用于操作破碎机的驱动系统和用于操作破碎机的方法与流程

本发明涉及一种用于驱动材料破碎机设备的破碎机的驱动系统，该驱动系统具有主驱动器和由该主驱动器驱动的动力传递单元，其中该动力传递单元驱动至少一个发电机和第一液压泵，该第一液压泵以可变速的方式连接到动力传递单元。

本发明还涉及一种用于操作材料破碎机设备的破碎机的方法，该材料破碎机设备具有驱动破碎机的驱动系统材料，其中该驱动系统包括至少一个主驱动器和动力传递单元。

背景技术：

这种破碎机在材料破碎机设备中用作移动或固定单元，用于破碎例如天然石材或诸如混凝土、砖、拆除瓦砾等的回收材料。将要被破碎到指定尺寸的材料被供给到破碎机中。破碎机可以设计为冲击式破碎机。在这种冲击式破碎机中，将被破碎的材料被快速运转的转子抓住、被加速并被投掷到固定的冲击机构上，直到其已经被破碎成期望的颗粒尺寸为止。在圆锥式破碎机中，在破碎料斗与破碎机主轴之间的连续打开和关闭的破碎间隙中执行破碎。破碎机主轴沿偏心轨迹旋转。还使用颚式破碎机，其中被破碎的材料在固定颚和通过偏心轴移动的破碎机颚之间的楔形槽中被破碎。

破碎材料需要的高的力是这种破碎机的共同特征。因此，它们具有机械稳定的设计。因此，大的质量必须以相应大的质量惯性矩移动。破碎机由适于破碎机的强大的驱动器驱动，必要时其中内插机械变速器。为了使驱动器(例如其可以设计为柴油发动机的驱动器)加速，在驱动器和破碎机之间设有离合器，例如摩擦离合器，该离合器可用于中断和建立扭矩和动力传输。在破碎机阻塞的情况下，离合器也可以被致动。加速破碎机导致当离合器被接合时在离合器上的高的机械应力和热应力，并且破碎机的速度会缓慢地适应驱动器或中间变速器的变速器输出轴的速度。

de102015118398a1描述了一种驱动装置和一种机器装置，以及一种用于使驱动装置和机器装置加速的方法。机器可以是由驱动装置经由皮带驱动器驱动的破碎机。例如设计为柴油发动机的主驱动器经由变速箱输入轴连接至变速箱。离合器位于变速器的下游，该离合器用于经由变速器输出轴将变速器连接至皮带驱动器。致动离合器能够中断或建立变速器输入轴与变速器输出轴之间的扭矩流。离合器可以例如通过液压或气压、电磁力、弹力或机械操作来接合和松开。设计成驱动变速器输出轴的辅助驱动器被分配给驱动装置或机器装置。为了加速驱动装置或机器装置，可以利用松开的离合器并将速度增加到指定值来启动主驱动器。同时，辅助驱动器可以使变速器轴加速到指定的接合速度，并且因此将被驱动的机器加速到指定的接合速度。一实现该速度，离合器就被接合，并且辅助驱动器关闭。然后由主驱动器驱动机器。液压泵直接地或经由单个离合器连接到变速器，该离合器由主驱动器经由变速器驱动。

因此，辅助驱动器会在机器耦合到主驱动器之前加速高质量的机器。以这种方式，当离合器被接合时，可以避免离合器上的高载荷。然而，缺点是，除了主驱动器外，还必须有另一个驱动器(辅助驱动器)。这导致部件数量增加，并且因此成本增加。此外，必须在机器装置内部提供用于辅助驱动器的空间，这并非总是可能的，特别是在移动机器装置的狭窄范围内。

从ep2500100a1已知一种用于机器装置的驱动装置和相关联的机器装置。该驱动装置包括至少一个驱动器件、泵动力传递单元、液压泵、流体联轴器和三角皮带轮。驱动器件驱动泵动力传递单元，并经由泵动力传递单元驱动液压泵和三角皮带轮。离合器和流体联轴器内插在泵动力传递单元和三角皮带轮之间。离合器位于流体联轴器的上游。例如，要被驱动的机器可以是建筑机器的破碎机。因此，被驱动的机器具有高质量惯性。离合器用于中断或连接泵动力传递单元的变速箱输入轴和变速箱输出轴之间的扭矩流。离合器可以通过液压或气压、通过电磁力、弹力或机械操作来致动。与离合器串联布置的流体联轴器是基于原理。流体联轴器导致具有高质量惯性的下游部件被平缓地加速，仅对离合器施加小的应力。这种布置即离合器和流体联轴器的缺点在于，设置两个联轴器。除了导致机器装置的更高的操作成本和维护成本之外，这还导致制造成本增加。

