CN110255410B - 起升变速机构及起升装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起升变速机构及起升装置，该起升变速机构包括：输入轴，连接动力源，用于提供驱动力；差动机构，采用周转轮系结构，包括输入端、调节端及输出端，所述输入端连接所述输入轴，所述输出端经减速机构连接起升部件；变速调节机构，连接于所述输入轴与所述调节端之间，用于根据所述起升部件承受的负载重量控制所述调节端的状态，所述调节端的状态包括：所述调节端处于锁定的第一状态、所述调节端随所述输入轴联动的第二状态；其中，所述第二状态下所述输出端的转速高于所述第一状态下所述输出端的转速。

Description

起升变速机构及起升装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种起升变速机构及起升装置。

背景技术

塔式起重机(简称塔机)是建筑工程施工中最重要的机械设备之一，随着建筑物的升高，塔机的吊钩起升高度可达数百米之高。由于空载吊钩的升降行程约占总升降行程的50％，因此，在装机功率匹配的允许条件下，吊钩空载高速运行，负载低速运行，是提高起升机构运行效率的理想模式。

相关技术中，为了实现起升速度的调节，一般采用双速或特种电机，或对普通电机采用变频调速方式。其中，特种电机制作工艺复杂，产品达不到经济批量的后果是市场供货价高质低，这是难以接受的；变频调速所带来的问题是，三相交流的频率越高，其电机本身的功率损耗就会高，当电机输出轴超过每分钟3000转时，减速机的成本也会大幅增加。若在传动系统中采用变速调节，往往由于变速档位调节过程中存在切换时隙导致空转，从而影响起升机构的运行可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种起升变速机构及起升装置，旨在实现起升装置跟随负载的变化智能实现速度切换，提高运行效率及可靠性。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种起升变速机构，包括：

输入轴，连接动力源，用于提供驱动力；

差动机构，采用周转轮系结构，包括输入端、调节端及输出端，所述输入端连接所述输入轴，所述输出端经减速机构连接起升部件；

变速调节机构，连接于所述输入轴与所述调节端之间，用于根据所述起升部件承受的负载重量控制所述调节端的状态，所述调节端的状态包括：所述调节端处于锁定的第一状态、所述调节端随所述输入轴联动的第二状态；

其中，所述第二状态下所述输出端的转速高于所述第一状态下所述输出端的转速。

可选地，所述变速调节机构包括：

磁力联轴器，包括磁力主动轮、磁力被动轮及支撑所述磁力主动轮和所述磁力被动轮的中心轴，所述磁力主动轮连接所述输入轴，所述磁力被动轮与所述磁力主动轮磁耦合且能沿所述中心轴的轴向位移，所述中心轴与所述调节端传动连接；

测力机构，设于所述磁力被动轮和所述中心轴上，用于检测所述起升部件承受的负载重量并转换为沿所述中心轴轴向的作用力；

锁止机构，用于在所述作用力大于或等于设定阈值时控制所述中心轴锁定，使得所述调节端锁定。

可选地，所述测力机构包括：

转矩轮，固定连接所述磁力被动轮，所述转矩轮在圆周面上设置沿径向延伸的传力柱；

螺旋槽轮，经传动齿轮连接所述中心轴，所述螺旋槽轮沿圆周设置与所述传力柱配合的螺旋槽，使得所述转矩轮经所述传力柱与所述螺旋槽传递转矩并产生沿所述中心轴轴向的所述作用力；

测力弹簧机构，用于在所述作用力大于或等于所述设定阈值时，将所述作用力转换为所述转矩轮的轴向位移。

可选地，所述测力弹簧机构包括：

移动弹簧安装件，与所述转矩轮抵接，且套设于所述中心轴上并能沿所述中心轴轴向位移；

固定弹簧安装件，相对于所述中心轴固定；

测力弹簧，设于所述移动弹簧安装件与所述固定弹簧安装件之间，用于在所述作用力大于或等于所述设定阈值时，将所述作用力转换为所述转矩轮的轴向位移，并推动所述移动弹簧安装件位移。

