CN104482154B - 一种滚动和滑动混合摩擦无级调速箱 - Google Patents

Abstract

一种滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，包括行星差动减速器，安装在行星差动减速器外露的旋转轴上的调速轮,及对称安装在调速轮两侧面的至少一对调节调速轮转速的盘形闸，盘形闸包括滚动盘形闸和滑动盘形闸，滚动盘形闸的活塞杆前端通过导向压板连接有耐磨辊，耐磨辊通过轴承座及轴承固定在导向压板上，耐磨辊成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，耐磨辊的轴线与调速轮径向平行；滑动盘形闸的活塞杆前端通过导向压板连接有刹车片，刹车片成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，刹车片与调速轮侧面垂直。该调速箱用耐磨辊和刹车片取代单一刹车片制动，以法兰式紧固的盘形闸代替悬臂支架式盘形闸，具有发热量小，防爆性能好，结构简单的优点。

Description

一种滚动和滑动混合摩擦无级调速箱

技术领域

本发明属于设备无级调速技术领域，具体涉及一种滚动和滑动混合摩擦无级调速箱。

背景技术

大功率机械设备在工作中需要考虑工况变化所引起的的平稳无级调速问题。国内外在机械、电机和电子、液力和液压等多学科领域对无级调速技术开展了深入和广泛的研究，开发出了多种多样的调速装置或设备。目前市面上，有老式的液力耦合调速器，液压调速器，美国的CST调速装置，变频调速装置及最新的英国永磁调速器等多种。这些调速传动装置虽各有特点，但也都有某些无法令用户完全接受的缺点。

液力偶合调速器可通过调节工作腔液体的充满度来改变输出转速和转矩，具有一定调速能力。但长期的理论研究和应用实践表明，其调速的功能和性能上远远无法满足现实要求。

液压调速器虽说能实现无级调速，但设备易泄漏、噪声大、温度高、对环境有污染，且效率低、故障多，因而整体工作性能不佳。

美国的CST调速装置属于液体粘性调速装置，利用存在于主、从动摩擦片之间油膜的粘性剪切作用力来传递动力。该装置在一定范围内能够实现主、从动轴之间的无级调速和同步运行，能对传动系统进行过载保护。但在启动时,电动机处于负载启动状态，启动电流大，电流冲击时间长，电动机的动力通过粘性转矩作用在负载上，不是真正的空载启动。其传动效率较低，功率损失大，发热严重，且装置比较复杂，制造和维护成本较高。

变频调速装置通过改变工作电源输入频率来控制主驱动电机转速以达到无级调速。变频调速装置虽然调速性能较好，但其长时间低速运行发热严重，对环境温度与清洁度要求高，污染电网，干扰其他监控仪器及通讯信号；大功率的变频控制器价格极为昂贵，且其中的电路和电子元器件维修困难，维护成本高。

永磁调速器通过调节筒形永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对位置，改变两者之间传递的扭矩，能实现可重复的、可调整的、可控制的输出扭矩和转速，实现无级调速。其优点是安全、可靠、节能；故障率低，维护少；其缺点：永磁体对温度敏感，热稳定性差，环境温度超过一定值会退磁，敲击也会影响磁性，运行时间长了，永磁体的磁场强度也会降低。因此，空冷的温度控制存在问题，电机和负载的轴窜不能过大，调速的曲线需要根据具体项目选择不同的材料等。大功率的永磁调速器在调速性能、效率、发热、噪声方面，国内与国外有一定差距。

综观上述各种调速装置，没有一种既可做到在保持主电机转速不变的情况下，实现输出转速双向无级调速且平滑过渡，并且还能做到结构简单、工作性能可靠、制造和使用维护成本低廉。