技术实现要素：

因此，本发明解决了提供用于破碎机的驱动系统的问题，该驱动系统在数量减少的需要部件下，允许破碎机的平缓加速和扭矩和动力传输的中断。

本发明进一步解决了提供用于操作破碎机的相应方法的问题。

本发明解决了与驱动系统有关的问题，该问题通过在从动力传递单元到破碎机的传输路径中安装可变速流体联轴器，通过在泵回路中以流体输送的方式将可变速流体联轴器和泵相互连接，并通过借助于泵将流体供应到可变速流体联轴器而解决。打开可变速流体联轴器会中断从主驱动器到破碎机的扭矩和动力的传输。以这种方式，可以在不将动力传输到破碎机的情况下启动主驱动器。通过接合可变速流体联轴器，扭矩和/或动力经由动力传递单元从主驱动器传输到破碎机。以这种方式，可变速流体联轴器允许破碎机的平稳启动。可变速流体联轴器吸收极端的峰值载荷和扭转振动。如果发生过载或阻塞的情况，可变速流体联轴器可以快速打开。这导致有效的过载保护。以这种方式，可变速流体联轴器将可变速摩擦离合器和其下游的不可变速流体联轴器的优点(如从现有技术中已知的那样)结合在一个部件中。

根据本发明的一种特别优选的设计变体，可以规定，通过调节可变速流体联轴器中的流体的填充量，可以调节可变速流体联轴器的扭矩和/或动力的传输。除了用于传输扭矩和动力的纯粹的换挡操作外，通过相应地调节可变速流体联轴器中的流体液位，还可以在没有打滑或打滑最小的情况下指定由离合器传输的扭矩。更高的流体液位允许传输更大的扭矩。

特别优选地可以规定，在驱动系统的第一操作状态下，供应给流体联轴器的流体的体积流量大于排出的体积流量，规定在驱动系统的第二操作状态下，供应和排出的流体的体积流量相同，并且规定在第三操作状态下，供应给流体联轴器的体积流量小于排出的体积流量。这样，也可以完全中断流体供应到泵和从泵排出。如果供应给流体联轴器的流量大于排出的流量，则可变速流体联轴器内部的流体液位升高。这允许可变速流体联轴器传输更高的扭矩。如果供应的体积流量和排出的体积流量相同，则可由流体联轴器传输的扭矩保持不变。可以为供应和排出的体积流量设置0m³/min的体积流量或不同于0m³/min但相同的体积流量。如果排出的体积流量选择成大于供应的体积流量，则可减小可传输的扭矩。如果可变速流体联轴器被完全或至少几乎完全排空，则可中断扭矩和/或动力的传输。

通过布置至少一个阀以中断流体在泵回路中的流动，可以实现对流体向可变速流体联轴器的流入或从其排出的简单且可靠的中断。例如，如果预期将阀布置在可变速流体联轴器的供应管线中，则可以中断向可变速流体联轴器的流体供应。如果流体继续从可变速流体联轴器中流出，则可通过这种方式快速降低可变速流体联轴器内部的流体液位，从而减少或中断扭矩或动力的传输。

使动力传递单元驱动泵或使主驱动轴驱动泵是有利的。以这种方式，无论可变速流体联轴器的流体液位如何，在主驱动器正在运行时都将连续地驱动泵。以这种方式，可以在主驱动器正在运行的所有操作情况下调节流体联轴器的流体液位。由动力传递单元驱动的泵更容易接近，这简化了安装和维护。

根据本发明的一种优选的设计，可以规定，可变速流体联轴器具有钻孔，由于可变速流体联轴器内部存在的离心力，流体通过钻孔被引导出可变速流体联轴器并随后引导到泵。当主驱动器旋转并且因此可变速流体联轴器旋转时，流体从可变速流体联轴器中永久地排出。可变速流体联轴器内部的流体液位可通过控制流体的流入来调节。

