吳賓輝，張遠(yuǎn)麗，陳可來(lái)，杜俊峰

（浙江恒齒傳動(dòng)股份有限公司，浙江 溫州 325409）

減速機(jī)是在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩作用的機(jī)械設(shè)備，在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用廣泛。然而很多時(shí)候減速機(jī)需要應(yīng)用于涉及到人身安全的領(lǐng)域，例如在礦山開(kāi)采中礦用索道上的減速機(jī)就是礦用索道的關(guān)鍵設(shè)備，它的運(yùn)行狀態(tài)是否良好，直接關(guān)系到礦用索道的運(yùn)行安全，由于減速機(jī)故障，很容易造成索道飛車(chē)，進(jìn)而引起嚴(yán)重的人身傷亡事故，因而設(shè)計(jì)一種能隨時(shí)監(jiān)控減速機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、并能針對(duì)減速機(jī)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)控的智能減速機(jī)是非常必要的。

1 智能減速機(jī)結(jié)構(gòu)及減速原理

1.1 智能減速機(jī)結(jié)構(gòu)

智能減速機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。該機(jī)由機(jī)殼、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、智能監(jiān)控和智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。

圖1 智能型減速機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 減速機(jī)減速機(jī)構(gòu)及原理

本機(jī)構(gòu)由三個(gè)傳動(dòng)軸和連接于其上的四個(gè)齒輪組成，分別是輸入軸3和輸入齒輪4、連接軸10和兩個(gè)傳遞齒輪7、輸出軸5和輸出齒輪6。

減速機(jī)輸入軸端設(shè)有供電機(jī)轉(zhuǎn)軸配合伸入的連接孔，電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)輸入軸連接孔驅(qū)動(dòng)輸入齒輪旋轉(zhuǎn)；輸入齒輪與其中一個(gè)傳遞齒輪嚙合將轉(zhuǎn)速通過(guò)連接軸傳遞給另一個(gè)傳遞齒輪，該傳遞齒輪通過(guò)與輸出齒輪嚙合將轉(zhuǎn)速傳遞給輸出軸，從前到后設(shè)置相互嚙合齒輪的齒數(shù)從小變大，輸入軸的轉(zhuǎn)速就通過(guò)減速機(jī)構(gòu)得到減速。

設(shè)減速機(jī)輸入軸（電機(jī)轉(zhuǎn)軸）、連接軸及輸出軸轉(zhuǎn)速分別為n入、n連和n出，輸入齒輪、兩個(gè)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(jī)（減速電機(jī)）的選用是根據(jù)所需要的電機(jī)功率、輸出軸轉(zhuǎn)速?gòu)膹S(chǎng)家減速機(jī)樣本所列出的規(guī)格中直接選用。

1.3 減速機(jī)潤(rùn)滑

減速機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)是由機(jī)殼形成的封閉容器、潤(rùn)滑油、加油孔、油孔蓋等組成。潤(rùn)滑的原理是機(jī)殼內(nèi)接近機(jī)殼底部旋轉(zhuǎn)的齒輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，依靠部分浸入潤(rùn)滑油中的輪齒對(duì)潤(rùn)滑油帶動(dòng)、粘連和飛濺等使?jié)櫥蜐?rùn)滑到各個(gè)傳動(dòng)部件上。

2 智能減速機(jī)溫度調(diào)節(jié)及控制

本機(jī)構(gòu)由溫度感應(yīng)系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)降溫潤(rùn)滑油系統(tǒng)及總控制器等組成。

2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)冷水降溫調(diào)節(jié)

降溫系統(tǒng)由設(shè)置于潤(rùn)滑油內(nèi)的第一溫度傳感器8、設(shè)置于輸出齒輪內(nèi)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(zhuǎn)盤(pán)15、旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(bào)模塊等終端設(shè)備上。

轉(zhuǎn)盤(pán)和輸水管的結(jié)構(gòu)如圖2所示，輸水管均勻地布置在轉(zhuǎn)盤(pán)上，轉(zhuǎn)盤(pán)的下方連接有驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置在減速機(jī)機(jī)體內(nèi)底面的潤(rùn)滑油中，輸水管連接水溫控制器。

