Привод механизма передвижения

 

Изобретение относится к машиностроению, к зубчатым передачам с переменными нагрузками. Цель - расширение функциональных возможностей привода механизма передвижения путем обеспечения регулирования скорости передвижения, обеспечения торможения, стопорения и остановки. Зубчатая передача редуктора привода выполнена с заполюсным относительно оси шестерни зацеплением. Параметры зацепления удовлетворяют условиям, выраженным через торцовые углы профилей зубьев шестерни и колеса, угол отклонения нормали в точке контакта зацепляющихся зубьев и коэффициент трения в зацеплении. Благодаря этому в зависимости от направления действия ведущих инерционных сил и моментов и сил и моментов сопротивления обеспечивается один из режимов работы привода. 7 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано в приводах передвижения машин и механизмов и приборах различного назначения, в частности в приводах передвижения рельсовых тележек грузоподъемных и транспортирующих машин.

Известен привод механизма передвижения, содержащий двигатель, редуктор и тормоз. Тормоз всегда усложняет конструкцию, его работа должна контролироваться, он требует квалифицированного обслуживания, в частности периодического регулирования положения или состояния его звеньев. В механизмах передвижения электроталей тормоза увеличивают габариты, отличающихся высокой компактностью тележек. Тормоза электроталей неудобно обслуживать из-за большой высоты их расположения.

Известен привод механизма передвижения, содержащий электродвигатель и зубчатый редуктор. Этот привод не содержит тормозное или стопорное устройство, поэтому его торможение осуществляется противовключением электродвигателя, а после остановки он не фиксируется и внешние силы (отнесем их к нестационарным нагрузкам), возникающие при раскачивании груза на гибком подвесе на уклоне ходового пути, при действии ветpовой нагрузки на машину и груз и т.д. могут привести остановленную тележку в движение. Эти же нестационарные нагрузки при включенном электродвигателе (даже и при наличии тормоза) изменяют скорость передвижения до значения сверхсинхронной, из-за чего снижаются плавность или стабильность хода, особенно необходимые при выполнении технологических операций.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей привода, а именно наряду с передачей движения от электродвигателя к ходовым колесам (тяговый режим), осуществлять торможение и стопорение привода, ограничивать скорость передвижения при действии нестационарных нагрузок, а также останавливать привод при включенном электродвигателе, когда величина попутных нестационарных нагрузок превышает допустимые значения.

Для достижения этой цели в приводе, содержащем электродвигатель и редуктор, шестерня и колесо одной ступени редуктора выполнены с углами наклона зубьев, в несколько раз превышающими значения углов распространенных косозубных передач. При этом соответственно увеличиваются и углы профилей зубьев шестерни и колеса в торцовом сечении. Углы наклона зубьев и соответственно углы профилей зубьев шестерни в торцовом сечении выполняются большими, чем у колеса, и согласованными с углом отклонения нормали в точках контакта относительно осей шестерни и колеса. При этом зацепление относительно оси шестерни становится заполюсным. Условия, при которых выполняется поставленная цель, выражаются соотношениями: f ˙tg α_t1>sin γ>f ˙tg α_t2 ( 1) или f ˙tgα _t1 > sin γ; f ˙tg α _t2 > sin γ (2) при α_t1>α _t2, где α_t1 и α_t2 - углы профилей зубьев соответственно шестерни и колеса в торцовом сечении; γ- угол отклонения нормали в точках контакта зубьев от осей шестерни и колеса; f - коэффициент трения в зацеплении шестерни и колеса.

На фиг. 1 приведена кинематическая схема механизма передвижения в варианте для монорельсовой тележки; на фиг.2 - геометрическая схема зацепления в торцовом сечении передачи при направлениях сил и моментов сил, соответствующих тяговому режиму (нестационарные силы не действуют); на фиг. 3 - то же, при действии момента нестационарных нагрузок, увеличивающих сопротивление движению; на фиг.4 - то же, при действии момента нестационарных нагрузок, сопутствующих движению; на фиг.5 - то же, при действии момента нестационарных нагрузок, превышающего момент сопротивления передвижению; на фиг. 6 и 7 - то же, при действии только нестационарных нагрузок в разные стороны (электродвигатель выключен).

Привод механизма передвижения содержит электродвигатель 1, правый редуктор 2 и левый редуктор 3. В корпусе редуктора 2 расположены косозубые или шевронные шестерня 4 и колесо 5 быстроходной передачи, выполненные с большими и разными углами наклона зубьев. В корпусе редуктора 2 расположены также образующие тихоходную ступень шестерня 6, соединенная с колесом 5, и колесо 7. Между шестерней 6 и колесом 7 установлена промежуточная шестерня 8. В редукторе 3 располагается тихоходная ступень, включающая в себя шестерню 9 и колесо 10. Шестерни 8 и 9 установлены на одном валу 11. Если позволяет компоновка, шестерня 8 не применяется, тогда шестерня 6 с колесом 5 устанавливаются на валу 11. На валах колес 7 и 10 консольно закреплены ходовые катки 12.

