一种可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机
阅读说明：本技术 一种可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机 (Speed reducer capable of realizing vertical displacement wave compensation function ) 是由 李伟 苏红岩 孙云飞 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明专利公布了一种可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机,包括第一、第二马达驱动系统单元以及减速机传动部分,第一马达驱动系统单元包括主动齿轮、制动器轴、动片、静片、弹簧、活塞、组合密封圈和制动器座；第二马达驱动系统单元包括液压离合系统和制动系统；减速机传动部分包括至少三个行星轮围绕中间齿轮转动构成的减速传动部分,通过第一和第二马达驱动系统单元,使得马达可从小到大连续性的向减速机输出扭矩,也可通过第二马达驱动系统单元的液压离合系统,使得第二马达快速地与减速机断开或传递扭矩。本发明专利提供的可实现垂直位移波浪补偿功能的减速机,具有成本低、结构紧凑、维修方便、补偿范围广等特点。(The invention discloses a speed reducer capable of realizing a vertical displacement wave compensation function, which comprises a first motor driving system unit, a second motor driving system unit and a speed reducer transmission part, wherein the first motor driving system unit comprises a driving gear, a brake shaft, a moving plate, a static plate, a spring, a piston, a combined sealing ring and a brake seat; the second motor driving system unit comprises a hydraulic clutch system and a brake system; the speed reducer transmission part comprises a speed reduction transmission part formed by rotating at least three planet wheels around an intermediate gear, the motor can continuously output torque to the speed reducer from small to large through the first motor driving system unit and the second motor driving system unit, and the second motor can be quickly disconnected from the speed reducer or transmit the torque through a hydraulic clutch system of the second motor driving system unit. The speed reducer capable of realizing the vertical displacement wave compensation function has the characteristics of low cost, compact structure, convenience in maintenance, wide compensation range and the like.)
技术领域
本发明涉及一种海上船用卷扬机减速机技术领域，具体涉及一种可以通过双马达及减速传动实现的一种可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机，以实现减少船体垂直位移对起吊设备或绞车的影响。
背景技术
