УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ШИХТОВОГО МАТЕРИАЛА В ШАХТНОЙ ПЕЧИ
SHAFT FURNACE CHARGE MATERIAL DISTRIBUTOR

Область техники
В целом, данное изобретение относится к загрузочному устройству для шахтной печи и, прежде всего, к распределительному устройству, оснащенному лотком для кольцевого и для радиального распределения шихтового материала. Более конкретно, изобретение относится к системе привода для работы лотка в этом типе устройства.
Уровень техники
Устройство для распределения шихтового материала в шахтной печи известно из патента США 3,693,812. Устройство согласно US 3,692,812 имеет подвешенный ротор и ротор регулировки лотка, которые поддерживаются в основном корпусе так, чтобы быть вращаемым вокруг по существу вертикальной оси вращения, которая обычно соответствует оси печи. Обычно лоток подвешен к подвешенному ротору таким образом, что он вращается с последним для распределения шихтового материала по окружности. Кроме того, в устройстве согласно US 3,693,812 лоток подвешен для регулирования поворота вокруг, по существу, горизонтальной оси для радиального распределения шихтового материала. Подвешенный ротор и регулировочный ротор приводятся в действие блоком дифференциальной передачи, который оснащен главным приводом вращения, а именно, электрическим двигателем и регулировочным приводом, а именно электрическим двигателем. Последний позволяет осуществлять дифференциальное вращение между подвешенным ротором и регулировочным ротором. В устройстве согласно US 3,692,812 для поворота лотка предусмотрен поворотный механизм. Этот механизм, который соединяет лоток с регулировочным ротором и который приводится в действие регулировочным ротором, преобразовывает изменение в угловых смещениях между подвешенным ротором и ротором регулировки вследствие дифференциального вращения в изменение положения поворота, то есть угла наклона лотка между двумя крайними положениями.
Устройство для распределения шихтового материала согласно US 3,692,812 оснащено компактным узлом привода для приведения в действие двух роторов, как изображено на фиг.1. Этот узел помещен в кожухе 1 коробки передач, расположенный на верхней части основного корпуса, который поддерживает роторы и лоток. Кожух 1 коробки передач имеет первичный входной вал 2, вторичный входной вал 3, первый выходной вал 4, именуемый далее вращательным валом, и второй выходной вал 5, именуемый далее регулировочным валом. Первичный входной вал 2 приводится в действие главным приводом 6 вращения. Внутри кожуха коробки передач редуктор 7 соединяет первичный входной вал 2 с вращательным валом 4, который простирается вертикально внутри основного корпуса, где он снабжен зубчатым колесом, которое входит в зацепление с зубчатым венцом подвешенного ротора. Регулировочный вал 5 также простирается вертикально в основном корпусе, где он снабжен зубчатым колесом, которое входит в зацепление с зубчатым венцом регулировочного ротора. Внутри кожуха коробки передач узла привода вращательный вал 4 и регулировочный вал 5 взаимосвязаны с помощью планетарного дифференциального механизма, то есть планетарной передачи 8. Последняя, главным образом, содержит горизонтальное эпициклическое зубчатое колесо (коронную шестерню), которая имеет зубья с внешним зацеплением, входящие в зацепление с зубчатым колесом на вращательном вале 4, солнечная шестерня соединена с вторичным входным валом 3, а водило планетарной шестерни соединено по меньшей мере с двумя планетарными передачами, которые входят в зацепление с внутренними зубьями эпициклического зубчатого колеса и солнечной шестерней. Как видно на фиг.1, водило планетарной шестерни приводит в действие регулировочный вал 5 посредством промежуточной шестерни.
Эта планетарная передача 8 на фиг.1 образует дифференциальный механизм, который является существенным компонентом распределительного устройства лотка вращающегося и поворотного типа согласно US 3,693,812. Этот дифференциальный механизм 8 имеет такие размеры, что вращательный вал 4 и регулировочный вал 5 вращаются синхронно, то есть имеют одинаковую скорость вращения, переданную главным приводом 6 вращения, всякий раз, когда вторичный входной вал 3 является неподвижным, то есть когда соединенный с вторичным входным валом 3 регулировочный привод 9 остановлен. С помощью дифференциального механизма 8 регулировочный привод 9 позволяет приводить во вращение регулировочный вал 5 при более быстрой и при более низкой скорости вращения, чем вращательный вал 4, тем самым вырабатывая относительное, то есть дифференциальное, вращение между подвешенным ротором и регулировочным ротором. Вышеупомянутый поворотный механизм (не показан на фиг.1) преобразовывает такое дифференциальное вращение в поворотное движение лотка (не показан на фиг.1).