圖2 轉(zhuǎn)盤(pán)和輸水管的結(jié)構(gòu)圖

在減速機(jī)下部設(shè)置輸水管、轉(zhuǎn)盤(pán)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，使輸水管中的冷水對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行降溫的同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行攪動(dòng)，不僅保證了潤(rùn)滑油的溫度均勻，且避免了輸水管附近的潤(rùn)滑油因溫度過(guò)低可能發(fā)生凝固等不利因素，進(jìn)而保證了潤(rùn)滑油的降溫效果。

總控制器根據(jù)第一溫度傳感器檢測(cè)的溫度控制水溫調(diào)整及控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的具體方式：

（1）當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鳙@取的溫度值大于預(yù)設(shè)的溫度上限時(shí)，水溫控制器開(kāi)啟，將輸水管水流溫度調(diào)整至規(guī)定的最低溫度，并控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)，使?jié)櫥偷玫綌嚢韬屠鋮s，達(dá)到利用潤(rùn)滑油對(duì)各個(gè)傳動(dòng)齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑和降溫的目的。

（2）當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鳙@取的溫度值小于預(yù)設(shè)的溫度上限，但大于預(yù)設(shè)的溫度下限值時(shí)，不開(kāi)啟水溫控制器，使外接水源以常溫流入輸水管內(nèi)，并控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)中速旋轉(zhuǎn)，使?jié)櫥偷玫嚼鋮s和攪拌，使各個(gè)傳動(dòng)齒輪得到潤(rùn)滑和降溫。

（3）當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鳙@取的溫度值小于預(yù)設(shè)的溫度下限值時(shí)，不開(kāi)啟水溫控制器、第一控制閥以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)，潤(rùn)滑油、齒輪及機(jī)體溫度正常，無(wú)需進(jìn)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(nèi)部具有空腔的空心設(shè)置，輪軸的空腔包括平行且相互獨(dú)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(shè)置為連接于第一空腔后、由任一輪齒開(kāi)始依次連通下一輪齒，直至經(jīng)過(guò)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(duì)一端通過(guò)第二控制閥外接冷水源。

通過(guò)傳動(dòng)齒輪及其輪軸空腔設(shè)計(jì)，可以對(duì)輸入齒輪、輸出齒輪進(jìn)行針對(duì)性的降溫，從而達(dá)到快速降低減速機(jī)溫度的目的。總控制器與第二控制閥相連接，并在第二溫度傳感器9檢測(cè)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度限值時(shí)，控制對(duì)應(yīng)于第二溫度傳感器9的第二控制閥開(kāi)啟，并在第二溫度傳感器9檢測(cè)的溫度低于預(yù)設(shè)的溫度下限時(shí)，控制第二控制閥關(guān)閉。通過(guò)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(jìn)行單獨(dú)的降溫，在不影響整體降溫的情況下，避免了能源的浪費(fèi)。

3 減速機(jī)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(shè)備潤(rùn)滑油溫度（見(jiàn)2.3條）外，還具有控制設(shè)備自動(dòng)停機(jī)、轉(zhuǎn)速失常報(bào)警及停機(jī)、潤(rùn)滑油更換報(bào)警、潤(rùn)滑油低位報(bào)警等提醒模塊和警報(bào)模塊。總控制器內(nèi)設(shè)置有無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，可以將設(shè)備的各種檢測(cè)及操作信息無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸至與總制器連接的智能終端。通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的設(shè)置，使得控制器可以和智能終端遠(yuǎn)程連接，進(jìn)而方便用戶(hù)及時(shí)了解減速機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而保證減速機(jī)的安全高效運(yùn)行。

3.1 溫度智能監(jiān)控

通過(guò)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(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)置，能夠?qū)?rùn)滑油、以及輸入齒輪、傳遞齒輪和輸出齒輪的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和監(jiān)控，當(dāng)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈或無(wú)效時(shí)，為防止減速機(jī)內(nèi)溫度過(guò)高造成的部件損壞和人身安全事故，智能監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)減速機(jī)的溫度故障，并觸發(fā)警報(bào)和停機(jī)，避免故障運(yùn)行時(shí)造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

