CN2833237Y - 一种用于可控启动和无级调速的传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于重载机械设备可控启动和无级调速的传动装置，包括一个壳体(13)，一个可差动的行星减速器(1)，一个辅助齿轮传动机构(10)和一个制动器(12)；所述行星减速器(1)包括一个中心轮(3)，一个行星架(6)和一个内齿圈(8)；行星架(6)支承在所述传动装置的壳体(13)上，行星轮(7)支承在上述行星架(6)上，内齿圈(8)支承在传动装置的壳体(13)上；内齿圈(8)上设有与辅助齿轮传动机构(10)中的齿轮(9)相啮合的齿轮(4)，辅助齿轮传动机构(10)的输出轴(11)在传动装置的壳体(13)之外与制动器(12)相连。由于在内齿圈(8)上设置了齿轮(4)，所以能够将制动器(12)布置在壳体(13)之外。由此使得对上述装置的检修非常方便，并且装置工作可靠，成本低廉。

Description

一种用于可控启动和无级调速的传动装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于重载机械设备可控启动和无级调速的传动装置。所述的传动装置作为一种机械传动单元，在非调速类电动机的驱动下，可用于胶带输送机、刮板输送机、各类球磨机、矿山机械、造纸机械、冶金机械以及其它重载机械设备的可控启动和无级调速，同时还可以实现上述机械设备的可控制动和多驱动功率平衡。

背景技术

机械设备的“可控启动”是指机械设备即使是在重载的工况下也能够可控制地按照要求的速度逐步克服整个系统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，可控启动不仅能极为有效地减小启动时电动机对传动系统和执行机构的动力冲击，延长减速器和与其相连的其它重要机械设备的使用寿命，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荷以及对电网的影响。此外，通过使用可控启动技术，在电动机的选型上将可以选用容量较小的电动机，因而也能够减少不必要的设备投资。

按照工作原理的学科领域进行划分，目前国内外常用的可控启动技术主要可分为：

(1)机械类可控启动技术：其特点是，主要通过改变机械系统的工作原理来实现可控启动功能，而不依赖于电动机本身的特性。例如采用液力偶合器、液体粘性离合器、低速大转矩液压马达的可控启动技术；

(2)电机类可控启动技术：其特点是，通过改变电动机的结构或改变电源特性，使得电动机获得良好的可控启动特性，而不依赖于机械系统的工作原理。例如采用软启动器、大功率变频调速器、直流电动机以及开关磁阻电动机的可控启动技术；以及

(3)机电结合类可控启动技术：其特点是，可控启动功能的实现同时依赖于机械系统的工作原理和电动机的工作特性。

采用液力偶合器的可控启动技术：目前，调速型液力偶合器是我国大中型机械设备普遍采用的一种可控启动传动装置。但调速型液力偶合器在可控启动的功能和性能上远远无法满足要求。首先，从机械结构和工作原理的角度来看，液力偶合器的输出转速和输入转速之比通常不能高于97％，即无法实现输入和输出轴的同步运行，因而必然存在较大的功率损失，发热十分严重，这将会显著降低传动系统的效率。对于长期运行的大功率传动来说，这种功率损失会显著增加企业的生产成本，降低企业的经济效益。其次，当采用调速型液力偶合器作为可控启动装置时，电动机的启动电流仍然较大(5～8倍的额定电流)，因此电动机的启动次数要受到严格限制。此外，由于原理结构的制约，调速型液力偶合器的有效调速范围较小，与其它调速方式相比，其可控性较差。再次，调速型液力偶合器体积庞大、系统复杂，并且具有高速旋转的大直径部件，当它分别与电动机和减速机联接之后，所占空间更大，往往难以满足对安装空间有一定限制的应用场合的安装要求。

大功率变频调速可控启动：从技术的角度来看，电动机的变频调速是实现大型机械设备可控启动和无级调速的比较理想的方法之一。目前，小功率变频器的价格已经可以为广大用户所接受。然而，随着功率和电压等级的增加，变频器的价格迅速上扬。目前，大功率变频控制器的价格仍然极为昂贵，并且大功率变频器中的电路板和元器件的维修困难，维护成本很高。