Распределительные устройства с дифференциальной системой привода нашли успешное применение в промышленности. Однако ясно, что надлежащая ориентация элементов зубчатой передачи в кожухе 1, прежде всего планетарной передачи 8 требует высокоточного изготовления кожуха 1. Действительно, разные оси вращения: ось А2 первичного входного вала 2, ось A3 вторичного входного вала 3, которая совпадает с главной осью вращения планетарной дифференциальной передачи 8, оси А4 и А5 первого и второго выходных валов 4, 5 соответственно и ось А7 понижающей передачи 7 - все они должны быть параллельны и находиться на соответствующем расстоянии между друг другом как можно более точно, чтобы обеспечивать минимальный износ шестерен. Поэтому производство узла привода имеет тенденцию быть относительно дорогим во избежание риска преждевременного износа, особенно планетарного дифференциального механизма 8, который сам является компонентом, предназначенным для работы в тяжелых условиях и поэтому относительно дорогостоящим. Однако обычное высокоточное сверление, а также другие высокоточные производственные операции могут привести к мелким неточностям относительно позиционирования и ориентации подшипников, которые определяют разные оси А2, A3, А4, А5 и А7 так, что износ не может быть минимизирован за счет оптимальных затрат. Кроме того, опыт показал, что неисправность планетарного дифференциального механизма 8, даже будучи редким явлением, тем не менее является одной из главных причин простоя системы привода.
Техническая проблема
Принимая во внимание вышесказанное, первой целью данного изобретения является создание устройства для распределения шихтового материала в шахтной печи с дифференциальной системой привода, конструкция которой делает требования относительно точности изготовления менее строгими без увеличения рисков преждевременного износа компонентов системы привода, прежде всего дифференциальной передачи.
Эта цель достигнута посредством устройства согласно п.1 формулы изобретения.
Общее описание изобретения
Самим по себе известным образом предложенное устройство для распределения шихтового материала содержит основной корпус, распределительный лоток, подвешенный ротор и регулировочный ротор. Оба ротора установлены в основном корпусе таким образом, чтобы иметь возможность вращения вокруг по существу вертикальной оси вращения, обычно оси шахтной печи, и имеют соответствующий зубчатый венец для приведения в действие роторов. Кроме того, с помощью известного способа распределительный лоток подвешен к подвешенному ротору таким образом, чтобы вращаться вместе с ним для кольцевого распределения шихтового материала, наряду с возможностью регулирования ориентации относительно подвешенного ротора, прежде всего регулирования поворота вокруг по существу горизонтальной поворотной оси. Регулирование для радиального распределения шихтового материала осуществляется с помощью дифференциального вращения регулировочного ротора относительно подвешенного ротора. Соответственно, в качестве одного из ключевых компонентов устройство имеет дифференциальный механизм, более конкретно дифференциальную передачу, которая соединяет подвешенный ротор и регулировочный ротор так, чтобы осуществлять дифференциальное и, разумеется, синхронное вращение регулировочного ротора относительно подвешенного ротора. Для приведения в действие роторов устройство включает в себя главный привод вращения, прежде всего электрический двигатель, соединенный с подвешенным ротором для передачи вращения на подвешенный ротор, и регулировочный привод, прежде всего электрический двигатель, для передачи дифференциального вращения на регулировочный ротор.
Дифференциал соединяет оба привода, то есть привод вращения и регулировочный привод, с регулировочным ротором. Более конкретно, дифференциал выполнен для синхронного вращения регулировочного ротора и подвешенного ротора с помощью привода вращения наряду с осуществлением асинхронного вращения с помощью регулировочного привода. Другими словами, дифференциал передает на регулировочный ротор ту же скорость вращения, которая передается на подвешенный ротор с помощью главного привода вращения до тех пор, пока регулировочный привод не передаст дифференциальное вращение для асинхронного вращения регулировочного ротора относительно подвешенного ротора.
Согласно данному изобретению для достижения первой цели устройство также содержит:
- первый кожух коробки передач, расположенный на основном корпусе и содержащий в себе зубчатую передачу, соединенную с первым выходным валом, то есть валом, который выступает в основной корпус, где он соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с зубчатым венцом подвешенного ротора,
- второй кожух коробки передач, расположенный на основном корпусе и содержащий в себе вышеупомянутую дифференциальную передачу, которая соединена со вторым выходным валом, то есть валом, который выступает в основной корпус, где он соединен с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с зубчатым венцом регулировочного привода, и
- вальную конструкцию, оснащенную компенсирующей муфтой, также называемой упругой податливой муфтой, и соединяющей дифференциальную передачу во втором кожухе коробки передач с передачей в первом кожухе коробки передач.
Два отдельных кожуха коробки передач образуют независимые стационарно установленные конструкции, позволяющие осуществлять независимое позиционирование и параллельность между двумя группами элементов зубчатой передачи, а именно теми компонентами, необходимыми для дифференциальной передачи, то есть передачи разности максимального и минимального значений крутящего момента от главного привода на регулировочный привод, и теми компонентами, необходимыми для непосредственной передачи крутящего момента от главного привода вращения на подвешенный ротор. Соответственно, второй кожух коробки передач должен содержать только эти валы и, таким образом, правильно располагать и ориентировать минимально осей, необходимых по определению для дифференциальной передачи, и одну ось для соединения вала с дифференциальной передачей, тем самым уменьшая потенциальные источники несоосности или рассогласования позиционирования, которые могли бы повлиять на износостойкость дифференциала. Предложенная конструкция исключает тот факт, что любая незначительная антипараллельность или неточности позиционирования между первым и вторым выходными валами (на стороне роторов) и между первым и вторым входными валами (на стороне приводов), соответственно, могут увеличить износ. Ясно, что предложенная конфигурация исключает, прежде всего тот факт, что такая антипараллельность или неточность позиционирования может уменьшить срок службы дифференциала.