而对于一些用于井下及易爆场所的大功率设备，调速装置还必须能实现防爆功能。但这些装置发热量大（其中有部分发热来自于调速轮与块闸刹车片之间的摩擦热），而且，传统的块闸刹车片的安装方式是将盘形闸通过悬臂紧固在盘形闸安装座上，盘形闸安装座紧固在地脚螺栓上，盘形闸为悬臂支架式，分布于调速轮两侧面，其工作时摩擦力完全靠悬臂强度作为支撑，工作并不可靠。不仅严重制约其调速性能，而且在矿井使用时带来了一定的安全隐患。因此，亟待开发新的能够避免上述缺点的无级调速装置。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种发热量小，防爆性能好，结构简单，可大幅降低成本的滚动和滑动混合摩擦无级调速箱。

本发明解决问题的技术方案是：一种滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，包括行星差动减速器，安装在行星差动减速器外露的旋转轴上的调速轮,以及对称安装在调速轮两侧面的至少一对调节调速轮转速的盘形闸，所述盘形闸包括滚动盘形闸和滑动盘形闸，所述滚动盘形闸的活塞杆前端通过导向压板连接有耐磨辊，该耐磨辊通过轴承座及轴承固定在导向压板上，且耐磨辊成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，耐磨辊的轴线与调速轮径向平行；

所述滑动盘形闸的活塞杆前端通过导向压板连接有刹车片，该刹车片通过刹车片安装座固定在导向压板上，且刹车片成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，刹车片与调速轮侧面垂直。

所述盘形闸包括活塞缸、活塞杆，以及活塞杆后端固定连接的活塞，活塞位于活塞缸内并且其外壁安装有碟簧，碟簧一端与活塞缸缸盖固接，通过预压缩碟簧推动活塞运动，进而推动活塞杆轴向运动。

进一步的，所述盘形闸通过外接液压控制系统来控制其开合，液压控制系统的进/出液端与换向阀相连，换向阀与盘形闸通过油管相连；液压控制系统通过油管向盘形闸进油，使盘形闸开闸，液压控制系统控制盘形闸出油，在油压减小后借助自身碟簧作用使盘形闸合闸。

调速轮安装于箱体内，箱体为半封闭圆柱体结构，其上设有箱盖将调速轮封装，箱体和箱盖上设有盘形闸安装孔，盘形闸通过安装孔均布对称安装于调速轮两侧面，盘形闸采用法兰固定方式固定在箱体和箱盖上。其工作时更加安全，箱体内器件不受环境影响而污染。

对称安装在调速轮两侧面的盘形闸可以为多对，优选为6对，其中1对为滑动盘形闸，5对为滚动盘形闸。

所述耐磨辊优选为耐磨橡胶制成的耐磨胶辊。

上述技术方案中，所述轴承座内端安装有毛毡圈，用以防尘；轴承座外端固定有端盖，用于防尘和压紧轴承外圈。

为了方便调节耐磨辊与调速轮之间的距离，所述活塞杆尾端安装有闸间隙调节螺杆。

本发明通过液压控制系统控制盘形闸产生的工作压力，让盘形闸上安装的成对耐磨辊与调速轮做滚动摩擦运动，施加摩擦阻尼，来控制调速轮的转速，实现调速轮的无级变速，进而实现由调速轮控制的工作机构的无级变速。

本发明是一种全新概念的软启动无级调速方式，其有益效果是：

1.用耐磨辊和刹车片取代了传统的单一刹车片制动，在对调速轮进行制动过程中大部分摩擦为滚动摩擦，大大削减了调速过程中的发热量，使得调速性能大大提高；同时配合滑动盘形闸，其作用在于刹车片的摩擦力大，制动效果好，能够满足调速轮制动设计要求；

由此可见，滑动盘形闸和滚动盘形闸配合使用，既满足了制动效果的需求又同时满足了发热量小的要求，调速更可靠。

相对于现有技术中的液体粘性调速结构，本无级调速箱为纯机械结构，其可靠性好，散热快；

同时，由于其发热量小，则具有较高的防爆性能，可实现空载软启动和无极调速，所以适用特别广，如大钢铁厂，大水泵，大风机，大旋转窑的设备，特别适用于矿井下需安全运行的设备，如矿井提升机，刮板机，皮带输送机等设备，以及其它有防爆要求的场合，如炼油行业，煤化工，氟化工行业。

