專利名稱：運動機械能儲存與釋放裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提升裝置，尤其是一種利用平面蝸巻彈簧來實現(xiàn)對運動機 械能儲存和平滑釋放的節(jié)能提升裝置。
背景技術：
我國多數(shù)煤礦和其他礦山要么處于能源集中地區(qū)，要么處于相當分散的地
區(qū)。在礦井運輸?shù)膶嶋H操作中，由于礦井一般較深，可達800米，其勢能巨大，
在物料下降時必須采用外部動力進行速度的控制，而目前沒有采用相應的轉(zhuǎn)化 儲能機構(gòu)對下降時的重力勢能進行充分的利用，且需要消耗大量的能量，造成 了能量和運行費用的大量浪費。
對于大中型煤礦礦井提升系統(tǒng)可以采用回饋發(fā)電制動來收集卸放時的機械 能，但對于大多數(shù)中小煤礦礦井的提升機下卸過程產(chǎn)生的機械能只能用機械制 動或發(fā)電能耗制動(提升電機的繞線轉(zhuǎn)子做起動、制動，所發(fā)電用電阻消耗制 動)來白白扔掉大量機械能，導致提升效率低，耗能大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要解決上述現(xiàn)有礦井提升機的問題，提供一種利用平面 蝸巻彈簧在卸放物料向下運動時儲存能量、在提升物料上升運動時釋放能量的 提升裝置，其具有高效儲能、升降運行平穩(wěn)、安全可靠、節(jié)能的特點。
本發(fā)明的工作原理是根據(jù)能量守恒原理，將物料卸放即向下運動時釋放 的勢能轉(zhuǎn)換為平面蝸巻彈簧的變形能儲存起來，待提升物料即上升運動時，再 讓平面蝸巻彈簧的變形能釋放出來輔助驅(qū)動物料上升。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的 一種運動機械能儲存與釋放裝置，包括機座、電動 機、減速箱、由巻筒鋼繩帶動的載物箱、帶動巻筒轉(zhuǎn)動并由巻筒分為左右兩段 的主動軸，其中一段通過離合器與減速箱連接，另一段通過若干個離合器并聯(lián) 若干個內(nèi)設平面蝸巻彈簧的儲能裝置。
上述儲能裝置包括從動軸、平面蝸巻彈簧和儲能筒，以及由l個太陽輪、3 個行星輪、1個齒圈構(gòu)成的行星齒輪機構(gòu)，其中太陽輪與從動軸固接后由其驅(qū)動， 儲能筒在齒圈外側(cè)并作為行星架支撐3個行星輪，3個行星輪的行星軸進入儲能 筒內(nèi)的那段上各設置一根或多根平面蝸巻彈簧，平面蝸巻彈簧的里端與行星軸 連接，外端與儲能筒連接。從動軸為空心軸，主動軸從中通過，從動軸的輸入 端和主動軸通過離合器連接，這樣，當連接某個儲能裝置的離合器合上后，其
4從動軸就能和主動軸同歩轉(zhuǎn)動，平面蝸巻彈簧也就同步收緊或放松，該儲能裝 置就能在載物箱下降或上升時進行儲能或釋能的工作。
由于單個儲能裝置的能力有限， 一般不能滿足全程儲能的需要，因此設置 多個儲能裝置依次連接使用；為避免前一個儲能裝置內(nèi)的平面蝸巻彈簧在儲能 時被過渡拉緊，必須在每個儲能裝置上設置一個連動控制裝置，在儲能到一定 量后自動連接下一個儲能裝置使其開始工作，同時對應當前使用的儲能裝置的 離合器脫開不再儲能。并且為使儲能裝置脫開后，其從動軸不會反向轉(zhuǎn)動將平 面蝸巻彈簧儲存的能量釋放，在從動軸上靠近儲能筒處裝剎車器，以在離合器 脫開后對從動軸制動。
上述離合器為摩擦式電磁離合器，上述剎車器為電磁抱閘剎車器。
上述連動控制裝置包括一個連動齒輪，其外齒與齒圈的外齒嚙合，行星齒