可选地，所述锁止机构包括：

径向锁止机构，用于将所述转矩轮的轴向位移转换为沿径向的位移以将所述中心轴锁定至固定工作台；和/或，

轴向锁止机构，用于在所述转矩轮的轴向位移下将所述中心轴锁定至固定工作台。

可选地，所述变速调节机构包括：

蜗轮，连接所述调节端，用于经所述调节端检测所述起升部件承受的负载重量；

蜗杆，连接蜗轮，用于将所述负载重量转换为所述蜗杆沿轴向的作用力；

测力调节机构，用于在所述作用力小于设定阈值时将蜗杆耦合至所述输入轴且在所述作用力大于或等于所述设定阈值时断开所述耦合。

可选地，所述测力调节机构包括：

第一传动部，连接所述输入轴；

第二传动部，连接所述蜗杆，

弹性机构，抵接所述蜗杆，用于在所述作用力小于设定阈值时，驱动所述第二传动部与所述第一传动部耦合；在所述作用力大于或等于所述设定阈值时，驱动所述第二传动部与所述第一传动部断开所述耦合。

可选地，所述差动机构为差速器或者包括内齿圈的行星齿轮机构。

第二方面，本发明实施例提供一种起升装置，包括：电动机、起升机构及前述任一实施例所述的起升变速机构。

可选地，所述起升机构包括：卷筒及设于所述转筒上的钢丝绳，所述钢丝绳的末端设置吊钩。

本发明实施例的技术方案中，通过设置差动机构，且差动机构采用周转轮系结构，该差动机构的输入端连接输入轴，输出端经减速机构连接用于承载负载的起升部件，还包括连接于所述输入轴与所述调节端之间的变速调节机构，该变速调节机构根据所述起升部件承受的负载重量控制所述调节端的状态，所述调节端的状态包括：所述调节端处于锁定的第一状态、所述调节端随所述输入轴联动的第二状态；其中，所述第二状态下所述输出端的转速高于所述第一状态下所述输出端的转速，从而实现了起升装置跟随负载的变化智能实现速度切换，利于提高运行效率及可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例中起升变速机构的原理示意图；

图2为本发明一实施例中起升变速机构的传动原理示意图；

图3为本发明一实施例中变速调节机构的结构示意图；

图4为本发明另一实施例中起升变速机构的传动原理示意图。

附图标记说明：

1输入轴；

2 差动机构；2A 输入端；2B调节端；2C输出端；

3、5 变速调节机构；

4 减速机构

10 电动机；11 第一齿轮；12 第二齿轮；

13 制动器；14 第三齿轮；

31 磁力联轴器；32 中心轴；

33 转矩轮；331 传力柱；

34 螺旋槽轮；341 螺旋槽；

35 第一传动齿轮；

36 抵压件；

37 测力弹簧机构；

371 移动弹簧安装件；372 测力弹簧；373 固定弹簧安装件；374 第一限位弹簧；

38 第一锁止件；39 第二锁止件；

40 径向锁止机构；401 内齿轮；402 行星齿轮；403 行星齿轮架；

404 行星齿轮轴；405 推力楔块；406 推力杠杆；407 平行连杆；

511 第一传动部；512 第二传动部；

52 蜗杆；53 蜗轮；

54 弹性机构；55 第二限位弹簧；56 第二传动齿轮；57 第三传动齿轮；

6 壳体。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。另外，以下所提供的实施例是用于实施本发明的部分实施例，而非提供实施本发明的全部实施例，在不冲突的情况下，本发明实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例提供了一种起升变速机构，该起升变速机构可以根据负载的重量变化调节升降速度。请参阅图1，本发明实施例起升变速机构包括：输入轴1、差动机构2及变速调节机构3。其中，输入轴1连接动力源，该动力源可以为电动、液压或者气动驱动装置，用于为起升变速机构提供驱动力；差动机构2采用周转轮系结构，包括输入端2A、调节端2B及输出端2C，输入端2A连接输入轴1，输出端2C经减速机构连接起升部件；变速调节机构3连接于输入轴1与调节端2B之间，用于根据起升部件承受的负载重量控制调节端2B的状态。该起升部件用于承载负载，以在输出端2C的带动下实现负载的升降位移。调节端2B的状态包括：调节端2B处于锁定的第一状态、调节端2B随输入轴1联动的第二状态；其中，第二状态下输出端2C的转速高于第一状态下输出端2C的转速。本发明实施例中，起升机构在空载或者轻载时，调节端2B随输入轴1的转动而转动，差动机构2的输出端2C的转速较高，经减速机构、起升部件带动负载处于高速低扭的运行状态，从而提高起升效率；当负载的重量大于或等于设定载荷时，变速调节机构3根据检测的载荷使得调节端2B处于锁定的第一状态，即调节端2B相对于固定工作台锁死，使得差动机构2的输出端2C的转速降低，切换至低速高扭的状态，从而承载更大的扭矩。本发明实施例的起升变速机构，可以采用普通电机作为动力源，节省了变频电机的制造加工成本，且能自动识别负载的状态，不需要附加外部操控系统，自动切换高、低速档位，利于提高起升的运行效率。此外，通过周转轮系结构的差速机构与变速调节机构配合，智能实现调节端2B在第一状态、第二状态间的平滑连续切换，有效避免了档位切换过程中因切换时隙导致空转的问题。