大功率直流电动机调速可控启动：在技术上，采用直流电动机进行可控启动和无级调速也是一种比较理想的方法。直流无级调速和可控启动的主要问题在于：大功率直流电动机体积庞大，且价格昂贵，特别是变电站的投资往往很大，系统复杂。此外，在潮湿或多尘的环境下，直流电动机的整流子、电刷装置及可控硅的控制部分需要经常维护，维护费用也很高。目前，大功率直流调速系统的价格与大功率变频器的价格相当。

采用软启动器的可控启动：软启动器(Soft Starter)是一种在某些情况下可实现电动机软启动和软停车的电机控制装置。它主要由串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路组成。运用不同的方法，通过控制三相反并联闸管的导通角，使电动机的输入电压按预定的要求变化，从而可实现电动机的软启动和软停车。软启动器和变频器是两种用途完全不同的产品。软启动器主要用于电动机的启动过程，其输出只改变电压而不改变频率。软启动器不具备无级调速和功率平衡等功能，因此主要应用于非重要的中小功率传动场合。软启动器在价格上也远低于同功率变频器的价格。

采用液体粘性制动技术可控启动：液体粘性传动(Hydro-viscous drive)是70年代中期发展起来的一种新型流体传动形式，在结构上，它类似于湿式多盘式摩擦离合器。所不同的是，液体粘性传动利用存在于主、从动摩擦片之间的油膜剪切作用力来传递动力，能够实现主、从动轴之间的无级调速和同步运行，并且还能对传动系统进行过载保护。

随着液体粘性传动理论和技术的发展，美国、德国等发达国家的研究人员和机械制造厂商成功地利用液体粘性传动技术的原理，将液体粘性离合器改造为“液体粘性制动器”，并将液体粘性制动器与行星传动技术相结合，生产了一种新型的软启动装置——液体粘性软启动传动装置。

典型的液体粘性软启动装置是美国Dodge公司生产的“连续启动传动装置”(CST)。这种液体粘性软启动装置是一种系统复杂、价格昂贵的设备。CST液体粘性软启动装置由一对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。当软启动开始时，液体粘性制动器处于“分离”状态，内齿圈因行星减速器输出轴的负载较大而差动空转，因此电动机能够在轻载的状态下启动运行。当液体粘性制动器逐渐接合制动时，内齿圈将逐渐减速，而输出轴则渐渐加速，从而实现机械设备的软启动。通过无级地改变液体粘性制动器中摩擦片之间的间隙(油膜厚度)，可以控制输出轴的速度，对负载进行无级调速。

但这种软启动装置在软启动以及无级调速过程中，由于主、从摩擦片之间始终处于相对滑动状态，传动效率很低，功率损失大，发热严重，摩擦片使用寿命短。此外，因摩擦片内置在减速器内部，结构复杂，制造成本高，摩擦片工作条件恶劣，更换维护十分不便。

发明内容

为此，本实用新型的目的在于提供一种能够实现重载机械设备可控启动、可控制动、无级调速和多驱动功率平衡并且传动效率高、工作可靠、便于维修的传动装置。

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可控启动和无级调速的传动装置，包括一个壳体，一个可差动的行星减速器，一个辅助齿轮传动机构和一个制动器；所述行星减速器包括一个作为所述传动装置输入部件的中心轮，一个作为所述传动装置的主输出部件的行星架和一个内齿圈；行星架可转动地支承在所述传动装置的壳体上，行星轮可自转并可随上述行星架一起转动地支承在上述行星架上，内齿圈可转动地支承在所述传动装置的壳体上，并通过上述行星轮与所述的中心轮啮合；所述内齿圈上设有与辅助齿轮传动机构中的齿轮相啮合的齿轮，所述辅助齿轮传动机构的输出轴在所述传动装置的壳体的外部与制动器相连。因此，上述可差动的行星减速器是一种具有一个输入(中心轮)和两个输出(行星架和辅助齿轮传动机构的输出轴)的2K-H差动行星减速器，只要确定了所述中心轮的转速和所述辅助齿轮传动机构输出轴的转速，也就确定了所述行星架的转速，即确定了所述可控启动和无级调速传动装置的转速。

