小制动力矩防坠落单支座驱动装置及起升机构的制作方法

本发明涉及一种小制动力矩防坠落单支座驱动装置及起升机构，可以应用在各种不同类型的起升机构及起重机上，具有广泛的适用性。

背景技术：

起重机及一些起升机构中需要制动器、电动机、减速器等形成驱动装置，而以往的驱动装置布局较为分散，装配精度在起重机小车架受载变形后易被破坏，制动可靠性下降，这就需要配备一种更加可靠的驱动装置。小制动力矩防坠落单支座驱动装置是指将小力矩制动器、新式减速器和电动机集成在一起，改变其原来分散的布局。同时，增加一种防坠落装置，防止制动器失效引发坠落事故，从而提高整个起升机构的可靠性。

现有的起重机起升机构的驱动装置主要是电动机通过联轴器、浮动轴、联轴器与减速器相连，减速器输出轴上装有卷筒，卷筒经过导向滑轮或者直接牵引起重钢丝绳滑轮吊钩组，制动器装在电动机驱动的动力轴上。这类驱动在起重机起吊额定起重量时，由于起升机构支撑平台会发生较大变形，由于电动机、制动器和减速器之间装配精度，引发高速轴部件的转动振动。以往制动器、电动机和减速器为同轴线分散连接的安装方式，经多次吊装、起升机构支撑车架频繁受载后，容易发生疲劳累积的永久变形，破坏了初始装配关系，会造成驱动装置各部件的损伤，降低其使用寿命和起升机构使用安全性。

此外，由于一些起重机长时间的使用，某些部件容易发生失效，比如，当重物悬空离地停止后保持在某高度位置时，高速传动链上的制动器等突然发生故障失效，引起吊重突然坠落，那样后果是十分严重的。

合理的驱动装置布置形式可以提高与保持装配精度，也能够使其结构更加紧凑，便于维修，同时也可以降低起升机构的自重。合理的防坠落装置，可以提高起重机作业安全性，增加可靠度。

综上所述，现有的起重机起升机构的驱动装置，不但结构复杂，而且破坏装配精度，降低使用寿命。现有的起重机起升机构的驱动装置还缺乏多重防坠落保护，当驱动轴上的制动器失效时，再考虑低速轴安全制动器失灵后就很难保证作业的安全性，从而导致可靠性不高，也隐藏着很大的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种小制动力矩防坠落单支座的驱动装置，以解决起重机机构布置不够紧凑和工作时受载变形导致整个驱动装置装配精度破坏的问题。由于起重机长时间的使用，某些部件容易失效，比如起重机的制动器突然失效，这是十分危险的。因此，设计一种低速轴防坠落装置是十分必要的。同时，本发明的目的还在于提供一种对应的新的起升机构，使起重机更节能降耗。

为实现上述目的，本发明的小制动力矩防坠落单支座驱动装置方案如下。

一种小制动力矩防坠落单支座的驱动装置，包括小力矩制动器(2)，新式减速器(1)，电动机(3)及防坠落装置。所述减速器的动力输入轴(14)通过增速新增一根制动器安装轴(13)，并将小力矩制动器(2)安装在该轴上，制动器底座(21)固接在减速器外壳(18)上；所述电动机(3)的轴和减速器(1)的动力输入轴为同轴或轴套固接，电动机(3)直接通过法兰盘(17)与新式减速器(1)的对接法兰固接在一起，小制动力矩制动器、电动机和新式减速器三者集成后仅有减速器的支座和外界固定安装；即新式减速器(1)、小力矩制动器(2)和电动机(3)三者集成为一个整体，对外只有减速器(1)的安装底座、即单支座，减速器的支座可以是卧式、立式或三支点式等。单支座的设计方式具体有两个明显优点：首先避免了起升机构吊重时车架变形对整个驱动装置装配关系的破坏，使传动更加顺畅，能提高传动系统的寿命，增强了可靠性，便于起重机的整体组装；其次，占据空间变小，省去了电动机和减速器间的联轴器和浮动轴，节省了布置空间。通过驱动装置转动惯量的合理计算分析，可知将制动器安装轴(13)上的齿轮(16)的转动惯量折算到电动机轴上，其与减速器动力输入轴(14)上新增的齿轮(15)的转动惯量之和小于传统布置方式的齿轮联轴器的转动惯量，由此可见，这种设计方式更有利于电动机的启动，使起动力矩下降，延长电动机的寿命。小制动力矩是指，在减速器的动力输入轴(14)通过增速新增一根制动器安装轴(13)，将制动器(2)安装在该轴上，与传统方案相比，转速增大，制动力矩减小，选用的制动器型号和外形尺寸变小，节省了布置空间，使结构更加紧凑。防坠落装置是指，所述减速器输出轴的大齿轮(11)轮辐上开若干个弧形孔，在减速器低速轴大齿轮一侧的壳体上设置圆孔支承板(19)，在减速器外壳上开孔，该孔与圆孔支承板(19)上的孔同轴线，并在减速器外壳(18)开孔位置安装两个与大齿轮轮辐上圆弧孔相配合的可动插销，两个插销(41)的夹角要大于齿轮(11)上相连两个弧形孔的隔断的夹角，同时小于任意一个圆弧孔的转轴轴心圆心角。当起升机构起吊重物在空中悬空停留时，操纵电磁阀的电源按键断电，插销(41)靠受压弹簧贯穿插入齿轮(11)的弧形孔和圆孔支承板(19)内，构成了简支的防坠落装置；当吊重需要上下移动时，先按电磁阀(4)通电按钮，电磁阀(4)驱动插销(41)脱离大齿轮轮辐圆弧孔，连带接通电动机锁闭开关(42)，电动机启动，吊重可以正常升降。防坠落装置设置了能锚定大齿轮转动自由度的防坠落插销，能够提高起吊货物悬空停留的安全性，因此该装置的应用对起重机安全作业是十分重要的。例如：铸造起重机起吊钢水包保持在某一高度时，如果中高速轴上元件失效，后果十分严重，防坠落装置在这种情况下，可以降低事故发生的概率。