为了能够增加可变速流体联轴器内部的流体液位，可以规定，泵的输送速率大于由于离心力引起的通过可变速流体联轴器的钻孔的体积流量。以这种方式，尽管流体从可变速流体联轴器中永久排出，也可以增加可变速流体联轴器内部的流体的流体液位。通过降低泵的输送速率，可降低可变速流体联轴器内部的流体液位。可以特别有利地通过位于泵和可变速流体联轴器之间的阀来控制或调整流体到可变速流体联轴器的流动。然后，泵可以恒定的泵送容量操作。通过控制或调整借助于阀供应给可变速流体联轴器的体积流量来调节流体液位。在最简单的情况下，可以设置具有二元性能的控制阀，该控制阀可以在打开位置和关闭位置之间移动。打开阀会增加可变速流体联轴器中的流体液位，并以此方式增加其传输扭矩和动力的能力。通过关闭阀，与可变速流体联轴器排出的流体成比例地迅速降低流体液位。如果破碎机被阻塞，这允许例如迅速中断扭矩和/或动力的传输。可以使用控制阀来容易地设定可变速流体联轴器的最小和最大液位。也可以设想到设定中间的流体液位，并以此方式基于换挡阀的相应定时的激活来设定可变速流体联轴器的期望的扭矩和/或动力的传输能力。

也可以在泵和可变速流体联轴器之间的输送管线中设置比例阀。可以使用这种比例阀来容易地将可变速流体联轴器的流体液位调节至最大、最小和中间水平。

在破碎机过载或阻塞的情况下，可以采取措施来快速中断从主驱动器到破碎机的扭矩和/或动力的传输，从而防止主驱动器停止运转或防止损坏驱动系统或破碎机的被阻塞的部件的发生，其原因在于控制单元被分配给驱动系统，并且其原因在于控制单元设计成检测破碎机的过载和/或阻塞，并且在检测到过载和/或阻塞的情况下，以输出控制信号，该控制信号引起泵关闭和/或中断向可变速流体联轴器的流体供应。

通过设计控制单元来控制泵和/或阀，使得在主驱动器启动之后其旋转速度增加时和/或当破碎机的旋转速度增加时，可变速流体联轴器中的流体的填充量增加，可以实现主驱动器的安全启动和破碎机的平稳加速。填充量的增加连续增加可变速流体联轴器的扭矩和/或动力的传输，从而可靠地防止主驱动器的过载。优选地，在5至60s的时间段内，特别优选在10至20s的时间段内，执行对先前排空的可变速流体联轴器的完全填充。

为了能够驱动其他的集合体，例如用于使可移动的材料破碎机单元移动的液压马达，该材料破碎机单元中集成了驱动单元和破碎机材料，可以规定，至少一个第二液压泵以不可变速的方式连接至动力传递单元并从而被驱动。

特别有利的是，可以规定，驱动系统经由皮带驱动器来驱动破碎机，并且规定皮带驱动器的驱动皮带轮与驱动系统的可变速流体联轴器连接。皮带驱动器可以将扭矩或动力沿足够大的距离从动力传递单元传输到破碎机。它允许设定合适的传动比，补偿冲击载荷，并且易于安装和维护。但是，也可以设想到在驱动系统和破碎机之间设置其他传动元件，诸如齿轮驱动器、链驱动器、轴或类似的传动元件。

如果预期为驱动系统分配辅助驱动器，该辅助驱动器在可变速流体联轴器下游在主驱动器的动力传输方向上直接或间接地与破碎机处于操作性的连接，则可以在与工作流方向相反的方向上操作破碎机，例如在阻塞或出于维护目的的情况下。也可以设想到在加速期间使用辅助驱动器来支持破碎机。

通过将辅助驱动器设计为液压马达并通过由动力传递单元驱动的液压泵来驱动液压马达，可以实现辅助驱动器的简单设计。以这种方式，辅助驱动器的能量因此由主驱动器供应。

通过在可变速流体联轴器的泵回路中布置冷却器，流体流动通过该冷却器，可以防止流体的过度加热。这是优于不可变速的恒定填充的流体联轴器的一个主要优点，在不可变速的恒定填充的流体联轴器中不可能或仅在有限的程度上有效冷却使用的流体。