在一实施例中，该变速调节机构包括：磁力联轴器、测力机构及锁止机构。该磁力联轴器包括磁力主动轮、磁力被动轮及支撑所述磁力主动轮和所述磁力被动轮的中心轴。所述磁力主动轮连接所述输入轴，所述磁力被动轮与所述磁力主动轮磁耦合且能沿所述中心轴的轴向位移。所述中心轴与所述调节端传动连接。该测力机构设于所述磁力被动轮和所述中心轴上，用于检测所述起升部件承受的负载重量并转换为沿所述中心轴轴向的作用力。该锁止机构用于在所述作用力大于或等于设定阈值时控制所述中心轴锁定，使得所述调节端锁定。

请参阅图2，该磁力联轴器31包括磁力主动轮、磁力被动轮及支撑磁力主动轮和磁力被动轮的中心轴32。磁力主动轮、磁力被动轮共轴安装于中心轴32上，且磁力被动轮与磁力主动轮磁耦合，磁力被动轮能够沿中心轴的轴向位移。

在一示例中，输入轴1连接电动机10，该电动机10提供动力源。输入轴1上固定连接第一齿轮11、第二齿轮12。第一齿轮11连接差速机构2的输入端2A，差速机构2的输出端2C连接减速机构4。该减速机构4用于将输出端2C输出的转速经传动转换后输出至起升机构(图中未示出)。该起升机构用于承载负载，譬如该起升机构包括：卷筒及设于转筒上的钢丝绳，钢丝绳的末端设置挂载负载的吊钩。减速机构4可以经多级齿轮传动来切换传动比，在此不做赘述。可选地，输入轴1上设有用于对输入轴1进行制动处理的制动器13，以在紧急情况下或者检测故障状态下进行制动处理。

本实施例中，磁力主动轮连接输入轴1，譬如，输入轴1的第二齿轮12连接第三齿轮14，第三齿轮14连接磁力主动轮。测力机构设于磁力被动轮和中心轴上，用于检测起升部件承受的负载重量并转换为沿中心轴轴向的作用力。本实施例中，测力机构包括：转矩轮33、螺旋槽轮34、测力弹簧机构37。转矩轮33固定连接磁力被动轮，且转矩轮33在圆周面上设置沿径向延伸的传力柱331。螺旋槽轮34固定连接于中心轴32和第一传动齿轮35上，第一传动齿轮35连接差速机构2的调节端2B。具体地，螺旋槽轮34经第一传动齿轮35连接中心轴32，螺旋槽轮34沿圆周设置与传力柱331配合的螺旋槽341，使得转矩轮33经传力柱331与螺旋槽341传递转矩并产生沿中心轴32轴向的作用力。随着负载重量的增加，转矩轮33经传力柱331与螺旋槽341的配合产生的沿中心轴32轴向的作用力则相应增加。需要说明的是，该传力柱331与螺旋槽341成对设置，且可以为沿圆周向设置的多组。

测力弹簧机构37用于在作用力超过设定阈值时，将作用力转换为转矩轮33的轴向位移。在一实施例中，测力弹簧机构37包括：移动弹簧安装件371、测力弹簧372、固定弹簧安装件373。移动弹簧安装件371与转矩轮33抵接，且套设于中心轴32上并能沿中心轴32轴向位移。示例性地，转矩轮33朝向移动弹簧安装件371的一侧设置沿轴向布置的抵压件36，该抵压件36可以为沿圆周向布置的多个，转矩轮33经抵压件36抵接移动弹簧安装件371。固定弹簧安装件373相对于中心轴固定，譬如，固定弹簧安装件373可以安装固定于壳体上。测力弹簧372设于移动弹簧安装件371与固定弹簧安装件373之间，用于在作用力超过设定阈值时，将作用力转换为转矩轮33的轴向位移，并推动移动弹簧安装件371位移。可选地，移动弹簧安装件371上连接有第一限位弹簧374，该第一限位弹簧374固定于壳体上，用于与测力弹簧372共同配合来实现移动弹簧安装件371的极限位移，提高控制的可靠性。

本实施例中，锁止机构用于在作用力大于或等于设定阈值时控制中心轴32锁定，使得调节端2B锁定，这时，调节端2B不能接收输入轴1传递的动力输入，使得差速机构2的输出端2C处于低速运行状态，该输出端2C经减速机构4带动起升机构，实现对重载负载的起升操作。可选地，锁止机构包括：径向锁止机构，用于将转矩轮的轴向位移转换为沿径向的位移以将中心轴锁定至固定工作台；和/或，轴向锁止机构，用于在转矩轮的轴向位移下将中心轴锁定至固定工作台。

