ГРУЗОВАЯ ЛЕБЕДКА Российский патент 1997 года по МПК B66D1/00 

Изобретение относится к подъемной технике, в частности к грузовым лебедкам с канатом или иным гибким силовым органом, служащим для подъема и опускания.

Известна грузовая лебедка, содержащая гидромотор, вал которого через управляемую тормозную муфту связан с опорной рамой, планетарный редуктор, выполненный в виде отдельного модуля, связанного с барабаном для каната и включающего в себя солнечную шестерню первого планетарного ряда, связанную с валом гидромотора и зацепленную через сателлит с короной шестерней, связанной с барабаном, сателлит второго планетарного ряда, зацепленный с коронной шестерней этого ряда, связанной также с указанным барабаном, а также водила для обоих рядов для организации кинематической схемы связей и поперечной и продольной ориентации сателлитов (заявка ФРГ N 2 601 244, B 66 D 1/22, 1977).

Известная лебедка представляет собой технологически продуманную конструкцию модульного типа с высоким уровнем ремонтопригодности. В данной конструкции используется планетарный редуктор типа (АА)ⁿ¹(b₁b₂)_a2. Обозначение звеньев планетарных рядов принято в соответствии с используемыми в работе "Планетарные передачи", Справочник под ред. д.т.н. В.Н.Кудрявцева и Ю.Н. Кирдяшева. -Л. Машиностроение, Ленинградское отд. 1977.

Анализируя конструкцию планетарного редуктора по известной грузовой лебедки прототипа, видно, что в этой конструкции имеют место водила для первого и второго планетарных рядов. В данной конструкции водило как элемент позволяет сохранять ориентацию сателлитов в осевом (продольном) и радиальном (поперечном) направлениях. При этом на водило первого ряда еще налагается функция по передаче крутящего момента.

Данная схема исполнения представляет собой жесткий вариант закрепления сателлитов, так как кинематическая схема связей планетарных рядов предусматривает комбинированное использование водила первого ряда и части опоры для сателлитов этого ряда и элемента передачи момента на солнечное колесо второго ряда. При такой схематической увязке требуется очень точное расположение сателлитов, что приводит к необходимости соблюдения высоких требований к точности изготовления самого водила. В связи с этим можно отметить высокую трудоемкость изготовления такого планетарного редуктора.

Кроме того, при известной динамической нагрузке на барабан от каната происходит изменение пространственного положения шестерен планетарных рядов относительно друг друга. В результате этого нарушается правильное положение шестерен по пятну контакта зацепления, что приводит к уменьшению срока службы самого редуктора. Целесообразно было бы обеспечить возможность сателлитам самоустанавливаться в процессе вращения и передачи момента по отношению к положению солнечной шестерни и коронной шестерни этого ряда. В этом случае существенно повышается долговечность редуктора.

Кроме того, целесообразно обеспечить участие в передаче момента за счет зацепления шестерен и без введения пространственно сложных фигур, являющихся промежуточными соединительными звеньями. Это позволило бы существенно упростить схему трансформации крутящего момента и снизить трудоемкость изготовления редуктора.

В известном решении по заявке ФРГ N 2 601 244 использованы два полношестеренных планетарных ряда со сложной связью их взаимоувязки за счет пространственной фигуры водила первого планетарного ряда. В связи с этим при выходе из строя шестерни одного из планетарных рядов необходимо полностью производить замену редуктора, так как ее компоновка и схема, требующая точного позиционирования элементов, не позволяют произвести ремонт за счет простой замены сломанной детали на новую.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков и представляет собой попытку создать грузовую лебедку с планетарным редуктором, построенным по кинематической схеме ЗК без традиционного водила (там же,с. 86, рис. 4.12), что позволит значительно упростить конструкцию редуктора и улучшить равномерность распределения нагрузок между сателлитами.

