王磊

摘? 要：基于差動(dòng)輪系的特性方程，重點(diǎn)分析差動(dòng)調(diào)速裝置中差動(dòng)輪系的功率流及影響裝置中主、輔電機(jī)功率配比的因素，提出確保輪系功率匯流的組合方法，得出主、輔電機(jī)裝機(jī)容量配比的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：差動(dòng)調(diào)速裝置;差動(dòng)輪系;功率流;調(diào)速幅度;功率比

中圖分類號(hào)：TM921? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）14-0054-03

Abstract： Based on the characteristic equation of differential gear train， the power flow of differential gear train in differential speed regulation device and the factors affecting the power ratio of main motor and auxiliary motor in differential speed regulation device are analyzed emphatically， and the combination method to ensure the power confluence of gear train is put forward. The theoretical basis of the ratio of installed capacity of main motor and auxiliary motor is obtained.

差動(dòng)調(diào)速裝置是一種高效、可靠的無級(jí)調(diào)速裝置，通過對(duì)部分功率的速度控制實(shí)現(xiàn)對(duì)全功率的速度控制[1～2]，有效降低對(duì)變頻相關(guān)器件的功率要求，提高系統(tǒng)的可靠性，又降低了投資成本。

本文重點(diǎn)分析調(diào)速系統(tǒng)中差動(dòng)輪系的功率流向;調(diào)速幅度的概念及它與主輔兩電機(jī)功率配比的關(guān)系。

1 差動(dòng)調(diào)速裝置組成

差動(dòng)調(diào)速裝置由主電機(jī)、輔電機(jī)、差動(dòng)輪系和制動(dòng)器組成。該裝置依據(jù)差動(dòng)輪系具有功率匯流特性而設(shè)計(jì)，并將動(dòng)力源提供的功率分為兩部分，其中一部分功率主要用來傳遞動(dòng)力，由主電機(jī)提供;另一部分功率由輔電機(jī)提供，進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，最終兩部分功率匯流于差動(dòng)輪系共同輸出，實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。通過連續(xù)改變輔電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使輸出轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，達(dá)到無級(jí)調(diào)速的要求。

2 差動(dòng)輪系功率流的分析

差動(dòng)輪系由太陽輪、齒圈和行星架三個(gè)基本構(gòu)件組成，且有兩個(gè)自由度，即只有給定兩個(gè)確定的輸入轉(zhuǎn)速，才能有確定的轉(zhuǎn)速輸出，所以一般都是將差動(dòng)輪系某兩個(gè)基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)速在一定程度上關(guān)聯(lián)起來而保證第三個(gè)構(gòu)件有一個(gè)確定的轉(zhuǎn)速輸出。但這里應(yīng)指出的是三個(gè)構(gòu)件各自傳遞的功率對(duì)差動(dòng)輪系而言既可能是輸入功率也可能是輸出功率，即使是被關(guān)聯(lián)的兩個(gè)構(gòu)件也可能不同為輸入或輸出功率。

在前文所述差動(dòng)調(diào)速裝置工作原理中已提出要利用差動(dòng)輪系的功率匯流特性實(shí)現(xiàn)分功率調(diào)速，功率匯流是要求被關(guān)聯(lián)兩構(gòu)件所傳遞的功率對(duì)于差動(dòng)輪系而言同為輸入功率，即要求兩構(gòu)件的功率比大于零。差動(dòng)輪系本身是具有功率匯流的特性，但并不是所有的運(yùn)轉(zhuǎn)情況都能實(shí)現(xiàn)功率匯流，它必須要求被關(guān)聯(lián)的兩個(gè)構(gòu)件滿足一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件才能真正實(shí)現(xiàn)功率匯流。因此，在選定差動(dòng)輪系的任意兩個(gè)基本構(gòu)件作為關(guān)聯(lián)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)分析清楚它們之間的轉(zhuǎn)矩方向關(guān)系并對(duì)它們的轉(zhuǎn)向關(guān)系有一定的要求，以滿足兩構(gòu)件的功率比大于零，進(jìn)而保證差動(dòng)輪系的功率匯流。下面依據(jù)差動(dòng)輪系的特性方程來分析輪系中的功率流。

2.1 差動(dòng)輪系的特性方程式

2.2 差動(dòng)輪系功率流簡圖的繪制

差動(dòng)輪系的功率分為輸入功率和輸出功率。在明確了差動(dòng)輪系的功率輸入輸出問題后，采用逆向分析法確定差動(dòng)輪功率流與構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)方向的關(guān)系。假設(shè)已知差動(dòng)輪系中主從地位相同的兩構(gòu)件（功率比大于零的兩構(gòu)件），然后再根據(jù)差動(dòng)輪系的特性方程分析基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)向關(guān)系。