为了使得能够通过相应地改变流体流入和/或排出可变速流体联轴器来调节可变速流体联轴器内部的流体的流体液位，可以规定用于流体的临时存储罐布置在流体的泵回路中，特别是布置在流体从可变速流体联轴器到泵的回流中。例如，如果中断了对可变速流体联轴器的供应，则流体会从可变速流体联轴器中排出，并被收集在临时储存器中。以这种方式，流体联轴器可以排空。因此，可以从临时储液器中移除流体，并且将其供给到可变速流体联轴器用于填充可变速流体联轴器

通过与方法有关的本发明而解决的问题，通过在动力传递单元和破碎机之间布置可变速流体联轴器，通过在破碎机阻塞和/或用于启动主驱动器的情况下降低可变速流体联轴器中的流体的流体液位，并且通过在破碎机加速时增加流体的流体液位来解决。降低液位会影响可变速流体联轴器的扭矩和/或动力的传输。从可变速流体联轴器中排空流体会完全中断扭矩和/或动力的传输。这允许启动和加速例如可以是柴油发动机的主驱动器。升高可变速流体联轴器内部的流体液位会连续增加其扭矩和/或动力的传输。这允许使破碎机的平稳加速。在破碎机过载或阻塞的情况下，可以从可变速流体联轴器中快速地排出流体。这减少或中断了扭矩和/或动力的传输。该措施可以防止主驱动器停止运转，并在在阻塞的情况下防止主驱动器、破碎机或任何其他部件被损坏。因此，可变速流体联轴器执行离合器和其下游的恒定填充的流体联轴器的已知的组合的任务。

附图说明

下面基于附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明。在附图中：

图1示出了用于破碎机的驱动系统；并且

图2示出具有附加辅助驱动器的图1中示出的驱动系统。

具体实施方式

图1示出用于破碎机50的驱动系统1。破碎机50用于破碎材料，尤其是岩石材料，诸如天然石材、混凝土、砖、建筑瓦砾等。它被设计为冲击式破碎机。然而，也可以设想到提供其他类型的破碎机，诸如圆锥式破碎机、颚式破碎机等。

破碎机50和驱动系统1是此处未示出的可移动的破碎设备的一部分。破碎机50由主驱动器2驱动。主驱动器2连接至动力传递单元10。主驱动器2经由相应的驱动轴耦合至动力传递单元10的第一齿轮12.1。进一步啮合的齿轮12.1、12.2、12.3布置在动力传递单元10的壳体11中的。在这种情况下，第一液压泵21和发电机20由动力传递单元10驱动。为此，第一液压泵21经由离合器13连接到动力传递单元10的第二齿轮12.2。发电机20经由连接元件20.1连接到动力传递单元10的第三齿轮12.3。连接元件20.1可以是万向轴或联轴器。

皮带驱动器40的驱动皮带轮41由动力传递单元10驱动。这里，在从主驱动器2到皮带驱动40的传动中指定传动比为一。可变速流体联轴器30内插在从动力传递单元10到驱动皮带轮41的扭矩和/或动力的传输路径中。泵31分配给可变速流体联轴器30。可变速流体联轴器30和泵31在泵回路中以流体输送的方式相互连接。流体在泵回路中输送。在泵回路中布置有冷却器33。此外，在泵回路中设置有临时储存器34，以接收在泵回路中输送的流体。在输出侧上，输出轴32用于将可变速流体联轴器30连接至驱动皮带轮41。

驱动皮带轮41经由驱动皮带42来驱动皮带驱动器40的输出皮带轮43。轴51将输出皮带轮43连接至破碎机50。

在该实施例中，主驱动器2是柴油发动机。但是，也可以设置其他种类的发动机或马达，例如电动马达。

可变速流体联轴器是基于原理。主驱动器2经由动力传递单元10驱动可变速流体联轴器30的泵轮(未示出)。该泵轮将流体(优选地，油)输送至可变速流体联轴器30的涡轮机叶轮，并驱动该涡轮机叶轮。涡轮机叶轮连接到输出轴32。涡轮机叶轮因此驱动输出轴32。输出轴32的旋转运动经由驱动皮带轮41和驱动皮带42被传输到皮带驱动器40的输出皮带轮43。皮带驱动器经由轴51驱动破碎机50。

