一种行星差动无级变速的双螺杆减速器

吴俊功，孙庆威

(大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁 大连 116036)

大型同向或异向双螺杆混炼挤压造粒机组（20万t/年及以上）是石化行业的重要设备，将上游制品中产生的粉料经过挤压造粒机组生产成粒料，作为母料再应用。 大型混炼挤压造粒机组的配有一个主电机和一个副电机。主电机的功率很大，一般在几千千瓦甚至上万千瓦，采用交流电机。副电机的功率约为主电机的功率的20%左右，采用交流变频电机。由于塑料的融熔指数不同，工作时双螺杆机组在同一工作转数，融熔指数低的塑料，需要的工作扭矩就大；融熔指数高的塑料，需要的工作扭矩就小。问题是目前大型挤压造粒机组中的双螺杆主减速器的输出的扭矩是恒定的，由于主电机是交流电机，功率是固定的，而生产不同的融熔指数塑料制品要求双螺杆挤出机对应不同的转速，理想的主减速器能满足提供不同的输出转速要求。（理想状态是主电机是变频电机，但是一万千瓦及以上功率的变频电机太昂贵了）。针对生产不同熔融指数塑料的要求，目前国内外普遍采用的方法是机械换档的双速减速器。缺点是只有两档，不能有效满足不同融熔指数塑料的生产要求。

本文介绍一种行星差动无级变速的双螺杆减速器，可以实现主机双螺杆的三种传动形式，尤其是实现主机双螺杆在一定速度范围内的无级变速，以满足塑料不同熔融指数生产要求。

行星差动无级变速的双螺杆减速器装配图，见附图1。

图1 行星差动无级变速双螺杆减速器装配图

为实现上述目的所采用的技术方案是：行星差动无级变速的双螺杆减速器，减速器的减速部分为差动变速器，差动变速器通过Z1/Z2定轴齿轮传动组与主电机连接，同时差动变速器依次通过Z7/Z8定轴齿轮传动组、Z5/Z6定轴齿轮传动组、Z3/Z4定轴齿轮传动组与副电机连接。主电机为交流电机，副电机为变频电机。主电机输出端安装有安全离合器，副电机输出端安装有超越离合器。

本文的核心部分是介绍行星差动无级变速部分，如附图2所示的双螺杆减速器的减速部分图，图3减速部分传动模型图，图4 2K-H(WW)差动变速器图。

图2 减速器的减速部分

图3 减速部分传动模型

图4 2K-H(WW)差动变速器

主电机通过齿轮Z1Z2一级减速将功率传入行星级太阳轮，副电机通过齿轮Z3Z4、Z5Z6、Z7Z8三级减速将功率流传入行星级内齿圈，主副电机传递的功率在行星级进行合流，形成差动轮系，合流后，功率流通过行星架流出，此差动轮系结构可以实现三种传动形式：

（1）主电机启动，副电机制动，固定速比传动形式，输出转速nH1，正常生产用。

（2）副电机启动，主电机制动，固定速比传动形式，输出转速nH2，主要低速盘车用。

（3）主、副电机同时启动，变速传动形式。

通过以上三种传动形式，此差动轮系可以实现两种固定速比传动和一种变速传动。下面介绍其理论计算与实施方式。

1 固定速比传动流程与理论计算

固定速比传动流程图见图5，理论计算见表1。

表1 固定速比传动流程理论计算表

图5 固定速比传动流程图

2 差动变速传动的流程与理论计算

差动变速流程图见图6，理论计算见表2。

表2 差动变速传动理论计算表

图6 差动变速传动的流程图

3 实施方法—副电机变频调速控制

通过电气控制副电机输入转速n2的变化，实现一定范围内nH1到（nH1+nH2的无级变速（调整变频电机的频率）。

下面以一个行星差动无级变速的双螺杆减速器为例，实现减速器的输出转速在一定范围内nH1到（nH1+nH2的速度区域实现无级变速（调整变频电机的频率），在一定的无级变速的速度范围内，减速器双输出轴的扭矩是恒定的，见图7。

图7 无级变速范围内输出

4 安全操制，预防飞车—M2副电机与减速器采用超越离合器

对于两个电机M1,M2输入，一个行星架输出的差速器，在工作过程中如果副电机（小电机）M2失电，或者由于两输出轴的螺杆断裂或损坏，由于输出轴的阻力矩大，副电机的阻力矩趋于零。在M1主电机的驱动下，行星架不动，而副电机M2轴就增速旋转，成为飞车。对于2K-H型轮系，其飞车速度为M2的这样高转速，可能造成设备损坏或其它事故。因此，在副电机M2备有电气上预防措施—如装备控制事故发生的专用能耗制动装置或机械预防—电机端安装超越离合器，当超过额定转速时超越。

行星差动无级变速的双螺杆减速器的设计核心的减速部分为差动变速器，差动变速器为行星差动无级变速器，包括太阳能、内外齿圈、行星轮、行星架。差动变速器通过Z1/Z2定轴齿轮传动组与主电机连接，同时差动变速器依次通过Z7/Z8定轴齿轮传动组、Z5/Z6定轴齿轮传动组、Z3/Z4定轴齿轮传动组与副电机连接，三级减速将功率传入差动变速器的内外齿圈。本设计结构的优点是：可以实现主机双螺杆的三种传动形式，尤其能实现主机双螺杆在一定的增速范围内的无级变速，以满足不同熔融指数塑料的生产要求。