CN104477803B - 工程机械及其卷扬机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卷扬机构，其中，当卷扬机构处于起升模式或下降模式时，减速机马达驱动，离合器闭合，减速机马达的输出轴通过行星齿轮机构与卷筒连接并带动卷筒旋转；当卷扬机构处于自由落钩模式时，减速机马达停止，离合器打开，卷筒带动增速行星齿轮机构驱动制动毂旋转，然后利用制动器最终实现卷筒转动的停止。通过上述技术方案，在卷扬机处于自由落钩模式制动阶段时，由于通过行星齿轮机构增速，制动毂转速大大提高而使得制动器的制动力矩迅速减小，制动毂的体积显著减小，并且制动器的制动能力大大增强。此项技术不但减少了安装空间，而且使得卷扬机处于自由落钩模式时能够吊载更多的重物自由落钩。本发明还提供一种工程机械。

Description

工程机械及其卷扬机构
技术领域
本发明涉及工程机械，具体地，涉及一种卷扬机构和起重机。
背景技术
随着施工技术的发展，履带起重机越来越普遍的用于基础桩工施工，要求起重机有一定的带载自由落钩功能，以提高工作效率，降低能耗。
目前工程机械上用途广泛的自由落钩卷扬原理如图1所示，一般用于空钩自由落钩。
图1中减速机马达1’外壳与机架固定连接，当驻车制动器闭合时，齿圈固定不动，该减速机马达驱动一级齿轮的太阳轮Z1’转动，从而带动一级行星轮驱动行星架H1绕中心轴旋转，由于一级行星架H1与二级太阳轮Z3’的驱动轴连接，因此带动二级太阳轮Z3’转动，同理地驱动二级行星轮和行星架H2旋转，由于二级行星架H2与三级太阳轮Z5’的驱动轴连接，因此带动三级太阳轮Z5’转动，并驱动三级行星轮和行星架H3旋转。当离合器3’闭合时，三级行星架H3的旋转传递给卷筒2’，从而达到整个卷扬转动的目的。
当卷扬机构自由落钩时，离合器3’打开，因此卷筒2’与行星齿轮机构之间相互分离，仅通过制动毂上的制动器实现卷筒2’的制动，属于直接制动卷筒，制动过程中间没有涉及行星齿轮机构。
在上述的卷扬机构的结构中，离合器3’和制动器都安装在低速端的输出轴上，需要提供较大的扭矩才能将动力正常地输出或制动。另外，制动器的制动毂直接与卷筒2’连接，当需要较大的制动力矩时，必须增加制动毂的直径，而由于受到安装空间的限制，制动毂直径不能无限大，因此这种结构的卷扬只适合用于空钩或极轻载荷的自由落钩，不能加载重物。
而且，上述的卷扬机构的输入和输出的转向相同，即减速机马达1’的输入轴的转向与卷筒2’的转向相同，与普通的不带自由落钩功能的卷扬(输入和输出转向相同)不同，因此需要注意机械装置的相对位置以及空间上的干涉，尤其是减速机马达1’的安装处平衡阀的安装位置，当机器设备上使用上述两种卷扬时更需要特殊注意。
发明内容
本发明的目的是提供一种卷扬机构，该卷扬机构能够采用尺寸较小的制动毂。
为了实现上述目的，本发明提供一种卷扬机构，该卷扬机构包括减速机马达，行星齿轮机构，以及与该行星齿轮机构连接的卷筒、离合器和制动器，该减速机马达的输出轴与该行星齿轮机构的输入轴连接，其中，
当所述卷扬机构处于起升模式或下降模式时，所述减速机马达驱动，所述离合器闭合，所述减速机马达的输出轴通过所述行星齿轮机构与所述卷筒连接并带动所述卷筒旋转；
当所述卷扬机构处于自由落钩模式时，所述减速机马达停止，所述离合器打开，所述卷筒通过所述行星齿轮机构与所述制动器的制动毂连接并带动所述制动毂旋转。