可变速流体联轴器30中的流体量不是恒定的。它可以被指定地调节。通过改变可变速流体联轴器30中流体的流体液位，可以改变其用于传输扭矩和/或动力的能力。当可变速流体联轴器30完全或几乎完全排空时，它不传输扭矩和/或动力。在这种情况下，破碎机50与主驱动器2和动力传递单元10断开耦合。当可变速流体联轴器30被完全填充时，扭矩和/或动力可以超过95％的效率被传输。在这种情况下，可变速流体联轴器30仅具有很小的打滑。部分填充的可变速流体联轴器30传输扭矩和/或动力的能力被限制。可变速流体联轴器30中的流体液位越高，可变速流体联轴器30可在没有打滑或仅轻微打滑的情况下传输越大的功率和/或扭矩。由于离心力，在可变速流体联轴器30的外侧上形成流体环，该流体环驱动涡轮机叶轮。

在这种情况下，泵31被设计为齿轮泵。然而，也可以设想到使用其他类型的泵。泵31将流体输运到可变速流体联轴器30。在可变速流体联轴器30的外周上设置有钻孔。由于存在的离心力，流体通过该孔连续地流出可变速流体联轴器30。在主驱动器2正在运行并且因此功率传递单元10正在运行的情况下，可变速流体联轴器30被连续地排空。泵31被设计成使得与通过钻孔流出的流体相比，泵31将更多的流体泵送到可变速流体联轴器30中。因此，可以通过打开泵31来填充可变速流体联轴器30。因此，可以通过关闭泵31来发起可变速流体联轴器30的清空过程。

在示出的示例性实施例中，泵31永久地连接至动力传递单元10，并且在主驱动器2正在运行时由动力传递单元10驱动。阀(未示出)位于泵回路中泵31的出口与可变速流体联轴器30的入口之间。该阀可用于中断或保持向可变速流体联轴器30的流体流动。该阀设计为电磁阀。它具有两个换挡位置，即打开位置和关闭位置。当阀打开时，可变速流体联轴器30被填充，而当阀关闭时，由于从可变速流体联轴器30的钻孔中排出流体，可变速流体联轴器30被清空。临时储存器34用于保持从可变速流体联轴器30排出的流体。因此，当阀打开时，流体从临时储液器34中被取出并被泵送到可变速流体联轴器30。

也可以设想到在泵回路中的可变速流体联轴器30的入口中设置比例阀来代替换挡阀。比例阀可用于中断向可变速流体联轴器30的流体供应。它也可用于连续地预设供应至可变速流体联轴器30的流体的体积流量。以这种方式，可以调节可变速流体联轴器30的期望的流体液位，并且因此调节期望的传输性能。

由于通过可变速流体联轴器30传输的高扭矩和/或动力以及在流体上的相关联的高应力，流体被大量加热。以这种方式，改变了其粘度并因此改变了其传输特性。根据本发明，可以将泵回路中的冷却器33直接或间接地分配给流体联轴器。这引起流体温度保持在指定的温度范围内，并且因此不会落在指定的粘度以下。因此，保持了可变速流体联轴器30的传输特性。特别地，该冷却器33可以被设计为单独的单元。除了流体联轴器30之外，还可以将其他要被冷却的组件连接到其上。

可以设想到的是，设计没有描述的钻孔的可变速流体联轴器30。然后泵31可以从可变速流体联轴器30抽吸流体。也可以设想到的是，设置单独的流体泵用于泵出流体。阀可设置在可变速流体联轴器的入口和出口中，以调节流体液位。通过相应地控制泵31或除了在返回管线中的流体泵之外的泵31，也可以调节可变速流体联轴器30中的流体液位。