Изобретение направлено на решение следующих технических задач: устранение водил как пространственных звеньев ориентации сателлитов в системе кинематических связей с коронными и солнечными шестернями и изменение кинематической схемы планетарного редуктора, обеспечение равномерного распределения нагрузок между сателлитами в зонах их зацеплений. Достигаемый при этом технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении ее надежности и долговечности при сохранении модульной конструкции лебедки в целом с высоким уровнем ремонтопригодности.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в грузовой лебедке, содержащей гидромотор, вал которого через управляемую тормозную муфту связан с опорной рамой, планетарный редуктор, выполненный в виде отдельного модуля, связанного с барабаном для каната и включающего в себя солнечную шестерню первого планетарного ряда, связанную с валом гидромотора и зацепленную через сателлит с коронной шестерней, сателлит второго планетарного ряда, зацепленный с коронной шестерней этого ряда, связанной с указанным барабаном, а также водила для обоих рядов для поперечной или продольной ориентации сателлитов, коронная шестерня второго ряда зацеплена дополнительно с сателлитом первого ряда, сателлиты обоих рядов попарно связаны между собой общим валом, а водило каждого планетарного ряда представляет собой кольцевой опорный элемент, расположенный между разнесенными по окружности валами сателлитов с возможностью контактирования его внешней цилиндрической поверхности с поверхностями упомянутых валов, а коронная шестерня первого планетарного ряда неподвижно связана с опорной рамой.

Кроме того, сателлит первого планетарного ряда может быть выполнен двухвенцовым, с первым венцом которого зацеплена коронная шестерня первого планетарного ряда, а со вторым коронная шестерня второго планетарного ряда. Венцы сателлита первого планетарного ряда могут быть выполнены разного диаметра. Для продольной ориентации сателлитов корпус редуктора является ограничителем смещения сателлитов. Внешней своей поверхностью кольцевые опорные элементы расположены в кольцевых проточках валов сателлитов для продольной ориентации последних.

Традиционно используемые планетарные редукторы, построенные по схеме ЗК ( там же, рис. 9.2 и 4,12) с одно- или двухвенцовым сателлитом, включает в себя центральную солнечную шестерню "а", сателлит двухвенцовый с первым венцом "g" и вторым венцом "f" (сателлитов может быть два, три, четыре и более) и два зубчатых колеса внешнего зацепления "в" и "е", значение числа зубьев которых отличается на число сателлитов. Водило "h" в этих конструкциях используется лишь для пространственной ориентации в продольной и поперечной плоскостях сателлитов и для выдерживания межцентрового расстояния (межосевое расстояние).

Замена водила в традиционной схеме на кольца, внешняя поверхность которых установлена с опиранием о вал сателлитов, позволяет обеспечить четкое положение сателлитов относительно друг друга и зацепления с солнечным колесом и водилом. Таким образом выдерживается межосевое расстояние в поперечной плоскости. Изменение связей коронных шестерен по отношению к прототипу вызвано переходом схемы построения планетарного редуктора из двухрядной полношестеренной в двухрядную схему ЗК. Выполнение сателлитов из двух частей (основного одновенцового или двухвенцового и дополнительного одновенцового, связанных между собой общим валом) позволяет выровнять усилия в зубчатых зацеплениях (особенно при числе сателлитов более 3) за счет возможности окружной подвижности (свободы) сателлитов относительно друг друга. Причем длина вала между основным и дополнительным сателлитом выбирается исходя их требуемого коэффициента неравномерности распределения нагрузки по длине зуба венцов сателлитов. Осевое перемещение сателлитов ограничивается стенками редуктора.

Изобретение иллюстрируется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков технического результата.

На фиг. 1 показана грузовая планетарная лебедка, продольный разрез; на фиг. 2 сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 кинематическая схема планетарного редуктора.

Грузовая лебедка (фиг. 1) включает в себя гидромотор, закрепленный на опорной раме 2. Планетарный редуктор, выполненный в виде отдельного модуля, заключенного в корпус 3 с крышкой 4, прикрепляемого к барабану 5 для каната или любого другого типа гибкого элемента (не показан), вмонтирован во внутреннюю полость барабана 5 с внешним прикреплением к последнему. Редуктор содержит солнечную шестерню 6, которая с числом зубьев а кинематически связана с неподвижной коронной шестерней 7 (с числом зубьев Z_b) и с коронной шестерней 8 (с числом зубьев Z_e) через основной (одно- или двухвенцовый) сателлит 9 (число зубьев Z_g) первого планетарного ряда, который через вал 10 связан с дополнительным сателлитом 11 (одновенцовым), который в свою очередь входит в зубчатое зацепление с коронной шестерней внутреннего зацепления 12, соединенной, как и шестерня 8, с корпусом редуктора 3.

