CN107032247B - 自动换挡变速的行星齿轮变速器及安装该变速器的卷扬机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷扬机领域，尤其涉及一种自动换挡变速的行星齿轮变速器及安装该变速器的卷扬机；包括电动机或液压马达、变速器、换挡机构、卷筒、制动器、机架等，其中，所述电动机或液压马达的端部法兰用螺栓安装在机架一端，空心的电动机转子轴或液压马达动力输出轴内通长设置与变速器主动轴端部外花键间隙配合的内花键，换挡时主动轴可在空心轴内直线往复移动；本发明提供一种结构简单、体积小、扭矩大、传动效率高、可根据载荷换挡调速的行星齿轮变速器及安装该变速器的卷扬机，大大节省了用电和燃油，经济效果好。

Description

自动换挡变速的行星齿轮变速器及安装该变速器的卷扬机

技术领域

本发明涉及卷扬机领域，尤其涉及一种自动换挡变速的行星齿轮变速器及安装该变速器的卷扬机。

背景技术

卷扬机是目前建筑安装、起重、船舶等工作中提升重物、牵引使用的专用机械，卷扬机减速器基本都是定速的，工作中就好比一辆汽车一直挂一档行驶，空载、轻载升降或牵引时耗时费能，尤其是滑轮组多个动滑轮绕绳及大减速比的卷扬机空载、轻载牵引时更为严重。

移动式起重机多以内燃机为原动机，经液压系统驱动定速减速器、卷筒转动，因为减速器是定速的，空载或轻载升降时要想快速升降就得加大供油量，尤其是主起重杆滑轮组多个动滑轮绕绳时，费时耗能更大。现有技术：多泵液压系统中设置合流阀控制多泵合流实现提速；高速轴向柱塞式液压马达通过调整斜盘角度变量，或利用比例电磁铁推动阀路开通使配油盘旋转一定角度，增大排量实现变量调速；低速大扭矩液压马达采用变档控制阀开、关部分油路，进行变档调速等实现提速。根据起重机最大起重量设计的原动机，驱动液压马达升降空载或轻载时，存在大马拉小车现象，因为油泵得输出额定的几何流量才能使液压马达达到所需的转速。

塔机、港机是建筑、港口使用最多且能耗较大的机械，电机多采用变频及变极调速，变频器能根据载荷大小自动变换频率换挡，实现轻载快速重载低速升降，因为减速器是定速的且塔机升降行程大，一般空载、轻载可以快速升降，此时变频器需要高频输出不省电，变频电机工频以下为恒转矩输出，低频时节电效果才显著；变极调速实现调速成本低、经久耐用等优点，采用单绕三速或双绕组双速等，可以得到三速、四速等多速，因为是定速减速器传动，使得调速范围及轻载节能受到限制；矿用等大传动比的卷扬机有可以换挡调速的机型，但其结构十分复杂且体积庞大。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、扭矩大、传动效率高、可根据载荷换挡调速的行星齿轮变速器及安装该变速器的卷扬机。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种可换挡变速的行星齿轮变速器及安装该变速器的卷扬机，包括电动机或液压马达、变速器、换挡机构、卷筒、制动器、机架等，其中，所述电动机或液压马达的端部法兰用螺栓安装在机架一端，空心的电动机转子轴或液压马达动力输出轴内通长设置与变速器主动轴端部外花键间隙配合的内花键，液压马达动力输出轴长度短于换挡总行程时，可设置短内花键与长外花键啮合的形式，换挡时主动轴可在空心轴内直线往复移动；变速器安装在卷筒内其外壳一端固定在机架上，各级行星齿轮中心太阳轮的中心设置内花键与主动轴动力输出外花键啮合，并且在各级行星齿轮间设置离合器，最后一级行星齿轮架与卷筒连接，主动轴贯穿整个轮系其一端装入电动机或液压马达空心轴内，另一端插入安装在机架另一侧的换挡机构中，换挡机构驱动主动轴直线往复移动，其动力输出外花键与各级中心太阳轮内花键啮合，实现换挡；卷筒一端由轴承与变速器外壳结合转动，另一端经轴承与固定在机架上的空心轴承支撑架结合，制动器位于卷筒和机架之间，制动器直接制动卷筒。采用实心轴液压马达等驱动，在变速器内加一节设置内花键的空心轴，空心轴两端由轴承安装在变速器内，换挡时主动轴外花键在空心轴内往复移动，缺陷是卷扬机轴向尺寸加大。

进一步的，所述变速器为多级串联的2K-H(NGW型)行星齿轮减速机构，换挡机构驱动主动轴使其动力输出外花键与所选档位太阳轮内花键啮合，所选档位动力输入侧的第一级离合器自动分离，切断所选档位行星齿轮与动力输入侧行星齿轮连接，主动轴驱动所选档位行星齿轮至动力输出侧行星齿轮转动，最后一级(n级)行星齿轮架带动卷筒转动；

