專(zhuān)利名稱(chēng)：用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械控制裝置，尤其是一種用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和 無(wú)級(jí)調(diào)速裝置。
背景技術(shù)：
軟啟動(dòng)的概念起源于美國(guó)馬歇爾航天中心，它是一種采用電力電子技術(shù)、控 制技術(shù)和處理器技術(shù)等多種技術(shù)綜合而成的全新電機(jī)啟動(dòng)方式。在軟啟動(dòng)過(guò)程 中，對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，希望電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊盡可能的小，以減少對(duì)其它 電器設(shè)備的影響。對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，應(yīng)設(shè)法降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流和縮短啟動(dòng)電流 的沖擊時(shí)間。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載來(lái)說(shuō)，軟啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)保證在啟動(dòng)和停車(chē)過(guò)程 中，作用在機(jī)械設(shè)備上的啟動(dòng)沖擊能量最小，從而延長(zhǎng)減速器等關(guān)鍵部件的使用 壽命。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，軟啟動(dòng)的過(guò)程必須是可控的，并且軟啟動(dòng)裝置還應(yīng)具備多種 功能，例如軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、無(wú)級(jí)調(diào)速、過(guò)載自動(dòng)保護(hù)以及多驅(qū)動(dòng)功率平衡等。 對(duì)于具有大慣性負(fù)載的重載機(jī)械設(shè)備而言，軟啟動(dòng)不僅能夠極為有效地減少啟動(dòng) 時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的沖擊，延長(zhǎng)減速器等關(guān)鍵部件的使用壽命，同 時(shí)還能有效地減小對(duì)電動(dòng)機(jī)的熱沖擊負(fù)載以及對(duì)電網(wǎng)的影響。
機(jī)械設(shè)備的"可控啟動(dòng)"是指機(jī)械設(shè)備即使在重載的工況下也能夠可控制地 按照要求的速度逐步克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而緩慢平穩(wěn)地啟動(dòng)。常用可控啟動(dòng)技術(shù) 主要有液力偶合器、液體粘性離合器、變頻調(diào)速器等。
當(dāng)前技術(shù)比較成熟的辦法是在電機(jī)和減速器之間加裝調(diào)速型液力偶合器，這 類(lèi)液力偶合器具有運(yùn)行可靠、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但這類(lèi)液力偶合 器在帶式輸送機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)存在滑差，并由于滑差的存在而損失部分功率，發(fā)熱 量大，工作效率低，調(diào)速精度低，安全性能較差(安全性差主要表現(xiàn)在當(dāng)過(guò)載時(shí)， 油溫升高，易熔塞容易熔化，高溫油液噴出，造成人員和機(jī)器設(shè)備的事故發(fā)生)。 而且電動(dòng)機(jī)并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的空載啟動(dòng)(電機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器和液力偶合器均 為負(fù)載)，啟動(dòng)電流仍然較大。并且大功率的調(diào)速液力偶合器的體積龐大。另一種使用較多的可控軟啟動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備是CST系統(tǒng)(Controlled Start Transmissions其中的制動(dòng)器利用存在于主、從動(dòng)摩擦片之間的油膜剪切作用 力來(lái)傳遞動(dòng)力，使得該裝置在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)主、從動(dòng)軸之間的無(wú)級(jí)調(diào)速和多驅(qū) 動(dòng)功率平衡。當(dāng)制動(dòng)器被軟鎖定時(shí)，任何瞬間的過(guò)載或沖擊載荷都將引起制動(dòng)器 的主、從動(dòng)摩擦片之間的打滑，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有部件都將在沖擊或過(guò)載時(shí)受到保 護(hù)。但該裝置仍然存在一定問(wèn)題，如啟動(dòng)電流仍很大、安裝和維修不方便，易損 件維修困難(如系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦片損壞時(shí)，需將設(shè)備整體打開(kāi)，維修難度高，工 作量大，維修時(shí)間長(zhǎng)等困難)，不能真正的的空載啟動(dòng)等。
變頻空載啟動(dòng)技術(shù)是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與交流電源的頻率成正比的原理實(shí)現(xiàn)， 當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化。只要控制 頻率變化范圍和時(shí)間，就可使負(fù)載按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)空載 啟動(dòng)。這類(lèi)空載啟動(dòng)方式，具有啟動(dòng)時(shí)調(diào)速精度高，可以變速運(yùn)行，調(diào)速范圍大 等優(yōu)點(diǎn)。但電動(dòng)機(jī)不能空載啟動(dòng)，控制復(fù)雜，對(duì)環(huán)境溫度及清潔度要求高。另外， 大功率變頻器及其備品備件需依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速 裝置，有效地控制重載機(jī)械設(shè)備平穩(wěn)啟動(dòng)、平穩(wěn)停車(chē)、并能夠消除啟動(dòng)過(guò)程中出 現(xiàn)的強(qiáng)烈震蕩波。