Как хорошо известно, компенсирующая муфта, также называемая упругой податливой муфтой, является муфтой, которая имеет средства для осуществления движения или постоянного рассогласования между частями, которые она соединяет во время передачи крутящего момента между частями. В данном контексте выражение «компенсирующая муфта» включает в себя упругие муфты, а также муфты на основе универсальных шарниров, оба типа хорошо известны, например, из руководства «Mechanical Design of Machine Elements and Machines)) («Механическая конструкция машинных элементов и машин») by J. A. Collins et all (Джей. Эй. Коллинз и др.) (авторы) John Wiley and Sons (Издатель: ISBN 9780470413036). Соответственно, с помощью компенсирующей муфты, то есть муфты, выполненной для компенсации радиального, осевого и/или углового несоответствия между валами, которые она соединяет, при передаче крутящего момента создается дополнительный допуск относительно несоосности и неправильного позиционирования между двумя вышеупомянутыми группами компонентов зубчатой передачи. В принципе для этой цели может быть использован любой тип компенсирующей муфты (по-немецки: «Ausgleichskupplung» или «bewegliche Kupplung»), прежде всего муфта с высокой жесткостью при кручении, но упругая муфта в радиальном, осевом направлении и/или под углом. Примерами являются втулочно-пальцевая муфта, универсальный шарнир, такой как карданный шарнир, крестовая муфта (муфта Олдхема), сильфонная муфта, кулачковая муфта, электромагнитная муфта и т.д. Муфта имеет тип, который является несъемным во время эксплуатации, то есть «глухая муфта», в отличие от муфты сцепления. Другими словами, муфта не может быть расцеплена при передаче крутящего момента, что является предпочтительным для безопасности и надежности системы. Особенно предпочтительными примерами упругих муфт с высокой жесткостью при кручении являются упругие дисковые муфты (по-немецки «Federscheibenkupplung») или зубчатые муфты, прежде всего зубчатые муфты с криволинейными зубьями (по-немецки: «Bogenzahnkupplung»). Предпочтительно, используют упругую муфту в радиальном, осевом направлении или под углом, то есть муфту, которая обеспечивает допуск относительно трех типов рассогласования.
Для упрощения конструкции вал содержит первый соединительный вал, соединенный с зубчатой передачей и выступающий сбоку из первого кожуха коробки передач, и второй соединительный вал, соединенный с дифференциальной передачей и выступающий сбоку из второго кожуха коробки передач. Предпочтительно, для облегчения обслуживания компенсирующая муфта расположена между первым кожухом коробки передач и вторым кожухом коробки передач для соединения первого соединительного вала со вторым соединительным валом. В сочетании с последними мерами каждый соединительный вал может поддерживаться с возможностью вращения соответствующим кожухом коробки передач посредством пары роликовых подшипников, установленных на боковой стенке кожуха.
Всякий раз, когда размещение и ориентация отдельных кожухов не является критичной, соединительные валы между кожухами могут быть по существу соосными, в этом случае компенсирующей муфтой может быть рентабельная крестовая муфта или кулачковая муфта, которая обеспечивает достаточный допуск. Однако, когда желательным фактором является универсальность относительно размещения и ориентации отдельных кожухов, компенсирующая муфта, предпочтительно, является гомокинетической универсальной шарнирной конструкцией, прежде всего сдвоенным карданным валом, содержащим два карданных шарнира, обеспечивающих гомокинетическую передачу. Более предпочтительно, для обеспечения последующего допуска относительно позиционирования используют сдвоенный карданный вал с компенсацией длины, например промежуточный вал с увеличивающейся длиной. Для упрощения конструкции и для предотвращения дополнительных требований относительно установки сдвоенного карданного вала, оба карданных шарнира предпочтительно являются центрованным сдвоенным карданным шарниром.
Поскольку главный привод вращения и регулировочный привод могут быть расположены иначе, например оба на втором кожухе коробки передач, в предпочтительном варианте осуществления главный привод вращения поддерживается первым кожухом коробки передач. Главный привод в этом случае посредством зубчатой передачи соединен с первым выходным валом для вращения подвешенного ротора, в то время как он также соединен с помощью зубчатой передачи, вала и с помощью дифференциальной передачи со вторым выходным валом для синхронного вращения регулировочного ротора. В результате, регулировочный привод поддерживается другим, то есть вторым кожухом коробки передач и посредством дифференциальной передачи соединен со вторым выходным валом для передачи дифференциального, то есть асинхронного вращения на регулировочный ротор относительно подвешенного ротора.
Вальная конструкция может быть соединена с зубчатой передачей в первом кожухе и с дифференциальной передачей в отдельном втором кожухе, например, с помощью соответствующей пары конических зубчатых передач. Соответствующие выходные валы для подвешенного ротора и регулировочного ротора могут поддерживаться в первом и втором кожухах соответственно, с помощью пары роликовых подшипников, разнесенных в осевом направлении.
