CN201266871Y - 大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置 - Google Patents

Abstract

一种大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，具有一滑套于行星架输出轴内部的动力输入轴，该动力输入轴一端与主电机连接，另一端固定于行星架输出轴的内孔且与位于行星架输出轴内孔的太阳轮轴连接构成齿隙浮动；在行星架输出轴上绕圆一周通过行星轮轴固定至少两组行星轮；每个行星轮均与太阳轮轴相外啮合，同时均与一位于行星架输出轴外的内齿圈啮合；还具有与内齿圈相齿向连接以构成径向齿隙浮动的齿轮联轴节，该齿轮联轴节上固定有一锥齿轮与连接小功率辅助电机的锥齿轴相啮合，同时还设有连接该锥齿轮和液压旋转功能元件的锥齿轮轴。本实用新型将软启动/无级调速等功能融于一体，传动效率高、噪声小、结构紧凑、性能可靠、成本低。

Description

大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置

技术领域

本实用新型涉及一种大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置。

背景技术

电动机在负载启动时，会产生5～7倍额定电流强度的启动电流，对大功率电动机来说，大启动电流会对电机和电网产生很大的冲击；而在停机时通过瞬时断电使转速速降至零的控制方式也会给设备带来冲击，降低使用寿命，故在很多工况下不允许大功率机械设备瞬时关机，需要平稳减速的停机；在工作中，同样需要考虑工况变化所引起的大功率机械设备的平稳无级调速问题。要解决上述技术问题，就需要对大功率设备采用软启动/无级调速技术，使其能够实现可控的软启动、软停机、无级调速，过载自动保护及多驱动功率平衡等功能。

国内外在机械、电机和电子、液力和液压等多学科领域对软启动/无级调速技术开展了深入和广泛的研究，开发出了多种多样的软启动/调速装置或设备，大体可归结为：液力偶合器软启动/调速、液体粘性软启动/调速、变频调速软启动、直流调速软启动、变电阻调速、摩擦调速、液压调速等。这些软启动/调速传动装置或***虽各有特点，但也都有某些无法令用户完全接受的缺点。调速型液力偶合器可通过调节工作腔液体的充满度来改变输出转速和转矩，具有一定软启动功能和调速能力。但长期的理论研究和应用实践表明，其在软启动/调速的功能和性能上远远无法满足现实要求。液体粘性软启动/调速装置利用存在于主、从动摩擦片之间油膜的粘性剪切作用力来传递动力。该装置在一定范围内能够实现主、从动轴之间的无级调速和同步运行，能对传动***进行过载保护。但在软启动时，电动机处于负载启动状态，启动电流大，电流冲击时间长，电动机的动力通过粘性转矩作用在负载上，不是真正的空载启动。传动效率较低，功率损失大，发热严重，且装置比较复杂，制造和维护成本较高。变频调速软启动、直流调速软启动、变电阻调速、摩擦调速和液压调速等在电器控制上一般均采用控制主驱动电机转速或转矩差以达到双向无级调速，保证机械传动***平滑过渡。变频调速装置虽然实现了软启动，然大功率的变频控制器价格极为昂贵，且其中的电路和电子元器件维修困难，维护成本高；直流无级调速/软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，***复杂。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***的价格与大功率变频器的价格相当。变电阻调速虽说也能实现软启动，但电能消耗大，功率越大则使用成本越高，控制***也越复杂，占用空间也越大；摩擦调速只适用于小功率，当使用在大功率时，摩擦制动力矩大，摩擦发热问题无法解决，摩擦调速方式对于大中型功率主电机来说，还谈不上软启动；现有的液压调速，虽说能实现软启动/无级调速，但设备易泄漏、噪声大、温度高、对环境有污染，且效率低、故障多，因而整体工作性能不佳。此外，还有一些软启动器装置，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，不具备无级调速和功率平衡等功能，主要应用于非重要的中小功率传动场合。