大传动比的变速器，第一级采用K-H-V(N型)行星齿轮少齿差或摆线针轮机构为高速级，低速级采用一级或多级2K-H行星齿轮减速机构，各级行星齿轮间设置离合器；从转臂偏心轮中心延径向量取设计偏心距e，此点与主动轴中心重合，以此重合点为中心设置与动力输出外花键间隙配合的内花键；偏心轮两端设置与内花键同心的空心轴径，空心轴外径一端安装在端盖中心轴承内，另一端外径安装在动力输出盘中心轴承内；与动力输出盘一体的空心轴由2个轴承安装在另一端盖内，空心轴内径设置内花键与离合器动力输入侧外花键啮合，离合器动力输出侧外花键与2K-H中心太阳轮一侧的内花键连接传递转矩；K-H-V外壳与2K-H外壳对中连接并用螺栓固定；主动轴动力输出外花键与偏心轮内花键啮合驱动偏心轮带动行星轮转动，行星轮经动力输出机构与离合器连接传递转矩，空载或轻载时换挡至2K-H行星齿轮，可快速升降或牵引。

进一步的，所述变速器外侧端盖下部设有穿过机架外露水平设置的换油管，还有可视油位高度与水平管成垂直连接并可以转动的立管，立管上部固定在机架卡具内，端部由带螺纹的端盖封口，拧下端盖旋转立管可以排油及换油；行星齿轮内齿圈外径的下部，轴向逐个齿或间隔1～2个内齿设置1个半圆形槽，换油时废油从半圆形槽流到换油管排出；高、低速级分成两个独立的腔体时，高速级从换油管换油，低速级经外壳底部及上部的孔从卷筒换油孔换油；机构内设置油位高度传感器以便在驾驶室内监控油位高度；外壳上部的孔内设置通气器，外侧端盖上部侧面设置的通气器通过机架上对应的孔换气。

进一步的，所述换挡机构的管型直线电机短初级作为定子固定在机架上，主动轴动力输出外花键朝向换挡机构侧的延长轴作为长次级穿入初级中，为提高驱动力矩次级外径可浇筑或镶嵌铜材等非磁性材料，或在延长轴的非磁性材料保护层内镶嵌环形永磁磁铁作为次级，形成感应或同步直线电机主体；用平板型或U型无铁心直线电机驱动换挡时，与主动轴平行安装减小轴向尺寸；用空心轴式伺服或步进电机驱动，采用螺杆驱动换挡，需加一节长度≥换挡总行程的过渡节，缺点是轴向尺寸加大；换挡机构安装在防护罩内防雨、防尘，防碰撞。现有技术直线电机控制理论成熟，高精度可达微米级，满足换挡需求；本专利只要求在几个档位处定位，也可采用位置传感器等闭环控制换挡。

进一步的，所述离合器为液压或电动离合器，离合器包括传动及离合两部分，传动部分包括管状件、圆锥螺旋压缩弹簧和限位弹性挡圈，所述动力输入侧外花键与行星齿轮架或输出机构内花键啮合，弹性挡圈槽内安装弹性挡圈，另一端径向凸起的外花键与内花键啮合，端面环状凹形槽与端面环形凸形环对接；径向凸起的外花键与内花键啮合，另一端外花键与动力输出侧中心太阳轮侧面的内花键连接；外管状件一端轴向限位挡环与径向凸起的外花键端面接触，外径位置还设有安装弹簧的轴向凸出限位环，内花键长度≥外花键长度，另一端设有长度≥动力输出外花键的无齿空圈，无齿空圈外径或另一端外径安装推力轴承，压缩弹簧一端限位在弹性挡圈处，另一端推动外管状件使其内花键与外花键啮合；离合部分拉动或推动推力轴承使外管状件向动力输入侧移动，动力输出外花键位于无齿空圈内离合器分离。

进一步的，所述离合器离合部分为电磁吸拉或推力开关，设置为圆环状单个或圆柱状n个的形式，圆环状单个结构出现故障时须拆机更换，选用圆柱状n个形式，单个即可驱动离合器分离，个别出现故障不影响系统正常工作，数量n≥2个，并且按圆周均布，其推拉爪采用圆形等厚度的饼式，铁心转动圆形饼式推拉爪与推力轴承径向尺寸不变；电磁推力开关可在动铁心尾部设置延长推杆，此推杆直接推动推力轴承使得离合器分离或结合，断电后动铁心在内弹簧或安装在另一端杆件上的外弹簧作用下回位；也可采用电磁推力开关直接推动推力轴承使离合器分离或结合，断电后电路中的蓄能电容放电，电磁开关反向线圈得电吸动铁心瞬间回位，续流二极管的漏电流为反向线圈供电，使铁心保持在零动位置不与推力轴承接触；为减缓电磁开关冲击力，推拉爪或推杆与推力轴承之间设置缓冲弹簧及碗式环形挡圈，并由弹性挡圈定位，碗式环形挡圈与推拉爪或推杆之间留有间隙；