随着技术的发展及人类对资源需求的不断增长，人类对海洋资源的探测开采活动不断增加，船上安全作业就显得尤为重要。人类对海洋的活动离不开船舶上的起吊设备，由于船舶容易受到海风、海浪等的影响，船体容易产生升沉运动，进而产生忽高忽低的现象，这样船上的起吊设备在工作过程中容易受到巨大的冲击力，从而导致起吊用的钢丝绳断裂等严重安全事故的发生。
为解决这一问题，国内解决的主要办法是将波浪补偿系统安装到吊机上或将波浪补偿系统安装到起吊设备的绞车上。但无论是主动波浪补偿还是被动波浪补偿，甚至是半主动波浪补偿系统，都有其优缺点，要么是结构简单、易操作、方便，但是精度不高、误差比较大、补偿范围有限，同时结构较大，元件较多，维修和检修不方便；要么是结构复杂，补偿精度高、响应速度快，但因动作频繁和元器件多，造成故障点多且成本很高。
为此，研究一种自身能够实现垂直位移波浪补偿功能的减速机显得尤为重要，该减速机可以用在船上起吊设备或绞车里的卷扬机内。
发明内容
本发明提供了一种可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机，该减速机克服了现有技术的不足，具有成本低、结构紧凑、维修方便、补偿范围广等特点。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
所述可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机包括第一马达驱动系统单元、第二马达驱动系统单元以及和马达驱动单元连接的减速机传动部分。
所述第一马达驱动系统单元包括与马达输出轴连接的主动齿轮，与主动齿轮连接的制动器轴，起到制动作用的动片和静片，作用到静片上的活塞，在组合弹簧和组合密封圈的共同作用下，活塞控制动片和静片的结合与分离。
所述第二马达驱动系统单元包括液压离合系统和制动系统，其中液压离合系统包括与马达输出轴连接的离合器轴，离合器座通过外片和内片与离合器轴连接，上活塞固定在座内，上活塞和下活塞在组合密封圈和液压油压力的大小下，作用到外片和内片上，控制外片和内片的结合与分离，离合器座和输出轴连接在一起。制动系统包括与输出轴连接的主动齿轮，与主动齿轮连接的制动器轴，起到制动作用的动片和静片、在作用到活塞的组合弹簧、组合密封圈和液压油压力的共同作用下，使得活塞控制静片和动片的结合与分离。
所述减速机传动部分包括至少三个行星轮围绕中间齿轮转动构成的减速传动部分。所述液压离合系统可以使离合器轴和输出轴相对静止或存在转速差的旋转。
所述第一马达驱动系统单元和第二马达驱动系统单元的制动系统，能够在各自活塞和动片及静片的作用下，同时控制锁住各自的主动齿轮或松开各自的主动齿轮。第二马达驱动系统单元的液压离合系统在上活塞、下活塞和外片及内片的作用下，使得输出轴的转速及对应输出的扭矩大小能够实时可控，变化范围从0到最大。
优选地，所述第一和第二马达驱动单元的主动齿轮分别与被动齿轮相啮合，被动齿轮和减速机传动部分的输入轴相连接。
优选地，组合弹簧由大弹簧和小弹簧组合使用，其材料相同，均由铁元素、碳元素、硅元素、锰元素、磷元素、硫元素、铜元素、铬元素、氧元素、钒元素组成。各元素的组成百分比为：铁元素95.56～97.18，碳元素0.61～0.69，硅元素1.11～1.58，锰元素0.55～0.85，磷元素0.001～0.0.023，硫元素0.001～0.0.023，铜元素0.002～0.21，铬元素0.55～0.85，氧元素0.0001～0.0025，钒元素0.08～0.22。
上述弹簧可以确保弹簧良好的塑性、韧性以及抗疲劳性能和高强度，进而确保了减速机的使用性能。
优选地，所述第一马达驱动系统单元中的制动器座设有液压油注油口，所述第一马达驱动系统单元中的活塞根据注入液压油压力的高低，控制作用到动片和静片上的压力大小，进而通过制动器轴使得主动齿轮转动或停止。
优选地，所述第二马达驱动系统单元中的上活塞设有液压油注油口，所述液压离合系统根据注入液压油的高低，控制离合器轴和离合器座相对转速和扭矩的大小，进而可以控制第二马达连续性的将动力输入到主动齿轮上或将动力与主动齿轮断开。
优选地，所述第二马达驱动系统单元中的制动器座设有液压油注油口，所述第二马达驱动系统单元中的活塞根据注入液压油压力的高低，控制作用到动片和静片上的压力大小，进而通过制动器轴使得主动齿轮转动或停止。
优选地，一种可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机的动力，在第一马达驱动系统单元和第二马达驱动系统单元的作用下，可以从小到大连续性的输出到减速机上，或者可以通过第二马达驱动系统单元中的液压离合系统，使得第二马达快速地与减速机断开或传递扭矩。