В конфигурации, которая доказала свою практичность на деле, дифференциал содержит планетарную передачу, предпочтительно с солнечной шестерней, соединенной с регулировочным приводом, с водилом планетарной передачи, прикрепленным ко второму валу, и эпициклическим зубчатым колесом, которое посредством вальной конструкции с компенсирующей муфтой соединено с главным приводом вращения в первом кожухе. Наряду с тем, что не исключены другие варианты осуществления, система привода обычно содержит поворотное устройство, соединяющее распределительный лоток с подвешенным ротором. Предпочтительно, поворотное устройство выполнено для преобразования дифференциального вращения регулировочного ротора относительно подвешенного ротора в изменение положения поворота лотка вокруг по существу горизонтальной поворотной оси для регулирования угла наклона лотка относительно подвешенного ротора.
Ясно, что данное изобретение применимо в промышленности, прежде всего для оснащения или модернизации загрузочной установки шахтной печи, особенно загрузочной установки доменной печи.
Краткое описание чертежей
Дальнейшие подробности и преимущества данного изобретения будут очевидны из следующего подробного описания нескольких, но ограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи, на которых изображены:
Фиг.1 - вид в вертикальном поперечном разрезе известного из уровня техники компактного узла привода согласно патенту США 3,693,812 устройства для распределения шихтового материала в шахтной печи.
Фиг.2 - схематичный вид в вертикальном поперечном разрезе, изображающий распределительное устройство, оснащенное системой привода согласно первому варианту осуществления.
Фиг.3 - увеличенный местный вид в поперечном разрезе, показывающий систему привода согласно фиг.2 более подробно.
Фиг.4 - увеличенный местный вид в поперечном разрезе, показывающий второй вариант осуществления системы привода для оснащения распределительного устройства согласно фиг.2.
На этих чертежах идентичные ссылочные позиции обозначают идентичные или схожие части, тогда как ссылочные позиции с увеличенными сотенными разрядами обозначают функционально схожие части в структурно отличном варианте осуществления.
Подробное описание со ссылкой на чертежи
На фиг.1. 2 показано устройство 10 для распределения сыпучего шихтового материала («шихта») в шахтную печь, особенно на уровне засыпи шихты доменной печи. Устройство 10 спроектировано как часть загрузочной установки, которая не показана полностью. Она содержит основной корпус 12, расположенный на колошнике печи и который включает в себя стационарный загрузочный желоб 14, который определяет вертикальный загрузочный канал 16. Подвешенный ротор 18 подвешен внутри основного корпуса 12 с помощью первого кольцевого роликового подшипника 20 большого диаметра, вращающегося вокруг, по существу, вертикальной оси вращения. Подвешенный ротор 18 содержит в целом цилиндрический корпус, оснащенный на своем нижнем конце дискообразным горизонтальным защитным фланцем 24, который образует экран между внутренней частью основного корпуса 12 и внутренней частью печи. Второй ротор, далее именуемый регулировочным ротором 26, окружает подвешенный ротор 18 и подвешен внутри основного корпуса 12 с помощью второго кольцевого роликового подшипника 28 большого диаметра, который расположен так, что ось вращения регулировочного ротора 26 по существу соосна оси вращения подвешенного ротора 18.
Ссылочная позиция 32 обозначает распределительный лоток для сыпучего материала, подаваемого через загрузочный канал 16. Лоток 32 имеет два боковых рычага 34, 34' подвески, с помощью которых он подвешен к подвешенному ротору 18. Приводимое в действие регулировочным ротором 26 поворотное устройство позволяет осуществлять регулировку ориентации лотка 32 относительно подвешенного ротора 18, более конкретно, поворотного положения или угла наклона лотка вокруг по существу горизонтальной оси. С этой целью поворотное устройство соединяет распределительный лоток 32 с регулировочным ротором 26 для преобразования дифференциального вращения регулировочного ротора 26 в изменение положения поворота лотка 32. На изображенном устройстве 10, поворотное устройство для каждого рычага 34, 34" подвески лотка 32 содержит поворотный механизм 36, 36', которые опираются на диаметрально противоположных положениях на подвешенный ротор 18. Каждый из поворотных механизмов 36, 36' имеет соответствующий вертикальный входной вал 38, 38', внутреннюю зубчатую передачу и горизонтальную цапфу 44, 44' для подвески. Входные валы 38, 38' параллельны осям вращения обоих роторов 18, 26 и соединены с соответствующим зубчатым колесом 40, 40', которое входит в зацепление с нижним зубчатым венцом 42 регулировочного ротора 26. Каждая зубчатая передача преобразует вращение соответствующего входного вала 38, 38' во вращение соответствующей цапфы 44, 44' для подвески. Следует отметить, что оба поворотных механизма 36, 36' симметричны относительно центральной плоскости лотка 32, то есть вращение входных валов 38, 38' посредством нижнего зубчатого венца 42 регулировочного ротора 26 приводит к вращению в противоположных направлениях (видно из средней плоскости) обеих цапф 44, 44' для подвески для поворота лотка 32. Как видно на фиг.2, боковые рычаги 34, 34' подвески установлены на цапфах 44, 44' подвески так, что они определяют по существу горизонтальную ось поворота для лотка 32.
