CN105202156B - 一种锥辊式盘形闸及单级软启动无级调速箱 - Google Patents

一种锥辊式盘形闸及单级软启动无级调速箱 Download PDF

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Abstract

一种锥辊式盘形闸，其活塞杆前端通过导向安装板连接有轴承座，还包括通过轴承安装在轴承座上的耐磨辊，所述耐磨辊为锥形结构。同时，提供一种单级软启动无级调速箱，包括行星差动减速器，安装在行星差动减速器差动机构外露的旋转轴上的调速轮,还包括对称安装在调速轮两侧面的上述锥辊式盘形闸，锥辊式盘形闸的锥形耐磨辊成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，且锥形耐磨辊上离调速轮距离最近的圆台母线与调速轮的径向平行。本发明将耐磨辊改为锥形，使耐磨辊上各点与调速轮上对应摩擦的各个点之间的线速度相同，解决了磨损不均匀的问题。运行时调速论上完全不发热，具有防爆性能好，调速性能优良，结构简单，磨损小，寿命长等优点。

Description

一种锥辊式盘形闸及单级软启动无级调速箱
技术领域
本发明属于无级调速设备领域，具体涉及一种锥辊式盘形闸及单级软启动无级调速箱。尤其适用于风机等高转速场合。
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。
中国专利2014207808005提供了一种动摩擦无级调速箱，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。
此专利让无极调速的技术上升到一种全新的理念，但实现滚动摩擦调速的方法应有多种，需要人们不断的去探索。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供耐磨辊磨损均匀，寿命长，维护方便的锥辊式盘形闸及单级软启动无级调速箱。
本发明解决问题的技术方案是：一种锥辊式盘形闸，其活塞杆前端通过导向安装板连接有轴承座，还包括通过轴承安装在轴承座上的耐磨辊，所述耐磨辊为锥形结构。
所述锥形耐磨辊包括芯轴，芯轴外表面设有耐磨圈。
进一步的，所述芯轴外表面设有凹槽,耐磨圈内表面设有与凹槽配合的凸起,耐磨圈与芯轴装配后凸起插入凹槽中。该进一步的改进方案使得芯轴和耐磨圈装配后不会发生相对转动和移动。
具体的，芯轴与耐磨圈的装配方式采用轧注工艺。
优选的，所述耐磨圈由耐磨橡胶制成。
同时，本发明还提供一种单级软启动无级调速箱，包括行星差动减速器，安装在行星差动减速器差动机构外露的旋转轴上的调速轮,还包括至少一对对称安装在调速轮两侧面的上述技术方案所述的用于调节调速轮转速的锥辊式盘形闸，该锥辊式盘形闸的锥形耐磨辊成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，且锥形耐磨辊上离调速轮距离最近的圆台母线与调速轮的径向平行；
调速时，锥形耐磨辊外表面与调速轮两侧面依靠压力保持线接触，锥形耐磨辊的轴线与调速轮轴线相交。
上述技术方案中，无级调速箱除了安装有锥辊式盘形闸之外，还包括对称安装在调速轮两侧面的滑动式盘形闸，该滑动盘式形闸的活塞杆前端通过导向安装板连接有刹车片，该刹车片通过刹车片安装座固定在导向安装板上，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。
优选的，对称安装在调速轮两侧面的滑动式盘形闸为1对，锥辊式盘形闸为2～6对。
安装在调速轮两侧面的锥辊式盘形闸工作时，其成对的锥形耐磨辊与调速轮侧面接触后，锥形耐磨辊上各点之间的线速度虽不同，但因各点相应的直径不同，保证了耐磨辊上各点角速度相同，耐磨辊上的各点和调速轮上与之相对应摩擦的点之间的线速度相同。
锥形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。
本发明的显著效果是：
1.将原来的圆柱形耐磨辊改进为锥形，使得调速轮在与耐磨辊摩擦接触时，耐磨辊上各点与调速轮上对应摩擦的各个点之间的线速度保持一致，不存在耐磨辊上各点线速度不同而带动其它区域拉伤的现象。解决了原有柱形结构由于耐磨辊在调速轮径向方向各处的线速度不同而导致的磨损不均匀的问题。
而且，耐磨辊与调速轮之间为滚动摩擦，发热量小，防爆性能好，调速性能更稳定。
2.滑动式盘形闸的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；
滑动式盘形闸和锥辊式盘形闸配合使用，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。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一对锥辊式盘形闸结构示意图。
图2为实施例1的无级调速箱俯视剖切图。
图3为实施例1的无级调速箱主视图。
图4为耐磨辊结构分解图。
图5为实施例2的无级调速箱俯视剖切图。
图6为实施例2的无级调速箱主视图。
图中：1-锥辊式盘形闸，2-耐磨辊，3-刹车片安装座，4-轴承座，5-轴承，6-活塞杆，7-滑动式盘形闸，8-导向安装板，9-刹车片，10-调速轮,11-行星差动减速器差动机构外露的旋转轴，21-芯轴，22-耐磨圈，23-凹槽，24-凸起。
具体实施方式
实施例1
如图1～4所示，一种锥辊式盘形闸1，其活塞杆6前端通过导向安装板8连接有轴承座4，还包括通过轴承5安装在轴承座4上的耐磨辊2，所述耐磨辊2为锥形结构。
所述锥形耐磨棍2包括芯轴21，芯轴21外表面设有耐磨橡胶制成的耐磨圈22。
所述芯轴21外表面设有凹槽23,耐磨圈22内表面设有与凹槽23配合的凸起24,耐磨圈22与芯轴21装配后凸起24插入凹槽23中。芯轴21和耐磨圈22装配后不会发生相对转动和移动。
芯轴21与耐磨圈22的装配方式采用轧注工艺。
同时，还提供一种单级软启动无级调速箱，包括行星差动减速器，安装在行星差动减速器差动机构外露的旋转轴11上的调速轮10,还包括七对对称安装在调速轮10两侧面的如上述技术方案所述的用于调节调速轮10转速的锥辊式盘形闸1，该锥辊式盘形闸1的锥形耐磨辊2成对对称分布于调速轮10两侧并靠近调速轮10，且锥形耐磨辊2上离调速轮10距离最近的圆台母线与调速轮10的径向平行。
调速时，锥形耐磨辊2外表面与调速轮10两侧面依靠压力保持线接触，锥形耐磨辊2的轴线与调速轮10轴线相交。
安装在调速轮10两侧面的锥辊式盘形闸1工作时，其成对的锥形耐磨辊2与调速轮10侧面接触后，耐磨辊2上各点之间的线速度虽不同，但因各点相应的直径不同，保证了耐磨辊2上各点角速度相同，耐磨辊2上的各点和调速轮10上与之相对应摩擦的点之间的线速度相同。
锥形耐磨辊2与调速轮10做滚动摩擦运动，施加摩擦阻尼，来控制调速轮10的转速，实现调速轮10的无级变速，进而实现由调速轮10控制的工作机构的无级变速。
图示中未说明处均为公知机构。
实施例2
如图5～6所示，重复实施例1，所不同的是：单级软启动无级调速箱除了安装有锥辊式盘形闸1之外，还包括对称安装在调速轮10两侧面的滑动式盘形闸7，滑动式盘形闸7为一对，锥辊式盘形闸1为六对。
所述滑动盘式形闸7的活塞杆6前端通过导向安装板8连接有刹车片9，该刹车片9通过刹车片安装座3固定在导向安装板8上，且刹车片9成对对称分布于调速轮10两侧并靠近调速轮10，刹车片9与调速轮10侧面垂直。
滑动式盘形闸7的作用在于刹车片为滑动摩擦，其摩擦力大，制动效果好，能够满足调速轮制动设计要求；滑动式盘形闸7和锥辊式盘形闸1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。

