CN2400635Y - 一种用于软启动和无级变速的传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于重载机械设备软启动和无级变速的传动装置,包括行星减速器,其输入轴的一端与主电动机的输出轴连接,另一端与太阳轮连接,行星架支撑在传动装置的壳体且是输出部件,行星轮支撑在行星架上并随之转动。内齿圈支撑在壳体上并经行星轮与太阳轮啮合。内齿圈上有与蜗杆啮合的蜗轮齿圈。辅助电动机驱动蜗杆并经变频控制器与电源连接。该装置能实现重载机械设备软启动、软制动、无级变速、多驱动平衡并防止电动机超速。

Description

一种用于软启动和无级变速的传动装置

本实用新型涉及一种用于重载机械设备软启动和无级变速的传动装置，包括一个可差动的行星减速器，所述的行星减速器的输入轴的一端与主电动机的输出轴固定相连，其另一端与行星减速器的太阳轮固定连接；行星减速器的行星架可转动地支撑在所述的传动装置的壳体上，所述的行星架是所述的传动装置的输出部件，行星轮可转动地支撑在上述行星架上，并可随上述行星架一起转动；内齿圈可转动地支撑在所述的传动装置的壳体上，并通过上述行星轮与所述的太阳轮啮合。

机械设备的“软启动”是指机械设备即使是在重载的工况下也能够按照要求的速度逐步克服整个设备的惯性而缓慢平稳地启动。

对于具有大惯性负载的机械设备而言，软启动不仅能够极为有效地减少启动时电动机对传动装置和执行机构的启动冲击，延长减速器等关键部件的使用寿命，同时还能大大地缩短电动机启动电流的冲击时间，减小对电动机的热冲击负载以及对电网的影响。此外，通过使用软启动技术，在电动机的选型上将可以选用容量较小的电动机，因而也能够减小不必要的设备投资。

我国目前普遍采用限矩型液力偶合器作为软启动装置。实践表明，液力偶合器在使用中存在许多缺点。首先，液力偶合器本身的体积庞大，当它与电动机和减速机连接之后，所占空间更大。其次，液力偶合器的内部机构复杂，现场维护也比较困难。虽然液力偶合器本身有过载保护功能，但它往往是通过使易熔塞熔化来实现过载保护的。易熔塞熔化时，液力偶合器中高温油液将从易熔塞孔中高速喷出，对工作人员和生命安全构成严重的威胁。对液力偶合器重新充液和更换易熔塞也会大大降低生产率，影响设备潜能的充分发挥。此外，从结构和原理的角度来看，液力偶合器的输出转速和输入转速之比通常不能高于97％，即无法实现输入轴和输出轴的同步运行，因而必然存在较大的功率损失，这将会进一步降低传动装置的效率。对于大功率传动来说，这种功率损失往往是不容忽视的。

在国外，另一种使用较多的软启动装置是“液体粘性软启动装置”。其中的液体粘性传动装置利用存在于主、从动摩擦片之间的油膜剪切作用力来传递动力，使得该装置能够在一定范围内实现主、从动轴之间的无级调速和多机同步运行。在结构上，液体粘性软启动装置由一对普通圆柱齿轮和一级行星齿轮减速器组成。其中，行星减速器为低速级，其内齿圈是差动的。液体粘性制动器的动、静摩擦片分别通过花键安装在内齿圈和机壳上。

然而，液体粘性软启动传动装置也有其自身的弱点。首先，对于需要多点驱动的机械设备来说，例如对大型皮带运输机来说，为了平衡各电动机的输出功率，一些液体粘性制动器将始终处于半制动状态，此时制动器中摩擦片之间无法形成完整的油膜，摩擦片彼此金属接触打滑，造成摩擦片的磨损，从而缩短了使用寿命。其次，液体粘性软启动装置因结构的原因无法实现真正的空载启动，使得传动装置在启动时仍会受到一定程度的启动冲击。再次，液体粘性软启动传动装置的控制装置也比较复杂，制造成本较高。

为此，本实用新型的目的在于提供一种用于软启动和无级变速的传动装置，该装置是能够实现重载机械设备软启动、软制动、无级变速、多驱动平衡、以及能够防止电动机超速的一体化传动装置。