弹簧复位式液压缸两端设置液压油管及换气管，换气管引出变速器外壳外各缸串联后从端部引出，换气管与大气导通；单面凸起型阶梯式柱塞圆柱面设置密封圈与缸体密封，两端轴向外伸的环形轴颈兼活塞杆其外径与2个液压缸端盖密封，凸出的阶梯段靠近推力轴承的液压缸端盖内侧设置复位弹簧，另一侧端盖与单面凸起型阶梯式柱塞侧面形成液压腔，本档位工作完成电磁阀回油旁路开通，柱塞在回位弹簧推动下恢复原位；电磁吸拉或推力开关及液压缸由连接件经螺栓固定在支架上，支架安装在变速器外壳上。

进一步的，所述接近开关可选用三线、四线电感式等，离合器电磁吸拉开关动铁心与静铁心将近接触前，外管状件或推力轴承也可以是电磁开关推拉爪与接近开关接近，接近开关导通驱动继电器切断吸拉线圈电路，减轻动、静铁心撞击磨损，由保持线圈吸拉并保位到换挡结束，断电后铁心在回位弹簧或电磁力作用下回位，并保持不与推力轴承接触；也可采用保持电磁铁，管状件内花键与管状件外花键全啮合后，接近开关导通驱动继电器切断吸拉线圈电路，由永磁磁铁保持铁心吸合状态，变换档位后换向器将正负极接线换向，反向电流形成的磁场与永磁磁铁磁场相抵，动铁心在弹簧的驱动下回位；采用液压缸驱动离合因内漏导致管状件移动，接近开关经继电器导通电磁阀供油保持离合位置，复位后接近开关驱动继电器使电磁阀关闭，漏油经换气管排出机体排气后进入系统循环；接近开关与PLC(可编程控制器)连接实现自动控制，远程可视档位工况。

进一步的，所述离合器管状件与管状件凹凸结合处润滑不良易烧蚀，从管状件向外凸起的花键凹处圆周位置间隔均布钻小透孔，小透孔通过凹槽直通内径，润滑油通过小透孔及凹凸槽缝隙进入凹凸槽，起润滑散热的作用；离合器高速级的管状件与管状件凹凸结合处设为全凹形对称结构，凹形槽内浮动安装铜合金或其他耐磨合金制成的环形件，环形件限制管状件与管状件径向位移并减少磨损。

进一步的，所述离合器个别一、二档之间可设为常开式，外管状件在内弹簧推动下向动力输入侧移动到弹性挡圈止，外管状件内花键只与动力输入侧管状件外花键啮合，动力输出侧管状件外花键位于无齿空圈内空转，与离合器连接的两级行星齿轮分离状态；主动轴动力输出外花键与一档太阳轮内花键啮合时，电磁开关或液压缸驱动外管状件向动力输出侧移动，外管状件内花键与动力输出侧管状件外花键啮合，离合器结合。

进一步的，所述n级行星齿轮架与卷筒之间设置离合器，离合器动力输出侧的管状件与卷筒采用花键或其他方法连接，管状件内径设置与主动轴外花键啮合的内花键，主动轴外花键与内花键啮合时，离合器自动分离，空载、轻载升降时电动机或液压马达经主动轴直接驱动卷筒转动。

本发明的有益效果是

(1)与现有的技术相比，本发明根据升降载荷大小通过自动换挡，改变传动比消除大马拉小车现象，其空载或轻载时提速、节能效果最显著。本专利技术采用三级行星齿轮，并且将第一、二级行星齿轮间的离合器设为常开式，即可完善移动式起重机工作，重载时挂一档，此时常开式离合器自动结合，主动轴驱动一级行星齿轮逐级减速使卷筒转动，次重载挂二档，主动轴驱动二级、三级行星齿轮使得卷筒转动，轻载或空载时挂三档主动轴驱动n级行星齿轮单级减速后带动卷筒转动；采用低速大扭矩液压马达驱动时，一、二级行星齿轮间离合器设为常开式，二级行星齿轮与卷筒间设置离合器，空载时液压马达直接驱动卷筒转动，液压泵输出较少的液压油即可完成快速升降。

(2)本发明在轻载时档位设定在n级行星齿轮单级减速后快速升降，空载升降电动机经主动轴直接驱动卷筒转动，低频下即可快速升降，节能效果特别显著；变极调速电动机以二至四速为例，使用本专利变速器，以四档计算可输出八、十二、十六速，根据载荷及升降速度选择档位及电动机转速，使异步电动机运行于额定工作点附近可高效率升降，节能提速效果显著。

(3)本发明结构简单工作效率高，并且可调档位多，大减速比的卷扬机第一级采用K-H-V少齿差或摆线针轮机构，2～n级采用2K-H行星齿轮，弥补了K-H-V机构输出功率小的缺陷，空载或轻载根据载荷变换适当档位，可节约大量的时间及能源。

