CN203516639U - 用于塔机的无级调速装置和塔机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于塔机的无级调速装置和塔机，用于塔机的无级调速装置包括主动带轮总成、金属带和被动带轮总成;主动带轮总成包括主动带轮轴和主动带轮;被动带轮总成包括被动带轮和被动带轮轴;还包括与被动带轮轴连接的行星机构;以及，与主动带轮轴及行星机构连接的前置定轴轮系减速装置。本实用新型利用金属带式无级变速装置作为调速装置，取代原来电机的调速功能，电机只起到提供动力的作用，因此电机及其控制器的要求降低，结构简化，降低了成本;使用行星机构与金属带式无级变速装置结合，使系统的减速比增大，速比范围增大，能满足塔机重载低速，轻载高速的要求，安全可靠。

Description

用于塔机的无级调速装置和塔机

技术领域

本实用新型涉及建筑机械技术领域，特别地，涉及一种用于塔机的无级调速装置和塔机。 

背景技术

随着我国建筑业的不断发展，建筑施工机械自动化水平的不断提高，对塔机的制造质量和整机技术水平的要求也越来越高。而塔机的起升装置的调速控制系统在其中起到非常重要的作用，该系统在变速过程中产生的机械冲击的大小将直接影响塔机结构件的疲劳损伤程度。 

目前，在国内外应用于塔机升降装置的调速方式，主要有以下几种： 

1、电磁离合器换挡的减速器加带涡流制动的单速绕线转子电机，该方式由于电磁离合器寿命短，可靠性差，而逐渐被淘汰。 

2、普通减速器加带涡流制动的多速绕线转子电机，该方式结构简单，可靠性高，但多速绕线转子电机需要的接触器价格很昂贵。 

3、差动行星减速器加双电机，该方式调速比范围大，能满足重载低速，轻载高速的要求，但结构复杂，成本高。 

4、变频调速，运行平稳无冲击，但频率不能太高，否则对塔机的摇晃较大；变频器的成本太高。 

以上几种调速方式基本是依靠电机本身的调速特性实现调速，对电机及其控制器的要求较高。而用于汽车无级变速器的金属带式无级变速装置，结构简单，在电机恒定转速输出的情况下，能实现无级调速，平稳吸振。但相对塔机而言，此种无级变速装置的变速比较小，变速比范围较窄（5-6），无法满足塔机正常运行的需求。因此，如何设计结构简单，成本低廉，且运行安全可靠的塔机无级调速装置，一直是业界亟待解决的难题。 

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于塔机的无级调速装置和塔机，以解决塔机电机及其控制器结构复杂、成本高、可靠性差的技术问题。 

为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于塔机的无级调速装置，包括：主动带轮总成、金属带和被动带轮总成，主动带轮总成通过金属带与被动带轮总成连接；主动带轮总成包括以金属带为对称轴对称设置的主动带轮轴和主动带轮；被动带轮总成包括以金属带为对称轴对称设置的被动带轮和被动带轮轴；还包括:与被动带轮轴连接的行星机构；以及，与主动带轮轴及行星机构连接的前置定轴轮系减速装置。 

进一步地，行星机构包括与被动带轮轴连接的太阳轮、连接前置定轴轮系减速装置的齿圈、与太阳轮和齿圈啮合的行星轮以及用于支撑行星轮和输出动力的行星架。 

进一步地，前置定轴轮系减速装置包括第一齿轮副、第二齿轮副、第三齿轮副；第一齿轮副的主动齿轮固定在主动带轮轴上，第一齿轮副的被动齿轮与第二齿轮副的主动齿轮固定在同一轴上，第二齿轮副的被动齿轮与第三齿轮副的主动齿轮固定在同一轴上，第三齿轮副的被动齿轮固定在行星机构的齿圈上。 