为实现上述目的，根据本实用新型提供一种用于重载机械设备软启动和无级变速的传动装置，包括一个可差动的行星减速器，所述的行星减速器的输入轴的一端与主电动机的输出轴固定相连，其另一端与行星减速器的太阳轮固定连接；行星减速器的行星架可转动地支撑在所述的传动装置的壳体上，所述行星架是所述传动装置的输出部件；行星轮可转动地支撑在所述的传动装置的行星架上，并可随上述行星架一起转动；内齿圈可转动地支撑在上述壳体上，并通过上述行星轮与太阳轮啮合；所述的内齿圈上设有与蜗杆相啮合的蜗轮齿圈；所述的蜗杆由辅助电动机通过辅助齿轮传动装置驱动，并且所述的辅助电动机通过变频控制器与电源相连。

根据本实用新型的传动装置，当上述辅助齿轮传动装置中采用了圆锥齿轮时，所述的辅助电动机与主电动机的轴线平行地设置。而当上述辅助齿轮传动装置中均采用圆柱齿轮时，辅助电动机的输出轴与主电动机的轴线垂直地设置。

上述一体化的软启动传动装置能够克服其他软启动传动装置的缺点，具有结构紧凑、传动效率高、控制装置简单、生产成本低、可靠性高和工作寿命长等优点。

上述软启动传动装置主要由主电动机、辅助电动机、差动的行星机构、辅助传动装置和控制装置组成。在软启动、软制动、多驱动平衡、无级变速和防电动机超速的过程中，主电动机和辅助电动机共同参与工作。其中的主电动机为大功率电动机。主要起传递动力的作用；辅助电动机为小功率电动机，起控制速度(速度合成)的作用，辅助电动机的功率主要消耗在对差动的内齿圈的速度控制上。

附图1显示为本实用新型的机械传动示意图。

下面将根据附图1中所表示的一个根据本实用新型的优选实施例对本实用新型进行进一步详细描述。

如图1所示，根据本实用新型的重载机械设备软启动和无级变速的传动装置包括一个可差动的行星减速器1，所述的行星减速器1的输入轴4与主电动机2的输出轴3固定连接在一起。行星减速器1的行星架9可转动地支撑在所述的传动装置的壳体8上。根据本实用新型，行星架9作为所述的传动装置的输出部件与图中没有表示的负载相连。行星轮7也是可转动地支撑在所述行星架9上，并且可以随着行星架9一起转动。内齿轮10可转动地支撑在所述的传动装置的壳体8上，并通过上述的行星轮7与太阳轮6啮合。所述的内齿轮10上设有与蜗杆12相啮合的蜗轮齿圈5。蜗杆12由辅助齿轮传动装置15，14，13，11驱动，并且所述的辅助电动机16通过变频控制器或其他无级调速装置，如电磁调速器等与电源相连。

更具体地说，根据本实用新型的软启动和无级变速传动装置包括一台用于驱动的主电动机。主电动机2的输出轴3与行星减速器1的输出轴4相连，以便将驱动力输入行星减速器1。输入轴4的另一端上连接有太阳轮6，太阳轮6经行星轮7和内齿圈10驱动行星架9，通过所述传动装置的输出轴17将动力输出。根据本实用新型，在内齿圈10上还设有蜗轮齿圈5。蜗轮齿圈5与图1上部所示的蜗杆12相啮合。在软启动和无级变速的传动装置中还设有辅助电动机16，该电动机经锥齿轮和正齿轮组成的辅助齿轮驱动装置驱动蜗杆12。根据本实用新型的传动装置中的主电动机2主要用于驱动差动行星减速器1，以便驱动负载。而所述的辅助电动机16则用于控制内齿圈10的转速，并通过对内齿圈10的转速的控制，来最终实现对所述传动装置的输出轴17的转速控制。