(4)本发明的特点是节能与提速，以天正重工TC6015(QTZ125)变频调速塔机为例：起升机构电动机37kw、转速720r/min，减速器速比：16.75，钢丝绳倍率a＝2时起重量/速度为2.5T/80m/min，卷筒转速(r/min)0～40；本专利技术空载升降,主动轴直接驱动卷筒转动，与塔机减速器速比差16.75倍，即电动机转速720/16.75＝43r/min即可达到塔机工频时的升降速度，根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中，变频调速恒转矩负载节能计算公式：P_L＝T_Ln₁/9550(3)，节电率K_i＝(P₁-P₂)/P₁＝(n₁-n₂)/n₁(4)，(P₁-P₂)＝(T₁n₁-T₂n₂)/9550＝T(n₁-n₂)/9550(5)。

以上恒转矩负载节电公式中转矩T₁＝T₂＝T，空载节电率K_i＝(n₁-n₂)/n₁＝(n₁720-n₂720/16.75)/n₁720*100/％＝94％；轻载节能估算单级行星齿轮减速速比i＝3～5，取i＝4估算，(720-720/4)/720*100％＝75％；直接换挡传动减少了不必要的机械摩擦阻力，另外动滑轮钢丝绳倍率a＝4或a＝6时，更能显示其低频运行节能的优势；本专利卷扬机根据力矩传感器等采集的数据，结合微电脑可以实现数字化自动控制，与现有技术比较速度明显提升，总节能20％～30％完全可以。其他卷扬机节能计算略。

(5)本发明依据发明人在先申请的专利：ZL2010 1 0538078.0《变速卷扬机以及带有该卷扬机的可折叠式随车吊车》，根据其手动驱动主动轴轴向移动换挡原理，在各级行星齿轮间设有电磁或液压驱动的自动离合器，设置自动换挡机构，将此可自动换挡的变速器安装在卷扬机上，结合现有技术根据升降载荷的大小选择档位，达到提效、节能的目的。

附图说明

图1为实施例1中换挡变速卷扬机的示意图。

图2为实施例1中电动机转子空心轴及换挡驱动机构示意图。

图3(a)为实施例1中吸拉式常闭式离合器示意图。

图3(b)为图3(a)中A处的局部放大图。

图4为实施例2中大传动比的采用K-H-V与2K-H行星齿轮示意图。

图5为实施例2中变速器内齿圈与外壳排油孔示意图。

图6为实施例3中一、二档间常开式离合器示意图。

图7为实施例4中n级行星齿轮与卷筒之间设置离合器示意图。

图8为实施例5中短内花键与长外花键啮合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，需要说明的是，实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

实施例1

图1、图2所述自动换挡变速的行星齿轮电动卷扬机，该电动机1的法兰盘用螺栓固定在机架6一端，变速器2安装在卷筒4内部其外壳2.7一端固定在机架6上，各级行星齿轮中心太阳轮2.2a居中设置相同的内花键2.2a1，行星齿轮间设置离合器2.3，最后一级n级行星齿轮架与卷筒4连接，换挡机构3安装在机架另一端；电动机空心转子轴1.1内设置通长的内花键1.1a，主动轴2.1端部动力输入外花键2.1a与内花键1.1a啮合；主动轴2.1贯穿变速器2，一端插入电动机转子轴1.1内，另一端插入换挡机构3中，在换挡机构3驱动下，主动轴动力输出外花键2.1b分别与各级中心太阳轮内花键2.2a1啮合，实现换挡调速。

主动轴外花键2.1b与所选档位太阳轮内花键2.2a1啮合，所选档位动力输入侧的第一级离合器2.3自动分离，主动轴驱动所选档位行星齿轮至n级行星齿轮及卷筒4转动。

换挡机构3主动件管型直线电机短初级3.1固定在机架6另一端，主动轴光轴2.1c作为长次级插入初级3.1内，为提高驱动力次级2.1c外径浇筑或镶嵌铜材等非磁性材料，或在次级2.1c的非磁性材料保护层内镶嵌环形永磁磁铁作为次级，形成感应或同步直线电机主体，此方式传动直接且不过多占用轴向空间；也可采用平板型或U型无铁心直线电机驱动换挡，应与主动轴平行安装减小轴向尺寸；用空心轴式伺服或步进电机采用螺杆驱动换挡，需加一节长度≥换挡总行程的过渡节，缺点是轴向尺寸加大。现有技术直线电机控制理论成熟，可根据选用机型选配驱动及控制系统；也可采用位置传感器闭环控制换挡。