进一步地，包括与主动带轮轴及被动带轮轴连接的保险装置。 

进一步地，保险装置包括主动齿轮、被动齿轮、惰轮、单向离合器和离合器；主动齿轮固定在主动带轮轴上，被动齿轮通过轴承连接在被动带轮轴上，主动齿轮、被动齿轮均与惰轮啮合；单向离合器的一端与被动齿轮固定，另一端与被动带轮轴固定；离合器的一端与被动齿轮固定，另一端与被动带轮轴固定。 

进一步地，主动带轮呈锥形盘状，且可于主动带轮轴上滑动；被动带轮呈锥形盘状，且可于被动带轮轴上滑动。 

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种塔机，包括驱动单元、无级调速装置、换向离合器、定轴轮系减速机构；无级调速装置为前述的用于塔机的无级调速装置；驱动单元连接用于塔机的无级调速装置的主动带轮轴，换向离合器的一端与用于塔机的无级调速装置的行星机构连接，另一端与定轴轮系减速机构连接。 

进一步地，定轴轮系减速机构包括第一减速齿轮副、第二减速齿轮副、第三减速齿轮副；第一减速齿轮副的主动减速齿轮与换向离合器连接，第一减速齿轮副的被动减速齿轮与第二减速齿轮副的主动减速齿轮固定在同一轴上，第二减速齿轮副的被动减速齿轮与第三减速齿轮副的主动减速齿轮固定在同一轴上，第三减速齿轮副的被动减速齿轮为动力输出端。 

进一步地，包括与定轴轮系减速机构连接的制动器。 

进一步地，驱动单元为电机。 

本实用新型具有以下有益效果： 

1、无级调速装置利用金属带式无级变速装置作为调速装置，取代原来电机的调速功能，电机只起到提供动力的作用，因此电机及其控制器的要求降低，结构简化，只需要使用普通的电机即可，降低了成本；且无级变速装置调速平稳、无冲击。 

2、使用行星机构与金属带式无级变速装置结合，使系统的减速比增大，速比范围增大，能满足塔机重载低速，轻载高速的要求。 

3、系统工作安全可靠，保险装置保证了即使在金属带失效时，整个系统也能安全地完成起升或下降工作。 

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。 

附图说明

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

图1是本实用新型一种用于塔机的无级调速装置优选实施例的结构示意图；以及 

图2是本实用新型一种塔机优选实施例的结构示意图。 

附图标记说明：115、金属带；111、主动带轮轴；113、主动带轮；117、被动带轮；119、被动带轮轴；15、行星机构；13、前置定轴轮系减速装置；151、太阳轮；13、前置定轴轮系减速装置；157、齿圈；153、行星轮；155、行星架；131、第一齿轮副；133、第二齿轮副；135、第三齿轮副；17、保险装置；171、主动齿轮；175、被动齿轮；173、惰轮；177、单向离合器；179、离合器；3、换向离合器；5、定轴轮系减速机构；100、第一减速齿轮副；101、第二减速齿轮副；102、第三减速齿轮副；7、制动器。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。 

请参阅图1，本实用新型的优选实施例提供了一种用于塔机的无级调速装置，包括：主动带轮总成、金属带115和被动带轮总成，主动带轮总成通过金属带115与被动带轮总成连接。主动带轮总成包括以金属带115为对称轴对称设置的主动带轮轴111和主动带轮113；被动带轮总成包括以金属带115为对称轴对称设置的被动带轮117和被动带轮轴119。主动带轮轴111与被动带轮117位于金属带115的一侧，主动带轮113与被动带轮轴119位于金属带115的另一侧。 

行星机构15包括与被动带轮轴119连接的太阳轮151、连接前置定轴轮系减速装置13的齿圈157、与太阳轮151和齿圈157啮合的行星轮153以及用于支撑行星轮153和输出动力的行星架155。 

前置定轴轮系减速装置13包括第一齿轮副131、第二齿轮副133、第三齿轮副135；第一齿轮副131的主动齿轮固定在主动带轮轴111上，第一齿轮副131的被动齿轮与第二齿轮副133的主动齿轮固定在同一轴上，第二齿轮副133的被动齿轮与第三齿轮副135的主动齿轮固定在同一轴上，第三齿轮副135的被动齿轮固定在行星机构15的齿圈157上。 