Ясно, что данное изобретение не ограничено в применении поворотным механизмом, указанным выше. Данное изобретение может быть внедрено с различными другими механизмами для регулирования положения лотка 32 относительно подвешенного ротора 18. Например, патент США 4,941,792 раскрывает поворотный механизм с вилочным поворотным рычагом, соединяющим две цапфы подвески с регулировочным ротором 26, соответственно с кольцевым зубчатым сегментом, который взаимодействует с зубчатым сектором, прикрепленным к каждой цапфе лотка. Патент США 5,002,806, с другой стороны, предлагает соединение регулировочного ротора 26 с кривошипом на одной из цапф лотка с помощью пруткового зажима с шаровыми шарнирами. В то время как вышеупомянутые регулировочные механизмы спроектированы для преобразования дифференциального вращения регулировочного ротора 26 относительно подвешенного ротора 18 в изменение угла наклона лотка 32, не исключаются другие возможности регулировки. Например, в следующем альтернативном варианте осуществления, лотком является не поворотный лоток, а своего рода лоток из двух частей, имеющий верхнюю часть, которая образована и вращается в унисон с подвешенным ротором вокруг центральной оси печи, и нижнюю часть, которая вращается вокруг второй вертикальной оси вращения, то есть с боковым смещением от центральной оси. Примеры такого распределительного устройства и соответствующих регулировочных механизмов для приведения в действие нижней части лотка, состоящего из двух частей, раскрыты в японской патентной заявке JP 63 096205 или JP 02 022409 или в авторском свидетельстве Советского Союза SU 16699988.
На фиг.1, 2 ссылочная позиция 50 обозначает первый кожух коробки передач, который расположен на верхней части основного корпуса 12. В первом кожухе 50 коробки передач помещена зубчатая передача 52. Зубчатая передача 52 соединена с по существу вертикальным выходным валом 54, выступающим из кожуха 50 коробки передач вниз в основной корпус 12. Зубчатая передача 52 соединяет первый выходной вал 54 с горизонтальным первым соединительным валом 54 под прямым углом относительно выходного вала 54. Кроме того, зубчатая передача 52 соединяет выходной вал 54 с главным приводом 60 вращения, предпочтительно электрическим двигателем, в то время как не исключаются другие приводы, такие как гидравлические или пневматические приводы. Нижний конец выходного вала 54 снабжен зубчатым колесом 62, которое входит в зацепление с первым зубчатым венцом 64 на подвешенном роторе 18. Соответственно, выходной вал 54 действует как приводной вал для передачи крутящего момента с главного привода 60 вращения на подвешенный ротор 18 посредством зубчатой передачи 52.
На фиг.2 ссылочная позиция 70 обозначает отдельный второй кожух коробки передач, который расположен на верхней части основного корпуса 12. Этот второй кожух 70 коробки передач вмещает в себе дифференциальный механизм, прежде всего дифференциальную передачу 72, и образует из этого стационарную конструкцию. Дифференциальная передача 72 (далее: дифференциал 72) соединяет по существу вертикальный второй выходной вал 74 по существу с горизонтальным вторым соединительным валом 76, который выступает сбоку из второго кожуха 70 коробки передач на стороне первого кожуха 50 коробки передач. Кроме того, дифференциал соединяет второй выходной вал 74 с регулировочным валом 80, который поддерживается отдельно на втором кожухе 70. Ясно, что второй выходной вал 74, который выступает из второго кожуха 70 коробки передач в основной корпус 12, поддерживается вторым кожухом 70 коробки передач и, таким образом, независимо от первого выходного вала 54. На нижнем конце выходного вала 74 находится зубчатое колесо 82, которое вступает в зацепление со вторым зубчатым венцом 84, которое прикреплено к верхней области регулировочного ротора 26 над нижним зубчатым венцом 42. Соответственно, регулировочный привод 80 посредством дифференциала соединен с регулировочным ротором 26 для передачи дифференциального вращения на последний.
Как также видно на фиг.2, вальная конструкция 90 соединяет расположенный внутри второго кожуха 70 коробки передач дифференциал 72 с расположенной внутри первого кожуха 50 коробки передач зубчатой передачей 52. Ясно, что вальная конструкция 90 оснащена подходящим типом компенсационной муфты, выполненной для компенсации радиальных, осевых, и угловых рассогласований между первым соединительным валом 56 и вторым соединительным валом. 76. Например, в схематично изображенном на фиг.2 варианте осуществления вальная конструкция 90 содержит гомокинетическую универсальную шарнирную конструкцию, прежде всего сдвоенный (двойной) карданный вал с двумя карданными шарнирами 92, 94, для образования компенсирующей муфты, тогда как может быть использован любой другой подходящий тип компенсирующей муфты, предпочтительно с высокой жесткостью при кручении.
