CN105042003B - 多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构形式，具体为多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构，是可实现双级、三级、四级以及更多级防护的多级过载防护结构，主要包括主动轮1、从动轮2、位移传感器及控制单元以及各级剪断销等。其特征在于主动轮与从动轮齿形一致，主动轮设多个剪断销安装孔，从动轮设多个剪断销安装孔和数个剪断销安装滑孔，当载荷过载时，各级剪断销会被依次剪断，此后主动轮继续转动而从动轮不动会产生位移偏差，从而触发位移传感器，最终控制单元根据设定可实现报警、停机等防护功能。本发明结构简单、工作可靠、维护便利、成本极低，彻底解决了此类过载保护结构无法适用于动载荷或未知载荷的技术难题。

Description

多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构

技术领域

本发明涉及一种机械过载保护结构，具体为多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构（以下简称多级过载防护结构），适合于各种动载荷或静载荷工况下有过载保护需求的条件使用，也适用于未知载荷的工况下剪断销最佳剪断直径的选择和判定。

背景技术

众所周知，机械传动的过载可能会引起非常严重的后果，轻者可能导致部件变形，卡死断裂，重者可能会引起重大事故，甚至机毁人亡。而众多机械传动的过载防护型式中，剪断销式机械过载保护结构由于其结构简单可靠、维修方便、费用低廉等诸多优点，应用十分的广泛。但是，这种剪断销式机械过载保护结构有一个很大的局限性，一般仅可用于静载荷工况下，即一旦工作载荷变动较大或者载荷未知，该结构就基本不适用了。毕竟，载荷变动较大的工况下，剪断销正常设置时会被频繁的剪断，严重时可能会让设备无法正常运转，如果不想频繁更换剪断销，就只能加大剪断销的剪断直径，可是这样就失去了过载防护的效果，给设备带来了一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是解决动载荷工况下剪断销式过载保护结构无法使用的问题，此外也可通过本发明实现未知载荷工况下剪断销剪断直径的选择和判定。同时，本发明为一种结构形式，是可实现双级防护、三级防护、四级防护以及更多级防护的多级过载防护结构，主要包括位移传感器及控制单元、主动轮、从动轮以及各级剪断销等零部件。

所述的主动轮与从动轮齿形轮廓完全一致，并排安装后经过剪断销实现载荷的传递。当载荷过载时，剪断销会被剪断，同时主动轮会继续转动而从动轮维持不动，二者因此会产生一定角度的错位位移偏差，从而触发位移传感器发出信号到控制单元，最终控制单元可根据过载防护等级的设定来控制设备继续运行或者停机维护。

所述的各级剪断销其剪断直径不同，从最初级防护至最高级防护其剪断直径逐次递增，每当低级的剪断销被剪断后，位移传感器都会发出信号到控制单元，此时可根据情况选择停机维护还是继续运行。如一直选择继续运行，则最终可以运行至最高级防护的剪断销也被剪断，这时会触发位移传感器发出停机信号到控制单元，从而控制设备停止运行。

所述的多级过载防护结构，其更换剪断销极为便利，任何防护阶段均可自如更换剪断销，即不管是处于初级防护状态，还是最高级防护状态，无须转动主动轮与从动轮即可更换已经被剪断的各级剪断销。

所述的主动轮与从动轮配合，既可以为主动轴与从动轴模式，也可以为同轴模式。

所述的主动轮设有数个剪断销安装孔，具体数量根据防护等级的数量而确定，一般安装孔数量与防护等级一致，即n级过载防护其安装孔数量为n，成圆周均布于主动轮上。譬如双级过载防护结构其主动轮安装孔数为2，对称分布；三级过载防护结构其主动轮安装孔数为3，120°间隔均布；四级过载防护结构其主动轮安装孔数为4，90°间隔均布；五级过载防护结构其主动轮安装孔数为5，72°间隔均布；以此类推。