（1）當(dāng)a、b主從地位相同并且它們各自傳遞的功率對(duì)于差動(dòng)輪系而言都是輸入功率，則有Pa /Pb>0，將其代入式（8）知iab>0，由此斷定a、b轉(zhuǎn)速方向相同，再由式（2）推知H也與a、b轉(zhuǎn)速方向相同。假定a轉(zhuǎn)向?yàn)檎较?，可得圖2（a）所示簡圖。于是，當(dāng)要關(guān)聯(lián)a、b兩構(gòu)件時(shí)（兩構(gòu)件同時(shí)作為輸入構(gòu)件），應(yīng)使a、b兩構(gòu)件轉(zhuǎn)速方向相同，才能保證功率的匯流。

（2）當(dāng)b、H主從地位相同并且它們各自傳遞的功率對(duì)于差動(dòng)輪系而言都是輸入功率，則有Pb /PH>0，將其代入式（10）知ibH<0，由此斷定b、H轉(zhuǎn)速方向相反，假定H的轉(zhuǎn)速方向?yàn)檎较?，那么b的轉(zhuǎn)速方向?yàn)樨?fù)方向，再由式（3）推知，a的轉(zhuǎn)速方向也為正方向。綜合所述，可得圖2（b）所示簡圖。于是，當(dāng)要關(guān)聯(lián)b、H兩構(gòu)件時(shí)（兩構(gòu)件同時(shí)作為輸入構(gòu)件），應(yīng)使b、H兩構(gòu)件轉(zhuǎn)速方向相反，才能保證功率的匯流。

（3）當(dāng)a、H輪主從地位相同并且它們各自傳遞的功率對(duì)于差動(dòng)輪系而言都是輸入功率，則有Pa /PH>0，將其代入式（9）知iaH<0，由此斷定a、H轉(zhuǎn)速方向相反，假定H的轉(zhuǎn)速方向?yàn)檎较?，那么a的轉(zhuǎn)速方向?yàn)樨?fù)方向，再由式（4）推知，b的轉(zhuǎn)速方向也為正方向。綜合所述，可得圖2（c）所示簡圖。于是，當(dāng)要關(guān)聯(lián)a、H兩構(gòu)件時(shí)（兩構(gòu)件同時(shí)作為輸入構(gòu)件），應(yīng)使a、H兩構(gòu)件轉(zhuǎn)速方向相反，才能保證功率的匯流。

圖2中三角形表示差動(dòng)輪系（因有三個(gè)基本構(gòu)件），各構(gòu)件標(biāo)在圖形頂點(diǎn)旁，箭頭表示功率流向。箭頭尖指向輪系為輸入功率，箭頭背向輪系為輸出功率，“+，-”表示構(gòu)件的轉(zhuǎn)向，“+”表示正方向，“-”表示負(fù)方向。

2.3 輪系中輸入輸出構(gòu)件的組合方法

為了實(shí)現(xiàn)差動(dòng)輪系的功率匯流，在選擇輪系中的某兩個(gè)構(gòu)件作為關(guān)聯(lián)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)按圖2所示，即選擇功率流向相同（同為輸入功率）的兩構(gòu)件，而且兩構(gòu)件轉(zhuǎn)速方向也應(yīng)與圖中所示一致。如本文所述調(diào)速裝置（圖1所示），是選擇差動(dòng)輪系的太陽輪和齒圈作為輸入（關(guān)聯(lián)）構(gòu)件，行星架作為輸出構(gòu)件，按圖2（a）所示，必須保證太陽輪和齒圈的轉(zhuǎn)速方向一致，才能滿足功率匯流的條件。

3 主、輔電機(jī)功率配比關(guān)系

3.1 調(diào)速幅度和差速比的概念

3.2 功率配比關(guān)系

4 結(jié)論

經(jīng)分析、計(jì)算得到如下結(jié)論：

（1）選擇差動(dòng)輪系中的某兩個(gè)構(gòu)件作為關(guān)聯(lián)構(gòu)件（輸入構(gòu)件）時(shí)，如對(duì)輪系有功率匯流的要求，應(yīng)按圖1示意的方式選擇。（2）差動(dòng)調(diào)速裝置中，輔電機(jī)額定功率與主電機(jī)額定功率之值等于調(diào)速幅度，調(diào)速幅度越大，輔電機(jī)需要分擔(dān)的功率就越大，這也就意味著需要調(diào)速的那部分功率就越大。（3）在整個(gè)調(diào)速區(qū)間內(nèi)，主電機(jī)和輔電機(jī)所承擔(dān)的負(fù)載功率之比取決于差速比R和系數(shù)K。因此，在不同的調(diào)速區(qū)工作時(shí)，主電機(jī)和輔電機(jī)所承擔(dān)的負(fù)載功率之比也是不同的。

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