В представленном примере применены две коронные шестерни 8 и 12, объединенные с корпусом 3 редуктора. В принципе они формируют коронную шестерню, двухвенцовая реализация которой может иметь несколько вариантов. Главное, чтобы независимо от исполнения сохранилась бы принципиальная схема кинематических связей, изображенных на фиг. 3.

Валы 10 сателлитов опираются на два кольцевых опорных элемента 13, которые могут быть выполнены в виде кольца или иной фигуры с внешней цилиндрической поверхностью. Два кольца установлены в проточках 14 валов 10 (может быть одно широкое кольцо или 2 кольца, или более).

С помощью колец задерживается межосевое расстояние в планетарном редукторе (фиг. 2).

Осевая ориентация сателлитов (параллельность осей сателлитов и оси редуктора) обеспечивается наличием дополнительного сателлита 11, жестко соединенного с основным сателлитом 9 через вал 10. Расположенные в соответствии с кинематической схемой по фиг. 3 сателлиты ограничены в осевом направлении от перемещений за счет упоров в стенки корпуса 4 редуктора. Учитывая достаточную ширину зацепления зубьев сателлитов с зубьями солнечной шестерни или коронных шестерен при наличии зазоров между торцами сателлитов и стенками корпуса не нарушается кинематическое взаимодействие шестерен при передаче крутящего момента, но при этом обеспечивается возможность осевой самоустановки сателлитов.

Если же кольца 13, имеющие достаточную ширину образующей внешней цилиндрической поверхности, расположены в проточках 14, то за счет наличия боковых стенок проточек обеспечивается достаточно жесткая взаимосвязь блока сателлитов в пространстве, что в некотором роде синхронизирует возможность перемещения одного вала по отношению к другим.

Как правило, на практике при сохранении межосевого расстояния выполняют жесткую связь между валами шестерен. В данном случае эта связь выполнена плавающей, что обеспечивает в поперечной плоскости возможность самоустановки сателлитов каждого вала в зависимости от вызванного внешним воздействием нагружением зацепления. Таким образом, сохраняя межцентровое расстояние в направлении радиального сближения валов сателлитов, кольца позволяют валам с сателлитами самоустанавливаться в радиальном направлении от колец с возможностью углового смещения в зонах зацепления в зависимости от деформационных сдвигов, вызванных приложением изменяющейся динамической нагрузки на корпус редуктора.

Между кинематически связанными гидромотором 1 и солнечной шестерней 6 смонтирована управляемая тормозная муфта 15, выполняющая функцию дискового фрикционного тормоза, гидроуправляемого перемещением подпружиненного поршня 16. Этот тормоз осуществляет остановку вращения лебедки за счет замыкания на опорную плиту вращающихся звеньев редуктора. Конкретная реализация этого тормоза не существенна, так как не определяет и не зависит от исполнения планетарного редуктора. Этот тормоз может быть выполнен колодочным, дисково-колодочным или дисковым с электроразмыканием.

Грузовая лебедка работает следующим образом. Снятием давления в управляющей полости поршня 16 обеспечивают размыкание вала гидромотора с опорной рамой. Вращение регулируемого реверсивного гидромотора 1 передается на солнечную шестерню 6 первого планетарного ряда и через сателлиты 8 и 11 -на корпус 3 редуктора. Вращение корпуса 3 передается барабану 5, а направляющие вращения вала гидроммотора 1 определяет сматывание или наматывание каната на барабан. Изменением подачи в гидромотор регулируют скорость наматывания каната (или сматывания). Вообще грузовая лебедка работает так же, как и прототип, что указывает, несмотря на введенные конструктивные изменения, на сохранение принципиальных эксплуатационных показателей, обеспечивающих взаимозаменяемость лебедок.

На при этом грузовая лебедка имеет более простую конструкцию планетарного редуктора, надежность и как следствие долговечность которого выше, чем у прототипа. Это объясняется тем, что исключение водил в планетарных рядах и замена их на кольца позволили обеспечить плавающую установку сателлитов для обеспечения равномерного распределения нагрузок в зонах зацепления при сохранении продольной и поперечной ориентации этих шестерен.

