一種智能型減速機的研發(fā)設計

吳賓輝，張遠麗，陳可來，杜俊峰

（浙江恒齒傳動股份有限公司，浙江 溫州 325409）

減速機是在原動機和工作機或執(zhí)行機構之間起匹配轉速和傳遞扭矩作用的機械設備，在機械傳動中應用廣泛。然而很多時候減速機需要應用于涉及到人身安全的領域，例如在礦山開采中礦用索道上的減速機就是礦用索道的關鍵設備，它的運行狀態(tài)是否良好，直接關系到礦用索道的運行安全，由于減速機故障，很容易造成索道飛車，進而引起嚴重的人身傷亡事故，因而設計一種能隨時監(jiān)控減速機運行狀態(tài)、并能針對減速機問題進行調控的智能減速機是非常必要的。

1 智能減速機結構及減速原理

1.1 智能減速機結構

智能減速機結構見圖1。該機由機殼、減速傳動機構、潤滑系統(tǒng)、智能監(jiān)控和智能調節(jié)系統(tǒng)組成。

圖1 智能型減速機的剖面結構示意圖

1.2 減速機減速機構及原理

本機構由三個傳動軸和連接于其上的四個齒輪組成，分別是輸入軸3和輸入齒輪4、連接軸10和兩個傳遞齒輪7、輸出軸5和輸出齒輪6。

減速機輸入軸端設有供電機轉軸配合伸入的連接孔，電機轉軸通過輸入軸連接孔驅動輸入齒輪旋轉；輸入齒輪與其中一個傳遞齒輪嚙合將轉速通過連接軸傳遞給另一個傳遞齒輪，該傳遞齒輪通過與輸出齒輪嚙合將轉速傳遞給輸出軸，從前到后設置相互嚙合齒輪的齒數(shù)從小變大，輸入軸的轉速就通過減速機構得到減速。

設減速機輸入軸（電機轉軸）、連接軸及輸出軸轉速分別為n入、n連和n出，輸入齒輪、兩個傳遞齒輪（從前到后）及輸出齒輪的齒數(shù)分別為Z入、Z1、Z2和Z出，則：

一般減速機（減速電機）的選用是根據(jù)所需要的電機功率、輸出軸轉速從廠家減速機樣本所列出的規(guī)格中直接選用。

1.3 減速機潤滑

減速機潤滑系統(tǒng)是由機殼形成的封閉容器、潤滑油、加油孔、油孔蓋等組成。潤滑的原理是機殼內接近機殼底部旋轉的齒輪在旋轉過程中，依靠部分浸入潤滑油中的輪齒對潤滑油帶動、粘連和飛濺等使?jié)櫥蜐櫥礁鱾€傳動部件上。

2 智能減速機溫度調節(jié)及控制

本機構由溫度感應系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、電機驅動降溫潤滑油系統(tǒng)及總控制器等組成。

2.1 電機驅動冷水降溫調節(jié)

降溫系統(tǒng)由設置于潤滑油內的第一溫度傳感器8、設置于輸出齒輪內的第二溫度傳感器9、輸水管12、第一控制閥13、第二控制閥、轉盤15、旋轉電機16及水溫控制器等組成，各部件均連接于終端總控制器上，總控制器連接在控制系統(tǒng)、提醒模塊和警報模塊等終端設備上。

轉盤和輸水管的結構如圖2所示，輸水管均勻地布置在轉盤上，轉盤的下方連接有驅動旋轉的電機，轉盤設置在減速機機體內底面的潤滑油中，輸水管連接水溫控制器。

圖2 轉盤和輸水管的結構圖

在減速機下部設置輸水管、轉盤和旋轉電機，使輸水管中的冷水對潤滑油進行降溫的同時，電機驅動轉盤旋轉對潤滑油進行攪動，不僅保證了潤滑油的溫度均勻，且避免了輸水管附近的潤滑油因溫度過低可能發(fā)生凝固等不利因素，進而保證了潤滑油的降溫效果。

總控制器根據(jù)第一溫度傳感器檢測的溫度控制水溫調整及控制旋轉電機轉速的具體方式：

（1）當?shù)谝粶囟葌鞲衅鳙@取的溫度值大于預設的溫度上限時，水溫控制器開啟，將輸水管水流溫度調整至規(guī)定的最低溫度，并控制旋轉電機驅動轉盤高速旋轉，使?jié)櫥偷玫綌嚢韬屠鋮s，達到利用潤滑油對各個傳動齒輪進行潤滑和降溫的目的。

（2）當?shù)谝粶囟葌鞲衅鳙@取的溫度值小于預設的溫度上限，但大于預設的溫度下限值時，不開啟水溫控制器，使外接水源以常溫流入輸水管內，并控制旋轉電機驅動轉盤中速旋轉，使?jié)櫥偷玫嚼鋮s和攪拌，使各個傳動齒輪得到潤滑和降溫。

（3）當?shù)谝粶囟葌鞲衅鳙@取的溫度值小于預設的溫度下限值時，不開啟水溫控制器、第一控制閥以及旋轉電機，潤滑油、齒輪及機體溫度正常，無需進行冷卻。

2.2 輸入齒輪和輸出齒輪分別降溫控制

輸入齒輪4和輸出齒輪6及其各自輪軸均為內部具有空腔的空心設置，輪軸的空腔包括平行且相互獨立布置的第一空腔和第二空腔；輸入齒輪4和輸出齒輪6的空腔均設置為連接于第一空腔后、由任一輪齒開始依次連通下一輪齒，直至經(jīng)過所有輪齒并最終回到連接于第二空腔的冷水通路；第一空腔與輸入齒輪4或輸出齒輪6連接的相對一端通過第二控制閥外接冷水源。