优选地，所述行星齿轮机构为多个，该多个行星齿轮机构中至少包括初级行星齿轮机构和末级行星齿轮机构，且上一级的行星齿轮机构的行星架与下一级的行星齿轮机构的太阳轮的输入轴连接。
优选地，所述该初级行星齿轮机构的初级太阳轮的输入轴与所述减速机马达的输出轴连接，所述初级行星齿轮机构的初级行星轮与第一齿圈相互啮合地连接，
当所述离合器闭合时，所述第一齿圈与所述卷扬机构的机架连接；当所述离合器打开时，所述第一齿圈与所述制动器的制动毂的旋转轴连接。
优选地，所述离合器可拆卸地连接在所述第一齿圈和所述制动器之间。
优选地，所述末级行星齿轮机构的末级行星轮架与所述卷扬机构的机架连接，第二齿圈与所述末级行星齿轮机构的末级行星轮相互啮合地连接，该第二齿圈与所述卷筒连接。
优选地，所述行星齿轮机构还包括连接在所述初级行星齿轮机构和所述末级行星齿轮机构之间的一个或多个中间行星齿轮机构。
优选地，所述中间行星齿轮机构的齿圈与第一齿圈固连并共同旋转，该第一齿圈与所述初级行星齿轮机构的初级行星轮相互啮合地连接且共同旋转。
优选地，所述行星齿轮机构还包括连接在所述初级行星齿轮机构和所述末级行星齿轮机构之间的中间行星齿轮机构，
当所述卷扬机构处于起升模式或下降模式时，所述卷扬机构的输入和输出的转速比iW为：
iW＝nZ1/nZ6＝-Z6/Z5*(1+Z2/Z1)*(1+Z4/Z3)
其中，“-”负号表示转速方向相反，nZ1为所述初级太阳轮的转速，nZ6为所述末级行星齿轮机构的末级齿圈的转速，Z1为所述初级太阳轮的齿数，Z2为所述初级行星齿轮机构的初级齿圈的齿数，Z3为所述中间行星齿轮机构的中间太阳轮的齿数，Z4为所述中间行星齿轮机构的中间齿圈的齿数，Z5为所述末级行星齿轮机构的末级太阳轮的齿数，Z6为所述末级行星齿轮机构的末级齿圈的齿数。
优选地，当所述卷扬机构处于自由落钩模式时，所述卷扬机构的输入和输出的转速比iF为：
iF＝n2/n4＝-Z5/Z6*(Z2/(Z1+Z2)+Z4/Z3)/(1+Z4/Z3)
其中，n2为所述卷筒的转速，n4为所述制动毂的转速，Z1为所述初级太阳轮的齿数，Z2为所述初级行星齿轮机构的初级齿圈的齿数，Z3为所述中间行星齿轮机构的中间太阳轮的齿数，Z4为所述中间行星齿轮机构的中间齿圈的齿数，Z5为所述末级行星齿轮机构的末级太阳轮的齿数，Z6为所述末级齿圈机构的末级行星轮的齿数。显然iF的绝对值小于1，属于增速传动。
本发明的另一个目的是提供一种工程机械，其中，该工程机械包括本发明所述的卷扬机构。
通过上述技术方案，在卷扬机处于自由落钩模式时，卷筒通过行星齿轮机构增速作用驱动制动毂旋转，使得制动时制动器的制动力矩大大减小，从而使制动毂的体积显著减小，并且制动器的制动能力大大增强。不但减小了安装空间，而且使得卷扬机处于自由落钩模式时能够加载重物。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有技术的卷扬机构的示意图；
图2是根据本发明优选实施方式的卷扬机构的示意图。
附图标记说明
1、1’减速机马达 2、2’卷筒
3、3’离合器 4制动毂
5初级行星齿轮机构 6末级行星齿轮机构
7中间行星齿轮机构 8第一齿圈
9第二齿圈
Z1、Z1’初级太阳轮 Z2、Z2’初级齿圈
Z3、Z3’中间太阳轮 Z4、Z4’中间齿圈
