功率分流式雙驅動減速機研究

摘 要：本文提出了功率分流式雙驅動減速機設計的整體方案、工作原理。該減速器優化了小車結構布局，實現了雙輸出同步，使得一個傳動分支出現故障后另一個傳動分支能獨立完成作業，提高了冶金起重機的可靠性。

關鍵詞：功率分流;雙驅動;減速器;冶金起重機

Abstract： The paper put forward the whole scheme design and working principle of power split dual drive reducer. The reducer optimizes structural distribution of trolley， realizes the double output synchronization， which make the other transmission branch to be able to work independently if one transmission branch failed， improve the reliability of the metallurgical crane.

Keywords： power split;dual drive;reducer;metallurgical crane

冶金起重機主起升機構開發的重點和難點主要集中在減速機的設計上。經過大量調研，發現國內外所采用的雙卷筒用減速機，傳統上采用雙輸出花鍵軸或雙輸出圓柱形軸伸結構，減速機內部為多級齒輪傳動系統，由于單斜齒結構上的限制使齒輪及軸承承載能力受到限制，同時一旦某個零件發生故障就會使整個系統陷入癱瘓[1]。

功率分流雙驅動技術采用雙驅動起升機構，可以解決以上問題。功率分流式雙驅動減速機是一種新型的、符合現代化工業需求的減速機，主要應用于冶金企業和服務于冶金廠等工作級別較高的橋式起重機。與其他類型減速機相比，功率分流式雙驅動減速機的承載能力更高，安全性更可靠，使用壽命長，具有承載能力大、噪聲小等優勢，且便于標準化，可滿足不同規格起重機的選型要求。

1 功率分流技術在雙驅動減速機中的應用

功率分流式雙驅動減速機采用雙輸入軸端，使用2個同步電機分別裝配在有2個輸入端的輸入軸上，對減速機進行驅動。其中，第一級齒輪軸上裝有一大兩小3個斜齒輪，大齒輪在齒輪軸中間，2個小齒輪參數相同且對稱布局;第二級采用雙斜齒輪進行功率分流。這樣設計可以使軸向力相互抵消，提高了軸承受力狀況，從而提高軸承壽命，采用大螺旋角設計提高齒輪承載能力。減速器齒輪布局如圖1所示。

由于輸出軸采用2個獨立的齒輪型輸出軸，分別有各自的軸承支撐及齒輪傳動，因此，當一組電機發生故障時，另一組能正常工作。同時，當2組電機中任一組電機出現故障時，監測系統會及時發現故障并且發出指令，使故障電機軸上的制動器制動松開，另一組電機正常運行，故障電機可以跟隨該電機自由轉動，這時起重機另一個傳動分支能夠獨立完成一個操作循環[2]。可見，任何一組電機或一套電控裝置發生損壞時，只要分流式齒輪能正常工作，就不會發生安全事故[3]。

2 分流式雙驅動減速機技術難點

為了使功率分流式雙驅動減速機實現最優化設計，要解決好以下幾個問題：鋼結構優化設計和安全性設計;2套獨立的電動機同步運轉;獨立的2個齒輪型輸出軸分別有各自的軸承支撐及齒輪傳動，一個發生故障時另一個能正常工作;箱體采用中間支撐結構，減速機具備雙重安全功能。

3 分流式雙驅動減速機的結構特點及主要功能

功率分流式雙驅動減速機由高剛度和高強度分流式箱體、功率分流齒輪傳動系統、齒輪型雙輸出軸、軸承、油封和標準件等組成。其采用雙驅動輸入，具有獨立的齒形雙輸出機構，由2個電動機同時驅動減速機進行工作，一個減速機同時驅動兩個卷筒工作。其主要具備以下功能。第一，同步運轉功能。2組同步電機由一套電控裝置控制，通過減速機內部的齒輪機構進行功率分流，帶動2個卷筒同步工作。