当上述软启动装置开始工作时，在主电动机2开始启动的同时，通过使用未示出的变频控制器对辅助电动机16的转速进行控制，使辅助电动机16的转速与主电动机2的转速始终保持一定的比例关系，也就是说，辅助电动机16的转速应使行星架9和所述的传动装置的输出轴17的转速保持为零。实际上，这时的2K-H行星机构已变为一个行星架9不转动的定轴轮系。因此，主电动机2便能够在真正空载的工况下启动，并达到额定转速。然后，根据预先确定的所述的传动装置的输出轴17的加速度，逐步降低辅助电动机16的转速，即逐步降低内齿圈10的转速，将来自主电动机2的动力逐渐加到与所述传动装置的输出轴17相连的未示出的机械设备上，从而实现机械设备的软启动。

通过主电动机2和辅助电动机16的速度合成，上述软启动传动装置能够在相当大的范围内(从减速到增速)实现无级调速，并且能够可靠和稳定地长期工作在低速状态下，这些特点在工业应用中十分有用，也是液体粘性软启动传动装置所无法实现的。同理，通过主电动机和辅助电动机的速度合成也可以实现机械设备的软制动，即根据要求的速度使机械设备逐步停止下来。

当采用多点驱动时，通过比较各传动点主电动机输出功率的大小，并控制相应的辅助电动机的转速，可方便地使多台电动机的输出功率基本达到平衡，从而能够解决因电动机特性或减速器传动比不匹配所带来的一系列问题。

当机械设备的负载因重力等原因而使机械设备加速运行时，可利用电控装置中的速度传感器采集输出轴的转速信号，并将该转速信号输入到比较器中，比较器发出相应的控制信号，改变辅助电动机的转向和转速，从而能够使输出轴的转速保持不变，这样就能够防止电动机超速运行的现象出现。

与其他的软启动形式相比，这种新型软启动装置有许多值得特别注意的特点。

在结构上，这种新型软启动装置采用了双电动机差速行星齿轮减速机构，取消了复杂的液体粘性制动器及其辅助控制油路装置，使得该装置成为一种“纯”的传统机械装置。在这种装置中，没有明显的薄弱环节，这将大大提高上述装置的工作可靠性，也简化了上述装置的加工工艺。在功能上，上述软启动装置能够在相当大范围内实现无级调速(甚至基速以上)，并且能够可靠和稳定地长期工作在低速状态下；在多点驱动时，能够无损地实现多点电动机的功率平衡；能够防止电动机的超速运行。

在控制上，上述软启动装置仅使用比较可靠的、价格低廉的小功率变频控制技术，而不必研究复杂的液体粘性传动原理，也不必使用对环境要求很高的液压伺服装置。在许多场合，控制装置甚至可以是开环的。

Claims (5)

1.一种用于重载机械设备软启动和无级变速的传动装置，包括一个可差动的行星减速器(1)，所述的行星减速器(1)的输入轴(4)与主电动机(2)的输出轴(3)固定相连，其另一端与行星减速器(1)的太阳轮(6)固定连接；行星减速器(1)的行星架(9)可转动地支撑在所述的传动装置的壳体(8)上，所述行星架(9)是所述传动装置的输出部件；行星轮(7)可转动地支撑在上述行星架(9)上，并可随上述行星架(9)一起转动；内齿圈(10)可转动地支撑在所述的传动装置的壳体(8)上，并通过上述行星轮(7)与所述的太阳轮(6)啮合；其特征在于，所述的内齿圈(10)上设有与蜗杆(12)相啮合的蜗轮齿圈(5)；所述的蜗杆(12)由辅助电动机(16)通过辅助齿轮传动装置(15，14，13，11)驱动，并且所述的辅助电动机(16)通过变频控制器与电源相连。

2.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，当上述辅助齿轮传动装置(15，14，13，11)中采用了圆锥齿轮时，所述的辅助电动机(16)与主电动机的轴线平行地设置。

3.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，当上述辅助齿轮传动装置(15，14，13，11)中均采用圆柱齿轮时，辅助电动机(16)的输出轴与主电动机(2)的轴线垂直地设置。

4.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述的辅助电动机(16)的功率小于所述主电动机(2)的功率。

5.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述的电机速度控制装置是变频控制器或电磁调速器。

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