Z5、Z5’末级太阳轮 Z6、Z6’末级齿圈
H1初级行星轮架 H2中间行星轮架
H3末级行星轮架
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词通常需要结合附图所示的方向或上下文的描述进行适当理解。
本发明提供一种卷扬机构，该卷扬机构包括减速机马达1，行星齿轮机构，以及与该行星齿轮机构连接的卷筒2、离合器3和制动器，该减速机马达1的输出轴与该行星齿轮机构的输入轴连接，其中，
当所述卷扬机构处于起升模式或下降模式时，所述减速机马达1驱动，所述离合器3闭合，所述减速机马达1的输出轴通过所述行星齿轮机构与所述卷筒2连接并带动所述卷筒2旋转；
当所述卷扬机构处于自由落钩模式时，所述减速机马达1停止，所述离合器3打开，所述卷筒2通过所述行星齿轮机构与所述制动器的制动毂4连接并带动所述制动毂4旋转。
在本优选实施方式中，减速机马达1的外壳固定在机架上，并且减速机马达1的输出轴与行星齿轮机构的输入轴连接。当卷扬机构处于起升模式或下降模式时，减速机马达1输出驱动力，离合器3闭合，减速机马达1的驱动力传递到卷筒2并驱动卷筒2旋转；当卷扬机构处于自由落钩模式时，减速机马达1停止输出驱动力，并且与减速机马达1的输出轴连接的行星齿轮机构的输入轴也保持静止，离合器3打开，卷筒2随重物下落而旋转，并且卷筒2通过行星齿轮机构将旋转传递到制动毂4并带动制动毂4旋转。
该行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮和行星轮架，并且优选地，本发明的行星齿轮机构的输入轴为太阳轮的旋转轴。减速机马达1驱动太阳轮旋转，再由太阳轮带动行星轮旋转，当卷扬机处于起升模式或下降模式时，离合器3闭合，行星齿轮机构的齿圈固定连接到机架上，因此减速机马达1的驱动力通过行星轮架传递到卷筒2上；当卷扬机构处于自由落钩模式时，卷筒2旋转并带动行星轮架旋转从而带动行星轮绕太阳轮旋转，由于太阳轮与减速机马达1固定地连接，因此离合器3打开使得行星齿轮机构的齿圈能够随行星轮共同旋转，并且此时行星齿轮机构的齿圈与制动器的制动毂4连接并带动制动毂4旋转。
需要说明的是，本发明对离合器3、行星齿轮机构和卷筒2之间的具体位置和连接关系并不加以限制，以上仅给出了一种优选的实施方式，本领域技术人员可以在现有技术中选择适用的技术方案应用到本发明中，或者在上述例举的实施方式的基础上进行变形而获得其他实施方式。
通过上述技术方案，在卷扬机处于自由落钩模式制动阶段时，由于通过行星齿轮机构增速，制动毂转速大大提高而使得制动器的制动力矩迅速减小，使得制动毂的体积显著减小，并且制动器的制动能力大大增强。此项技术不但节省了安装空间，而且使得卷扬机处于自由落钩模式时能够加载重物。
优选地，所述行星齿轮机构为多个，该多个行星齿轮机构中至少包括初级行星齿轮机构5和末级行星齿轮机构6，且上一级的行星齿轮机构的行星架与下一级的行星齿轮机构的太阳轮的输入轴连接。
根据上述的优选实施方式，当该行星齿轮机构为两个时，初级行星齿轮机构5的行星架与末级行星齿轮机构6的太阳轮的输入轴连接。
更优选地，所述该初级行星齿轮机构5的初级太阳轮Z1的输入轴与所述减速机马达1的输出轴连接，所述初级行星齿轮机构5的初级行星轮与第一齿圈8相互啮合地连接，