На фиг.3 система привода согласно фиг.2 показана более подробно. Первый выходной вал поддерживается первым кожухом 50 коробки передач с помощью пары роликовых подшипников 96, разнесенных в осевом направлении и установленных в отверстия в первом кожухе 50. На первом выходном вале 54 находится зубчатое колесо 98 большого диаметра, которое входит в зацепление с зубчатым колесом 102 меньшего диаметра, которое находится на вспомогательном вале 104. Вспомогательный вал 104 несет верхнее зубчатое колесо 106 малого диаметра, которое вступает в зацепление с зубчатым колесом 108 на приводном вале 110 главного привода 60 двигателя. Вспомогательный вал 104 также поддерживается первым кожухом 50 с помощью пары роликовых подшипников 112, разнесенных в осевом направлении. Зубчатая передача 52 в первом кожухе 50 также содержит пару конических зубчатых передач, соединяющую вспомогательный вал 104 с первым соединительным валом 90. Пара конических зубчатых передач образована первой конической зубчатой передачей 114 большого диаметра, которая прикреплена к соединительному валу 104, и второй конической зубчатой передачей 116, которая прикреплена к соединительному валу 56 и вступает в зацепление с первой конической зубчатой передачей 114. Как также видно на фиг.3, первый соединительный вал 56 поддерживается с возможностью вращения посредством пары роликовых подшипников 118, установленных в отверстие в боковой стенке первого кожуха 50 коробки передач, которая в целом обращена ко второму кожуху 70 коробки передач. Таким образом, в первый кожух 50 помещена зубчатая передача 52, которая, с одной стороны, соединяет главный привод 60 вращения с первым зубчатым венцом на подвешенном роторе 18 для передачи вращения на лоток 32 и, с другой стороны, с вальной конструкцией 90, которая обеспечивает соединение главного привода 60 вращения с дифференциалом.72, как будет подробно описано ниже.
Как также видно на фиг.3, во второй кожух 70 коробки передач помещен дифференциал 72, который, более конкретно, является планетарным механизмом (также называемый «планетарной передачей»). Таким образом, планетарный дифференциал 72 известным самим по себе образом содержит солнечную шестерню 120, водило 122 планетарной передачи и эпициклическое зубчатое колесо 124. Водило 122 планетарной передачи несет по меньшей мере две планетарные шестерни, которые вступают в зацепление с солнечной шестерней 120 и с внутренним зубчатым зацеплением эпициклического зубчатого колеса 124 для вращения вокруг общей центральной оси солнечной шестерни 120 и эпициклического зубчатого колеса для приведения в действие водила 122 планетарной передачи. Солнечная шестерня 120 прикреплена к вспомогательному валу 128, который приводится в действие регулировочным двигателем 80 посредством понижающей передачи 130, которая только схематично показана на фиг.3 и соединяет приводной вал 132 регулировочного двигателя 80 с вспомогательным валом 128. Как также видно на фиг.3, водило 122 планетарной передачи прикреплено к верхнему концу второго выходного вала 74. В свою очередь, эпициклическое колесо 124 оснащено периферическим коническим зубчатым зацеплением 134, которое входит в зацепление с конической зубчатой передачей 136, прикрепленной ко второму соединительному валу, и образует пару конических зубчатых передач, соединяющую вальную конструкцию 90 и, таким образом, главный привод 60 вращения с планетарным механизмом 72. Аналогично первому соединительному валу 56 первого кожуха 50, второй соединительный вал 76 поддерживается с возможностью вращения вторым кожухом 70 посредством пары роликовых подшипников 138, которые установлены на боковой стенке второго кожуха 70, которая в целом обращена к первому кожуху коробки передач 50. Как показано на фиг.3, второй выходной вал 74 поддерживается с возможностью вращения отдельным кожухом 70 коробки передач посредством пары роликовых подшипников 142, разнесенных в осевом направлении, установленных в отверстия во втором кожухе 70 коробки передач. Вспомогательный вал 128 поддерживается роликовыми подшипниками, установленными внутри втулки 144, которая установлена в отверстие во втором кожухе 70. Второй кожух 70 также поддерживает эпициклическое зубчатое колесо посредством пары роликовых подшипников, установленных снаружи на втулке 144.