优选地，第二马达驱动系统单元中的液压离合系统还包括管接头、推力轴承、离合器挡圈、销、轴承一、轴承二、紧定螺钉和螺钉，所述管接头连接上活塞，内部通有液压油，所述推力轴承紧靠下活塞和内片，所述离合器挡圈固定内片，所述轴承一和轴承二分别固定输出轴和离合器轴，所述紧定螺钉固定上活塞和座，所述螺钉和销固定离合器座和输出轴，输出轴通过花键连接主动齿轮。
优选地，第二马达驱动系统单元中的液压离合系统处于闭合状态时，离合器轴相对于主动齿轮静止；
优选地，第二马达驱动系统单元中的液压离合系统处于开启状态时，离合器轴相对于主动齿轮完全自由转动，主动齿轮失去动力；
优选地，第二马达驱动系统单元中的液压离合系统处于半开启状态时，离合器轴相对于主动齿轮根据上活塞液压油大小从完全静止到完全自由转动。
优选地，液压油提供的最大压力大于组合弹簧总的压力，使得带制动器轴的主动齿轮能够完全自由的旋转；
优选地，液压油提供的最大压力作用到内片和外片上产生的摩擦力大于马达输出扭矩，使得离合器轴和输出轴能够保持相对静止的转动；
优选地，组合弹簧产生的弹力作用到动片和静片上产生的摩擦力要大于马达输出扭矩，使得主动齿轮能够处于静止状态。
优选地，第二马达和所述第一马达可以单独工作或组合工作，并通过被动齿轮将动力传递到减速机传动部分；
优选地，第一和第二马达采用变量马达。
采用本发明的技术方案，船上的起吊设备或绞车可以在重物提升或下放过程中，通过控制减速机的第一和第二马达驱动系统单元，来保持重物稳定的上升或下降，进而实现垂直位移的波浪补偿功能。
当重物下放时，第一马达驱动系统单元正常工作，此时活塞上的液压油压力为最大值，主动齿轮自由转动；第二马达系统单元的制动系统上的活塞液压油压力为最大值，主动齿轮自由转动，离合系统的液压油压力大小根据重物在下放过程中重量的变化而变化，从而保重重物平稳下放；当重物需要半空停止时，由马达的平衡阀将减速机停止，然后第二马达驱动系统单元的离合系统液压油压力变为最大值，同时第一马达驱动系统单元的活塞和第二马达驱动系统单元制动系统的活塞的液压油压力均为0，此时二者主动齿轮均处于静止状态，进而减速机处于静止转动状态。
当重物提升时，第一马达停止工作，第一马达驱动系统单元活塞上的液压油压力为最大值，第二马达驱动系统单元制动系统活塞上的液压油压力为最大值，离合系统活塞液压油压力由0变为最大，重物开始提升，同时第一马达被动转动。当第二马达驱动系统单元的动力达到马达的最大输出扭矩时，如果重物还没有提升起来，第一马达开始工作，将动力输入到主动齿轮上，同时第二马达驱动系统单元离合系统活塞液压油压力变为0，然后再从逐渐变大，直到重物被缓慢吊起。
在重物提升或下放过程中，如果需要对马达的输出力矩进行控制，则可以根据上述工作原理和工作过程进行控制，进而实现减速机的垂直位移波浪补偿功能。
该可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机具有以下技术效果：
(1)该减速机可以实现船上起吊设备或绞车的垂直位移的波浪补偿；
(2)通过对第一和第二马达驱动系统单元的控制，以实现对船体垂直位移的精确补偿，该可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机具有结构紧凑、维修方便、补偿范围广、成本低等特点；
(3)该可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机可以应用到各种起吊设备和绞车内；
(4)该减速机可以通过传动比的变化实现起吊设备和绞车对起吊吨位和速度等的各种要求，即可以用于多种工作状态下的控制。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明专利中减速机的结构示意图。
图2为本发明专利中第一马达驱动系统单元的结构示意图。
图3为本发明专利中第二马达驱动系统单元的结构示意图。
图4为图1所示结构增加的测速功能示意图。
图中：1、轴承；2、主动齿轮；3、轴承；4、孔卡；5、轴卡；6、孔卡；7、挡圈；8、静片；9、动片；10、组合弹簧；11、制动器座；12、组合密封圈；13、活塞；14、制动器进油口；15、组合密封圈；16、挡圈；17、孔卡；18、连接盘；19、轴卡；20、轴承一；21、输出轴；22、销；23、螺钉；24、离合器座；25、轴卡；26、离合器挡圈；27、外片；28、内片；29、座；30、推力轴承；31、下活塞；32、组合密封圈；33、组合密封圈；34、紧定螺钉；35、轴承二；36、上活塞；37、轴卡；38、螺钉；39、离合器轴；40、马达座；41、密封垫；42、O型圈；43、压板；44、圆螺母；45、管接头；46、螺钉；47、螺钉；48、马达座；49、挡圈；50、孔卡；51、活塞；52、组合弹簧；53、组合密封圈；54、轴卡；55、组合密封圈；56、制动器进油口；57、制动器座；58、制动器轴；59、动片；60、静片；61、挡圈；62、制动器座；63、孔卡；64、孔卡；65、轴承；66、轴承；67、轴承上座；68、被动齿轮；69、主动齿轮；70、螺钉；71、轴承；72、轴承；73、轴承底座；74、测速座；75、测速轴；76、骨架油封；77、轴承；78、轴卡；79、孔卡；80、螺栓。