2.相对国内外的其它无级调速箱，结构更简单，调速技术更独特，使用范围更广，防爆性能更优越，生产成本更低。

3.调速轮和盘形闸由于采用箱式安装方式，使得工作时更加安全，箱体内器件不受环境影响而污染。

4.设计圆柱箱体的好处在于可以在调速轮侧面安装多对盘形闸，从而增大摩擦面积，传统闸块只在调速轮的有限圆弧内布局，而本专利可在360度圆弧内任意布置盘形闸，在同等的摩擦力下，采用较小的调速轮即可满足要求，进而使得调速轮的直径减小，结构更加紧凑，体积大幅缩小。

5.对称分布的盘形闸，工作时正反两向的压力可相互抵消，减少受力疲劳而产生的变形和偏移。

6.以法兰式紧固于调速轮箱体的盘形闸，代替传统悬臂支架式盘形闸，调速轮受力更均匀，且不用单独制造盘形闸安装座，而是将调速轮和盘形闸集成一个统一的整体，减少了成本，降低了装配要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的主视图。

图2是图1带全剖的视图。

图中：1-液压控制系统，2-油管，3-输入轴，4-碟簧，5-箱体，6-滚动盘形闸，7-闸间隙调节螺杆，8-活塞杆，9-内六角螺钉，10-调速轮，11-导向压板，12-箱盖，13-端盖，14-轴承，15-耐磨胶辊，16-轴承座，17-毛毡圈，18-内六角螺钉，19-行星差动减速器外露的旋转轴,20-活塞缸，21-活塞，22-行星差动减速器，23-刹车片，24-刹车片安装座，25-压板，26-滑动盘形闸。

具体实施方式

如图1～2所示，一种滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，包括行星差动减速器22，安装在行星差动减速器外露的旋转轴19上的调速轮10,以及对称安装在调速轮10两侧面的六对调节调速轮转速的盘形闸；

所述盘形闸包括滚动盘形闸6和滑动盘形闸26，滚动盘形闸6包括活塞缸20、活塞杆8，以及活塞杆8后端固定连接的活塞21，活塞21位于活塞缸20内并且其外壁安装有碟簧4，碟簧4一端与活塞缸缸盖固接，通过预压缩碟簧4推动活塞21运动，进而推动活塞杆8轴向运动。

该滚动盘形闸6的活塞杆8前端用内六角螺钉9固定有导向压板11，该导向压板11两端用内六角螺钉18紧固有三对轴承座16及轴承14，每对轴承14内装配有一个耐磨胶辊15，即一个滚动盘形闸6上安装有三个耐磨胶辊15；

每对滚动盘形闸6上的耐磨胶辊15成对对称分布于调速轮10两侧并靠近调速轮10，耐磨胶辊15的轴线与调速轮10径向平行；

所述滑动盘形闸26结构与滚动盘形闸6基本相同，所不同的是滑动盘形闸26的活塞杆8前端通过导向压板11连接有刹车片23，该刹车片23通过刹车片安装座24及压板25固定在导向压板11上，且刹车片23成对对称分布于调速轮10两侧并靠近调速轮10，刹车片23与调速轮10侧面垂直。

调速轮10安装于箱体5内，箱体5为半封闭圆柱体结构，其上设有箱盖12将调速轮10封装，箱体5和箱盖12上设有盘形闸安装孔，六对盘形闸通过安装孔均布对称安装于调速轮10两侧面，其中一对为滑动盘形闸26，五对为滚动盘形闸6。盘形闸采用法兰固定方式固定在箱体5和箱盖12上。

所述滚动盘形闸6和滑动盘形闸26通过外接液压控制系统1来控制其开合，液压控制系统1的进/出液端与换向阀相连，换向阀与盘形闸通过油管2相连；液压控制系统1通过油管2向盘形闸进油，使盘形闸开闸，液压控制系统1控制盘形闸出油，在油压减小后借助自身碟簧4作用使盘形闸合闸。