Дифференциальный планетарный механизм 72 во втором кожухе 70 коробки передач имеет такие размеры, что скорость N1 вращения первого выходного вала 54, переданная главным приводом 60 вращения через зубчатую передачу 52, равна скорости N2 вращения второго выходного вала 74, всякий раз, когда вспомогательный вал 128, то есть приводной вал регулировочного привода 80 не вращается, то есть когда последний остановлен (N3=0). Другими словами, дифференциал 72 выполнен для передачи на регулировочный ротор 26 той же скорости вращения, которая передана на подвешенный ротор 18 главным приводом 60 вращения до тех пор, пока регулировочный привод 80 не передаст дифференциальное вращение на регулировочный ротор 26 относительно подвешенного ротора 18. Соответственно, когда регулировочный привод 80 работает для вращения вспомогательного вала 128 со скоростью N3 (≠0) вращения в первом направлении, скорость N2 вращения второго выходного вала 74 будет соответствовать сложению скорости N1 вращения первого выходного вала 54 и скорости N3 вращения вспомогательного вала 128, умноженной на соответствующее передаточное число (зависящее от конструкции дифференциального планетарного механизма 72). С другой стороны, когда регулировочный привод 80 вращает вспомогательный вал 128 со скоростью N3 (≠0) вращения в противоположном направлении, скорость N2 вращения второго выходного вала 74 будет соответствовать скорости N1 вращения первого выходного вала 54 минус (вычитание) скорость N3 вращения, умноженная на соответствующее передаточное число. Отсюда следует, что посредством работы регулировочного привода 80 дифференциальный планетарный механизм 72 позволяет осуществить увеличение, уменьшение или устранение углового смещения между подвешенным ротором 18 и регулировочным ротором 26. Соответственно, дифференциал 72 соединяет подвешенный ротор 18 и регулировочный ротор 26 таким способом, который позволяет осуществлять дифференциальное вращение первого относительно второго. С другой стороны, дифференциал 72 позволяет поддерживать одну и ту же скорость вращения обоих роторов 18, 26 без использования регулировочного привода 80, то есть когда последний находится в состоянии покоя. Тогда любой подходящий регулировочный механизм, как описано выше, преобразовывает изменения в угловых смещениях между подвешенным ротором 18 и регулировочным ротором 26 в соответствующее изменение положения лотка 32, прежде всего поворотное положение/угол наклона в представленном на фиг.2 случае. Ясно, что скорость вращения регулировочного привода 80 определяет регулировку, то есть скорость поворота лотка 32. Когда лоток 32 должен поддерживаться в положении (относительно подвешенного ротора 18), достаточно остановить регулировочный привод 80. Отключение регулировочного привода 80 может достигаться электрическим путем. После остановки (неподвижности) регулировочного привода 80, вращение последнего может быть заблокировано механически, например с помощью самоблокирующей конфигурации понижающей передачи 130. В вышеприведенном функциональном описании предполагается, что передаточное число между первым зубчатым венцом 64 и зубчатым колесом 62 идентично передаточному числу между вторым зубчатым венцом 84 и зубчатым колесом 82. В случае, если последние передаточные числа отличаются, внутренние передаточные числа дифференциального планетарного механизма 72 подогнаны соответственно для достижения синхронного вращения роторов 18, 26 только с помощью главного привода 60 вращения и для осуществления дифференциального вращения между ними посредством вспомогательного привода 80.
Ясно, что вальная конструкция 90 обеспечивает механическое соединение для передачи крутящего момента от первого кожуха 50 на второй кожух 70, более конкретно от главного привода 60 вращения через зубчатую передачу 50 на дифференциал 72 в отдельном втором кожухе 70 для достижения синхронного вращения подвешенного ротора 18 и регулировочного ротора 18. Кроме соединительных валов 56, 76 вальная конструкция содержит компенсирующую муфту, например карданный вал, как показано на фиг.3, для обеспечения дополнительного допуска относительно потенциальной неточности в соосности и в позиционировании между валами 74, 128 дифференциала 72, с одной стороны, и валами 54, 104 зубчатой передачи 52, с другой стороны, прежде всего между первым выходным валом 54 и вторым выходным валом 74. Другое преимущество, создаваемое отдельными кожухами 50, 70 коробки передач и дополнительным допуском, появляющимся вследствие использования компенсирующей муфты, состоит в том, что выходные валы 54, 74 могут быть установлены независимо параллельно оси вращения роторов 18, 26 для правильного сцепления между шестернями 62, 82 и сопряженным зубчатым венцом 64, 84, соответственно. Кроме того, вальная конструкция 90 позволяет осуществить независимое позиционирование первого выходного вала 54 относительно второго выходного вала 74 и позиционирование главного привода 60 вращения относительно регулировочного привода 80 облегчает подгонку к ограничениям конструкционного пространства.
На фиг.3 показана вальная конструкция 90, в которой компенсирующая муфта образована посредством сдвоенного карданного вала, образованного двумя карданными шарнирами 92, 94 и промежуточным валом 95 с увеличивающейся длиной. Промежуточный вал 95 с увеличивающейся длиной является валом, состоящим из двух частей с высокой жесткостью при кручении с первой и второй частями, соединенными телескопически посредством монтируемого с помощью посадки с натягом соединения, например шлицевой первой части, входящей в зацепление с сопряженным отверстием во второй части. Предпочтительно, каждый из соответствующих карданных шарниров 92, 94 является центрованным сдвоенным карданным шарниром, который поддерживает гомокинетическую передачу независимо от углового перемещения между первым соединительным валом 56 и промежуточным валом 95 или между вторым соединительным валом 56 и промежуточным валом 95. Независимо от типа используемой компенсирующей муфты, муфта должна обладать высокой жесткостью при кручении для того, чтобы обеспечивать передачу однородного крутящего момента посредством вальной конструкции 90.