本發(fā)明提供的用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝置包括包括 空載啟動(dòng)系統(tǒng)、減速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器和制動(dòng)器。其中空載啟動(dòng)系統(tǒng)由一臺(tái) 主電動(dòng)機(jī)、 一臺(tái)輔助電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)與輔助電動(dòng)機(jī)相聯(lián)的普通離合器構(gòu)成；減速系 統(tǒng)由一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)和一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成；液粘調(diào)速離合器設(shè)置在減速系 統(tǒng)輸出軸上。制動(dòng)器則設(shè)置在主電機(jī)聯(lián)軸器和減速系統(tǒng)之間。該裝置主電動(dòng)機(jī)通 過(guò)主電機(jī)聯(lián)軸器和制動(dòng)器與減速系統(tǒng)的小齒輪相聯(lián)，小齒輪與大齒輪嚙合，大齒 輪與行星減速機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)輪通過(guò)傳動(dòng)軸連接。作為行星減速機(jī)構(gòu)輸出端的行星 架與液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片相聯(lián)。液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)摩擦片則通過(guò)負(fù) 載聯(lián)軸器與負(fù)載相聯(lián)。輔助電動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器與減速系統(tǒng)中一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)的 小齒輪相聯(lián)。該裝置中所述行星齒輪減速機(jī)構(gòu)包括一個(gè)作為輸入部件的太陽(yáng)輪、一個(gè)內(nèi)齒 圈、三個(gè)行星輪、 一個(gè)作為輸出部件的行星架，內(nèi)齒圈固定在減速系統(tǒng)的箱體上。 行星輪與所述行星減速機(jī)構(gòu)的內(nèi)齒圈嚙合，行星輪可自轉(zhuǎn)并隨行星架一起轉(zhuǎn)動(dòng)地 支撐在上述行星架上。
該裝置的特征在于采用雙電機(jī)啟動(dòng)，輔助電動(dòng)機(jī)為小功率電動(dòng)機(jī)，該裝置啟 動(dòng)時(shí)，首先啟動(dòng)小功率輔助電動(dòng)機(jī)(此時(shí)液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片和從動(dòng)摩 擦片處于分離狀態(tài))，使減速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片、主電機(jī)聯(lián)軸 器和主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子等轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到主電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 后，斷開(kāi)輔助電動(dòng)機(jī)電源，使空載啟動(dòng)系統(tǒng)的離合器分離，再接通主電動(dòng)機(jī)電源。 這樣當(dāng)主電動(dòng)機(jī)通電啟動(dòng)時(shí)，其負(fù)載(包括主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、主電機(jī)聯(lián)軸器、減 速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片等)已達(dá)到了額定轉(zhuǎn)速，真正實(shí)現(xiàn)了主電 動(dòng)機(jī)的空載啟動(dòng)。
該裝置在主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，通過(guò)控制液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片和從動(dòng)摩 擦片之間的間隙即可使負(fù)載按規(guī)定的啟動(dòng)速度和加速度進(jìn)行啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)可控啟動(dòng) 功能；當(dāng)負(fù)載變化或生產(chǎn)工藝要求改變負(fù)載運(yùn)行速度時(shí)，可通過(guò)控制液粘調(diào)速離 合器的主動(dòng)摩擦片和從動(dòng)摩擦片之間的間隙使負(fù)載按要求的速度運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí) 調(diào)速功能；當(dāng)負(fù)載為多驅(qū)動(dòng)時(shí)，該裝置的控制系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)每個(gè)驅(qū)動(dòng)的輸出功率， 通過(guò)控制液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片和從動(dòng)摩擦片之間的間隙即可調(diào)整各驅(qū) 動(dòng)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)多驅(qū)動(dòng)功率平衡功能；當(dāng)負(fù)載需要停車(chē)時(shí)，首先使液粘調(diào)速 