正如以下描述的那样来执行驱动系统1的启动过程。首先，主驱动器2以清空的或几乎清空的可变速流体联轴器30启动，并加速到期望的速度。可变速流体联轴器30的泵叶轮与其共同旋转。如果可变速流体联轴器30在没有附加传动比的情况下耦合到主驱动器2，则正如本示例性实施例中示出的那样，泵叶轮以与主驱动器2相同的速度旋转。然而，也可以设想到在主驱动器2和可变速式流体联轴器30之间设置除1之外的传动比，使得两者以不同的速度旋转。泵31也由动力传递单元10驱动或直接由主驱动器2驱动。位于泵31与泵回路中的流体联轴器30的入口之间的阀是关闭的，即没有流体被泵送到流体联轴器30中。主驱动器2在已经达到期望的速度后，将流体泵送到可变速流体联轴器30中。这样，基于相应的控制信号阀被打开。因为供应到可变速流体联轴器30的流体的体积流量大于排出的体积流量，所以可变速流体联轴器30被缓慢地填充。这增加了从泵轮传输到涡轮机叶轮的扭矩。当达到输出驱动系的起步扭矩时，涡轮机叶轮和相关联的输出驱动系开始旋转。输出系包括输出轴32下游的所有移动部件。随着液位的升高，涡轮机叶轮缓慢地加速到泵轮的速度。因此，破碎机50的速度也缓慢增加。如果泵和涡轮机叶轮的速度相等或至少近似相等，则可以通过增加主驱动器2的速度来进一步增加破碎机50的速度。

在破碎机50过载或阻塞的情况下，可变速流体联轴器30中的流体液位降低。为此目的，如果检测到阻塞或过载，则关闭设置在泵31和可变速流体联轴器30之间的阀。如果没有流体流入，则可移位的流体联轴器30被排空。即使对于仅部分排出的流体，可变速流体联轴器30的扭矩和动力的传输也显著减小。因此，在阀关闭之后不久，保护了被阻塞的破碎机50。泵轮和涡轮机叶轮之间的打滑成为可能，从而使破碎机50和主驱动器2部分地去耦合。因此，即使仅部分排出流体，破碎机50的阻塞也不再导致主驱动器2停止运转。可变速流体联轴器30设计成使得在没有流体被供应时其快速排空。因此，涡轮机叶轮在短时间内与泵轮去耦合。

因此，可变速流体联轴器30在一个部件中结合了几种功能。由于上升的流体液位和流体的高粘度，在破碎机50已经启动之后，惯性涡轮机叶轮和与其耦合的输出驱动器被加速到驱动轴32的速度需要花费时间。这实现了破碎机50的平稳启动。此外，对驱动部件(主驱动器2，输入轴，任何扭转振动联轴器3、4(参见图2)，动力传递单元10等)进行了更精心地处理，因为由于可变速流体联轴器30的去耦合作用，它们不会由于破碎机50的反作用而承受突然的应力。可变速流体联轴器30可中断从主驱动器2到破碎机50的扭矩和/或动力的传输。以这种方式，主驱动器2可以启动并加速。例如，在破碎机50阻塞或过载的情况下，它还允许主驱动器2与破碎机50快速去耦合。以这种方式可以避免损坏破碎机50和驱动系统1。

图2示出了具有附加的辅助驱动器60的图1中示出的驱动系统1。此外，与图1中示出的驱动系统相比，第二液压泵22、第三液压泵22和第四液压泵24连接至动力传递单元10。第二液压泵22和第四液压泵24直接耦合至动力传递单元10的第三齿轮12.3，而第一液压泵21和第三液压泵23经由离合器13耦合至动力传递单元10的第二齿轮12.2，并且可以这种方式打开和关闭。主驱动器2和可变速流体联轴器30分别经由相应的扭转振动联轴器3、4附接到动力传递单元10的壳体11。扭转振动联轴器3、4在周向方向上具有阻尼作用并且补偿轴对准的小偏移。

辅助驱动器60设计为液压马达。在示出的示例性实施例中，它由第三液压泵23驱动，该第三液压泵23可以被打开和关闭。辅助驱动器60可以通过相应地致动离合器13来打开和关闭。辅助驱动器60经由皮带驱动器40的皮带轮61作用在驱动皮带42上。当可变速流体联轴器30被去耦合时，皮带驱动器40以及因此与皮带驱动器40连接的破碎机50可以借助于辅助驱动器60而移动。例如，这允许破碎机50被转动到合适的维护位置。破碎机50还可以逆着其由主驱动器2的旋转方向确定的工作流方向旋转。以这种方式，例如可以使破碎机50不被阻塞。辅助驱动器60还可以用于辅助使破碎机50加速。为此目的，在填充可变速流体联轴器30之前和/或同时，可以使用辅助驱动器60将破碎机50加速到预定速度。