差动减速器在单臂架起重机变幅过程的应用

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随着港口进出口贸易的蓬勃发展，港口装卸机械也开始向着大型高速化、自重轻型化、高效节能化的方向发展。为适应这种发展要求，港口机械也进行了-系列的技术革新。

机械差动减速器在桥式抓斗卸船机上的运用，实现了其起升、开闭、小车行走运动的组合，很大程度上简化了传动装置 ，使其结构紧凑，减轻了整机的重量，符合港 口机械的发展趋势。

二、差动减速器的工作原理差动减速器 由于采用行星机构，结构紧凑、传动比大、传动效率高，这些优点使其在工程机械的各个领域得到了广泛的应用。在我国，上海振华港13机械股份有限公司已成功地将差动减速器用于双 40箱岸桥，实现功率的分解和叠加，满足大型船舶快装快卸的要求1l。受此启发，将行星差动技术运用到单臂架起重机的变幅和起升机构中，通过差动减速器来实现起重机变幅过程中吊重的水平移动，减少驱动机构功率损耗，同时可减轻整机的自重。

从下面的原理图可以看出：这种差动减速器是由定轴轮系和两个行星轮系组成，动力由起升和变幅输入轴输入，通过两个行星轮系的两个系杆向起升卷筒和变幅卷筒输出转动J。 结合工作情况分析可知：(1)若起升输入轴制动，动力由变幅输入轴输入，变幅卷筒的输出运动驱动臂架系统图 1 差动减速器原理图作变幅运动，同时，通过差动减速器的内外齿圈传递，由右边的系杆输出使起升卷筒转动，释放或卷入-定量的起升钢丝绳 ，便可实现吊重升降高度补偿。

(2)若变幅输出轴制动，动力由起升输入轴输入，由差动减速器原理图可看出，两个外齿圈被固定，此时差动减速器通过右侧的太阳轮和行星轮带动系杆输出，使起升卷筒转动收放起升钢丝绳 ，实现吊重的升降运动；(3)若动力同时由变幅、起升两个输入轴输入，由上面的分析可知起升卷筒和变幅卷筒将同时转动，起重机作起升和变幅复合运动，只要有动力输入变幅输入轴 ，即起重机有变幅运动，起升卷筒就会转动，即可通过差动减速器对起升绳进行收放，因此吊重可以在变幅水平移动的同时以-定速度作升降运动。

通过上述分析，利用差动减速器作为俯仰型单臂架起重机中起升机构和变幅机构的减速装置在原理上是可行的，结合实际情况对差动减速器作合理配齿 ，并对起升和变幅系统合理设计 ，即可实现起重机变幅过程中吊重的水平位移。

为便于标记，本文中起升部分所有参数的下标为 1，变幅部分所有参数的下标为 2。

设同段作业时间 内，起升卷筒收放钢丝绳量为 l ，变幅卷筒收放钢丝绳量为 1。，要实现吊重水平位移补偿，理论上起升和变幅钢丝绳量需满足比例关系： m·，设起升和变幅线速度分别为 和 ，起升变幅卷简直径分别为 D 和 D ，起升和变幅机构行星减速器系杆转速分别为/7H1和 2，贝U有：： -m ，-D2 (2)nH2 D1可推导出变幅部分的行星轮系外齿圈转速与起升部分的行星轮系外齿圈转速之比：6：～ . a2·Dl 勃 。 · (3)起升部分行星轮系和变幅部分行星轮系对应外齿圈齿数收稿日期：2012-10 23作者简介：李 芳 (1982-)，女，湖北襄阳人，硕士，江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院，研究方向为起重机设计及理论。

第 6期 李 芳等：差动减速器在单臂架起重机变幅过程的应用比为：： ㈩ ，，z6，行星齿轮内外齿圈在 同-个构件上，转速 自然相同，可得岛 ·DIZ i H.·(5)三、差动减速器轮系的配齿实例计算下面将以 MQ1625为例，详细的介绍差动减速器的相关齿数的选配。