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了根据本发明的可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机实施例的结构示意图，第一和第二马达驱动系统单元的输入端分别连接变量液压马达(图中未示出)，通过对第一和第二驱动系统单元的控制实现了减速机连续性的输出扭矩，进而有效的补偿了船体垂直位移对起吊设备或绞车的影响。
如图1、图2和图3所示，本发明的可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机，包括马达座48、马达座40、第一马达驱动系统单元I、第二马达驱动系统单元II以及减速机传动部分III。马达座48和马达座40分别用来安装变量马达(图中未示出)，第一马达和第二马达将动力分别通过第一马达驱动系统单元I和第二马达驱动系统单元II后经被动齿轮68传递到减速传动部分III上，实现了一种可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机。
第一马达驱动系统单元I主要包括与马达输出轴(图中未示出)相连接的主动齿轮69、与主动齿轮69连接的制动器轴58、起到制动作用的动片59和静片60、作用到静片69上的活塞51、安装在活塞51内的组合弹簧52、密封在活塞51液压油的组合密封圈53和55、以及安装在活塞51上的制动器座62。
在本发明的实施例中，主动齿轮69由轴承65和轴承72固定在轴承上座67内，而轴承65通过孔卡64轴向定位，进而主动齿轮69轴向定位，制动器轴58通过花键和主动齿轮69连接，同时轴向由轴卡54定位，其外圆与动片59通过花键连接同时为间隙连接。
静片60通过花键和制动器座57连接同时为间隙连接，孔卡63和挡圈61轴向固定动片 59和静片60，组合密封圈55和组合密封圈53密封通过制动器进油口56进入到活塞51的密封腔内的液压油，组合弹簧52固定在活塞51内，挡圈49和孔卡50固定活塞51在轴向的位置同时挡住组合弹簧52。
马达座48、制动器座62和轴承上座67通过螺钉47固定在一起，轴承上座67、轴承底座73通过螺钉70和减速传动部分的法兰固定在一起。
在第一马达驱动系统单元中，主动齿轮69一端连接马达输出轴(图中未示出)，另外一端和被动齿轮68相啮合。当制动器进油口56进入的液压油压力为0时，活塞51在组合弹簧 52的弹力下压紧动片59和静片60，主动齿轮69被动片59和静片60锁住，处于静止不动状态(制动状态)，当制动器进油口56进入的液压油压力最大时，组合弹簧52处于被压紧状态，动片59和静片60自由转动，主动齿轮69与马达输出轴保持相对静止状态(正常工作状态)。
第二马达驱动系统单元II由离合系统和制动系统组成。
离合系统主要包括与马达输出轴(图中未示出)相连接的离合器轴39、起到分离和结合作用的内片28和外片27、分别作用到内片28和外片27上的上活塞36和下活塞31、分别密封在上活塞36和下活塞31内液压油的组合密封圈32和组合密封圈33、固定离合器的座29、以及用于连接外片27和输出轴21的离合器座24。
紧定螺钉34固定上活塞36，离合器轴69在轴承35和轴卡37的作用下固定在上活塞35 内，推力轴承30位于下活塞31和内片28之间，离合器挡圈26和轴卡25轴向固定内片28和外片27，销22和螺钉23分别连接离合器座24和输出轴21，以及输出轴21通过轴承20 和轴卡19固定在连接盘18内。
通液压油的管接头45通过压板43和圆螺母44及自身的螺纹固定在座29和上活塞36的液压油油口上，管接头45靠O型圈42和密封垫41分别与座29和上活塞36密封，以及螺钉38连接马达座40、座29和连接盘18。
制动系统主要包括与输出轴21相连接的主动齿轮2、与主动齿轮2连接的制动器轴58、起到制动作用的动片9和静片7、作用到静片7上的活塞13、安装在活塞13内的组合弹簧10、密封在活塞13液压油的组合密封圈12和15、以及安装在活塞13的制动器座11。
主动齿轮2由轴承3和轴承1固定在轴承上座67内、轴承3通过孔卡4轴向定位、进而主动齿轮2轴向定位、制动器轴58通过花键和主动齿轮2连接，制动器轴58轴向由轴卡5 定位，其外圆与动片9通过花键连接同时为间隙连接。
