一種行星差動無級變速的雙螺桿減速器

吳俊功，孫慶威

(大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116036)

大型同向或異向雙螺桿混煉擠壓造粒機(jī)組（20萬t/年及以上）是石化行業(yè)的重要設(shè)備，將上游制品中產(chǎn)生的粉料經(jīng)過擠壓造粒機(jī)組生產(chǎn)成粒料，作為母料再應(yīng)用。 大型混煉擠壓造粒機(jī)組的配有一個(gè)主電機(jī)和一個(gè)副電機(jī)。主電機(jī)的功率很大，一般在幾千千瓦甚至上萬千瓦，采用交流電機(jī)。副電機(jī)的功率約為主電機(jī)的功率的20%左右，采用交流變頻電機(jī)。由于塑料的融熔指數(shù)不同，工作時(shí)雙螺桿機(jī)組在同一工作轉(zhuǎn)數(shù)，融熔指數(shù)低的塑料，需要的工作扭矩就大；融熔指數(shù)高的塑料，需要的工作扭矩就小。問題是目前大型擠壓造粒機(jī)組中的雙螺桿主減速器的輸出的扭矩是恒定的，由于主電機(jī)是交流電機(jī)，功率是固定的，而生產(chǎn)不同的融熔指數(shù)塑料制品要求雙螺桿擠出機(jī)對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速，理想的主減速器能滿足提供不同的輸出轉(zhuǎn)速要求。（理想狀態(tài)是主電機(jī)是變頻電機(jī)，但是一萬千瓦及以上功率的變頻電機(jī)太昂貴了）。針對生產(chǎn)不同熔融指數(shù)塑料的要求，目前國內(nèi)外普遍采用的方法是機(jī)械換檔的雙速減速器。缺點(diǎn)是只有兩檔，不能有效滿足不同融熔指數(shù)塑料的生產(chǎn)要求。

本文介紹一種行星差動無級變速的雙螺桿減速器，可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)雙螺桿的三種傳動形式，尤其是實(shí)現(xiàn)主機(jī)雙螺桿在一定速度范圍內(nèi)的無級變速，以滿足塑料不同熔融指數(shù)生產(chǎn)要求。

行星差動無級變速的雙螺桿減速器裝配圖，見附圖1。

圖1 行星差動無級變速雙螺桿減速器裝配圖

為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：行星差動無級變速的雙螺桿減速器，減速器的減速部分為差動變速器，差動變速器通過Z1/Z2定軸齒輪傳動組與主電機(jī)連接，同時(shí)差動變速器依次通過Z7/Z8定軸齒輪傳動組、Z5/Z6定軸齒輪傳動組、Z3/Z4定軸齒輪傳動組與副電機(jī)連接。主電機(jī)為交流電機(jī)，副電機(jī)為變頻電機(jī)。主電機(jī)輸出端安裝有安全離合器，副電機(jī)輸出端安裝有超越離合器。

本文的核心部分是介紹行星差動無級變速部分，如附圖2所示的雙螺桿減速器的減速部分圖，圖3減速部分傳動模型圖，圖4 2K-H(WW)差動變速器圖。

圖2 減速器的減速部分

圖3 減速部分傳動模型

圖4 2K-H(WW)差動變速器

主電機(jī)通過齒輪Z1Z2一級減速將功率傳入行星級太陽輪，副電機(jī)通過齒輪Z3Z4、Z5Z6、Z7Z8三級減速將功率流傳入行星級內(nèi)齒圈，主副電機(jī)傳遞的功率在行星級進(jìn)行合流，形成差動輪系，合流后，功率流通過行星架流出，此差動輪系結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)三種傳動形式：

（1）主電機(jī)啟動，副電機(jī)制動，固定速比傳動形式，輸出轉(zhuǎn)速nH1，正常生產(chǎn)用。

（2）副電機(jī)啟動，主電機(jī)制動，固定速比傳動形式，輸出轉(zhuǎn)速nH2，主要低速盤車用。

（3）主、副電機(jī)同時(shí)啟動，變速傳動形式。

通過以上三種傳動形式，此差動輪系可以實(shí)現(xiàn)兩種固定速比傳動和一種變速傳動。下面介紹其理論計(jì)算與實(shí)施方式。

1 固定速比傳動流程與理論計(jì)算

固定速比傳動流程圖見圖5，理論計(jì)算見表1。

表1 固定速比傳動流程理論計(jì)算表

圖5 固定速比傳動流程圖

2 差動變速傳動的流程與理論計(jì)算

差動變速流程圖見圖6，理論計(jì)算見表2。

表2 差動變速傳動理論計(jì)算表

圖6 差動變速傳動的流程圖

3 實(shí)施方法—副電機(jī)變頻調(diào)速控制

通過電氣控制副電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速n2的變化，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)nH1到（nH1+nH2的無級變速（調(diào)整變頻電機(jī)的頻率）。

下面以一個(gè)行星差動無級變速的雙螺桿減速器為例，實(shí)現(xiàn)減速器的輸出轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)nH1到（nH1+nH2的速度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無級變速（調(diào)整變頻電機(jī)的頻率），在一定的無級變速的速度范圍內(nèi)，減速器雙輸出軸的扭矩是恒定的，見圖7。

圖7 無級變速范圍內(nèi)輸出

4 安全操制，預(yù)防飛車—M2副電機(jī)與減速器采用超越離合器

對于兩個(gè)電機(jī)M1,M2輸入，一個(gè)行星架輸出的差速器，在工作過程中如果副電機(jī)（小電機(jī)）M2失電，或者由于兩輸出軸的螺桿斷裂或損壞，由于輸出軸的阻力矩大，副電機(jī)的阻力矩趨于零。在M1主電機(jī)的驅(qū)動下，行星架不動，而副電機(jī)M2軸就增速旋轉(zhuǎn)，成為飛車。對于2K-H型輪系，其飛車速度為M2的這樣高轉(zhuǎn)速，可能造成設(shè)備損壞或其它事故。因此，在副電機(jī)M2備有電氣上預(yù)防措施—如裝備控制事故發(fā)生的專用能耗制動裝置或機(jī)械預(yù)防—電機(jī)端安裝超越離合器，當(dāng)超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)超越。

行星差動無級變速的雙螺桿減速器的設(shè)計(jì)核心的減速部分為差動變速器，差動變速器為行星差動無級變速器，包括太陽能、內(nèi)外齒圈、行星輪、行星架。差動變速器通過Z1/Z2定軸齒輪傳動組與主電機(jī)連接，同時(shí)差動變速器依次通過Z7/Z8定軸齒輪傳動組、Z5/Z6定軸齒輪傳動組、Z3/Z4定軸齒輪傳動組與副電機(jī)連接，三級減速將功率傳入差動變速器的內(nèi)外齒圈。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)雙螺桿的三種傳動形式，尤其能實(shí)現(xiàn)主機(jī)雙螺桿在一定的增速范圍內(nèi)的無級變速，以滿足不同熔融指數(shù)塑料的生產(chǎn)要求。