Кроме того, изменение принципиальной схемы редуктора не только позволило уменьшить количество звеньев при сохранении кинематического диапазона редуктора, но и возможность варьирования кинематическим диапазоном за счет выполнения, например, сателлита первого планетарного ряда двухвенцовым, венцы которого выполнены разного диаметра. Схема по прототипу не позволяет вводить изменения в геометрических размерах формирующих ряд звеньев, так как водило представляет собой жесткий элемент точного позиционирования сателлита только конкретного размера, а при выполнении водила с солнечной шестерней другого ряда решение этой задачи сводится к невозможному. В этом случае производится замена редуктора на другой с большим или меньшим передаточным отношением.

В изобретении для изменения передаточного числа достаточно поменять сателлиты одновенцовые на сателлиты двухвенцовые и изменить коронную шестерню второго планетарного ряда. При этом сохраняется без изменения практически полный комплект звеньев всего редуктора.

В зависимости от осевых габаритов лебедки и соответственно от расстояния между сателлитами в продольном направлении возможно использование только одного кольца 13, общего для всех валов и всех сателлитов. Ширина этого кольца будет определяться условиями возможного углового перемещения сателлитов. Возможно также выполнение водила в виде двух разнесенных колец, как это показано на фиг. 1. Изобретение позволяет получить грузовую лебедку с высокими эксплуатационными качествами и повышенной надежности при работе вследствие решения задачи приспособления сателлитов и требуемой по нагрузке самоустановке в зонах зацепления.

Использование: изобретение относится к подъемно-транспортной технике, в частности к устройствам лебедок для канатов. Сущность изобретение: планетарный редуктор лебедки, выполненный в виде отдельного модуля, к которому прикрепляется гидромотор и барабан для каната, включает в себя первый планетарный ряд, солнечная шестерня которого связана с валом гидромотора и через сателлит с неподвижной коронной шестерней, второй планетарный ряд, сателлит которого зацеплен с коронной шестерней этого ряда, введенной в зацепление с сателлитом первого ряда и связанной с барабаном для его привода. При этом оба сателлита связаны между собой общим валом и опираются через этот вал на кольцевые опорные элементы, обеспечивающие поперечную и продольную ориентации сателлитов в кинематических связях. Такая установка сателлитов упрощает конструкцию редуктора и соответственно лебедки и ведет к снижению динамических нагрузок в зацеплениях сателлитов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Грузовая лебедка, содержащая гидромотор, вал которого через управляемую муфту связан с опорной рамой, и планетарный редуктор в виде отдельного модуля, связанного с барабаном для каната и включающего в себя солнечную шестерню первого планетарного ряда, связанную с валом гидромотора и зацепленную через сателлиты с коронной шестерней этого ряда, сателлиты второго планетарного ряда, зацепленные с коронной шестерней этого ряда, связанной с упомянутым барабаном, и водила для обоих рядов, обеспечивающие поперечную и продольную ориентацию сателлитов, отличающаяся тем, что коронная шестерня второго ряда дополнительно зацеплена с сателлитами первого ряда, сателлиты обоих рядов попарно связаны между собой общим валом, водило каждого планетарного ряда представляет собой кольцевой опорный элемент, расположенный между разнесенными по окружности валами сателлитов с возможностью контактирования его внешней цилиндрической поверхности с поверхностью упомянутых валов для поперечной ориентации сателлитов, а коронная шестерня первого планетарного ряда неподвижно связана с опорной рамой. 2. Лебедка по п. 1, отличающаяся тем, что сателлит первого планетарного ряда выполнен двухвенцовым, с первым венцом которого зацеплена коронная шестерня первого планетарного ряда, а с вторым коронная шестерня второго планетарного ряда. 3. Лебедка по п. 1, отличающаяся тем, что венцы сателлита первого планетарного ряда выполнены разного диаметра. 4. Лебедка по п. 1, отличающаяся тем, что внешней своей поверхностью кольцевые опорные элементы расположены в кольцевых проточках валов сателлитов для продольной ориентации последних. 5. Лебедка по п. 1, отличающаяся тем, что сателлиты установлены с возможностью контактирования со стенками корпуса редуктора для ограничения их перемещения в осевом направлении.