卷筒4一端由环形轴承安装在机架一端的变速器外壳上，另一端内孔经轴承及管状轴承支架安装在机架6上，卷筒与n级行星齿轮架连接输出动力。

如图3(a)、图3(b)所示离合器2.3，管状件2.3a一端的外花键2.3a2与动力输入侧行星齿轮架内花键2.2a2连接，弹性挡圈槽2.3c6内安装弹性挡圈2.3e，弹性挡圈2.3e限制圆锥螺旋压缩弹簧2.3d位移，另一端向外凸起的外花键2.3a1与内花键2.3c1啮合，端部凹形环槽2.3a3与凸形环2.3b3对接；管状件一端向外凸起的外花键2.3b1与内花键2.3c1啮合，另一端外花键2.3b2与动力输出侧太阳轮一侧的内花键2.2a3连接；管状件一端轴向限位挡环与外花键2.3a1端面接触，外径位置轴向凸出的径向限位挡环2.3c4安装圆锥螺旋压缩弹簧2.3d，内花键2.3c1与外花键2.3a1、外花键2.3b1啮合，另一端无齿空圈外径或另一端位置安装推力轴承2.3c7，管状件在圆锥螺旋压缩弹簧2.3d推动下其内花键2.3c1与外花键2.3a1、外花键2.3b1啮合，离合器2.3结合；换挡机构3驱动主动轴使其外花键2.1b与所选档位级太阳轮内花键2.2a1啮合的同时，所选档位级太阳轮动力输入侧第一级离合器电磁吸拉开关2.3f得电拉动推力轴承2.3c7，使得内齿圈管状件向动力输入侧移动，电磁吸拉开关2.3f的保持线圈使得无齿空圈2.3c2位于外花键2.3b1位置不动，管状件空转切断两级行星齿轮的连接，主动轴驱动所选档位至n级行星架及卷筒4转动。

进一步的，推力轴承2.3c7与电磁吸拉开关2.3f的推拉爪2.3f1之间，设置缓冲弹簧2.3c8与碗式环形挡圈2.3c9，减轻接触冲击。

进一步的，离合部分的电磁吸拉开关2.3f为圆环状单个或圆柱状n个的形式，设置圆柱状n个形式时其数量n≥2，并且按圆周均布，其推拉爪2.3f1采用圆形等厚度的饼式结构，电磁吸拉开关2.3f由连接件2.3f2经螺栓固定在支架2.3g上，支架2.3g安装在变速器外壳2.7上。

进一步的，换挡机构安装在防护罩(3.2)内，制动器5位于卷筒和机架6之间，制动器直接制动卷筒。

进一步的，管状件2.3a自外花键2.3a1齿根最低点间隔均布小透孔2.4，小透孔2.4穿过凹形环槽2.3a3及内壁，管状件2.3b端面向外凸出的凸型环2.3b3插入凹形环槽2.3a3内，润滑油经透孔及缝隙进入环槽润滑冷却；高速级离合器凸出环2.3b3设置为与凹形环槽2.3a3对称的凹形环槽2.3b31，两凹形环槽中浮动安装铜合金或耐磨合金制成的环状件2.3h。

进一步的，支架2.3g上安装接近开关2.5，电磁开关线圈得电吸拉动铁心向静铁心移动差3～4mm接触时，推力轴承2.3c7或推拉爪2.3f1与接近开关2.5接近，接近开关2.5导通使得继电器切断吸拉线圈电路，保持线圈将动铁心吸合并保位；采用保持电磁铁其动、静铁心吸合后，推力轴承2.3c7或推拉爪2.3f1与接近开关2.5接近，接近开关2.5导通使得继电器切断吸拉线圈电路，由永磁磁铁保持动、静铁心吸合，换挡后换向器将正负极换位导通，反向磁场与永磁磁铁磁场相抵，动铁心在弹簧驱动下恢复原位；接近开关2.5的另一用途是与PLC连接实现自动控制，驾驶员从驾驶室屏幕得到准确的档位信息。

实施例2

如图4所示大传动比的变速器，第一级采用K-H-V少齿差或摆线针轮减速器为高速级，低速级采用一级或多级2K-H行星齿轮减速机构，各级行星齿轮间设置离合器2.3，以转臂偏心轮2.6中心径向量取设计偏心距e为中心，开孔设置内花键2.2a1；偏心轮两端设置与内花键2.2a1同心的空心轴颈2.6a，空心轴颈2.6a一端安装在端盖2.6b中心轴承2.6c内，另一端安装在动力输出盘2.6d中心轴承2.6c内；与动力输出盘2.6d一体的空心轴2.6d1，由2个直径差一级的轴承2.6c安装在另一端盖2.6b1内，空心轴2.6d1内径设置与离合器动力输入侧外花键2.3a2啮合的内花键2.2a2；两端盖经轴承2.6c将动力输出盘2.6d及偏心轮2.6等组合成一个转动整体；主动轴外花键2.1b与偏心轮内花键2.2a1啮合，驱动转臂偏心轮2.6带动行星轮转动，经销孔输出机构将转矩输出给动力输出盘2.6d及空心轴2.6d1，空心轴2.6d1的内花键2.2a2与离合器外花键2.3a2连接，经各级行星齿轮至卷筒4输出动力；空载或轻载时换挡至2K-H行星齿轮档位，卷扬机快速牵引或变频节能升降。