大功率重载设备工作时，还必须解决一个对输出过载进行限矩保护的问题。许多大型设备(如大功率皮带输送机)是由多台电动机驱动，在实际工作时，多驱动传动***中各个电动机的负载情况可能不一样。怎样在多驱动传动***中采用无级调速减速传动装置保证多驱动功率平衡，从而保障设备平稳工作也是一个问题。

综观上述各种软启动调速装置，没有一种既可做到在保持主电机转速不变的情况下，实现输出转速双向无级调速且平滑过渡；又能使大功率机械设备主电机启动电流小于额定电流而实现软启动；同时具备输出过载限矩保护和多驱动功率平衡等功能；并且还能做到结构简单、工作性能可靠、制造和使用维护成本低廉。对于一些用于井下及易爆场所的大功率设备，传动装置还必须能实现防爆功能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种结构简单、工作性能可靠、制造和使用维护成本较低的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，以小功率辅助电机实现大功率主电机的机械软启动，解决大功率设备启动时的大启动电流对电网产生冲击的问题；以流体传动的连续可控性实现对机械传动连续控制，实现大功率设备工作中的频繁双向平滑无级调速、软停机、输出过载限矩保护及多驱动功率平衡。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，具有一滑套于行星架输出轴内部的动力输入轴，该动力输入轴一端与主电机连接，另一端固定于行星架输出轴的内孔且与位于行星架输出轴内孔的太阳轮轴连接构成齿隙浮动，在行星架输出轴上绕圆一周通过行星轮轴固定至少两组行星轮，每个行星轮均与太阳轮轴相外啮合，其特征在于，

所述行星轮同时与一位于行星架输出轴外的内齿圈相内啮合，所述内齿圈齿向连接齿轮联轴节而构成径向齿隙浮动，所述齿轮联轴节固定于行星架输出轴的伸出部位上，同时所述齿轮联轴节上固定一锥齿轮，所述锥齿轮与固定于机体内的锥齿轴相啮合，所述锥齿轴的另一端与小功率辅助电机的转轴相连接；所述锥齿轮同时还与一固定于机体上的锥齿轮轴外啮合，锥齿轮轴的另一端与一花键齿轮相连接，花键齿轮与至少一个固定于液压旋转功能元件输出轴上的联接齿轮啮合。

所述液压旋转功能元件为油泵或液压马达。所述液压旋转功能元件固定在座体上，且所述液压旋转功能元件输出轴上的联接齿轮通过滚珠轴承固定在机体上。所述锥齿轴在机体内的部分通过滚动轴承及挡油板、透盖、油封和螺栓安装在机体内，锥齿轴的另一端外齿与齿轮轴联轴节相内啮合，该齿轮轴联轴节与电机联轴节通过螺钉相连，电机联轴节与小功率辅助电机的转轴相连接，小功率辅助电机安装固定于电机座上，电机座固定在机体上。所述动力输入轴伸出机体的一端通过大端盖、轴承座、小端盖、油封、螺栓固定于机体上，该轴承座固定在大端盖上，大端盖与机体密封连接。所述机体上还设有用于改善液压油品质的放油螺丝和循环油管。所述行星架输出轴穿过机体的一端通过小端盖、油封和螺栓固定于机体上。

当本实用新型安装使用时，应将大功率重载机械设备的工作部件与本实用新型装置的行星架输出轴相连接，并将每个液压旋转功能元件(油泵或液压马达)出口压力信号输出到主电机外接的控制电路中，然后才可进行工作。