На фиг.4 показана альтернативная система привода для использования в распределительном устройстве 10 согласно фиг.2. На фиг.4 идентичные ссылочные позиции обозначают идентичные части относительно фиг.3, основное отличие состоит в использовании отличной вальной конструкции 190. В представленном на фиг.4 варианте осуществления альтернативная вальная конструкция 190 содержит первый и второй соединительные валы 156, 176, которые расположены по существу, но необязательно точно, соосно относительно горизонтальной оси. Как также видно на фиг.4, вальная конструкция 190 содержит менее дорогостоящую, сравнительно более простую компенсирующую муфту 192, например кулачковую муфту или крестовую муфту. Тогда как крестовая муфта может быть приспособлена к большему рассогласованию в радиальном направлении, кулачковая муфта считается надежной, так как ступицы 193, 194 кулачковой муфты сами входят в зацепление в случае неисправности промежуточной части. Для любого типа муфты на прилегающих концах каждого соединительного вала 156, 176 предусмотрена соответствующая соединительная ступица 193, 194. Обе соединительные ступицы 193, 194 вступают в зацепление со слегка эластичной промежуточной частью (не показана подробно), обычно называемой «звездочкой» или средним диском, с помощью замкового соединения («соответствие форме»). В то время как такие более простые компенсирующие муфты имеют меньшие возможности компенсации осевых, угловых или радиальных рассогласований между соединительными валами 156, 176, их способность относительно обычных производственных допусков, применяемых в кожухах 50, 70 коробки передач, является в целом достаточной, во всяком случае, в отличие от универсальной шарнирной конструкции согласно фиг.3, не требуется дополнительной свободы расположения и ориентации кожуха 50, 70 коробки передач. Кроме того, компенсирующая муфта 192 типа крестообразной или кулачковой муфты, даже если она выбрана с технической точки зрения с высокой жесткостью при кручении и гомокинетической, может обеспечивать определенную степень демпфирования между двумя траекториями передачи крутящего момента для вращения и поворота.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения (не показан подробно), компенсирующая муфта 192 является упругой муфтой с высокой жесткостью при кручении. Особенно предпочтительными примерами упругих муфт являются либо упругая дисковая муфта, либо зубчатая муфта. Упругая дисковая муфта содержит один или более эластичных элементов, таких как тонкие дискообразные пластины или подобное, изготовленные из металла или синтетического материала, обычно из специальной стали. Эластичные элементы, которые обычно расположены радиально оси муфты и подвергаются сдвиговой нагрузке, вследствие своей упругости обеспечивают радиальные, осевые и угловые допуски. В следующем предпочтительном варианте осуществления компенсирующая муфта 192 может включать в себя две упругие дисковые муфты, которые соединены последовательно по типу карданного вала. С другой стороны, упругая зубчатая муфта содержит две установочные ступицы с внутренними зубьями шестерни и втулку, которая монтируется поверх обеих ступиц. Втулка имеет внутренние зубья, которые входят в зацепление с внешними зубьями ступиц. Применение зубчатой муфты с криволинейными зубьями с внешним зацеплением является предпочтительным для покрытия более крупных угловых рассогласований. Обеспечивая больший допуск относительно угловых рассогласований и обычно достаточный допуск относительно осевых рассогласований, зубчатая муфта обладает меньшим допуском относительно радиального рассогласования.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ:
Фиг.2-4
10 распределительное устройство
12 основной корпус
14 загрузочный желоб
16 загрузочный канал
18 подвешенный ротор
20 роликовый подшипник
24 защитный фланец
26 регулировочный ротор
28 роликовый подшипник
32 распределительный лоток
34,34' рычаг подвески
36,36' поворотный механизм
38,38' входные валы (позиций 36,36')
44,44' цапфы подвески
40,40' зубчатое колесо (позиций 38,38')
42 нижний зубчатый венец
50 первый кожух коробки передач
52 зубчатая передача
54 первый выходной вал
56 первый соединительный вал
60 главный привод вращения (у позиции 50)
62 зубчатое колесо (на позиции 54)
64 первый зубчатый венец (на позиции 18)
70 второй кожух коробки передач
72 дифференциальная передача
74 второй выходной вал (у позиции 70)
76 второй соединительный вал (у позиции 70)
80 регулировочный привод
82 зубчатое колесо (на позиции 74)
84 второй зубчатый венец (на позиции 26)
90, 94 вальная конструкция
92,94 карданные шарниры
95 промежуточный вал с увеличивающейся длиной
96 роликовые подшипники (для позиции 54)
98, 102, 106 зубчатые колеса
104 вспомогательный вал
110 приводной вал (позиции 60)
112 роликовые подшипники (для позиции 104)
116 коническое зубчатое колесо
118 роликовые подшипники (для позиции 56)
120 солнечная шестерня
122 водило планетарной передачи
124 эпициклическое зубчатое колесо
128 вспомогательный вал
130 понижающая передача
132 приводной вал (позиции 80)
134 коническая зубчатая передача (на позиции 124)
136 коническое зубчатое колесо
138 роликовые подшипники (для позиции 76)
142 роликовые подшипники (для позиции 74)
144 втулка
156, 176 соединительные валы (2-й вариант осуществления)
190 вальная конструкция (2-й вариант осуществления)
192 компенсирующая муфта (2-й вариант осуществления)
193, 194 соединительные ступицы (2-й вариант осуществления)