所述外壳外侧端盖下部设置换油管2.6e，换油管为穿过机架外露的水平管，还有可视油位高度与水平管成90度连接并可以转动的立管2.6e1，在不需要放油时，立管管口向上，由油管卡具2.6e2固定，需要放油时，将立管从油管卡具中取出，旋转180度使得立管管口向下进行放油，立管端部由带螺纹的端盖封口，机构内设置油位高度传感器便于驾驶室内监控；外部端盖上部设置通气器2.6g，以便换气降温。

所述图5及图1，行星齿轮内齿圈2.8下部外径轴向设置半圆形槽2.81，半圆形槽2.81端部中心与内齿2.82端部中心均在内齿圈2.8平面的径向线上，半圆形槽2.81逐个齿或隔1～2个齿设置1个，换油时废油从半圆形槽2.81经换油管2.6e排出；高、低速级行星轮分为两个腔体时,高速腔从换油管2.6e换油，低速腔经外壳下部孔2.71、上部孔2.72从卷筒换油孔4.1换油，外壳下部孔(2.71)用带螺纹丝堵封堵，上部孔(2.72)内安装通气器(2.6g)。

所述K-H-V动力输出侧端盖2.6b1外侧设置环形台肩与变速器外壳2.7内径对中连接，周圈螺栓固定。

实施例3

所述图6所示一、二档间常开式离合器，适合于汽车吊、塔机等升降轻、中载荷较多的设备，离合器管状件2.3c在内弹簧2.3d1推动下，其端部与设置在管状件2.3a上的弹性挡圈2.3e接触，内花键2.3c1只与外花键2.3a1啮合，外花键2.3b1位于无齿空圈2.3c2位置，离合器常开；重载时主动轴外花键2.1b与一档行星齿轮内花键2.2a1啮合，管状件2.3c在电磁开关或液压缸驱动下向动力输出侧移动，内花键2.3c1与外花键2.3b1啮合离合器结合；变换档位后管状件2.3c失去动力在压缩弹簧2.3d作用下回位，离合器分离为常开状态。

实施例4

所述图7中n级行星齿轮与卷筒4之间设置离合器2.3，离合器动力输出端外花键2.3b2与卷筒4花键连接或其他方式连接，管状件2.3b内径位置设置内花键2.2a1，空载时主动轴外花键2.1b与内花键2.2a1啮合，离合器2.3自动分离，电动机1或液压马达经主动轴2.1直接驱动卷筒4转动。

所述环形弹簧复位式液压缸的缸体2.3fa1经支架2.3g固定在变速器外壳2.7上，缸体2.3fa1两端设置液压油管2.3fa6及换气管2.3fa7，换气管2.3fa7在外壳2.7外经各缸串联后从端部引出，换气管与大气导通；单面凸起型阶梯式柱塞2.3fa2两端轴向外伸的环形轴颈兼活塞杆2.3fa3，其外径与2个液压缸端盖2.3fa4密封，凸起柱塞2.3fa2的圆柱面设有密封圈与缸体2.3fa1密封，靠近推力轴承2.3c7液压缸端盖2.3fa4内侧安装复位弹簧2.3fa5，另一侧液压缸端盖2.3fa4与柱塞2.3fa2侧面形成液压腔。

所述支架2.3g上安装接近开关2.5，液压缸2.3fa内漏管状件2.3c移动，接近开关2.5驱动继电器导通电磁阀补油增压，管状件回位后电磁阀关闭；泄漏的油经换气管2.3f7导出变速器，经排气后再循环；接近开关2.5还可以将档位结合情况适时反馈到驾驶室显示器上。

实施例5

所述图8中液压马达空心轴的轴向尺寸小于换挡总行程时，空心轴1.1内设置短内花键1.1a，短内花键1.1a与长外花键2.1a间隙配合，换挡时主动轴2.1在空心轴1.1内轴向往复移动。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性改进或未经过改进本发明的构思和技术方案直接用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，包括电动机(1)或液压马达、变速器(2)、换挡机构(3)、卷筒(4)、制动器(5)、机架(6)，其特征在于：所述电动机(1)或液压马达端部法兰用螺栓固定在机架(6)一端，所述电动机转子轴或液压马达动力输出轴为空心轴(1.1)，其内设有内花键Ⅰ(1.1a)，变速器(2)主动轴外花键Ⅰ(2.1a)与内花键Ⅰ(1.1a)啮合；变速器(2)装入卷筒(4)内，其变速器外壳(2.7)一端用螺栓固定在机架(6)上，各级行星齿轮中心太阳轮(2.2a)的中心设置内花键Ⅱ(2.2a1)，行星齿轮间设置离合器(2.3)，动力输出侧n级行星齿轮架与卷筒(4)连接，主动轴(2.1)贯穿卷筒(4)，一端装入电动机(1)或液压马达的空心轴(1.1)内，另一端插入换挡机构(3)中，制动器(5)位于卷筒(4)和机架(6)之间，在换挡机构(3)驱动下，主动轴动力输出外花键Ⅱ(2.1b)分别与各级中心太阳轮内花键Ⅱ(2.2a1)啮合换挡。