根据本实用新型所述的制动器与行星减速器中心轮的轴线垂直地设置，上述辅助齿轮传动机构与所述内齿圈上设置的齿轮通过圆锥齿轮连接；或所述的制动器与行星减速器中心轮的轴线平行地设置，上述辅助齿轮传动机构与所述内齿圈上设置的齿轮通过圆柱齿轮连接；用于制动上述辅助齿轮传动机构输出轴的制动器的最大制动功率大于电动机的功率；所述齿轮与内齿圈是固联为一体的，所述齿轮与内齿圈共轴线。

由于在内齿圈上设置了齿轮，通过动力传输机构传递动力，从而可以将制动器布置在根据本实用新型装置的壳体之外，这种结构使得对制动器的维护和检修非常方便。设置这个与内齿圈相关的齿轮的目的是实现将制动器布置在根据本实用新型的装置的壳体之外，为了实现这个目的，该齿轮可以有不同的设置方式，例如可以设置成与内齿圈是一体的，也可以是分体，可以是与内齿圈径向相对地设置在内齿圈之外或之内，也可以与内齿圈同轴但轴向相间地设置。

由于根据本实用新型的装置是通过设在内齿圈上的齿轮来实现制动器和行星机构之间的动力传输的，所以其传输效率较之液体粘性软启动装置的传输效率明显提高。同时由于采用的是普通的齿轮机构，所以根据本实用新型的装置工作可靠并且稳定，结构简单，造价和成本低廉。更重要的是通过这种结构将制动器设置在本装置的壳体之外，使得对制动器的维护和检修非常方便。

通过选用不同的传动结构，可以实现制动器轴线与行星减速器轴线垂直或平行的设置方式，由此使得根据本实用新型的装置在结构上具有更灵活的适应能力。

在上述可控启动和无级调速传动装置的工作过程中，上述可差动的行星减速器和制动器以及上述传动装置的输入电动机三者是共同参与工作的。其中，所述的电动机为非调速型的大功率电机，主要起动力输入的作用；所述的制动器为能耗装置，其最大制动功率不小于所述电动机的功率。

因所述的电动机在工作时以额定转速运转，故利用所述的制动器对所述辅助齿轮传动机构的输出轴转速进行可控的制动，就可以控制所述内齿圈的转速，进而控制所述可控启动和无级调速传动装置的输出轴(行星架)的转速，达到实现重载机械设备的可控启动、可控制动、无级调速和多驱动功率平衡的目的。

附图说明

附图是本实用新型的一个优选实施例的传动原理图。

图中1.差动行星减速器，2.差动行星传动机构输入轴，3.中心轮，4.内齿圈外圆周表面上的齿轮，5.输出轴，6.行星架，7.行星轮，8.内齿圈，9.齿轮，10.辅助齿轮传动机构，11.辅助齿轮传动机构输出轴，12.制动器，13.壳体，14.驱动电动机。

具体实施方式

下面将根据唯一的附图所示的优选实施例对本实用新型进行详细描述。

如图所示，由一台驱动电动机(14)将动力输入可控启动和无级调速传动装置。驱动电动机(14)的输出轴与差动行星传动机构的输入轴(2)相连，以便将驱动力输入行星减速器(1)。输入轴(2)的一端连接有中心轮(3)，中心轮(3)经行星轮(7)和内齿圈(8)驱动行星架(6)，通过输出轴(5)将动力输出。根据本实用新型，在内齿圈(8)的外圆周表面上还设有齿轮(4)。齿轮(4)与辅助齿轮传动机构(10)中的齿轮(9)相啮合。在可控启动传动装置中还设有制动器(12)，该制动器(12)与辅助齿轮传动机构(10)的输出轴(11)相连接。