所述的从动轮设有多个剪断销安装孔和数个大小不一的剪断销安装滑孔，具体数量根据防护等级的数量而确定，一般n级防护其安装孔数量就是（0+1+2+3+…+n-2+n）共计n组，其滑孔数为n-1，按规律成圆周均布。譬如说四级防护，其剪断销安装孔数量为0+1+2+4=7个，分4、2、1、0四组按90°间隔均布；其剪断销安装滑孔数量为3，最大的安装滑孔为单独一组，最小的安装滑孔位于安装孔数2的位置，安装孔数4的位置无安装滑孔，分别配合上述剪断销安装孔0、1、2、4四组成圆周均布。

所述的位移传感器及控制单元设置于主动轮与从动轮外围，其控制单元设置有位移传感器信号接收转换电路，可以根据设定实现报警、停机等防护功能。当主动轮与从动轮不同步转动时，位移传感器会被触发，并且根据主动轮与从动轮错位的位移大小发出不同的信号到控制单元，最终通过控制单元来实现报警、停机等防护功能。

本发明结构简单，工作可靠，维修便利，生产和维护成本极低，彻底解决了技术背景中剪断销式机械过载保护结构无法适用于动载荷或者未知载荷的技术难题。

附图说明

附图1为多级过载防护结构的同轴模式结构图；

图2为多级过载防护结构的主动轴与从动轴模式结构图（以下附图如无特殊说明均依据此模式为基准而绘制）；

图3为双级过载防护结构主动轮与从动轮结构图；

图4为三级过载防护结构主动轮与从动轮结构图；

图5为四级过载防护结构主动轮与从动轮结构图；

图6为五级过载防护结构主动轮与从动轮结构图；

图7为六级过载防护结构主动轮与从动轮结构图；

图8为四级过载防护结构处于初级防护状态时其主动轮与从动轮的相对位置图；

图9为四级过载防护结构处于二级防护状态时其主动轮与从动轮相对位置图；

图10为四级过载防护结构处于三级防护状态时其主动轮与从动轮相对位置图；

图11为四级过载防护结构处于四级防护状态时其主动轮与从动轮相对位置图；

图12为四级过载防护结构的各级剪断销结构图。

其中：1.主动轮，2.从动轮，3.位移传感器及控制单元，4.剪断销，5.主动轴，6.从动轴，7.铜套或轴承，8.四级过载防护结构的初级剪断销，9.四级过载防护结构的二级剪断销，10.四级过载防护结构的三级剪断销，11.四级过载防护结构的四级剪断销。

具体实施方式

下面就以多级过载防护结构中的四级过载防护结构（主动轴与从动轴模式）为例结合附图作详细说明：

所述的四级过载防护结构其主动轮1设有四个剪断销安装孔，从动轮2设有七个剪断销安装孔和三个长短不等的剪断销安装滑孔。其剪断销设有四种规格，即剪断直径d1的初级剪断销8、剪断直径d2的二级剪断销9、剪断直径d3的三级剪断销10和剪断直径d4的四级剪断销11，其剪断直径关系为d1<d2<d3<d4，分别安装于a、b、c、d四处，这样即可实现初级防护、二级防护、三级防护和四级防护等总计四级过载防护。

所述的四级过载防护结构，其初级防护状态下初级剪断销8实施过载防护功能，此时主动轮1与从动轮2同步转动，当载荷过载超过其初级防护设定时，位置A处初级剪断销8就会被剪断，此后主动轮1继续转动而从动轮2不动，因此主动轮1与从动轮2之间会产生一定的错位位移偏差，从而触发位移传感器发出初级过载信号，直至二级剪断销9工作，此时主动轮1与从动轮2错位角度θ，进入二级过载防护状态。当载荷继续过载超过其二级防护设定时，位置B处二级剪断销9就会被剪断，此后主动轮1继续转动而从动轮2不动，因此主动轮1与从动轮2之间会再次产生一定的错位位移偏差，从而触发位移传感器发出二级过载信号，直至三级剪断销10（位置C处）工作，此时主动轮1与从动轮2错位角度2θ，进入三级过载防护状态。依次类推，当载荷最终过载至其四级防护设定时，位置D处四级剪断销11会被剪断，此后主动轮1继续转动而从动轮2不动，从而触发位移传感器发出四级过载信号，此时控制单元报警并自动停机，等待维护。