在一示例中，请参阅图2，在一实施例中，移动弹簧安装件371的端部设置第一锁止件38，壳体在与移动弹簧安装件371相对的端部设置第二锁止件39，变速调节机构将重载对应的负荷转换为中心轴轴向的作用力且超过设定阈值时，移动弹簧安装件371沿轴向发生位移，使得第一锁止件38与第二锁止件39锁紧，从而实现了对中心轴的锁止。该第一锁止件38与第二锁止件39形成了轴向锁止机构。

在另一实施例中，可选地，可以采用径向锁止机构，请参阅图3，该径向锁止机构40包括内齿轮401、行星齿轮402、行星齿轮架403、行星齿轮轴404、推力楔块405、推力杠杆406、平行连杆407，该内齿轮401与中心轴32同轴安装并与壳体6固定连接，推力楔块405与移动弹簧安装件371固定安装，行星齿轮架403与中心轴32通过花键同轴安装，行星齿轮架403沿圆周分布铰接安装至少一组推力杠杆406和平行连杆407，行星齿轮轴404铰接安装于推力杠杆406和平行连杆407之上，行星齿轮402安装于行星齿轮轴404之上，行星齿轮402与内齿轮401相啮合并作行星运动，当移动弹簧安装件371轴向移动时，推力楔块405即推动推力杠杆406，使得行星齿轮402沿径向方向平行移动，内齿轮401即通过行星齿轮402和行星齿轮架403对中心轴32产生减速锁止力。

图4示出了本发明另一实施例的起升变速机构的传动原理示意图。请参阅图4，该实施例与图2所示实施例的区别在于变速调节机构的结构不同，其余部分可以参照图2所示的实施例。请参阅图4，该实施例中，变速调节机构5包括：蜗杆52、蜗轮53及测力调节机构。蜗轮53连接调节端2B，用于经调节端2B检测起升部件承受的负载重量。如图4所示，在一实施例中，蜗轮53经第二传动齿轮56、第三传动齿轮57及中间传动机构(如锥齿轮)连接调节端2B。蜗杆52连接蜗轮53，用于将负载重量转换为蜗杆52沿轴向的作用力。测力调节机构用于在作用力小于设定阈值时，将蜗杆52耦合至输入轴1，在作用力大于或等于设定阈值时，断开蜗杆52与输入轴1间的耦合。

在一示例中，测力调节机构包括：第一传动部511、第二传动部512及弹性机构54。第一传动部511连接输入轴1，譬如，输入轴11经第二齿轮12、第三齿轮14连接第一传动部511。第二传动部512与第一传动部511相对设置，且第二传动部512连接蜗杆52。弹性机构54抵接蜗杆52，用于在作用力小于设定阈值时，驱动第二传动部512与第一传动部511耦合；在作用力大于或等于设定阈值时，驱动第二传动部512与第一传动部511断开耦合。这样，在作用力小于设定阈值，即判定负载属于空载或者轻载的状态下，蜗杆52经第一传动部511、第二传动部512的配合引入输入轴1的动力源，从而经蜗杆52带动蜗轮53，将动力源引入差动机构2的调节端2B，从而实现了输出端2C的高速输出；当负载属于重载状态下，若作用力大于或等于设定阈值，则蜗杆52断开耦合，此时，蜗杆52未连接动力源，且由于蜗轮蜗杆间的自锁作用，使得蜗轮53锁定，从而实现了差动机构2的调节端2B的锁定，且有效杜绝了空转导致的运行可靠性的问题。可选地，弹性机构54包括：固定端、移动端及位于二者之间的弹簧，移动端与蜗杆52抵接，移动端上连接有第二限位弹簧55，该第二限位弹簧55固定于壳体上，用于与弹簧共同配合来实现移动端的极限位移，提高控制的可靠性。

在一些实施例中，可以采用具有自锁作用的蜗轮蜗杆替换前述实施例中的转矩轮、螺旋槽轮，由于锁蜗杆结构本身具有自锁能力，因此其功能可替代转矩轮、螺旋槽轮，可以省去锁止机构。需要说明的是，采用转矩轮、螺旋槽轮配合的结构，生成传动过程中转换产生的轴向力，该轴向力经测力弹簧机构作用至锁止机构，从而在重载时实现调节端的锁定。