3.2 潤(rùn)滑油智能監(jiān)控

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

（1）在減速機(jī)機(jī)體內(nèi)設(shè)置連接于總控制器的潤(rùn)滑油液位傳感器，總控制器在獲取的液位傳感器的檢測(cè)數(shù)值低于預(yù)設(shè)的液位值時(shí)，觸發(fā)提醒模塊發(fā)出加油提醒。

（2）在總控制器得到潤(rùn)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(shí)，總控制器判斷潤(rùn)滑油油品質(zhì)量因?yàn)槭褂锰觅|(zhì)量下降或所用潤(rùn)滑油與設(shè)備要求的潤(rùn)滑油不匹配，提醒模塊發(fā)出更換潤(rùn)滑油提醒。

3.3 減速機(jī)振動(dòng)監(jiān)控

智能型減速機(jī)監(jiān)控機(jī)構(gòu)能夠?qū)X輪間的運(yùn)行是否平穩(wěn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以避免因齒輪磨損或損壞、潤(rùn)滑油過(guò)少或質(zhì)量下降、設(shè)備負(fù)載異常等因素造成的運(yùn)行不穩(wěn)定的振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)減速機(jī)的故障，并觸發(fā)警報(bào)和停機(jī)，以避免故障運(yùn)行時(shí)容易造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

減速機(jī)振動(dòng)監(jiān)控的原理是依靠總控制器按照預(yù)定周期，由設(shè)置于減速機(jī)內(nèi)連接軸10上的振動(dòng)傳感器11獲取振動(dòng)檢測(cè)數(shù)值，總控制器在獲取的振動(dòng)傳感器的檢測(cè)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的上限值時(shí)，觸發(fā)警報(bào)模塊發(fā)出警報(bào)，并控制主電機(jī)停止工作。

3.4 減速機(jī)速度監(jiān)控

在減速機(jī)的輸出軸端空腔內(nèi)的側(cè)壁上設(shè)置有磁鐵17、在環(huán)繞磁鐵的減速機(jī)空腔內(nèi)壁設(shè)置有線(xiàn)圈18，磁鐵和線(xiàn)圈連接在總控制器上，總控制器內(nèi)設(shè)置有脈沖計(jì)數(shù)器，總控制器按照預(yù)定的周期控制脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，以計(jì)算得到預(yù)定周期內(nèi)輸出軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，而后調(diào)取相應(yīng)周期內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，隨機(jī)選取電機(jī)任意兩次得到的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，當(dāng)兩次實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值滿(mǎn)足要求時(shí)，判定減速機(jī)運(yùn)行正常；而當(dāng)兩次實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值不滿(mǎn)足要求時(shí)，觸發(fā)提醒模塊發(fā)出減速機(jī)速度異常排查提醒。

4 結(jié)語(yǔ)

智能型減速機(jī)利用無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸模塊，將設(shè)置與減速機(jī)內(nèi)第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、液位傳感器、磁鐵、線(xiàn)圈以及設(shè)置于總控制器內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)器的各種檢測(cè)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(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)潤(rùn)滑油和傳動(dòng)齒輪溫度控制和調(diào)節(jié)、輸入齒輪和輸出齒輪的分別降溫、潤(rùn)滑油液位和質(zhì)量異常的提醒和報(bào)警監(jiān)控、并及時(shí)觸發(fā)加油提醒、減速機(jī)振動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)停機(jī)、減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速異常報(bào)警和提醒等多種功能。

智能型減速機(jī)能夠避免齒輪無(wú)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(jī)內(nèi)溫度過(guò)高造成的部件損壞，延長(zhǎng)設(shè)備潤(rùn)滑油和設(shè)備的使用壽命。振動(dòng)故障報(bào)警，提示減速機(jī)運(yùn)行振動(dòng)過(guò)大，便于檢查原因和進(jìn)行維修。轉(zhuǎn)速監(jiān)控能夠?qū)崟r(shí)獲取輸出軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，借此能夠判斷減速機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速是否平穩(wěn)或處于速度異常狀態(tài)，進(jìn)而輔助判斷減速機(jī)運(yùn)行是否具有故障，最大限度地避免了設(shè)備帶“病”運(yùn)行造成的人員損傷或財(cái)產(chǎn)損失。

智能型減速機(jī)所具有的智能性能必將使其更加廣泛地應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，尤其是礦山開(kāi)采、人員運(yùn)送等諸多領(lǐng)域。