静片8通过花键和制动器座11连接同时为间隙连接，孔卡6和挡圈7轴向固定动片9和静片8，组合密封圈12和组合密封圈15密封通过制动器进油口14进入到活塞13的密封腔内的液压油，组合弹簧10固定在活塞13内，挡圈16和孔卡17固定活塞13在轴向的位置同时挡住组合弹簧10，连接盘18、制动器座11和轴承上座67通过螺钉46固定在一起。
在第二马达驱动系统单元中，离合器轴39与马达输出轴(图中未示出)连接，经过离合系统的输出轴21将动力输出，输出轴21与主动齿轮2连接，同时主动齿轮2与被动齿轮68 啮合。当经过管接头45进入到上活塞36和下活塞31的腔体内的液压油压力为0时，离合器轴39和输出轴21处于绝对相对运动状态，不能传递力矩；此时经过制动器进油口14进入的液压油压力为0时，活塞13在组合弹簧10的弹力下压紧动片9和静片8，主动齿轮2被动片9和静片8锁住，处于静止不动状态(制动状态)。
当制动器进油口14进入的液压油压力最大时，组合弹簧10处于被压紧状态，动片9和静片8自由转动，主动齿轮2与输出轴21保持相对静止状态(正常工作状态)。此时经过管接头45进入到上活塞36和下活塞31的腔体内的液压油压力由0变为最大时，离合器轴39 和输出轴21处于相对运动状态(此时离合器轴39和输出轴21根据液压油大小可能存在输入 -输出转速差，当液压油压力最大时，离合器轴39和输出轴21不存在输入-输出转速差，二者保持相对静止，转速相同)，马达转速根据管接头45内液压油压力的大小从小到大传递到被动齿轮68上，进而实现减速机转速的平稳提速或降速。
当管接头45内液压油压力由最大突然变为0时，可实现马达与减速机动力的快速断开。
以上仅仅记载了在本发明的可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机所采用的第一马达驱动系统单元I和第二马达驱动系统单元II以及减速机传动部分III的具体结构的一种示意性实施方式，但应当清楚任何其他具体的马达驱动系统单元及减速机传动部分，只要能够实现说明书上所描述的功能的话，均可以在本发明的可以实现垂直位移波浪补偿功能的减速机中采用。
进一步的看图4。测速轴75一端与测速器连接，另一端通过花键和被动齿轮68连接，其通过轴承77和轴卡78固定在测速座74上，测速座通过螺栓80固定在轴承上座67上，同时通过孔卡79固定轴承77，测速轴75与测速座74通过两个正反装的骨架油封76密封减速机内的润滑油和外界杂质。
测速器通过图2所示的测速装置测得被动齿轮68的转速，进而测得减速机的输出转速，这样可以通过转速第一和第二马达驱动系统单元稳定的控制马达输入的转速。
本发明的工作原理和工作过程如下：
当减速机只需要一个马达的力矩驱动且稳定工作时，制动器进油口56内的液压油压力为最大值，管接头45内的液压油压力为0，制动器进油口14内的液压油压力为最大值，此时第一马达(图中未示出)带动减速机正常工作，第二马达(图中未示出)的动力不能由离合器轴39传递到输出轴21上；当减速机需要的力矩需要继续增加且大于一个马达的力矩时，管接头45内的液压油压力由0变为最大，进而驱动减速机的动力根据需要不断变大，但最多是两个马达总的力矩。
当减速机需要的驱动力矩小于一个马达力矩且需要稳定增加时，第一马达(图中未示出) 停止工作，制动器进油口56和制动器进油口14内的液压油压力为最大值，管接头45内的液压油压力由0逐渐变大，进而稳定的带动减速机转动，此时第一马达处于被动转动状态。
当减速机需要的驱动力矩为两个马达的力矩且需要从小到达逐渐增加时，第一马达(图中未示出)停止工作，制动器进油口56和制动器进油口14内的液压油压力为最大值，管接头45内的液压油压力由0变为最大值，减速机的驱动力矩由0变为一个马达的最大力矩(此时第一马达处于被动转动状态)，当减速机的驱动力矩大于一个马达的最大力矩时，第一马达开始工作的同时管接头45内的液压油压力为0，之后管接头45内的液压油压力由0逐渐变为最大值，在整个过程中，减速机的驱动力矩由0逐渐变为两个马达的最大输出力矩。
当减速机的驱动力矩需要变化时，可以按照上述工作原理和工作过程进行控制，进而实现船上起吊设备或绞车在重物提升或下放过程中实现垂直位移的波浪补偿功能。
结合图4所示减速机的测速装置，可以更加准确的实现其波浪补偿功能。
注：由于第一马达和第二马达的实际连接方式均为本领域技术人员容易实现，且非本专利的创新点，出于简化附图的考虑，附图中不再详细说明。
在这里尽管详细描述了本发明的特定实施方式，但他们仅仅是为了进一步描述和解释本发明而给出的，不应该认为是对本发明的范围构成限制，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
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