、两个固定支座，分别为第三固定支座(104)和第四固定支座(121)；

所述第二支撑轴(113)由第三固定支座(104)和第四固定支座(121)通过第三向心推力轴承(102)和第四向心推力轴承(123)支撑，其动力来自启动马达(6)；

所述第三向心轴承(109)和第四向心轴承(112)之间设有第七止推环(110)；所述第二环形支架活塞(108)套在第三向心轴承(109)和第四向心轴承(112)上；所述第二环形支架活塞(108)上有第二气管接头(111)；

所述第四推力轴承(107)、第五推力轴承(115)分别位于第五止推环(105)与第二环形支架活塞(108)、第二环形气压缸(114)与辅助启动锥形摩擦轮(116)之间；

所述第六推力轴承(118)与第八止推环(120)之间设有第二复位弹簧(119)；

所述辅助启动锥形摩擦轮(116)的外缘包有第三增摩橡胶皮圈(117)。

5.根据权利要求2所述的高速转轴的制动能量回收和辅助启动装置，其特征在于：所述气压蓄能器(9)为两个，左侧的气压蓄能器一端通过启动马达电磁阀(4)连接在启动马达(6)上，另一端通过调压阀(5)连接在气压泵(10)上；右侧的气压蓄能器一端通过离合电磁阀(7)分别连接在第二气管接头(111)和第一气管接头(311)上，另一端通过调压阀(5)连接在气压泵(10)上；调压阀(5)为两个，分别设置在两个气压蓄能器(9)进气管的一端。