本实用新型的具体工作原理阐述如下：

(一)软启动的实现：工作时，首先启动小功率辅助电机慢速运转，经电机联轴节、齿轮轴联轴节、锥齿轴、锥齿轮带动与内齿圈啮合的行星轮转动。理论上，内齿圈与行星轮啮合可带动行星架输出轴和太阳轮轴转动，此时本实用新型传动装置成为一个单输入(内齿圈输入)、双输出(太阳轮轴和行星架输出轴)的差动传动轮系。但由于与行星架输出轴相连的负载很大，小功率辅助电机的功率远远小于大功率主电机的功率，所以小功率辅助电机的输入动力无法驱动行星架输出轴转动，这个单输入双输出的差动传动轮系实际上变为一个行星架输出轴固定，内齿圈输入，太阳轮轴输出的定轴轮系。这样，小功率辅助电机通过内齿圈、行星轮和太阳轮轴，再经动力输入轴驱动大功率主电机转子克服启动时的堵转矩惯量转动。当小功率辅助电机逐渐加速到控制转速时，主电机亦随之空载加速到额定转速。当主电机达到额定转速时，自动接通电源。此时不需要再对主电机转子进行加速，故大功率主电机的启动电流将非常小，主电机在真正的空载工况下启动，也就完成了大功率主电机的空载软启动。

(二)双向无级调速的实现：在主电机接通电源的同时小功率辅助电机的电源被切断。主电机在转向不变的情况下继续运转，动力原路返回，经动力输入轴带动太阳轮轴作为动力输入，形成了一种单输入，双输出的动力分流状态。一部分动力经差动传动轮系的内齿圈至锥齿轮，驱动经锥齿轮轴，花键齿轮、联接齿轮连接的液压旋转功能元件(油泵或液压马达)工作，谓辅助输出；一部分动力经差动传动轮系的行星架输出轴输出，驱动大功率重载设备工作部件，谓主输出。依据转速差平衡分流规律，增大辅助输出端液压旋转功能元件的出口压力，使锥齿轮轴的转动阻力矩逐渐增大，则辅助输出的转速将逐渐减小，施加到主输出的工作部件上的动力将逐渐增大，实现工作部件由零到额定转速的增速平滑过渡。当工作部件达到额定转速以后需要减速时，减小辅助输出端液压旋转功能元件的出口压力，使锥齿轮轴的转动阻力矩变小，则辅助输出的转速将逐渐增大，施加到主输出的工作部件上的动力将减小，实现工作部件由额定转速到零的减速平滑过渡。这样便实现了主输出的由零到额定转速、以及由额定转速到零的加、减速双向无级调速。

(三)输出过载自动保护功能的实现：根据设备工作机构的许用载荷(输出功率转矩)设定油泵出口控制压力***的许用压力，当***的外载荷因某些原因而超过许用值时，主输出转矩增大，辅助输出转矩相应增大，油泵出口压力因超过许用控制压力而溢流，带动锥齿轮轴产生差动滑移旋转，使主输出降速式停止，防止主电机及机械传动***过载损坏，当外负荷过大问题解决后，***又可以恢复正常运行。

(四)多驱动主电机功率平衡的实现：根据设备各驱动点应承受的功率转矩来设定各驱动点的软启动无级调速传动装置的油泵出口压力控制值，当出现负载不均时，承受载荷较大的驱动点功率转矩增大，使该驱动点油泵出口压力相应增大，当油泵出口压力超过许用控制压力时，通过油泵泄流，使锥齿轮轴产生差动滑移旋转，从而使主输出降速，直到其它低负荷驱动点接受到一定的载荷而自动保持平衡为止。

(五)软制动的实现：在需要软停机时，无需关断主电机电源，依据主电机动力向主输出和辅助输出分流的规律，按照预定的减压规律，逐步减少辅助输出端液压旋转功能元件的出口压力，增加其动力输出，使输出轴的转速按照预定的降速规律曲线渐渐降为零，从而实现机械设备的软制动。与软启动的工作原理相同，软制动的制动时间也是可调的。

(六)节能功能：若本实用新型应用于运行环境存在一定的运距梯度，且频繁上行和下行的大功率机械设备(如矿井提升机和斜井带式输送机等)，在安全和可靠性得到保障的条件下，可考虑利用其自身和负载自重产生的势能充当下行工况动力，节约能源。即下行工况不启动主电机(此时主电机停机制动)，重物利用自重下放，相当于原主输出变为动力反向输入，带动工作设备旋转，相当于动力反向输入行星差动传动装置，再经锥齿轮对，带动辅助输出端的液压旋转功能元件运转，此时液压旋转功能元件为此动力的唯一输出负载。控制液压旋转功能元件出口压力，相当于增加负载，即可控制重物自重下放的速度，使设备安全可控可靠下放。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