2.根据权利要求1所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：所述变速器(2)为多级2K-H(NGW型)行星齿轮机构，换挡机构(3)驱动主动轴(2.1)使其动力输出外花键Ⅱ(2.1b)与所选档位太阳轮内花键Ⅱ(2.2a1)啮合，所选档位动力输入侧第一级离合器(2.3)自动分离，主动轴(2.1)驱动所选档位行星齿轮至n级行星齿轮架及卷筒(4)转动；大传动比的变速器(2)第1级为K-H-V(N型)少齿差或摆线针轮机构，第2～n级为2K-H机构；以K-H-V偏心轮(2.6)中心径向量取设计偏心距e为中点，设置内花键Ⅱ(2.2a1)与主动轴动力输出外花键Ⅱ(2.1b)啮合；偏心轮(2.6)两端设置与内花键Ⅱ(2.2a1)同心的空心轴径(2.6a)，空心轴径(2.6a)一端安装在端盖(2.6b)中心轴承(2.6c)内，另一端安装在动力输出盘(2.6d)中心轴承(2.6c)内；与动力输出盘(2.6d)一体的空心轴(2.6d1)由2个轴承(2.6c)安装在另一端盖(2.6b1)内，空心轴(2.6d1)设置内花键Ⅲ(2.2a2)与离合器动力输入侧外花键Ⅲ(2.3a2)啮合，离合器动力输出外花键Ⅴ(2.3b2)与2K-H行星齿轮中心太阳轮(2.2a)一侧的内花键Ⅳ(2.2a3)连接，K-H-V机构外壳与2K-H机构外壳连接并用螺栓固定。

3.根据权利要求2所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：所述变速器(2)端盖(2.6b)下部设置穿过机架(6)外露的水平换油管(2.6e)，可视液位高度与水平管垂直连接的立管(2.6e1)上部固定在卡具(2.6e2)内，立管(2.6e1)可绕水平管(2.6e)旋转，端部由带螺纹的端盖封口；行星齿轮内齿圈(2.8)下部外径的圆柱面间逐个齿或隔1～2齿轴向设置一个半圆形槽(2.81)，换油时废油从半圆形槽(2.81)经换油管(2.6e)排出；高、低速行星轮分为两个腔体时高速级从换油管(2.6e)换油，低速级经外壳(2.7)下部孔(2.71)、上部孔(2.72)从卷筒换油孔(4.1)换油；外壳(2.7)内部还设有油位高度传感器；变速器外壳(2.7)上部孔(2.72)内设置通气器(2.6g)，外侧端盖(2.6b)上部侧面设置通过机架对应孔(6.1)换气的通气器(2.6g)。

4.根据权利要求1所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：所述的换挡机构(3)内设有管型直线电机初级(3.1)，管型直线电机初级(3.1)作为短定子固定在机架(6)上，主动轴(2.1)延长轴段(2.1C)为长次级插入管型直线电机初级(3.1)中形成感应或同步式直线电机主体；换挡机构(3)安装在防护罩(3.2)内。

5.根据权利要求1所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：所述离合器(2.3)为液压或电动离合器，离合器(2.3)包括传动及离合两部分，传动部分包括管状件(2.3a、2.3b、2.3c)、圆锥螺旋压缩弹簧(2.3d)和限位弹性挡圈(2.3e)，所述管状件(2.3a)动力输入侧外花键Ⅲ(2.3a2)与行星齿轮架或输出机构内花键Ⅲ(2.2a2)啮合，弹性挡圈槽内安装弹性挡圈(2.3e)，另一端径向凸起的外花键Ⅵ(2.3a1)与内花键Ⅴ(2.3c1)啮合，端面环状凹形槽(2.3a3)与管状件(2.3b)端面环形凸形环(2.3b3)对接；管状件(2.3b)径向凸起的外花键Ⅳ(2.3b1)与内花键Ⅴ(2.3c1)啮合，另一端外花键Ⅴ(2.3b2)与动力输出侧中心太阳轮(2.2a)侧面的内花键Ⅳ(2.2a3)连接；管状件(2.3c)一端轴向限位挡环(2.3c3)与外花键Ⅵ(2.3a1)端面接触，外径位置还设有安装弹簧(2.3d)的轴向凸出限位环(2.3c4)，内花键Ⅴ(2.3c1)长度≥外花键Ⅵ(2.3a1)与外花键Ⅳ(2.3b1)长度，另一端设有长度≥外花键Ⅳ(2.3b1)的无齿空圈(2.3c2)，无齿空圈(2.3c2)外径或另一端外径安装推力轴承(2.3c7)，压缩弹簧(2.3d)一端限位在弹性挡圈(2.3e)处，另一端推动管状件(2.3c)使其内花键Ⅴ(2.3c1)与外花键Ⅵ(2.3a1)、外花键Ⅳ(2.3b1)啮合；离合部分拉动或推动推力轴承(2.3c7)使管状件(2.3c)向动力输入侧移动，外花键Ⅳ(2.3b1)位于无齿空圈(2.3c2)内离合器(2.3)分离。