为了实现本实用新型的目的，齿轮(4)还可以设置在构成内齿圈(8)的零件的其他位置上，只要通过动力传输实现将制动器(12)设置在壳体(13)之外即可。齿轮(4)可以和内齿轮(8)做成一体，也可以是分体的。

电动机(14)主要用于驱动差动行星减速器(1)，以便驱动负载。而所述的制动器(12)则用于控制内齿圈(8)的转速，并通过对内齿圈(8)的转速控制，实现对输出轴(5)的转速控制。

上述可控启动和无级调速传动装置工作时，在电动机(14)启动之前，通过操作制动器(12)，释放辅助齿轮传动机构的输出轴(11)，使得上述差动行星机构因输出轴(5)上的外负载较大而成为一个行星架(6)不转动的定轴轮系。来自电动机(14)的动力经由中心轮(3)、行星轮(7)、内齿圈(8)和辅助齿轮传动机构(10)驱动辅助齿轮传动机构的输出轴(11)空转。因此，电动机(14)能够在真正空载的工况下启动，并迅速达到额定转速。然后，根据预先确定的输出轴(5)的加速度，利用制动器(12)可控地逐步对辅助齿轮传动机构的输出轴(11)进行制动，即逐步降低内齿圈(8)的转速，将来自电动机(14)的动力逐渐施加到与输出轴(5)相连的未示出的机械设备上，从而实现机械设备的可控启动。

通过电动机(14)和辅助齿轮传动机构输出轴(11)的速度合成，上述可控启动传动装置能够在相当大的范围内实现无级调速，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。同理，通过电动机(14)和制动器(12)的速度合成也可以实现机械设备的可控制动，即根据要求的速度使机械设备逐渐停止下来。

当采用多点驱动时，通过比较各传动点电动机(14)输出功率的大小，并控制相应的辅助齿轮传动系统输出轴(11)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。

上述可控启动和无级调速传动装置能够克服其它可控启动传动装置的缺点，具有工作可靠、传动效率高、生产成本低、便于维护的特点。

Claims (7)

1.一种用于可控启动和无级调速的传动装置，包括一个壳体(13)，一个可差动的行星减速器(1)，一个辅助齿轮传动机构(10)和一个制动器(12)；所述行星减速器(1)包括一个作为所述传动装置输入部件的中心轮(3)，一个作为所述传动装置的主输出部件的行星架(6)和一个内齿圈(8)；行星架(6)可转动地支承在所述传动装置的壳体(13)上，行星轮(7)可自转并可随上述行星架(6)一起转动地支承在上述行星架(6)上，内齿圈(8)可转动地支承在所述传动装置的壳体(13)上，并通过上述行星轮(7)与所述的中心轮(3)啮合；其特征在于，所述内齿圈(8)上设有与辅助齿轮传动机构(10)中的齿轮(9)相啮合的齿轮(4)，所述辅助齿轮传动机构(10)的输出轴(11)在所述传动装置的壳体(13)之外与制动器(12)相连。

2.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述的制动器(12)与行星减速器中心轮(3)的轴线垂直地设置。

3.如权利要求2所述的传动装置，其特征在于，上述辅助齿轮传动机构(10)与所述内齿圈(8)上的齿轮(4)通过圆锥齿轮连接。

4.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述的制动器(12)与行星减速器中心轮(3)的轴线平行地设置。

5.如权利要求4所述的传动装置，其特征在于，上述辅助齿轮传动机构(10)与所述内齿圈(8)上的齿轮(4)通过圆柱齿轮连接。

6.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述齿轮(4)与所述内齿圈(8)是固联为一体的。

7.如权利要求1或6所述的传动装置，其特征在于，所述齿轮(4)与内齿圈(8)是共轴线的。

Images