第二，2臺電機互為備用。當其中一組電機發生故障時，無須切換系統，未損壞的電機可短時間工作，即未損壞的電機可以使整套傳動機構短時間工作，避免發生安全事故[4]。

第三，單側安全驅動功能。當使用單組電機工作的工況下由電機到分流式齒輪上的所有傳動部件均能達到額定載荷的2倍，這些傳動部件按照額定工作載荷進行靜強度和使用壽命計算，按2倍額定工作載荷再次進行校核[3]。起升機構中，2組電機額定功率均按起升滿載功率的65%進行選取，其他電氣控制設備也要滿足這一要求[2]。因此，當起升機構工作中2組電機中任一組電機出現故障，電控系統發出指令使該故障電機軸上的制動器松開，該電動機不工作，自由隨動，另一組電機可以將重物起升到指定位置，避免發生事故[2]。

4 功率分流式雙驅動減速機鋼結構設計

研究者利用Inventor三維建模軟件，對整機的所有零部件進行詳細建模，在三維模擬中對設計進行驗證，主要檢查各機構的空間布局、各零部件之間的裝配干涉情況等。

減速器的鋼結構箱體、軸承座是載荷的主要受力部件，設計計算選取KA=2.25的工況，剛度主要通過合理布置筋板位置來解決。鋼結構設計計算時，依據《起重機設計規范》（GB/T 3811—2008）[1]。在主要結構件方面，為了檢驗主要結構件的結構設計是否合理，研究者利用ANSYS有限元分析軟件對減速器主要受力結構件進行分析[5]。分析結果如圖2所示。

5 系列化規格生產

為了滿足更多客戶需求，研究者已經設計出一系列減速機的規格和型號，型號規格如表1所示。

今后將加大研發力度，研發出更多型號減速機，滿足各種客戶要求。

6 功率分流式雙驅動減速機的創新點和科學性

為了確定該減速機設計具有創新性，經過大量調研，并且委托河南省科學技術信息研究院進行了查新（查新報告編號：201441b0101741），得出功率分流式雙驅動減速機有以下創新點。

第一，減速機采用雙驅動輸入、獨立的齒形雙輸出機構。當其中一個減速機的輸入、輸出發生故障時，另一個減速機的輸入、輸出能正常工作，這樣可以防止一個電動機產生故障時造成安全事故。

第二，采用功率分流式雙驅動減速機傳動系統使整機更安全穩定、工作可靠且速度快，所以使用范圍廣，主要應用于冶金企業和服務于冶金廠等工作級別較高的橋式起重機。

第三，采用中間支撐布局結構，兩邊對稱分布傳動設計方案，實現雙輸入、雙輸出，這種結構使得箱體剛度更優，兩個獨立的傳動單元使傳動效率更高且噪聲更小。

第四，采用齒輪傳動系統，利用功率分流技術，輸出軸采用獨立的雙齒輪型輸出軸，分別有各自的軸承支撐及齒輪傳動，一個發生故障時另一個能正常工作。所以該減速機可以增加整機的安全系數。

7 結語

本文提出了一種新型的功率分流式雙驅動減速機，該減速機設計新穎，優化了起重機小車布局，實現了雙輸出同步效果，提高了起重機起升系統的安全性和可靠性。該減速機經大連船用柴油機廠和俄羅斯某鋼鐵企業等單位的實際現場使用驗證，具有結構輕巧、安全可靠、拆裝方便等特點，提高了起重機的可靠性，使用效果良好。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.起重機設計規范：GB/T 3811—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]艾爾肯·庫爾班.大噸位鑄造吊主起升結構形式分析[J].民營科技，2012（2）：44.

[3]趙磊，顧翠云，李宏.大型鑄造起重機的起升機構[J].起重運輸機械，2002（8）：13-15.

[4]張志德.冶金起重機起升機構的幾種方案[J].起重運輸機械，2004（8）：12-13.

[5]孔維勝，陳陽，周恒.雙驅動冶金起重機用帶安全裝置棘輪棘爪的減速器[J].起重運輸機械，2015（8）：23-25.