6.根据权利要求5所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：电磁式吸拉或推力开关(2.3f)为圆环状单个或圆柱状n个的形式，设置圆柱状n个形式时其数量n≥2，并且按圆周均布，其推拉爪(2.3f1)采用圆形等厚度的饼式结构，推力式推杆直接推动推力轴承(2.3c7)，推拉爪(2.3f1)或推杆与推力轴承(2.3c7)之间设置缓冲弹簧(2.3c8)及碗式环形挡圈(2.3c9)，由弹性挡圈(2.3e)定位，碗式环形挡圈(2.3c9)与推拉爪或推杆之间留有间隙；液压式离合器(2.3)的液压缸(2.3fa)为圆环状弹簧复位式，环形缸体(2.3fa1)两端设置液压油管(2.3fa6)及换气管(2.3fa7)，换气管(2.3fa7)引出变速器外壳(2.7)外各缸串联后从端部引出；柱塞(2.3fa2)凸起的圆柱面设有密封圈与缸体(2.3fa1)密封，凸起的圆柱面(2.3fa2)两侧设有轴向外伸的环形轴颈兼活塞杆(2.3fa3)，其外径与2个液压缸端盖(2.3fa4)密封，靠近推力轴承(2.3c7)液压缸端盖(2.3fa4)内侧安装复位弹簧(2.3fa5)，另一侧液压缸端盖(2.3fa4)与柱塞(2.3fa2)侧面形成液压腔；电磁吸拉或推力开关(2.3f)或液压缸(2.3fa)由连接件(2.3f2)经螺栓固定在支架(2.3g)上，支架(2.3g)安装在变速器外壳(2.7)上。

7.根据权利要求5所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：还包括接近开关(2.5)，所述接近开关(2.5)安装在支架(2.3g)上或通过连接件(2.3f2)与外壳(2.7)连接，电磁吸拉或推力开关(2.3f)动、静铁心接近结合前或保持电磁铁动、静铁心结合时，推力轴承(2.3c7)或推拉爪(2.3f1)与接近开关(2.5)接近并导通继电器切断吸拉线圈电路，由保持线圈吸拉动铁心与静铁心吸合并保位；保持电磁铁则由永磁磁铁保持铁心吸合并保位；液压缸(2.3fa)内漏导致管状件(2.3c)位移，接近开关(2.5)导通驱动电磁阀开通补油保位，漏油经换气管(2.3fa7)排出机体排气后进入系统循环；接近开关(2.5)与PLC(可编程序控制器)连接自动控制及远程可视档位信息。

8.根据权利要求5所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：离合器(2.3)上的凹型槽(2.3a3)延圆周间隔均布设有径向小透孔(2.4)，小透孔(2.4)从外花键Ⅵ(2.3a1)凹处穿过圆环状凹型槽(2.3a3)及管状件(2.3a)内壁；高速级离合器(2.3)一端环状凸形环(2.3b3)改为与圆环状凹型槽(2.3a3)对称的凹形槽(2.3b31)，凹形槽(2.3b31)与圆环状凹型槽(2.3a3)凹槽中浮动安装铜合金或耐磨合金制成的环状件(2.3h)。

9.根据权利要求1所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：所述离合器管状件(2.3c)在内弹簧(2.3d1)推动下到动力输入侧的弹性挡圈(2.3e)止，外花键Ⅳ(2.3b1)位于无齿空圈(2.3c2)内离合器(2.3)常开；主动轴外花键Ⅱ(2.1b)与常开式离合器(2.3)动力输入侧太阳轮内花键Ⅱ(2.2a1)啮合时，管状件(2.3c)在离合部分驱动下向动力输出侧移动，其内花键Ⅴ(2.3c1)与外花键Ⅳ(2.3b1)啮合离合器(2.3)结合。

10.根据权利要求2所述的安装有自动换挡变速的行星齿轮变速器的卷扬机，其特征在于：n级行星齿轮架与卷筒(4)之间设置离合器(2.3)，离合器(2.3)动力输出侧管状件(2.3b)与卷筒(4)连接，管状件(2.3b)内径设置内花键Ⅱ(2.2a1)，主动轴外花键Ⅱ(2.1b)与内花键Ⅱ(2.2a1)啮合离合器(2.3)自动分离，电动机(1)或液压马达经主动轴(2.1)直接驱动卷筒(4)转动。