表 1 MQ1625已知设计参数(1)起升机构对应轮系齿数选择 ：根据传动比的分配原则，先初定起升机构部分的行星传动比[41：9 ( 1125)查 2K-H (NGW)型行星齿轮的选择表 ，可得Z 13，Z 44， Z自104Z，90 (取整)(2)变幅机构对应轮系齿数选择 ：考虑到中心轮 a.固定，动力是由外齿圈 输入，初定变幅机构行星传动比为4：-日， · ， 1.125 (z 9)考虑到行星轮系加工的方便，这里选择跟起升机构行星轮系相同的齿数。

13， 44， 104根据齿数的选配方法，将定轴轮系高速轴小齿轮齿数定为 Z313，相应从动齿轮齿数 Z4104同理 ，低速级小齿轮齿数定为 Z 15，相应从动齿轮 (即为行星轮系外齿圈)齿数Z 84根据公式 (5)，代入数据可得Z：65(取整)四、差动减速器可实现的起重机工况差动减速器的传动系统可分为由齿轮 1～2组成的定轴轮系 I，齿轮 3～5、 组成的定轴轮系 Ⅱ，中心轮a1、 和转臂 H1、行星轮g1组成的 NGW 型行星差动轮系Ⅲ，中心轮a，、b2和转臂 H2、行星轮 g，组成的 NGW 型行星差动轮系Ⅳ。

根据上节所配齿数进行计算，结合具体的数据可更清楚的看到差动减速器如何实现起重机单独做起升运动，变幅运动时起升机构行星轮系如何做出相应的高度补偿 ，以及起升和变幅行星轮系联合运动的效果。

设逆时针旋转方向为正转，顺时针旋转方向为反转。转臂输出轴联接卷筒，卷筒钢丝绳布置应统-满足转臂正转绕绳，反转放绳的要求。

得到行星差动减速器转臂的转速 ，z ，即起升卷筒的转速。

ftHli.i blM (r/min) (6)： - 9.5- 6 9239结果前的负号表示转臂旋转方向与电动机转向相反。

第二种工况：变幅电动机 M。运转，起升电动机 M 停转。

动力由变幅输入轴输入，外齿圈b：通过与定轴轮系Ⅱ中的齿轮 5啮合开始转动，变幅机构的行星差动轮系的太阳轮 固定，跟外齿圈 在同-构件上的内齿圈 同步转动，继而带动系杆 H。运动，实现变幅卷筒的转动，同时外齿圈 带动起升机构行星轮系的外齿圈 转动，跟外齿圈 在同-构件上的内齿圈 也同步转动，起升机构的行星差动轮系的太阳轮 固定，系杆 H 也开始转动，实现起升卷筒的转动，便可实时补偿变幅运动带来的货物高度差造成的势能损耗。

系杆爿，的转速 (即变幅卷筒的转速)：nI：遗16.33 (r/min) (7)1.125系杆 爿 的转速 (即起升卷筒的转速)：nHI (r/min) (8)： ：-l5 2881.125第三种工况：起升电动机 M 和变幅电动机 M 同时运转。

变幅机构行星差动轮系不受影响，仍然是中心轮a，固定，内齿圈 旋转带动转臂 H 运动。起升机构的行星差动轮系发生变化，中心轮 和内齿圈b 联合运动，带动转臂 H 运动。

外齿圈b 固定，中心轮 a 主动，转臂 H 从动时的转速(工况 (1)中的转速)n -9.5(r/min)。

中心轮 固定，外齿圈b 主动，转臂 H 从动时的转速(工况 (2)中的转速)n .-15.288 (r/min)。

根据行星差动轮系合成运动时，从动构件的转速由两个主动构件分别固定时，机构按行星轮系传动时从动构件转速的代数和确定。对起升和变幅电动机不同转向组合进行具体的分析 ：(1)起升电动机和变幅电动机均正转 ，转臂 的合成转速 % ：-24.788 (r/min)。

实现的运动情况：转臂 H 反转 ，起升卷筒实现放绳，吊重作下降运动。同时，转臂 H 正转，变幅卷筒实现绕绳，臂架回仰。(下转第 1 13页)