Claims (6)

1.一种锥辊式盘形闸，其活塞杆前端通过导向安装板连接有轴承座，其特征在于：还包括通过轴承安装在轴承座上的耐磨辊，所述耐磨辊为锥形结构，锥形耐磨辊包括芯轴，芯轴外表面设有耐磨圈，耐磨圈由耐磨橡胶制成。
2.根据权利要求1所述的锥辊式盘形闸，其特征在于：所述芯轴外表面设有凹槽,耐磨圈内表面设有与凹槽配合的凸起,耐磨圈与芯轴装配后凸起插入凹槽中。
3.根据权利要求2所述的锥辊式盘形闸，其特征在于：芯轴与耐磨圈的装配方式采用轧注工艺。
4.一种单级软启动无级调速箱，包括行星差动减速器，安装在行星差动减速器差动机构外露的旋转轴上的调速轮,其特征在于：还包括至少一对对称安装在调速轮两侧面的上述权利要求1～3中任一项所述的锥辊式盘形闸，该锥辊式盘形闸的锥形耐磨辊成对对称分布于调速轮两侧并靠近调速轮，且锥形耐磨辊上离调速轮距离最近的圆台母线与调速轮的径向平行；
调速时，锥形耐磨辊外表面与调速轮两侧面依靠压力保持线接触，锥形耐磨辊的轴线与调速轮轴线相交。
5.根据权利要求4所述的单级软启动无级调速箱，其特征在于：还包括对称安装在调速轮两侧面的滑动式盘形闸，该滑动盘式形闸的活塞杆前端通过导向安装板连接有刹车片，该刹车片通过刹车片安装座固定在导向安装板上，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。
6.根据权利要求5所述的单级软启动无级调速箱，其特征在于：对称安装在调速轮两侧面的滑动式盘形闸为1对，锥辊式盘形闸为2～6对。
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