为说明本发明的驱动装置的小制动力矩、转动惯量有所减小、利于电动机启动的优点，进行以下有效的保守估算分析。

传统起升机构，制动器设置在电动机轴上，机构制动需要的单台制动器的制动力矩mzha为：

mzha=9550kzpj/ne/mz(n·m)

式中，pj为驱动机构电动机额定功率kw，ne为驱动电动机额定转速r/min，mz为同轴布置的制动器数量，kz为制动安全系数。

本发明中，如果新的制动器轴到电动机轴的传动比为iz，一般情况可以保证iz≥2，从减速器的电动机驱动轴通过增速拓展一根新轴，制动器安装在此轴上，当制动器数量不变时，机构制动需要的单台制动器的制动力矩下降为：

mzhb=mzha/iz(n·m)。

再用一些实例保守估算转动惯量的下降情况。

以20t桥式起重机为例，进行具体数据计算说明。

根据20t桥式起重机，已知该传统驱动方案的起升机构的驱动装置采用的是yzr250m1-8型号的电动机和zq650型号的减速器，采用的是两个cl3型齿轮联轴器。由于本发明的制动轮大幅减小，其转动惯量折算后不会增加，这里不予考虑。所用电动机转速为720r/min，功率为30kw；所用减速器的中心距a=650mm，a1=250mm，a2=400mm，设减速器齿轮材料均为40cr，密度为7.9g/cm³；单个cl3型联轴器的转动惯量为jd1=0.13kg·m²。

传统方式的电动机轴上联轴器个数为2，转动惯量为：

jd=2jd1=0.26kg·m²。

齿轮(15)模数为2.5，齿数为z1=100，厚度为66mm，分度圆直径为d1=260mm；齿轮(15)的质量m1=23.61kg和转动惯量jz1=0.109kg·m²。

齿轮(16)模数为2.5，齿数为z2=25，厚度为66mm，分度圆直径为d2=66mm；齿轮(16)的质量m2=1.78kg和转动惯量jz2=0.0019kg·m²。

齿轮(16)折算到电动机轴上的转动惯量为：

jzs=jz2(z1/z2)²=0.03kg·m²。

本发明的电动机轴偏大估算转动惯量为：

jthis=jzl+jzs=0.109+0.03=0.139kg·m²。

由这个实例可见，jthis显著小于jd，本发明更有利于电动机启动。

经过多个实例计算，这种设计方案所需的转动惯量变小，有利于电动机的启动，具体数据见下表，表中其余两个实例的各量单位与上例一致。

由上表数据可见，本发明具有转动惯量小的优点。

本发明还提供了一种应用上述小制动力矩防坠落单支座驱动装置的起重机的起升机构，包括本发明驱动装置和吊钩、钢丝绳、滑轮组和卷筒缠绕装置，本发明驱动装置的减速器低速轴(12)通过卷筒联轴器驱动卷筒缠绕起升钢丝绳与取物装置，实现吊重的升降。

本发明还提供了一种应用上述小制动力矩防坠落单支座驱动装置的起重机，包括本发明驱动装置或略微改性后用于起重机的起升机构、运行机构、回转机构或变幅机构。

本发明还提供了一种应用上述小制动力矩防坠落单支座驱动装置的机械装置，包括本发明驱动装置或略微改性后用于该机械装置。

附图说明

图1为驱动装置简图，其中(1)为减速器，(2)为制动器，(3)为电动机，(11)为减速器低速轴上的齿轮，(12)为减速器的低速轴，(13)为减速器拓展后新的高速轴，(14)为减速器的动力输入轴，(15)为减速器输入轴上的新增设的大齿轮，(16)为拓展高速轴上的齿轮，(18)为减速器外壳，(19)为圆孔支撑板，(4)为电磁阀，(41)为插销，(42)电动机锁闭开关。