本优选实施例提供的用于塔机的无级调速装置，其具体实现过程如下： 

其中，动力从主动带轮轴111输入，经金属带115与被动带轮总成传递至行星机构15的太阳轮151，然后，动力从行星机构15两路流出，一路经齿圈157与前置定轴轮系减速装置13流回，行成功率回流；另一路经行星机构15的行星架155输出。这样主动带轮总成、金属带115和被动带轮总成组成无级调速装置实现无级调速，行星机构15功率回流能实现大的减速比及大的减速比范围（最大加速比与最小减速比的比值）。 

优选地，为保证在金属带115失效的情况下，整个系统能正常工作，提高整个系统的可靠性。前述用于塔机的无级调速装置，还包括与主动带轮轴111及被动带轮轴119连接的保险装置17。保险装置17包括主动齿轮171、被动齿轮175、惰轮173、单向离合器177和离合器179。主动齿轮171固定在主动带轮轴111上，被动齿轮175通过轴承连接在被动带轮轴119上，主动齿轮171、被动齿轮175均与惰轮173啮合。单向离合器177的一端与被动齿轮175固定，另一端与被动带轮轴119固定。离合器179的一端与被动齿轮175固定，另一端与被动带轮轴119固定。 

优选地，主动带轮113呈锥形盘状，且可于主动带轮轴111上滑动；被动带轮117呈锥形盘状，可于被动带轮轴119上滑动。此种结构，可调整主动带轮总成、被动带轮总成与金属带115的接触半径，以满足无级调速的目的。 

本实用新型的优选实施例还提供了一种塔机，包括驱动单元、无级调速装置、换向离合器3、定轴轮系减速机构5。 

无级调速装置为前述的用于塔机的无级调速装置；驱动单元连接用于塔机的无级调速装置的主动带轮轴111，为塔机提供驱动动力。换向离合器3的一端与用于塔机的无级调速装置的行星机构15连接，另一端与定轴轮系减速机构5连接。用于控制定轴轮系减速机构5的输入转速与行星架155输出的转速相同或相反，并控制塔机所吊工件的上升或下降。 

优选地，为进一步降低转速，增大扭矩，满足塔机的工作需要。定轴轮系减速机构5包括第一减速齿轮副100、第二减速齿轮副101、第三减速齿轮副102。第一减速齿轮副100的主动减速齿轮与换向离合器3连接，第一减速齿轮副100的被动减速齿轮与第二减速齿轮副101的主动减速齿轮固定在同一轴上，第二减速齿轮副101的被动减速齿轮与第三减速齿轮副102的主动减速齿轮固定在同一轴上，第三减速齿轮副102的被动减速齿轮为动力输出端。 

优选地，塔机还包括与定轴轮系减速机构5连接的制动器7。在紧急情况或其它需要的情况下，作业员可以使用制动器7使定轴轮系减速机构5停止转动，使整个塔机停止运转，防止安全事故发生。 

优选地，驱动单元为普通的电机，进一步降低设备成本。 

本优选实施例提供的塔机，其具体实现过程如下： 

电机的输出转速n₀经无级调速装置（变速比i_c）变速后，到达太阳轮151的转速为n_s＝n₀/i_c。同时由于第一齿轮副131的主动齿轮固定在主动带轮轴111上，其转速与电机转速相同，即n₀，经前置定轴轮系减速装置13减速（总减速比-i_a，“-”表示与电机转速相反）后，到达齿圈157的转速为n_r＝-n₀/i_a，根据行星机构的特性，有 

n_s+an_r-(1+a)n_c，其中α为行星机构的特性参数，其值为齿圈与太阳轮的齿数比。 

所以 

$n_c=\frac{n_s+{\mathrm{an}}_r}{(1+a)}=\frac{n_0/i_c-{\mathrm{an}}_0/i_a}{(1+a)}$