当所述离合器3闭合时，所述第一齿圈8与所述卷扬机构的机架连接；当所述离合器3打开时，所述第一齿圈8与所述制动器的制动毂4的旋转轴连接。
其中，初级行星齿轮机构5的初级行星轮架H1与末级行星齿轮机构6的末级太阳轮Z5的输入轴连接。第一齿圈8作为初级行星齿轮机构5的初级齿圈Z2。
在本优选实施方式中，优选地，所述末级行星齿轮机构6的末级行星轮架H3与所述卷扬机构的机架连接，第二齿圈9与所述末级行星齿轮机构6的末级行星轮相互啮合地连接，该第二齿圈9与所述卷筒2连接。
第二齿圈9作为末级行星齿轮机构6的末级齿圈Z6。当卷扬机处于起升模式或下降模式时，离合器3闭合，第一齿圈8固定连接到机架上，减速机马达1驱动初级行星齿轮机构5的初级太阳轮Z1连接并驱动初级太阳轮Z1旋转，进而带动初级行星轮旋转，因此初级行星轮架H1随初级行星轮共同旋转并与末级行星齿轮6的太阳轮Z5的输入轴连接，以带动末级行星齿轮机构6的太阳轮Z5旋转，进而使末级行星轮旋转，由于末级行星齿轮机构的末级行星轮架H3固定地连接到机架上，因此与末级行星轮相互啮合地连接的第二齿圈9就与末级行星轮共同旋转，并且该第二齿圈9与卷筒2连接，以带动卷筒2旋转；当卷扬机构处于自由落钩模式时，由于初级太阳轮Z1与减速机马达1固定地连接，卷筒2旋转并带动第二齿圈9进而旋转，并依次带动末级行星轮、末级太阳轮Z5、初级行星轮、第一齿圈8旋转，因此离合器3打开使得第一齿圈8与制动器的制动毂4连接并带动制动毂4旋转。
以上仅示例性地例举一种优选实施方式，本发明并不限于此，本领域技术人员能够选择现有技术中任意一种适用的方案来实现，也可以对上述例举的优选实施方式进行变形。
优选地，所述离合器3可拆卸地连接在所述第一齿圈8和所述制动器之间。根据实际需要，可以省略离合器3，并将第一齿圈8直接连接到制动器上，当所述卷扬机构处于起升模式或下降模式时，制动器处于制动状态，即相当于上文所述的优选实施方式中的离合器3闭合的作用；当所述卷扬机构处于自由落钩模式时，制动器处于打开状态，即相当于上文所述的优选实施方式中的离合器3打开的作用。
优选地，所述行星齿轮机构还包括连接在所述初级行星齿轮机构5和所述末级行星齿轮机构6之间的一个或多个中间行星齿轮机构。
更优选地，中间行星齿轮机构的中间齿圈Z4与初级齿圈Z2相互连接，所述中间行星齿轮机构7的齿圈与第一齿圈8相互啮合地连接并共同旋转，该第一齿圈8与所述初级行星齿轮机构5的初级行星轮相互啮合地连接且共同旋转，优选地该中间齿圈Z4与初级齿圈Z2一体地形成，在本发明的优选实施方式中设置第一齿圈8来作为中间齿圈Z4和初级齿圈Z2。
如图2所示，以中间行星齿轮机构为1个为例，即行星齿轮机构包括3个，包括初级行星齿轮机构5、中间行星齿轮机构7和末级行星齿轮机构6。其中初级齿圈Z2和中间齿圈Z4一体地形成为第一齿圈8，末级齿圈Z6形成为第二齿圈9。
当卷扬机处于起升模式或下降模式时，减速机马达1驱动初级行星齿轮机构5的初级太阳轮Z1连接并驱动初级太阳轮Z1旋转，进而带动初级行星轮旋转，离合器3闭合，第一齿圈8固定连接到机架上，因此初级行星轮架H1随初级行星轮共同旋转并依次通过中间行星齿轮机构7的中间太阳轮Z3、中间行星轮、中间行星轮架H2、末级太阳轮Z5、末级行星轮，由于末级行星齿轮机构的末级行星轮架H3通过驻车制动器固定地连接到机架上，因此与末级行星轮相互啮合地连接的第二齿圈9就与末级行星轮旋转，并且该第二齿圈9与卷筒2连接，以带动卷筒2旋转；当卷扬机构处于自由落钩模式时，由于初级太阳轮Z1与减速机马达1固定地连接，卷筒2旋转并带动第二齿圈9进而旋转，并依次带动末级齿圈Z6、末级太阳轮Z5、中间行星轮架H2、初级齿圈Z2、第一齿圈8旋转，因此离合器3打开使得第一齿圈8与制动器的制动毂4连接并带动制动毂4旋转。