图2为防坠落装置三维图，其中(11)为减速器低速轴上的齿轮，(19)为圆孔支撑板，(4)为电磁阀，(41)为插销，(5)为卷筒。

图3为齿轮构造图，其中(11)为减速器低速轴上的齿轮。

图4为圆孔支承板示意图。

图5为起重机起升机构双联卷筒的传动简图，其中(1)为减速器，(2)为制动器，(3)为电动机，(4)为电磁阀，(5)为卷筒。

图6为减速器a-a向视图，其中(1)为减速器，(17)为法兰盘，(2)为制动器，(21)为制动器支座，(4)为电磁阀。

图7为起重机起升机构单联卷筒的传动简图，其中(1)为减速器，(2)制动器，(3)为电动机，(4)为电磁阀，(5)为卷筒。

具体实施方式

为了能更清楚地了解本发明的技术内容，特以具体实施方式进行详细说明。小制动力矩防坠落单支座的驱动装置实施例。

一种小制动力矩防坠落单支座的驱动装置，包括新式减速器(1)、小力矩制动器(2)和电动机(3)。新式减速器(1)安装在小车端梁上，新式减速器(1)和电动机(3)同轴连接或轴套固接，用法兰盘(17)固定在一起，当电动机工作时，将力矩由减速器和电动机的同轴(14)传递到新式减速器(1)上，新式减速器(1)再根据齿轮啮合将力矩传递给低速轴(12)上，低速轴(12)转动，将力矩传递给与减速器低速轴传动连接的卷筒机构中，从而带动卷筒(5)转动，实现重物的吊装，而小力矩制动器(2)连接在减速器通过增速新增的制动器安装轴(13)上，制动器底座(21)也和减速器外壳(18)固接在一起，当机构需要制动时，制动器(2)发挥作用，上闸制动，完成工作任务。减速器的输出轴大齿轮轮辐上根据圆周按一定角度开若干个弧形孔，以大齿轮(11)中心为原点，孔与孔之间呈20度排列，在减速器低速轴大齿轮一侧的外壳上按一定角度焊接圆孔支承板(19)，并在减速器外壳(18)上开孔，该孔与圆孔支承板(19)上的孔大小相等且同轴线，同时外壳相应位置上安装两个与大齿轮轮辐上圆弧孔相配合的可伸缩的电动插销，该可伸缩的电动插销是由电磁阀(4)及其端部位置上的弹簧和与弧形孔配套的插销(41)构成的，两个插销之间角度大于减速器大齿轮(11)轮辐上孔与孔之间的角度。当起升机构起吊重物在空中悬空停留时，操纵电磁阀的电源按键断电，插销(41)靠受压弹簧贯穿插入齿轮(11)的弧形孔和圆孔支承板(19)内，构成了简支的防坠落装置；当吊重需要上下移动时，先按电磁阀(4)通电按钮，电磁阀(4)驱动插销(41)脱离大齿轮轮辐圆弧孔，连带接通电动机锁闭开关(42)，电动机启动，吊重可以正常升降。

下面介绍该驱动装置的具体运行情况：当系统启动时，电磁阀(4)通电产生磁场力，将插销从齿轮(11)孔内吸出，电动机锁闭开关（42）开启，电动机(3)开始转动，连接电动机输入轴(14)上的齿轮齿数较少，通过齿轮的啮合，将动力传递到齿数较多的低速输出轴(12)上，该轴连接卷筒(5)，使卷筒(5)实现以一定速度的升降运动。当起升机构起吊重物在空中悬空停留时，操纵电磁阀的电源按键断电，插销(41)靠受压弹簧贯穿插入齿轮(11)的弧形孔和圆孔支承板(19)内，构成了简支的防坠落装置；当吊重需要上下移动时，先按电磁阀(4)通电按钮，电磁阀(4)驱动插销(41)脱离大齿轮轮辐圆弧孔，连带接通电动机锁闭开关(42)，电动机启动，吊重可以正常升降。

起升机构实施例：起升机构，关键机构驱动装置和卷筒机构。电动机(3)和减速器同轴(14)连接或轴套固接，用法兰盘(17)固定在一起，小力矩制动器(2)安装在通过增速新增的制动器安装轴(13)上，制动器底座(21)与减速器外壳固接在一起，减速器低速轴(12)与卷筒机构传动连接，并且在低速轴上设计上述防坠落装置。起升机构可以通过电动机驱动完成重物的吊装。

小制动力矩防坠落单支座的驱动装置与上述相同，在此，不再赘述。

起重机实施例：本实施例的起重机，包括起升机构和运行机构，起升机构采用了小制动力矩防坠落单支座的驱动装置，与前述实例完全形同，故不再单独叙述。

以上给出了本发明涉及三个主体的具体实施方式，但本发明不局限于描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的基本相同，这样形成的技术方案是对上述实例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围之内。