[发明专利]用于重载机械设备的空载可控启动和无级调速装置

说明书

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中一级齿轮减速机构的小齿轮相联，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。

该装置中所述的一级行星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。