将软启动、无级调速、输出过载限矩保护和多功率驱动平衡功能等融于一体，是一种多功能机电液一体化的传动装置；②采用内齿圈和太阳轮轴同时浮动，传动效率高、噪声小、结构紧凑、性能可靠；③采用双向可控无级调速，可工作在任意设定的速度上；④以小功率辅助电机实现大功率主电机的软启动，不仅能够大幅度减轻传动***本身受到的启动冲击，延长关键零部件的使用寿命，同时还能实现主电机空载启动电流小于额定电流，避免大功率设备启动时对电网的冲击，减少供电设施的设备投资；⑤本实用新型装置实现了输出过载限制保护，确保了安全运行。⑥本实用新型装置可实现多驱动主电机功率平衡，为需多电机联合驱动设备的运行安全提供保障。⑦本实用新型装置如应用于运行环境存在一定的运距梯度，且频繁上行和下行的大功率机械设备上，下行行程可无需动力，依自重安全下放，节省电能。⑧本传动装置若配置于井下及其它易爆场所的大功率设备，还兼具防爆功能。

附图说明

图1为本实用新型一种具体结构的正向剖视图。

图2为本实用新型与小功率辅助电机及油泵的连接结构剖视图。

具体实施方式

参见图1及图2，本实用新型包括机体1及一采用滚动轴承4和38固定在机体1内壁面上和大端盖39内壁的行星架输出轴6，行星架输出轴6内滑套有一动力输入轴32，动力输入轴32的一端由滚动轴承75固定在机体1内并伸出机体1外与主电机的转轴相连，另一端则由滚动轴承76固定于行星架输出轴6的内孔。该动力输入轴32固定于行星架输出轴6内孔的一端设有渐开线花键内齿，该渐开线花键内齿与位于行星架输出轴6内孔的太阳轮轴30的一端外齿连接而构成齿隙浮动。太阳轮轴30与动力输入轴32相接处装有将两者进行轴向定位的挡块31，太阳轮轴30另一端与行星架输出轴6通过顶块29进行轴向定位。在行星架输出轴6上绕圆一周各通过行星轮轴24固定有三组行星轮构件，每组行星轮构件由一行星轮28和位于行星轮28孔内的滚动轴承27及挡圈25和隔套26构成，滚动轴承27和挡圈25固定在相应的行星轮轴24上。每个行星轮28均与太阳轮轴30相外啮合，同时均与一位于行星架输出轴6外机体1内的内齿圈17相内啮合。每一行星轮轴24的外端部开设有一卡板槽且有一卡板22卡于槽内，卡板22用螺栓23与行星架输出轴6的一端相固连以对行星轮轴24进行轴向定位。

在行星架输出轴6外的机体1内还具有与内齿圈17相齿向连接以构成径向齿隙浮动的齿轮联轴节12，齿轮联轴节12采用一对滚动轴承8和隔套7及隔套9固定于穿越其内孔的行星架输出轴6的伸出部位上，两个半圆卡环14卡入齿轮联轴节12端部圆周径向开设的切槽内，两半圆卡环14的端面用螺栓16固定于内齿圈17的一端以对齿轮联轴节12进行轴向定位。

在机体1内还设有一固定在齿轮联轴节12上的锥齿轮11，该锥齿轮11与锥齿轴77相啮合。锥齿轴77通过滚动轴承78、79、80及挡油板65、透盖66、油封67和螺栓81安装在机体1内，锥齿轴77的另一端外齿与齿轮轴联轴节68相内啮合。齿轮轴联轴节68与电机联轴节69通过内六角螺钉70相连，电机联轴节69与小功率辅助电机72的转轴相连接，小功率辅助电机72通过六角螺栓73安装固定于电机座71上，电机座71经螺栓74固定在机体1上。