本发明实施例中，差动机构2可以为差速器或者包括内齿圈的行星齿轮机构，该差速器、包括内齿圈的行星齿轮机构为现有技术，在此不做赘述。

本发明实施例还提供一种起升装置，包括：电动机、起升机构及前述任一实施例的起升变速机构。电动机连接输入轴，差动机构2的输出端2C经减速机构4连接起升机构。该起升装置可以为塔机或者起重吊车或者其他垂直起升设备。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种起升变速机构，其特征在于，包括：

输入轴，连接动力源，用于提供驱动力；

差动机构，采用周转轮系结构，包括输入端、调节端及输出端，所述输入端连接所述输入轴，所述输出端经减速机构连接起升部件；

变速调节机构，连接于所述输入轴与所述调节端之间，用于根据所述起升部件承受的负载重量控制所述调节端的状态，所述调节端的状态包括：所述调节端处于锁定的第一状态、所述调节端随所述输入轴联动的第二状态；

其中，所述第二状态下所述输出端的转速高于所述第一状态下所述输出端的转速。

2.如权利要求1所述的起升变速机构，其特征在于，

所述变速调节机构包括：

磁力联轴器，包括磁力主动轮、磁力被动轮及支撑所述磁力主动轮和所述磁力被动轮的中心轴，所述磁力主动轮连接所述输入轴，所述磁力被动轮与所述磁力主动轮磁耦合且能沿所述中心轴的轴向位移，所述中心轴与所述调节端传动连接；

测力机构，设于所述磁力被动轮和所述中心轴上，用于检测所述起升部件承受的负载重量并转换为沿所述中心轴轴向的作用力；

锁止机构，用于在所述作用力大于或等于设定阈值时控制所述中心轴锁定，使得所述调节端锁定。

3.如权利要求2所述的起升变速机构，其特征在于，

所述测力机构包括：

转矩轮，固定连接所述磁力被动轮，所述转矩轮在圆周面上设置沿径向延伸的传力柱；

螺旋槽轮，经传动齿轮连接所述中心轴，所述螺旋槽轮沿圆周设置与所述传力柱配合的螺旋槽，使得所述转矩轮经所述传力柱与所述螺旋槽传递转矩并产生沿所述中心轴轴向的所述作用力；

测力弹簧机构，用于在所述作用力大于或等于所述设定阈值时，将所述作用力转换为所述转矩轮的轴向位移。

4.如权利要求3所述的起升变速机构，其特征在于，

所述测力弹簧机构包括：

移动弹簧安装件，与所述转矩轮抵接，且套设于所述中心轴上并能沿所述中心轴轴向位移；

固定弹簧安装件，相对于所述中心轴固定；

测力弹簧，设于所述移动弹簧安装件与所述固定弹簧安装件之间，用于在所述作用力大于或等于所述设定阈值时，将所述作用力转换为所述转矩轮的轴向位移，并推动所述移动弹簧安装件位移。

5.如权利要求2所述的起升变速机构，其特征在于，

所述锁止机构包括：

径向锁止机构，用于将所述转矩轮的轴向位移转换为沿径向的位移以将所述中心轴锁定至固定工作台；和/或，

轴向锁止机构，用于在所述转矩轮的轴向位移下将所述中心轴锁定至固定工作台。

6.如权利要求1所述的起升变速机构，其特征在于，

所述变速调节机构包括：

蜗轮，连接所述调节端，用于经所述调节端检测所述起升部件承受的负载重量；

蜗杆，连接蜗轮，用于将所述负载重量转换为所述蜗杆沿轴向的作用力；

测力调节机构，用于在所述作用力小于设定阈值时将蜗杆耦合至所述输入轴且在所述作用力大于或等于所述设定阈值时断开所述耦合。

7.如权利要求6所述的起升变速机构，其特征在于，

所述测力调节机构包括：

第一传动部，连接所述输入轴；

第二传动部，连接所述蜗杆，

弹性机构，抵接所述蜗杆，用于在所述作用力小于设定阈值时，驱动所述第二传动部与所述第一传动部耦合；在所述作用力大于或等于所述设定阈值时，驱动所述第二传动部与所述第一传动部断开所述耦合。

8.如权利要求1所述的起升变速机构，其特征在于，

所述差动机构为差速器或者包括内齿圈的行星齿轮机构。

9.一种起升装置，其特征在于，包括：电动机、起升机构及如权利要求1至8任一所述的起升变速机构。

10.如权利要求9所述的起升装置，其特征在于，所述起升机构包括：卷筒及设于所述转筒上的钢丝绳，所述钢丝绳的末端设置吊钩。

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