離合器主、從動(dòng)摩擦片分離，切斷主電動(dòng)機(jī)電源，然后制動(dòng)器工作，使減速系統(tǒng) 和液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片先制動(dòng)，再通過(guò)控制液粘調(diào)速離合器主、從動(dòng)摩 擦片之間的間隙可以使負(fù)載緩慢平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)，實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)功能；當(dāng)負(fù)載超 過(guò)主電動(dòng)機(jī)額定載荷時(shí)，液粘調(diào)速離合器主、從動(dòng)摩擦片發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，液粘調(diào) 速離合器主動(dòng)摩擦片轉(zhuǎn)動(dòng)，而與負(fù)載相連的液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)摩擦片則停止 不動(dòng)，從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)功能。
該裝置能夠大幅降低啟動(dòng)電流，延長(zhǎng)減速器等關(guān)鍵部件的使用壽命，同時(shí)還 能大大地縮短電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊時(shí)間，減小對(duì)電動(dòng)機(jī)以及對(duì)電網(wǎng)的影響。其 上的液粘調(diào)速離合器設(shè)置在減速系統(tǒng)外部，大大地降低了設(shè)備維護(hù)的難度和費(fèi)用。
該裝置能夠在真正意義上實(shí)現(xiàn)重載機(jī)械設(shè)備尤其是礦山機(jī)械設(shè)備的空載可 控啟動(dòng)、軟停車(chē)、無(wú)級(jí)調(diào)速、多驅(qū)動(dòng)功率平衡并可以防止電動(dòng)機(jī)過(guò)載。


圖1是重載機(jī)械設(shè)備空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一歩詳細(xì)描述
如圖1所示，重載機(jī)械設(shè)備空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝置主要包括空載啟動(dòng) 系統(tǒng)、減速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器和制動(dòng)器。其中空載啟動(dòng)系統(tǒng)由一臺(tái)主電動(dòng)機(jī) 1 一臺(tái)輔助電動(dòng)機(jī)6和一臺(tái)與輔助電動(dòng)機(jī)6相聯(lián)的離合器5構(gòu)成；減速系統(tǒng)由一 級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)和一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)11構(gòu)成；液粘調(diào)速離合器9設(shè)置在減速系 統(tǒng)輸出軸上。制動(dòng)器15則設(shè)置在主電機(jī)聯(lián)軸器2和減速系統(tǒng)之間。該裝置中所 述行星減速機(jī)構(gòu)11包括一個(gè)作為輸入部件的太陽(yáng)輪12、 一個(gè)內(nèi)齒圈、三個(gè)行星 輪4、 一個(gè)作為輸出部件的行星架IO，內(nèi)齒圈固定在減速系統(tǒng)的箱體上。行星輪 4與所述行星減速機(jī)構(gòu)11的內(nèi)齒圈嚙合，行星輪4可自轉(zhuǎn)并隨行星架10 —起轉(zhuǎn) 動(dòng)地支撐在上述行星架10上。該裝置主電動(dòng)機(jī)1通過(guò)主電機(jī)聯(lián)軸器2和制動(dòng)器 15與減速系統(tǒng)的小齒輪3相聯(lián)，小齒輪3與大齒輪14嚙合，大齒輪14與行星 減速機(jī)構(gòu)11中的太陽(yáng)輪12通過(guò)傳動(dòng)軸13連接。作為行星減速機(jī)構(gòu)11輸出端的 行星架10與液粘調(diào)速離合器9的主動(dòng)摩擦片相聯(lián)。液粘調(diào)速離合器9的從動(dòng)摩 擦片則通過(guò)負(fù)載聯(lián)軸器8與負(fù)載7相聯(lián)。輔助電動(dòng)機(jī)6通過(guò)離合器5與減速系統(tǒng) 中一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)的小齒輪3相聯(lián)。
該裝置采用雙電機(jī)啟動(dòng)(主電動(dòng)機(jī)1和輔助電動(dòng)機(jī)6)，其中輔助電動(dòng)機(jī)6 為小功率電動(dòng)機(jī)。該裝置啟動(dòng)時(shí)，首先啟動(dòng)輔助電動(dòng)機(jī)6(此時(shí)液粘調(diào)速離合器9 的主動(dòng)摩擦片和從動(dòng)摩擦片處于分離狀態(tài))，使減速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器9的 主動(dòng)摩擦片和主電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子等轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到主電動(dòng) 機(jī)l的額定轉(zhuǎn)速后，斷開(kāi)輔助電動(dòng)機(jī)6電源，使空載啟動(dòng)系統(tǒng)的離合器5分離， 再接通主電動(dòng)機(jī)l電源。這樣當(dāng)主電動(dòng)機(jī)1通電啟動(dòng)時(shí)，其負(fù)載(包括主電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子、主電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器2、減速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器9的主動(dòng)摩擦片)已達(dá)