以上仅例举了一种优选的实施方式，本领域技术人员可以根据需要选择任意数量的中间行星齿轮机构，并且根据上文所述，采用上一级的行星齿轮机构的行星架与下一级的行星齿轮机构的太阳轮的输入轴连接的方式相互连接。
此外，根据行星齿轮机构的齿轮传动的原理，对于如图2所示的三个行星齿轮机构的实施方式，可以通过以下的方式计算转速比。
优选地，所述行星齿轮机构还包括连接在所述初级行星齿轮机构5和所述末级行星齿轮机构6之间的中间行星齿轮机构7，
当所述卷扬机构处于起升模式或下降模式时，所述卷扬机构的输入和输出的转速比iW为：
iW＝nZ1/nZ6＝-Z6/Z5*(1+Z2/Z1)*(1+Z4/Z3)
其中，“-”负号表示转速方向相反，nZ1为所述初级太阳轮Z1的转速，nZ6为所述末级行星齿轮机构6的末级齿圈Z6的转速，Z1为所述初级太阳轮Z1的齿数，Z2为所述初级行星齿轮机构5的初级齿圈Z2的齿数，Z3为所述中间行星齿轮机构7的中间太阳轮Z3的齿数，Z4为所述中间行星齿轮机构7的中间齿圈Z4的齿数，Z5为所述末级行星齿轮机构6的末级太阳轮Z5的齿数，Z6为所述末级行星齿轮机构6的末级齿圈Z6的齿数。
优选地，当所述卷扬机构处于自由落钩模式时，所述卷扬机构的输入和输出的转速比iF为：
iF＝n2/n4＝-Z5/Z6*(Z2/(Z1+Z2)+Z4/Z3)/(1+Z4/Z3)
其中，“-”负号表示转速方向相反，n2为所述卷筒2的转速，n4为所述制动毂4的转速，Z1为所述初级太阳轮Z1的齿数，Z2为所述初级行星齿轮机构5的初级齿圈Z2的齿数，Z3为所述中间行星齿轮机构7的中间太阳轮Z3的齿数，Z4为所述中间行星齿轮机构7的中间齿圈Z4的齿数，Z5为所述末级行星齿轮机构6的末级太阳轮Z5的齿数，Z6为所述末级行星齿轮机构6的末级齿圈Z6的齿数。
需要说明的是，初级齿圈Z2和中间齿圈Z4虽然一体形成为第一齿圈8，但是其各自的齿数可以设置为不同，即第一齿圈8与初级行星轮相互啮合的部分的齿数与第一齿圈8与中间行星轮相互啮合的部分的齿数可以设置为不同。
本发明还提供一种工程机械，其中，该工程机械包括本发明所述的卷扬机构。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种卷扬机构，该卷扬机构包括减速机马达(1)，行星齿轮机构，以及与该行星齿轮机构连接的卷筒(2)、离合器(3)和制动器，该减速机马达(1)的输出轴与该行星齿轮机构的输入轴连接，其特征在于，
当所述卷扬机构处于起升模式或下降模式时，所述减速机马达(1)驱动，所述离合器(3)闭合，所述减速机马达(1)的输出轴通过所述行星齿轮机构与所述卷筒(2)连接并带动所述卷筒(2)旋转；
当所述卷扬机构处于自由落钩模式时，所述减速机马达(1)停止，所述离合器(3)打开，所述卷筒(2)通过所述行星齿轮机构与所述制动器的制动毂(4)连接并带动所述制动毂(4)旋转，所述行星齿轮机构为多个，该多个行星齿轮机构中至少包括初级行星齿轮机构(5)和末级行星齿轮机构(6)，且上一级的行星齿轮机构的行星架与下一级的行星齿轮机构的太阳轮的输入轴连接，
