一種行星差動無級變速的雙螺桿減速器

吳俊功，孫慶威

(大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧 大連 116036)

大型同向或異向雙螺桿混煉擠壓造粒機組（20萬t/年及以上）是石化行業(yè)的重要設(shè)備，將上游制品中產(chǎn)生的粉料經(jīng)過擠壓造粒機組生產(chǎn)成粒料，作為母料再應(yīng)用。 大型混煉擠壓造粒機組的配有一個主電機和一個副電機。主電機的功率很大，一般在幾千千瓦甚至上萬千瓦，采用交流電機。副電機的功率約為主電機的功率的20%左右，采用交流變頻電機。由于塑料的融熔指數(shù)不同，工作時雙螺桿機組在同一工作轉(zhuǎn)數(shù)，融熔指數(shù)低的塑料，需要的工作扭矩就大；融熔指數(shù)高的塑料，需要的工作扭矩就小。問題是目前大型擠壓造粒機組中的雙螺桿主減速器的輸出的扭矩是恒定的，由于主電機是交流電機，功率是固定的，而生產(chǎn)不同的融熔指數(shù)塑料制品要求雙螺桿擠出機對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速，理想的主減速器能滿足提供不同的輸出轉(zhuǎn)速要求。（理想狀態(tài)是主電機是變頻電機，但是一萬千瓦及以上功率的變頻電機太昂貴了）。針對生產(chǎn)不同熔融指數(shù)塑料的要求，目前國內(nèi)外普遍采用的方法是機械換檔的雙速減速器。缺點是只有兩檔，不能有效滿足不同融熔指數(shù)塑料的生產(chǎn)要求。

本文介紹一種行星差動無級變速的雙螺桿減速器，可以實現(xiàn)主機雙螺桿的三種傳動形式，尤其是實現(xiàn)主機雙螺桿在一定速度范圍內(nèi)的無級變速，以滿足塑料不同熔融指數(shù)生產(chǎn)要求。

行星差動無級變速的雙螺桿減速器裝配圖，見附圖1。

圖1 行星差動無級變速雙螺桿減速器裝配圖

為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：行星差動無級變速的雙螺桿減速器，減速器的減速部分為差動變速器，差動變速器通過Z1/Z2定軸齒輪傳動組與主電機連接，同時差動變速器依次通過Z7/Z8定軸齒輪傳動組、Z5/Z6定軸齒輪傳動組、Z3/Z4定軸齒輪傳動組與副電機連接。主電機為交流電機，副電機為變頻電機。主電機輸出端安裝有安全離合器，副電機輸出端安裝有超越離合器。

本文的核心部分是介紹行星差動無級變速部分，如附圖2所示的雙螺桿減速器的減速部分圖，圖3減速部分傳動模型圖，圖4 2K-H(WW)差動變速器圖。

圖2 減速器的減速部分

圖3 減速部分傳動模型

圖4 2K-H(WW)差動變速器

主電機通過齒輪Z1Z2一級減速將功率傳入行星級太陽輪，副電機通過齒輪Z3Z4、Z5Z6、Z7Z8三級減速將功率流傳入行星級內(nèi)齒圈，主副電機傳遞的功率在行星級進行合流，形成差動輪系，合流后，功率流通過行星架流出，此差動輪系結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)三種傳動形式：

（1）主電機啟動，副電機制動，固定速比傳動形式，輸出轉(zhuǎn)速nH1，正常生產(chǎn)用。

（2）副電機啟動，主電機制動，固定速比傳動形式，輸出轉(zhuǎn)速nH2，主要低速盤車用。

（3）主、副電機同時啟動，變速傳動形式。

通過以上三種傳動形式，此差動輪系可以實現(xiàn)兩種固定速比傳動和一種變速傳動。下面介紹其理論計算與實施方式。

1 固定速比傳動流程與理論計算

固定速比傳動流程圖見圖5，理論計算見表1。

表1 固定速比傳動流程理論計算表

圖5 固定速比傳動流程圖

2 差動變速傳動的流程與理論計算

差動變速流程圖見圖6，理論計算見表2。

表2 差動變速傳動理論計算表

圖6 差動變速傳動的流程圖

3 實施方法—副電機變頻調(diào)速控制

通過電氣控制副電機輸入轉(zhuǎn)速n2的變化，實現(xiàn)一定范圍內(nèi)nH1到（nH1+nH2的無級變速（調(diào)整變頻電機的頻率）。

下面以一個行星差動無級變速的雙螺桿減速器為例，實現(xiàn)減速器的輸出轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)nH1到（nH1+nH2的速度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無級變速（調(diào)整變頻電機的頻率），在一定的無級變速的速度范圍內(nèi)，減速器雙輸出軸的扭矩是恒定的，見圖7。

圖7 無級變速范圍內(nèi)輸出

4 安全操制，預(yù)防飛車—M2副電機與減速器采用超越離合器

對于兩個電機M1,M2輸入，一個行星架輸出的差速器，在工作過程中如果副電機（小電機）M2失電，或者由于兩輸出軸的螺桿斷裂或損壞，由于輸出軸的阻力矩大，副電機的阻力矩趨于零。在M1主電機的驅(qū)動下，行星架不動，而副電機M2軸就增速旋轉(zhuǎn)，成為飛車。對于2K-H型輪系，其飛車速度為M2的這樣高轉(zhuǎn)速，可能造成設(shè)備損壞或其它事故。因此，在副電機M2備有電氣上預(yù)防措施—如裝備控制事故發(fā)生的專用能耗制動裝置或機械預(yù)防—電機端安裝超越離合器，當超過額定轉(zhuǎn)速時超越。

行星差動無級變速的雙螺桿減速器的設(shè)計核心的減速部分為差動變速器，差動變速器為行星差動無級變速器，包括太陽能、內(nèi)外齒圈、行星輪、行星架。差動變速器通過Z1/Z2定軸齒輪傳動組與主電機連接，同時差動變速器依次通過Z7/Z8定軸齒輪傳動組、Z5/Z6定軸齒輪傳動組、Z3/Z4定軸齒輪傳動組與副電機連接，三級減速將功率傳入差動變速器的內(nèi)外齒圈。本設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：可以實現(xiàn)主機雙螺桿的三種傳動形式，尤其能實現(xiàn)主機雙螺桿在一定的增速范圍內(nèi)的無級變速，以滿足不同熔融指數(shù)塑料的生產(chǎn)要求。