到了額定轉(zhuǎn)速，真正實(shí)現(xiàn)了主電動(dòng)機(jī)1的空載啟動(dòng)。在主電動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后，通過(guò)
控制液粘調(diào)速離合器9的主動(dòng)摩擦片和從動(dòng)摩擦片之間的間隙，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載7 的可控啟動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)速和多驅(qū)動(dòng)功率平衡。
當(dāng)負(fù)載7需要停車(chē)時(shí)，首先液粘調(diào)速離合器9主、從動(dòng)摩擦片分離，主電動(dòng) 機(jī)1電源斷開(kāi)，然后制動(dòng)器15工作，使減速系統(tǒng)和液粘調(diào)速離合器9的主動(dòng)摩 擦片先制動(dòng)，再通過(guò)控制液粘調(diào)速離合器9主、從動(dòng)摩擦片之間的間隙可以使負(fù) 載7實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)。
權(quán)利要求
1. 一種用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝置，其特征在于該裝置包括包括空載啟動(dòng)系統(tǒng)、減速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器和制動(dòng)器，其中空載啟動(dòng)系統(tǒng)由一臺(tái)主電動(dòng)機(jī)、一臺(tái)輔助電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)與輔助電動(dòng)機(jī)相聯(lián)的普通離合器構(gòu)成；減速系統(tǒng)由一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)和一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成；液粘調(diào)速離合器設(shè)置在減速系統(tǒng)輸出軸上，制動(dòng)器則設(shè)置在主電機(jī)聯(lián)軸器和減速系統(tǒng)之間，主電動(dòng)機(jī)通過(guò)主電機(jī)聯(lián)軸器和制動(dòng)器與減速系統(tǒng)的小齒輪相聯(lián)，小齒輪與大齒輪嚙合，大齒輪與行星減速機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)輪連接，作為行星減速機(jī)構(gòu)輸出端的行星架與液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)摩擦片相聯(lián)，液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)摩擦片則通過(guò)負(fù)載聯(lián)軸器與負(fù)載相聯(lián)，輔助電動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器與減速系統(tǒng)中一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)的小齒輪相聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝 置，其特征在于所說(shuō)的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)包括一個(gè)作為輸入部件的太陽(yáng)輪、 一個(gè) 內(nèi)齒圈、三個(gè)行星輪、 一個(gè)作為輸出部件的行星架，內(nèi)齒圈固定在減速系統(tǒng)的箱 體上，行星輪與所述行星減速機(jī)構(gòu)的內(nèi)齒圈嚙合，行星輪可自轉(zhuǎn)并隨行星架一起 轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在上述行星架上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝 置，其特征在于所說(shuō)的液粘調(diào)速離合器設(shè)置在減速器系統(tǒng)的外部。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于重載機(jī)械設(shè)備的空載可控啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速裝置。有效地控制重載機(jī)械設(shè)備平穩(wěn)啟動(dòng)、平穩(wěn)停車(chē)。該裝置包括空載啟動(dòng)系統(tǒng)、減速系統(tǒng)、液粘調(diào)速離合器和制動(dòng)器。其中空載啟動(dòng)系統(tǒng)由一臺(tái)主電動(dòng)機(jī)、一臺(tái)輔助電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)與輔助電動(dòng)機(jī)相聯(lián)的普通離合器構(gòu)成；減速系統(tǒng)由一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)和一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成；液粘調(diào)速離合器設(shè)置在減速系統(tǒng)輸出軸上。制動(dòng)器則設(shè)置在主電機(jī)聯(lián)軸器和減速系統(tǒng)之間。該裝置能夠大幅降低啟動(dòng)電流，延長(zhǎng)減速器等關(guān)鍵部件的使用壽命，同時(shí)還能大大地縮短電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊時(shí)間，減小對(duì)電動(dòng)機(jī)以及對(duì)電網(wǎng)的影響。其上的液粘調(diào)速離合器設(shè)置在減速系統(tǒng)外部，大大地降低了設(shè)備維護(hù)的難度和費(fèi)用。
文檔編號(hào)H02P1/04GK101420196SQ20071015770
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者付麗華, 華 宋, 宋玉明, 鑫 馬 申請(qǐng)人:遼寧科技大學(xué)