所述初级行星齿轮机构(5)的初级太阳轮(Z1)的输入轴与所述减速机马达(1)的输出轴连接，所述初级行星齿轮机构(5)的初级行星轮与第一齿圈(8)相互啮合地连接，
当所述离合器(3)闭合时，所述第一齿圈(8)与所述卷扬机构的机架连接；当所述离合器(3)打开时，所述第一齿圈(8)与所述制动器的制动毂(4)的旋转轴连接。
2.根据权利要求1所述的卷扬机构，其特征在于，所述离合器(3)可拆卸地连接在所述第一齿圈(8)和所述制动器之间。
3.根据权利要求1所述的卷扬机构，其特征在于，所述末级行星齿轮机构(6)的末级行星轮架(H3)与所述卷扬机构的机架连接，第二齿圈(9)与所述末级行星齿轮机构(6)的末级行星轮相互啮合地连接，该第二齿圈(9)与所述卷筒(2)连接。
4.根据权利要求1所述的卷扬机构，其特征在于，所述行星齿轮机构还包括连接在所述初级行星齿轮机构(5)和所述末级行星齿轮机构(6)之间的一个或多个中间行星齿轮机构。
5.根据权利要求4所述的卷扬机构，其特征在于，所述中间行星齿轮机构(7)的齿圈、初级行星齿轮机构(5)的齿圈固连并共同旋转。
6.根据权利要求1所述的卷扬机构，其特征在于，所述行星齿轮机构还包括连接在所述初级行星齿轮机构(5)和所述末级行星齿轮机构(6)之间的中间行星齿轮机构(7)，
当所述卷扬机构处于起升模式或下降模式时，所述卷扬机构的输入和输出的转速比iW为：
iW＝nZ1/nZ6＝-Z6/Z5*(1+Z2/Z1)*(1+Z4/Z3)
其中，“-”负号表示马达输入与卷筒输出转速方向相反，nZ1为所述初级太阳轮(Z1)的转速，nZ6为所述末级行星齿轮机构(6)的末级齿圈(Z6)的转速，Z1为所述初级太阳轮(Z1)的齿数，Z2为所述初级行星齿轮机构(5)的初级齿圈(Z2)的齿数，Z3为所述中间行星齿轮机构(7)的中间太阳轮(Z3)的齿数，Z4为所述中间行星齿轮机构(7)的中间齿圈(Z4)的齿数，Z5为所述末级行星齿轮机构(6)的末级太阳轮(Z5)的齿数，Z6为所述末级行星齿轮机构(6)的末级齿圈(Z6)的齿数。
7.根据权利要求1所述的卷扬机构，其特征在于，所述行星齿轮机构还包括连接在所述初级行星齿轮机构(5)和所述末级行星齿轮机构(6)之间的中间行星齿轮机构(7)，
当所述卷扬机构处于自由落钩模式时，所述卷扬机构的输入和输出的转速比iF为：
iF＝n2/n4＝-Z5/Z6*(Z2/(Z1+Z2)+Z4/Z3)/(1+Z4/Z3)
其中，n2为所述卷筒(2)的转速，n4为所述制动毂(4)的转速，Z1为所述初级太阳轮(Z1)的齿数，Z2为所述初级行星齿轮机构(5)的初级齿圈(Z2)的齿数，Z3为所述中间行星齿轮机构(7)的中间太阳轮(Z3)的齿数，Z4为所述中间行星齿轮机构(7)的中间齿圈(Z4)的齿数，Z5为所述末级行星齿轮机构(6)的末级太阳轮(Z5)的齿数，Z6为所述末级行星齿轮机构(6)的末级齿圈(Z6)的齿数。
8.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括上述权利要求1-7中任意一项所述的卷扬机构。
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