另还有一与锥齿轮11相外啮合的锥齿轮轴45通过滚动轴承44，46，48和轴用弹性挡圈43固定于机体1和轴承座50内，轴承座50通过六角螺栓49和弹簧垫圈63固定在机体1的内壁上；锥齿轮轴45的另一端花键外齿与一个内孔为花键的花键齿轮60相连接，并通过开槽螺母61和开口销62在轴向定位，花键齿轮60经联接齿轮52，分别与至少一个液压旋转功能元件相连接。该液压旋转功能元件可为油泵或液压马达。在本实施例中采用油泵59，该油泵59转轴上的联接齿轮52与花键齿轮60相啮合，联接齿轮52经滚珠轴承51、53固定在机体1的内壁和盖板55上，盖板55经六角螺栓64固定在机体1上；座体56经六角螺栓54固定在盖板55上，油泵59经弹簧垫圈57和六角螺栓58固定在座体56上。

前所述及的动力输入轴32穿过大端盖39的一端由小端盖33、油封34和六角螺栓35固定于轴承座37上，起到密封机体1的作用，轴承座37通过六角螺栓36固定在大端盖39上，大端盖39通过圆柱销40、O型密封圈19、弹垫20、螺栓21与机体1密封连接；在机体1上还设有放油螺丝41和循环油管42，用于改善机体1内存放的液压油品质；前所述及的行星架输出轴6穿过机体1的一端由小端盖2、油封5和六角螺栓3固定于机体1上，起到密封机体1的作用；还设计有排气帽组15，经螺栓13固定在机体1的顶部，同时顶部设计有吊装用的吊环螺钉18。

Claims (8)

1、一种大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，具有一滑套于行星架输出轴内部的动力输入轴，该动力输入轴一端与主电机连接，另一端固定于行星架输出轴的内孔且与位于行星架输出轴内孔的太阳轮轴连接构成齿隙浮动，在行星架输出轴上绕圆一周通过行星轮轴固定至少两组行星轮，每个行星轮均与太阳轮轴相外啮合，其特征在于，所述行星轮同时与一位于行星架输出轴外的内齿圈相内啮合，所述内齿圈齿向连接齿轮联轴节而构成径向齿隙浮动，所述齿轮联轴节固定于行星架输出轴的伸出部位上，同时所述齿轮联轴节上固定一锥齿轮，所述锥齿轮与固定于机体内的锥齿轴相啮合，所述锥齿轴的另一端与小功率辅助电机的转轴相连接；所述锥齿轮同时还与一固定于机体上的锥齿轮轴外啮合，锥齿轮轴的另一端与一花键齿轮相连接，花键齿轮与至少一个固定于液压旋转功能元件输出轴上的联接齿轮啮合。

2、根据权利要求1所述的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，其特征在于，所述液压旋转功能元件为油泵。

3、根据权利要求1所述的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，其特征在于，所述液压旋转功能元件为液压马达。

4、根据权利要求1所述的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，其特征在于，所述液压旋转功能元件固定在座体上，且所述液压旋转功能元件输出轴上的联接齿轮通过滚珠轴承固定在机体上。

5、根据权利要求1所述的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，其特征在于，所述锥齿轴在机体内的部分通过滚动轴承及挡油板、透盖、油封和螺栓安装在机体内，锥齿轴的另一端外齿与齿轮轴联轴节相内啮合，该齿轮轴联轴节与电机联轴节通过螺钉相连，电机联轴节与小功率辅助电机的转轴相连接，小功率辅助电机安装固定于电机座上，电机座固定在机体上。

6、根据权利要求1所述的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，其特征在于，所述动力输入轴伸出机体的一端通过大端盖、轴承座、小端盖、油封、螺栓固定于机体上，该轴承座固定在大端盖上，大端盖与机体密封连接。

7、根据权利要求1所述的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，其特征在于，所述机体上还设有用于改善液压油品质的放油螺丝和循环油管。

8、根据权利要求1所述的大功率重载设备机电液复合软启动/无级调速传动装置，其特征在于，所述行星架输出轴穿过机体的一端通过小端盖、油封和螺栓固定于机体上。

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