通過傳動齒輪及其輪軸空腔設計，可以對輸入齒輪、輸出齒輪進行針對性的降溫，從而達到快速降低減速機溫度的目的?？偪刂破髋c第二控制閥相連接，并在第二溫度傳感器9檢測的溫度達到預設的溫度限值時，控制對應于第二溫度傳感器9的第二控制閥開啟，并在第二溫度傳感器9檢測的溫度低于預設的溫度下限時，控制第二控制閥關閉。通過總控制器與第二控制閥的連接，使得輸入齒輪和輸出齒輪能夠進行單獨的降溫，在不影響整體降溫的情況下，避免了能源的浪費。

3 減速機智能控制、智能監(jiān)控（控制）及智能終端等

智能控制系統(tǒng)除了控制設備潤滑油溫度（見2.3條）外，還具有控制設備自動停機、轉速失常報警及停機、潤滑油更換報警、潤滑油低位報警等提醒模塊和警報模塊?？偪刂破鲀仍O置有無線傳輸模塊，可以將設備的各種檢測及操作信息無線遠程傳輸至與總制器連接的智能終端。通過無線傳輸模塊的設置，使得控制器可以和智能終端遠程連接，進而方便用戶及時了解減速機的運行狀態(tài)，進而保證減速機的安全高效運行。

3.1 溫度智能監(jiān)控

通過第一溫度傳感器、第二溫度傳感器以及總控制器組成的智能監(jiān)控模塊，并配合智能調節(jié)機構的設置，能夠對潤滑油、以及輸入齒輪、傳遞齒輪和輸出齒輪的溫度進行實時調節(jié)和監(jiān)控，當溫度調節(jié)系統(tǒng)失靈或無效時，為防止減速機內溫度過高造成的部件損壞和人身安全事故，智能監(jiān)控系統(tǒng)會及時發(fā)現(xiàn)減速機的溫度故障，并觸發(fā)警報和停機，避免故障運行時造成的人身傷害和財產(chǎn)損失。

3.2 潤滑油智能監(jiān)控

潤滑油智能監(jiān)控能夠避免傳動齒輪在無油、少油或油品質量差時造成的齒輪干磨，降低了齒輪損壞的幾率，提高了減速機的使用壽命，保證了生產(chǎn)安全和效率。

（1）在減速機機體內設置連接于總控制器的潤滑油液位傳感器，總控制器在獲取的液位傳感器的檢測數(shù)值低于預設的液位值時，觸發(fā)提醒模塊發(fā)出加油提醒。

（2）在總控制器得到潤滑油的溫度已經(jīng)降低后、輸入齒輪和輸出齒輪的溫度仍舊不降低時，總控制器判斷潤滑油油品質量因為使用太久質量下降或所用潤滑油與設備要求的潤滑油不匹配，提醒模塊發(fā)出更換潤滑油提醒。

3.3 減速機振動監(jiān)控

智能型減速機監(jiān)控機構能夠對齒輪間的運行是否平穩(wěn)進行實時監(jiān)控，以避免因齒輪磨損或損壞、潤滑油過少或質量下降、設備負載異常等因素造成的運行不穩(wěn)定的振動進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)減速機的故障，并觸發(fā)警報和停機，以避免故障運行時容易造成的人身傷害和財產(chǎn)損失。

減速機振動監(jiān)控的原理是依靠總控制器按照預定周期，由設置于減速機內連接軸10上的振動傳感器11獲取振動檢測數(shù)值，總控制器在獲取的振動傳感器的檢測數(shù)值達到預設的上限值時，觸發(fā)警報模塊發(fā)出警報，并控制主電機停止工作。

3.4 減速機速度監(jiān)控

在減速機的輸出軸端空腔內的側壁上設置有磁鐵17、在環(huán)繞磁鐵的減速機空腔內壁設置有線圈18，磁鐵和線圈連接在總控制器上，總控制器內設置有脈沖計數(shù)器，總控制器按照預定的周期控制脈沖計數(shù)器計數(shù)，以計算得到預定周期內輸出軸的實際轉速，而后調取相應周期內的電機轉速，隨機選取電機任意兩次得到的實際轉速進行比較，當兩次實際轉速的差值滿足要求時，判定減速機運行正常；而當兩次實際轉速的差值不滿足要求時，觸發(fā)提醒模塊發(fā)出減速機速度異常排查提醒。

4 結語

智能型減速機利用無線遠程傳輸模塊，將設置與減速機內第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、振動傳感器、液位傳感器、磁鐵、線圈以及設置于總控制器內的脈沖計數(shù)器的各種檢測及操作信息傳輸至與總制器連接的智能終端，使智能型減速機能夠實現(xiàn)潤滑油和傳動齒輪溫度控制和調節(jié)、輸入齒輪和輸出齒輪的分別降溫、潤滑油液位和質量異常的提醒和報警監(jiān)控、并及時觸發(fā)加油提醒、減速機振動報警和自動停機、減速機輸出轉速異常報警和提醒等多種功能。

智能型減速機能夠避免齒輪無油或少油造成的齒輪干磨，降低了齒輪損壞的幾率，可以防止減速機內溫度過高造成的部件損壞，延長設備潤滑油和設備的使用壽命。振動故障報警，提示減速機運行振動過大，便于檢查原因和進行維修。轉速監(jiān)控能夠實時獲取輸出軸的實際轉速，借此能夠判斷減速機的運行轉速是否平穩(wěn)或處于速度異常狀態(tài)，進而輔助判斷減速機運行是否具有故障，最大限度地避免了設備帶“病”運行造成的人員損傷或財產(chǎn)損失。

智能型減速機所具有的智能性能必將使其更加廣泛地應用在各個工業(yè)領域的傳動機構中，尤其是礦山開采、人員運送等諸多領域。