从电机的输入到行星架155输出的速比 

$i_o=\frac{n_0}{n_c}=\frac{(1+a)i_c{i}_a}{i_a-{\mathrm{ai}}_c}$

由于i_c可以在i_cmin～i_cmax内连续变化，速比范围

i_o也能在一定范围内连续变化，其变化范围为 

$i_{o\min }=\frac{(1+a)i_{c\min }{i}_a}{i_a-{\mathrm{ai}}_{c\min }}$

$i_{o\max }=\frac{(1+a)i_{c\max }{i}_a}{i_a-{\mathrm{ai}}_{c\max }}$

即速比范围为 

$d_o=\frac{i_{c\max }}{i_{c\min }}=\frac{d_c(i_a-{\mathrm{ai}}_{c\min })}{(i_a-d_c{\mathrm{ai}}_{c\min })}=\frac{d_c(\frac{i_a}{a}-i_{c\min })}{\left(\frac{i_a}{a}{-d}_c{i}_{c\min }\right)}$

对某一特定无级变速装置而言，d_c和i_cmin为定值，通过变换的值，可以得到需要的d_o值，例如，d_c＝5.5，i_cmin＝0.4，需要d_o＝20，则

取值2.883。 

可见，本实用新型可得到很大的速比范围，满足塔机重载低速，轻载高速的要求。 

本实用新型的薄弱环节在金属带115，其失效模式为断裂。如果金属带115断裂，太阳轮151没有了来自电机的动力，其转速逐渐下降，从行星架155输出的转速也相应下降，因此金属带115刚断裂时，整个系统是安全的。但随着太阳轮151转速下降到某一值时，行星架155输出的转速降为0，然后反向加速转动，产生危险。保险装置17可起到保护作用，防止上述危险发生。其保护主要过程如下： 

保险装置17的主动齿轮171与被动齿轮175的减速比i_b略大于i_cmax，由于主动齿轮171的转速与主动带轮轴111的转速一致（n₀），所以正常工作时，被动齿轮175的转速（n₀/i_b）始终小于被动带轮轴119的转速（n₀/i_c），单向离合器177不工作。当金属带115失效时，太阳轮151及被动带轮轴119转速下降，当下降到n₀/i_b时，单向离合器177工作，使被动带轮轴119的转速与被动齿轮175的转速一致，不再下降，从行星架155输出的转速也不再下降，工件的运动速度也不再变化，并以此速度运行到终点。 

离合器179与单向离合器177一起起到双保险作用。离合器179处于常开状态，当金属带115失效时，得到指令而接合，使被动带轮轴119的转速与被动齿轮175的转速一致。由于离合器179由液压控制，而且是根据指令被动工作，动作会有些滞后，因此单向离合器177可以弥补离合器179的缺陷。 

惰轮173的作用是改变被动齿轮175的转动方向，使其与被动带轮轴119转动方向一致。 

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果： 

1、无级调速装置利用金属带式无级变速装置作为调速装置，取代原来电机的调速功能，电机只起到提供动力的作用，因此电机及其控制器的要求降低，结构简化，只需要使用普通的电机即可，降低了成本；且无级变速装置调速平稳、无冲击。 

