用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置.pdf

本发明公开了一种用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置。有效地控制重载机械设备平稳启动、平稳停车。该装置包括空载启动系统、减速系统、液粘调速离合器和制动器。其中空载启动系统由一台主电动机、一台辅助电动机和一台与辅助电动机相联的普通离合器构成；减速系统由一级齿轮减速机构和一级行星减速机构构成；液粘调速离合器设置在减速系统输出轴上。制动器则设置在主电机联轴器和减速系统之间。该装置能够大幅降低启动电流，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，减小对电动机以及对电网的影响。其上的液粘调速离合器设置在减速系统外部，大大地降低了设备维护的难度和费用。

1.  一种用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置，其特征在于该装置包括包括空载启动系统、减速系统、液粘调速离合器和制动器，其中空载启动系统由一台主电动机、一台辅助电动机和一台与辅助电动机相联的普通离合器构成；减速系统由一级齿轮减速机构和一级行星减速机构构成；液粘调速离合器设置在减速系统输出轴上，制动器则设置在主电机联轴器和减速系统之间，主电动机通过主电机联轴器和制动器与减速系统的小齿轮相联，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮与行星减速机构中的太阳轮连接，作为行星减速机构输出端的行星架与液粘调速离合器的主动摩擦片相联，液粘调速离合器的从动摩擦片则通过负载联轴器与负载相联，辅助电动机通过离合器与减速系统中一级齿轮减速机构的小齿轮相联。

2.  根据权利要求1所述的用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置，其特征在于所说的行星齿轮减速机构包括一个作为输入部件的太阳轮、一个内齿圈、三个行星轮、一个作为输出部件的行星架，内齿圈固定在减速系统的箱体上，行星轮与所述行星减速机构的内齿圈啮合，行星轮可自转并随行星架一起转动地支撑在上述行星架上。

3.  根据权利要求1所述的用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置，其特征在于所说的液粘调速离合器设置在减速器系统的外部。

