功率分流式双驱动减速机研究

摘 要：本文提出了功率分流式双驱动减速机设计的整体方案、工作原理。该减速器优化了小车结构布局，实现了双输出同步，使得一个传动分支出现故障后另一个传动分支能独立完成作业，提高了冶金起重机的可靠性。

关键词：功率分流;双驱动;减速器;冶金起重机

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

冶金起重机主起升机构开发的重点和难点主要集中在减速机的设计上。经过大量调研，发现国内外所采用的双卷筒用减速机，传统上采用双输出花键轴或双输出圆柱形轴伸结构，减速机内部为多级齿轮传动系统，由于单斜齿结构上的限制使齿轮及轴承承载能力受到限制，同时一旦某个零件发生故障就会使整个系统陷入瘫痪[1]。

功率分流双驱动技术采用双驱动起升机构，可以解决以上问题。功率分流式双驱动减速机是一种新型的、符合现代化工业需求的减速机，主要应用于冶金企业和服务于冶金厂等工作级别较高的桥式起重机。与其他类型减速机相比，功率分流式双驱动减速机的承载能力更高，安全性更可靠，使用寿命长，具有承载能力大、噪声小等优势，且便于标准化，可满足不同规格起重机的选型要求。

1 功率分流技术在双驱动减速机中的应用

功率分流式双驱动减速机采用双输入轴端，使用2个同步电机分别装配在有2个输入端的输入轴上，对减速机进行驱动。其中，第一级齿轮轴上装有一大两小3个斜齿轮，大齿轮在齿轮轴中间，2个小齿轮参数相同且对称布局;第二级采用双斜齿轮进行功率分流。这样设计可以使轴向力相互抵消，提高了轴承受力状况，从而提高轴承寿命，采用大螺旋角设计提高齿轮承载能力。减速器齿轮布局如图1所示。

由于输出轴采用2个独立的齿轮型输出轴，分别有各自的轴承支撑及齿轮传动，因此，当一组电机发生故障时，另一组能正常工作。同时，当2组电机中任一组电机出现故障时，监测系统会及时发现故障并且发出指令，使故障电机轴上的制动器制动松开，另一组电机正常运行，故障电机可以跟随该电机自由转动，这时起重机另一个传动分支能够獨立完成一个操作循环[2]。可见，任何一组电机或一套电控装置发生损坏时，只要分流式齿轮能正常工作，就不会发生安全事故[3]。

2 分流式双驱动减速机技术难点

为了使功率分流式双驱动减速机实现最优化设计，要解决好以下几个问题：钢结构优化设计和安全性设计;2套独立的电动机同步运转;独立的2个齿轮型输出轴分别有各自的轴承支撑及齿轮传动，一个发生故障时另一个能正常工作;箱体采用中间支撑结构，减速机具备双重安全功能。

3 分流式双驱动减速机的结构特点及主要功能

功率分流式双驱动减速机由高刚度和高强度分流式箱体、功率分流齿轮传动系统、齿轮型双输出轴、轴承、油封和标准件等组成。其采用双驱动输入，具有独立的齿形双输出机构，由2个电动机同时驱动减速机进行工作，一个减速机同时驱动两个卷筒工作。其主要具备以下功能。第一，同步运转功能。2组同步电机由一套电控装置控制，通过减速机内部的齿轮机构进行功率分流，带动2个卷筒同步工作。

第二，2台电机互为备用。当其中一组电机发生故障时，无须切换系统，未损坏的电机可短时间工作，即未损坏的电机可以使整套传动机构短时间工作，避免发生安全事故[4]。

第三，单侧安全驱动功能。当使用单组电机工作的工况下由电机到分流式齿轮上的所有传动部件均能达到额定载荷的2倍，这些传动部件按照额定工作载荷进行静强度和使用寿命计算，按2倍额定工作载荷再次进行校核[3]。起升机构中，2组电机额定功率均按起升满载功率的65%进行选取，其他电气控制设备也要满足这一要求[2]。因此，当起升机构工作中2组电机中任一组电机出现故障，电控系统发出指令使该故障电机轴上的制动器松开，该电动机不工作，自由随动，另一组电机可以将重物起升到指定位置，避免发生事故[2]。

4 功率分流式双驱动减速机钢结构设计

研究者利用Inventor三维建模软件，对整机的所有零部件进行详细建模，在三维模拟中对设计进行验证，主要检查各机构的空间布局、各零部件之间的装配干涉情况等。

减速器的钢结构箱体、轴承座是载荷的主要受力部件，设计计算选取KA=2.25的工况，刚度主要通过合理布置筋板位置来解决。钢结构设计计算时，依据《起重机设计规范》（GB/T 3811—2008）[1]。在主要结构件方面，为了检验主要结构件的结构设计是否合理，研究者利用ANSYS有限元分析软件对减速器主要受力结构件进行分析[5]。分析结果如图2所示。

5 系列化规格生产

为了满足更多客户需求，研究者已经设计出一系列减速机的规格和型号，型号规格如表1所示。

今后将加大研发力度，研发出更多型号减速机，满足各种客户要求。

6 功率分流式双驱动减速机的创新点和科学性

为了确定该减速机设计具有创新性，经过大量调研，并且委托河南省科学技术信息研究院进行了查新（查新报告编号：201441b0101741），得出功率分流式双驱动减速机有以下创新点。

第一，减速机采用双驱动输入、独立的齿形双输出机构。当其中一个减速机的输入、输出发生故障时，另一个减速机的输入、输出能正常工作，这样可以防止一个电动机产生故障时造成安全事故。

第二，采用功率分流式双驱动减速机传动系统使整机更安全稳定、工作可靠且速度快，所以使用范围广，主要应用于冶金企业和服务于冶金厂等工作级别较高的桥式起重机。

第三，采用中间支撑布局结构，两边对称分布传动设计方案，实现双输入、双输出，这种结构使得箱体刚度更优，两个独立的传动单元使传动效率更高且噪声更小。

第四，采用齿轮传动系统，利用功率分流技术，输出轴采用独立的双齿轮型输出轴，分别有各自的轴承支撑及齿轮传动，一个发生故障时另一个能正常工作。所以该减速机可以增加整机的安全系数。

7 结语

本文提出了一种新型的功率分流式双驱动减速机，该减速机设计新颖，优化了起重机小车布局，实现了双输出同步效果，提高了起重机起升系统的安全性和可靠性。该减速机经大连船用柴油机厂和俄罗斯某钢铁企业等单位的实际现场使用验证，具有结构轻巧、安全可靠、拆装方便等特点，提高了起重机的可靠性，使用效果良好。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.起重机设计规范：GB/T 3811—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]艾尔肯·库尔班.大吨位铸造吊主起升结构形式分析[J].民营科技，2012（2）：44.

[3]赵磊，顾翠云，李宏.大型铸造起重机的起升机构[J].起重运输机械，2002（8）：13-15.

[4]张志德.冶金起重机起升机构的几种方案[J].起重运输机械，2004（8）：12-13.

[5]孔维胜，陈阳，周恒.双驱动冶金起重机用带安全装置棘轮棘爪的减速器[J].起重运输机械，2015（8）：23-25.