所述轴承座16内端安装有毛毡圈17，用以防尘；轴承座16外端固定有端盖13，用于防尘和压紧轴承外圈；

所述活塞杆8尾端安装有闸间隙调节螺杆7，以调节耐磨胶辊15与调速轮10之间的距离。

本发明的工作过程为：外接设备通电前，调速轮10静止，活塞杆8受碟簧4压力作用，迫使耐磨胶辊15压紧在调速轮10上；

外接设备启动，液压控制系统1启动，液压油通过油管2进入滚动盘形闸6和滑动盘形闸26，迫使滚动盘形闸6和滑动盘形闸26内活塞杆8移动并压缩碟簧4，与活塞杆8固定连接的导向压板11，以及与导向压板11固定连接的耐磨胶辊15一起移动离开调速轮10，此时与设备主电机相联接的输入轴3转动，因减速器输出端比差动端负载力大，由输入轴3传来的动力先传到行星差动减速器外露的旋转轴19上的调速轮10，没有了耐磨胶辊15阻力的调速轮10开始旋转，实现设备电机的空载启动；

电机空载启动后，液压控制系统1向盘形闸供油逐渐减少直到停止，盘形闸内液压油通过油管2泄油，碟簧4压力大于盘形闸内油压力，活塞杆8移动并带动耐磨胶辊15及刹车片23压向调速轮10。调速轮10摩擦阻力矩逐渐增大直到被抱死停转，外接行星差动减速器的差动内齿轮组件转速逐渐下降至停止，而行星架输出转矩逐渐增大，行星架转速逐渐增速至额定转速，实现所带工作机构的主轴由零到最大的无级调速。反之，逐渐加大盘形闸活塞油缸的压力至额定值，所带工作机构的主轴装置的转速，也相应实现由额定转速逐渐降至零的机械无级调速软停机。

图示中未说明处均为公知机构。

Claims (7)

1.一种滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，包括行星差动减速器，安装在行星差动减速器外露的旋转轴上的调速轮,以及对称安装在调速轮两侧面的至少一对调节调速轮转速的盘形闸，其特征在于：所述盘形闸包括滚动盘形闸和滑动盘形闸，所述滚动盘形闸的活塞杆前端通过导向压板连接有耐磨辊，该耐磨辊通过轴承座及轴承固定在导向压板上，且耐磨辊成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，耐磨辊的轴线与调速轮径向平行；

所述滑动盘形闸的活塞杆前端通过导向压板连接有刹车片，该刹车片通过刹车片安装座固定在导向压板上，且刹车片成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，刹车片与调速轮侧面垂直。

2.根据权利要求1所述的滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，其特征在于：所述盘形闸通过外接液压控制系统来控制其开合，液压控制系统的进/出液端与换向阀相连，换向阀与盘形闸通过油管相连；液压控制系统通过油管向盘形闸进油，使盘形闸开闸，液压控制系统控制盘形闸出油，使盘形闸合闸。

3.根据权利要求1或2所述的滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，其特征在于：所述盘形闸包括活塞缸、活塞杆，以及活塞杆后端固定连接的活塞，活塞位于活塞缸内并且其外壁安装有碟簧，碟簧一端与活塞缸缸盖固接，通过预压缩碟簧推动活塞运动，进而推动活塞杆轴向运动。

4.根据权利要求1或2所述的滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，其特征在于：调速轮安装于箱体内，箱体为半封闭圆柱体结构，其上设有箱盖将调速轮封装，箱体和箱盖上设有盘形闸安装孔，盘形闸通过安装孔均布对称安装于调速轮两侧面，盘形闸采用法兰固定方式固定在箱体和箱盖上。

5.根据权利要求4所述的滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，其特征在于：对称安装在调速轮两侧面的盘形闸有6对，其中1对为滑动盘形闸，5对为滚动盘形闸。

6.根据权利要求1或2所述的滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，其特征在于：所述耐磨辊为耐磨橡胶制成的胶辊。

7.根据权利要求1或2所述的滚动和滑动混合摩擦无级调速箱，其特征在于：活塞杆尾端安装有闸间隙调节螺杆。