用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置
技术领域
本发明涉及机械控制装置，尤其是一种用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置。
背景技术
软启动的概念起源于美国马歇尔航天中心，它是一种采用电力电子技术、控制技术和处理器技术等多种技术综合而成的全新电机启动方式。在软启动过程中，对电网来说，希望电动机启动电流对电网的冲击尽可能的小，以减少对其它电器设备的影响。对电动机来说，应设法降低电动机的启动电流和缩短启动电流的冲击时间。对传动系统和机械负载来说，软启动技术应保证在启动和停车过程中，作用在机械设备上的启动冲击能量最小，从而延长减速器等关键部件的使用寿命。对用户来说，软启动的过程必须是可控的，并且软启动装置还应具备多种功能，例如：软启动、软停车、无级调速、过载自动保护以及多驱动功率平衡等。对于具有大惯性负载的重载机械设备而言，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冲击，延长减速器等关键部件的使用寿命，同时还能有效地减小对电动机的热冲击负载以及对电网的影响。
机械设备的“可控启动”是指机械设备即使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。常用可控启动技术主要有液力偶合器、液体粘性离合器、变频调速器等。
当前技术比较成熟的办法是在电机和减速器之间加装调速型液力偶合器，这类液力偶合器具有运行可靠、机构简单、操作维护方便等优点，但这类液力偶合器在带式输送机稳态运行时存在滑差，并由于滑差的存在而损失部分功率，发热量大，工作效率低，调速精度低，安全性能较差(安全性差主要表现在当过载时，油温升高，易熔塞容易熔化，高温油液喷出，造成人员和机器设备的事故发生)。而且电动机并未实现真正意义上的空载启动(电机转子、联轴器和液力偶合器均为负载)，启动电流仍然较大。并且大功率的调速液力偶合器的体积庞大。
另一种使用较多的可控软启动运输设备是CST系统(Controlled StartTransmission)。其中的制动器利用存在于主、从动摩擦片之间的油膜剪切作用力来传递动力，使得该装置在一定范围内实现主、从动轴之间的无级调速和多驱动功率平衡。当制动器被软锁定时，任何瞬间的过载或冲击载荷都将引起制动器的主、从动摩擦片之间的打滑，驱动系统的所有部件都将在冲击或过载时受到保护。但该装置仍然存在一定问题，如启动电流仍很大、安装和维修不方便，易损件维修困难(如系统内部的摩擦片损坏时，需将设备整体打开，维修难度高，工作量大，维修时间长等困难)，不能真正的的空载启动等。
变频空载启动技术是利用电动机转速与交流电源的频率成正比的原理实现，当交流电源的频率由小到大变化时，电动机转速也随之由小到大变化。只要控制频率变化范围和时间，就可使负载按照设定的速度曲线平稳启动，从而实现空载启动。这类空载启动方式，具有启动时调速精度高，可以变速运行，调速范围大等优点。但电动机不能空载启动，控制复杂，对环境温度及清洁度要求高。另外，大功率变频器及其备品备件需依赖进口，价格昂贵，维护成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置，有效地控制重载机械设备平稳启动、平稳停车、并能够消除启动过程中出现的强烈震荡波。
本发明提供的用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置包括包括空载启动系统、减速系统、液粘调速离合器和制动器。其中空载启动系统由一台主电动机、一台辅助电动机和一台与辅助电动机相联的普通离合器构成；减速系统由一级齿轮减速机构和一级行星减速机构构成；液粘调速离合器设置在减速系统输出轴上。制动器则设置在主电机联轴器和减速系统之间。该装置主电动机通过主电机联轴器和制动器与减速系统的小齿轮相联，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮与行星减速机构中的太阳轮通过传动轴连接。作为行星减速机构输出端的行星架与液粘调速离合器的主动摩擦片相联。液粘调速离合器的从动摩擦片则通过负载联轴器与负载相联。辅助电动机通过离合器与减速系统中一级齿轮减速机构的小齿轮相联。
该装置中所述行星齿轮减速机构包括一个作为输入部件的太阳轮、一个内齿圈、三个行星轮、一个作为输出部件的行星架，内齿圈固定在减速系统的箱体上。行星轮与所述行星减速机构的内齿圈啮合，行星轮可自转并随行星架一起转动地支撑在上述行星架上。
该装置的特征在于采用双电机启动，辅助电动机为小功率电动机，该装置启动时，首先启动小功率辅助电动机(此时液粘调速离合器的主动摩擦片和从动摩擦片处于分离状态)，使减速系统、液粘调速离合器的主动摩擦片、主电机联轴器和主电动机的转子等转动，当主电动机的转子的转速达到主电动机的额定转速后，断开辅助电动机电源，使空载启动系统的离合器分离，再接通主电动机电源。这样当主电动机通电启动时，其负载(包括主电动机的转子、主电机联轴器、减速系统、液粘调速离合器的主动摩擦片等)已达到了额定转速，真正实现了主电动机的空载启动。
该装置在主电动机启动后，通过控制液粘调速离合器的主动摩擦片和从动摩擦片之间的间隙即可使负载按规定的启动速度和加速度进行启动，实现可控启动功能；当负载变化或生产工艺要求改变负载运行速度时，可通过控制液粘调速离合器的主动摩擦片和从动摩擦片之间的间隙使负载按要求的速度运行，实现无级调速功能；当负载为多驱动时，该装置的控制系统可监测每个驱动的输出功率，通过控制液粘调速离合器的主动摩擦片和从动摩擦片之间的间隙即可调整各驱动的输出功率，实现多驱动功率平衡功能；当负载需要停车时，首先使液粘调速离合器主、从动摩擦片分离，切断主电动机电源，然后制动器工作，使减速系统和液粘调速离合器的主动摩擦片先制动，再通过控制液粘调速离合器主、从动摩擦片之间的间隙可以使负载缓慢平稳地实现软停车，实现软停车功能；当负载超过主电动机额定载荷时，液粘调速离合器主、从动摩擦片发生相对滑动，液粘调速离合器主动摩擦片转动，而与负载相连的液粘调速离合器的从动摩擦片则停止不动，从而对电机进行过载保护，实现主电动机过载保护功能。
该装置能够大幅降低启动电流，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，减小对电动机以及对电网的影响。其上的液粘调速离合器设置在减速系统外部，大大地降低了设备维护的难度和费用。
该装置能够在真正意义上实现重载机械设备尤其是矿山机械设备的空载可控启动、软停车、无级调速、多驱动功率平衡并可以防止电动机过载。
附图说明
图1是重载机械设备空载可控启动和无级调速装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细描述：
如图1所示，重载机械设备空载可控启动和无级调速装置主要包括空载启动系统、减速系统、液粘调速离合器和制动器。其中空载启动系统由一台主电动机1一台辅助电动机6和一台与辅助电动机6相联的离合器5构成；减速系统由一级齿轮减速机构和一级行星减速机构11构成；液粘调速离合器9设置在减速系统输出轴上。制动器15则设置在主电机联轴器2和减速系统之间。该装置中所述行星减速机构11包括一个作为输入部件的太阳轮12、一个内齿圈、三个行星轮4、一个作为输出部件的行星架10，内齿圈固定在减速系统的箱体上。行星轮4与所述行星减速机构11的内齿圈啮合，行星轮4可自转并随行星架10一起转动地支撑在上述行星架10上。该装置主电动机1通过主电机联轴器2和制动器15与减速系统的小齿轮3相联，小齿轮3与大齿轮14啮合，大齿轮14与行星减速机构11中的太阳轮12通过传动轴13连接。作为行星减速机构11输出端的行星架10与液粘调速离合器9的主动摩擦片相联。液粘调速离合器9的从动摩擦片则通过负载联轴器8与负载7相联。辅助电动机6通过离合器5与减速系统中一级齿轮减速机构的小齿轮3相联。
该装置采用双电机启动(主电动机1和辅助电动机6)，其中辅助电动机6为小功率电动机。该装置启动时，首先启动辅助电动机6(此时液粘调速离合器9的主动摩擦片和从动摩擦片处于分离状态)，使减速系统、液粘调速离合器9的主动摩擦片和主电动机1的转子等转动，当主电动机1的转子的转速达到主电动机1的额定转速后，断开辅助电动机6电源，使空载启动系统的离合器5分离，再接通主电动机1电源。这样当主电动机1通电启动时，其负载(包括主电动机1的转子、主电动机联轴器2、减速系统、液粘调速离合器9的主动摩擦片)已达到了额定转速，真正实现了主电动机1的空载启动。在主电动机1启动后，通过控制液粘调速离合器9的主动摩擦片和从动摩擦片之间的间隙，可实现负载7的可控启动、无级调速和多驱动功率平衡。
当负载7需要停车时，首先液粘调速离合器9主、从动摩擦片分离，主电动机1电源断开，然后制动器15工作，使减速系统和液粘调速离合器9的主动摩擦片先制动，再通过控制液粘调速离合器9主、从动摩擦片之间的间隙可以使负载7实现软停车。