В тяговом режиме привод работает следующим образом. Включенный электродвигатель 1 развивает вращающий момент М_д (фиг.2) и через шестерни 4, 6, 8 и 9 и колеса 5, 7 и 10 приводит во вращательное движение ходовые катки 12, которые, сцепляясь с ходовым рельсом, перемещают ходовую тележку машины. При этом электродвигатель преодолевает статические сопротивления движению, возникающие в зацеплениях зубчатых передач, в подшипниках и сопротивления качению ходовых катков по рельсам. На привод могут также действовать нестационарные нагрузки, вызванные отклонением груза на гибком подвесе, уклоном ходового пути и давлением ветра на машину и на груз и др. Нестационарные нагрузки могут действовать в комбинации или отдельно каждая и в зависимости от направления действия они сопутствуют движению или препятствуют ему.

Влияние действия статических сопротивлений и нестационарных нагрузок учитываются соответственно моментами М_с и М_н, приведенными к колесу 5 (фиг. 2-7). Вращающий момент двигателя М_д приложен к шестерне 4 быстроходной ступени (фиг.2-4).

Рассмотрим вначале работу зубчатого зацепления быстроходной ступени только при действии момента нагрузки М_с (фиг.2). Поскольку углы наклона зубьев шестерни 4 и колеса 5 выбираются большими, то в зацеплении возникают большие нормальные силы N и соответственно большие силы трения F=N˙f, где f - коэффициент трения в зацеплении. Так как угол наклона зубьев шестерни 4 превышает угол наклона зубьев колеса 5, то в тяговом режиме, когда ведущей является шестерня 4, зацепление передачи относительно оси шестерни 4 заполюсное. Сила трения F и проекция нормальной силы N˙sinγ на торцовую плоскость создают моменты одного знака, следовательно, сила трения - сила движущая. Моменты сил F и N sinγ преодолевают действие момента сопротивления М_с.

Когда наряду со статическими сопротивлениями действуют нестационарные нагрузки (фиг. 3), препятствующие движению (их действие учитывается приведенным к колесу 5 моментом М_н, то N, F и М_д возрастают, но работа привода и зацепления шестерни 4 с колесом 5 не изменяется.

Привод работает таким же образом, когда нестационарные нагрузки действуют и в направлении, попутном движению (фиг.4), если момент М_н, ими образованный, не превышает момент статического сопротивления М_с. При этом, как и в вариантах на фиг.2 и 3, режим работы тяговый, но величины N, F и М_д уменьшаются.

Перед остановкой привода электродвигатель выключается, но машина с замедлением продолжает движение, пока не исчерпан запас кинетической энергии поступательно перемещающихся масс машины и груза и вращающихся масс деталей привода. Действие сил и моментов, показанных на фиг.2-5, проявляется также как изложено выше, но момент двигателя М_д должен быть заменен на М_и, который отражает действие инерционных сил и моментов. Замедляющееся движение продолжается до уравновешивания момента М_и и моментов М_с и М_н, приведенных к одному звену передачи.

Стопорение привода. При остановленном приводе (электродвигатель выключен) нестационарные нагрузки F_н (фиг.6 и 7) стремятся перемещать машину. При этом ведущим становится колесо 5, момент сил трения F относительно оси шестерни 4 превосходит момент нормальных сил N и движение становится невозможным. Момент статического сопротивления привода М_с также препятствует вызываемому движению.

Ограничение скорости движения. Когда действуют нестационарные нагрузки попутного направления такой величины, что М_н превосходит М_с(фиг.5), то и при работающем электродвигателе ведущим становится колесо 5, а зацепление относительно его оси дополюсным. При этом в контакт входят противоположные поверхности зубьев, направление сил трения меняется на противоположное, электродвигатель дополнительно нагружается моментом сил трения F, при этом частота вращения его ротора снижается, не превышая синхронную. Таким образом, несмотря на действие сопутствующих электродвигателю нестационарных сил происходит ограничение скорости движения машины.

Остановка привода. Если по требованиям безопасной эксплуатации или технологическим или каким-либо другим движение тележки (машины) недопустимо, например при значительных отклонениях каната, при действии ветровой нагрузки попутного направления высокой интенсивности, в том числе нерабочего состояния, или при движении под уклон недопустимого значения, параметры зацепления передачи (шестерня 4, колесо 5) отвечают соотношению (2). Тогда и при включенном электродвигателе привод останавливается, так как момент сил трения образованный нестационарными нагрузками, превосходит момент двигателя. После прекращения действия или уменьшения нестационарных нагрузок движение продолжается.

Формула изобретения

ПРИВОД МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ, содержащий двигатель и редуктор с зубчатой передачей в виде шестерни и колеса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения регулирования скорости передвижения, обеспечения торможения, стопорения и остановки, зубчатая передача редуктора выполнена с заполюсным относительно оси шестерни зацеплением, а параметры зацепления шестерни и колеса удовлетворяют условиям f˙tgα_t1>> sinγ >>f˙tgα_t2 , или f ˙ tgα_t1>>sinγ ; s ˙ tgα_t2>>sinγ ;
α_t1>>α_t2 ,
где α_t1и α_t2 - углы профилей зубьев шестерни и колеса в торцевом сечении;
γ - угол наклона нормали в точках контакта к осям шестерни и колеса;
f - коэффициент трения в зацеплении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7