为方便说明，我们假定某机械传动机构传递载荷为动载荷，其最大传递载荷一旦超出正常工作载荷的2倍就会发生机械故障，采用本发明就可以实时了解过载程度的轻重，并且实现一旦载荷过载接近正常工作载荷的2倍，控制单元便会自动切断动力输入，同时报警并停机等待维护。

根据该机械传动机构的正常工作载荷，通过计算可以得知其正常工作状态剪断销的结构，假设其外径ФD，剪断直径为Фd，我们设定此为初级剪断销结构（即d1=Фd），然后再分别设定二级、三级、四级剪断销剪断直径为：d2=Ф1.1d、d3=Ф1.25d、d4=Ф1.4d，然后根据防护等级即可了解过载状态。

该机械传动机构正常工作状态下初级过载防护工作，一旦过载初级剪断销便会被剪断，控制单元会接收到位移传感器被触发而发出的初级过载信号，此后进入二级过载防护状态。二级剪断销过载防护区域为0-1.21倍正常工作载荷，一旦超出二级剪断销便会被剪断，进而触发位移传感器发出二级过载信号，此后进入三级过载防护状态，以此类推，直至载荷超出四级过载防护，控制单元接收到四级过载信号后自动切断动力输入，同时报警并自动停机等待维护。其中，三级过载防护区域为0-1.56倍正常工作载荷，四级过载防护区域为0-1.96倍正常工作载荷。

多级过载防护结构其零部件数量极少因此结构非常简单，其工作可靠的同时维护便利，成本低廉，长期使用其耗材仅为各级剪断销，养护使用费用极低，彻底解决了剪断销式机械过载保护结构无法适用于动载荷或者未知载荷的技术难题的同时，真正做到了低能耗大功效。

Claims (6)

1.多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构，是可实现双级防护、三级防护、四级防护以及更多级防护的多级过载防护结构，主要包括位移传感器及控制单元、主动轮、从动轮以及各级剪断销，其特征在于：所述的主动轮与从动轮齿形轮廓完全一致，并排安装后经过剪断销实现载荷的传递；当载荷过载时，剪断销会被剪断，同时主动轮会继续转动而从动轮维持不动，二者因此会产生一定角度的错位位移偏差，从而触发位移传感器发出信号到控制单元，最终控制单元可根据过载防护等级的设定来控制设备继续运行或者停机维护；同时，所述的各级剪断销其剪断直径不同，从最初级防护至最高级防护其剪断直径逐次递增，每当低级的剪断销被剪断后，位移传感器都会发出信号到控制单元，此时可根据情况选择停机维护还是继续运行，如一直选择继续运行，则最终可以运行至最高级防护的剪断销也被剪断，这时会触发位移传感器发出停机信号到控制单元，从而控制设备停止运行。

2.如权利要求1所述的多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构，其特征在于所述的多级过载防护结构，其更换剪断销极为便利，任何防护阶段均可自如更换剪断销，即不管是处于初级防护状态，还是最高级防护状态，无须转动主动轮与从动轮即可更换已经被剪断的各级剪断销。

3.如权利要求1所述的多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构，其特征在于所述的主动轮与从动轮配合，分主动轴与从动轴模式和同轴模式两种配合模式。

4.如权利要求1所述的多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构，其特征在于所述的主动轮设有数个剪断销安装孔，具体数量根据防护等级的数量而确定，一般安装孔数量与防护等级一致，即n级过载防护其安装孔数量为n，成圆周均布于主动轮上。

5.如权利要求1所述的多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构，其特征在于所述的从动轮设有多个剪断销安装孔和数个大小不一的剪断销安装滑孔，具体数量根据防护等级的数量而确定，其中n级防护其安装孔数量就是（0+1+2+3+…+n-2+n）共计n组，其滑孔数为n-1，按规律成圆周均布。

6.如权利要求1所述的多级过载防护的剪断销式机械过载保护结构，其特征在于所述的位移传感器及控制单元设置于主动轮与从动轮外围，其控制单元设置有位移传感器信号接收转换电路，根据设定实现报警、停机防护功能。