2、使用行星机构与金属带式无级变速装置结合，使系统的减速比增大，速比范围增大，能满足塔机重载低速，轻载高速的要求。 

3、系统工作安全可靠，保险装置保证了即使在金属带失效时，整个系统也能安全地完成起升或下降工作。 

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种用于塔机的无级调速装置，包括： 

主动带轮总成、金属带（115）和被动带轮总成，所述主动带轮总成通过所述金属带（115）与所述被动带轮总成连接； 

所述主动带轮总成包括以所述金属带（115）为对称轴对称设置的主动带轮轴（111）和主动带轮（113）； 

所述被动带轮总成包括以所述金属带（115）为对称轴对称设置的被动带轮（117）和被动带轮轴（119）； 

其特征在于，还包括： 

与所述被动带轮轴（119）连接的行星机构（15）；以及 

与所述主动带轮轴（111）及所述行星机构（15）连接的前置定轴轮系减速装置（13）。 

2.根据权利要求1所述的用于塔机的无级调速装置，其特征在于： 

所述行星机构（15）包括与所述被动带轮轴（119）连接的太阳轮（151）、连接所述前置定轴轮系减速装置（13）的齿圈（157）、与所述太阳轮（151）和所述齿圈（157）啮合的行星轮（153）以及用于支撑所述行星轮（153）和输出动力的行星架（155）。 

3.根据权利要求2所述的用于塔机的无级调速装置，其特征在于： 

所述前置定轴轮系减速装置（13）包括第一齿轮副（131）、第二齿轮副（133）、第三齿轮副（135）； 

所述第一齿轮副（131）的主动齿轮固定在所述主动带轮轴（111）上，所述第一齿轮副（131）的被动齿轮与所述第二齿轮副（133）的主动齿轮固定在同一轴上，所述第二齿轮副（133）的被动齿轮与所述第三齿轮副（135）的主动齿轮固定在同一轴上，所述第三齿轮副（135）的被动齿轮固定在所述行星机构（15）的齿圈（157）上。 

4.根据权利要求1所述的用于塔机的无级调速装置，其特征在于： 

包括与所述主动带轮轴（111）及所述被动带轮轴（119）连接的保险装置（17）。 

5.根据权利要求4所述的用于塔机的无级调速装置，其特征在于： 

所述保险装置（17）包括主动齿轮（171）、被动齿轮（175）、惰轮（173）、单向离合器（177）和离合器（179）； 

所述主动齿轮（171）固定在所述主动带轮轴（111）上，所述被动齿轮（175）通过轴承连接在所述被动带轮轴（119）上，所述主动齿轮（171）、所述被动齿轮（175）均与所述惰轮（173）啮合； 

所述单向离合器（177）的一端与所述被动齿轮（175）固定，另一端与所述被动带轮轴（119）固定； 

所述离合器（179）的一端与所述被动齿轮（175）固定，另一端与所述被动带轮轴（119）固定。 

6.根据权利要求1所述的用于塔机的无级调速装置，其特征在于： 

所述主动带轮（113）呈锥形盘状，且可于所述主动带轮轴（111）上滑动；所述被动带轮（117）呈锥形盘状，且可于所述被动带轮轴（119）上滑动。 

7.一种塔机，包括驱动单元、无级调速装置、换向离合器（3）、定轴轮系减速机构（5），其特征在于： 

所述无级调速装置为根据权利要求1至6中任一项所述的用于塔机的无级调速装置；所述驱动单元连接所述用于塔机的无级调速装置的主动带轮轴（111），所述换向离合器（3）的一端与所述用于塔机的无级调速装置的行星机构（15）连接，另一端与所述定轴轮系减速机构（5）连接。 

8.根据权利要求7所述的塔机，其特征在于： 

所述定轴轮系减速机构（5）包括第一减速齿轮副（100）、第二减速齿轮副（101）、第三减速齿轮副（102）； 

所述第一减速齿轮副（100）的主动减速齿轮与所述换向离合器（3）连接，所述第一减速齿轮副（100）的被动减速齿轮与所述第二减速齿轮副（101）的主动减速齿轮固定在同一轴上，所述第二减速齿轮副（101）的被动减速齿轮与所述第三减速齿轮副（102）的主动减速齿轮固定在同一轴上，所述第三减速齿轮副（102）的被动减速齿轮为动力输出端。 

9.根据权利要求7所述的塔机，其特征在于： 

包括与所述定轴轮系减速机构（5）连接的制动器（7）。 

10.根据权利要求7所述的塔机，其特征在于： 

所述驱动单元为电机。 

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