輪機構(gòu)傳動后，使連動齒輪也跟著轉(zhuǎn)動；還包括與連動齒輪固定的連動軸、限 位滑槽、限位螺母，以及在限位滑槽兩端安裝的限位開關， 一個為在儲能時控 制下一個儲能裝置的離合器合上的儲能限位開關，另一個為在釋能時控制下一 個儲能裝置的離合器合上的釋能限位開關；還包括連動控制系統(tǒng)；連動軸在位 于限位滑槽上方的一段為螺紋，限位螺母擰在該螺紋上，且限位螺母的下部分 卡在限位滑槽內(nèi)，在連動齒輪轉(zhuǎn)動時其在限位滑槽內(nèi)左右移動直至觸動限位開 關，連動控制系統(tǒng)則立即控制對應離合器脫開及下一個離合器合上。 上述限位開關為微動開關。
上述主動軸和各儲能裝置內(nèi)的從動軸及連動軸兩端均通過軸座固定在機座 上，儲能裝置的儲能筒也與機座固定。
本發(fā)明的有益效果是
1) 采用多個內(nèi)裝平面蝸巻彈簧的儲能裝置，在空車運行下降時高效收集、 儲存機械能實現(xiàn)載物箱的平穩(wěn)釋放，并在載物上升時實現(xiàn)啟動、勻速運輸、制 動三個所需能量不同的階段中的機械能釋放，減少電動機需要提供的能量，達 到節(jié)能的目的。
2) 屬于機械能(重力勢能)到機械能(旋轉(zhuǎn)動能)的轉(zhuǎn)換，其高效節(jié)能、 結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，用平面蝸巻彈簧方式收集、儲存、釋放機械能的能量利 用率高于90°/0。
3) 不但可以用于礦山斜井運輸，而且可用于起重吊車、起重巻揚機等領域， 有著廣泛的經(jīng)濟與社會效益。
圖1是本發(fā)明運動機械能儲存與釋放裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明運動機械能儲存與釋放裝置的俯視示意圖；圖3是圖2中的A — A剖面圖4是圖2中的B—B剖面圖5是圖2中的C一C剖視圖6是本發(fā)明中儲能裝置的俯視剖視圖7是本發(fā)明中儲能裝置的半機構(gòu)簡圖。
對各幅附圖中的標號說明如下
l一電動機；2 —減速箱；3 —離合器；4一軸座；5 —巻筒；6 —離合器；7 —
儲能裝置；7a—軸座；7b —齒圈；7c —儲能筒；7d—連動軸；7e —限位滑槽；
7f—限位螺母；7g —連動齒輪；7h —軸座；7i—行星輪；7j—行星軸；7k —太
陽輪；7m—平面蝸巻彈簧；7n—釋能限位開關；7p—儲能限位開關；8—鋼繩；
9一載物箱；IO —主動軸；11—剎車器；12 —從動軸。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明提出的運動機械能儲存與釋放裝置的結(jié)構(gòu)做詳細介 紹，假設其用于礦井提升機時。
如圖1、圖2和圖6所示， 一種運動機械能儲存與釋放裝置，它包括機座(未 畫出)、電動機l、減速箱2、由巻筒5和鋼繩8帶動的載物箱9、帶動巻筒5轉(zhuǎn) 動并由巻筒5分為左右兩段的主動軸10，其中一段通過離合器3與減速箱2連 接，另一段通過若干個離合器6在主動軸10上并聯(lián)若干個內(nèi)設平面蝸巻彈簧7m 的儲能裝置7。
如圖6和圖7所示，儲能裝置7包括從動軸12、平面蝸巻彈簧7m和儲能 筒7c，以及由1個太陽輪7k、 3個行星輪7i、 1個齒圈7b構(gòu)成的行星齒輪機構(gòu)， 其中太陽輪7k與從動軸12固接，儲能筒7c設置在齒圈7b外側(cè)并作為行星架 支撐3個行星輪7i， 3個行星輪7i的行星軸7j在進入儲能筒7c內(nèi)的那段上各 設置一根或并聯(lián)多根平面蝸巻彈簧7m，平面蝸巻彈簧7m的里端與行星軸7 j連 接，外端與儲能筒7c連接。從動軸12為空心軸，主動軸10從中通過，從動軸 12的輸入端和主動軸10通過離合器6連接。為簡化圖形，圖7中只畫出了儲能 裝置7中機構(gòu)的一半。
如圖6所示，在從動軸12上靠近儲能筒7c處裝剎車器11，以在連接儲能 裝置7從動軸12的離合器6脫開后對從動軸12進行制動，剎車器11的輪轂則 與儲能筒7c固定。
本發(fā)明中所有離合器(3、 6)為摩擦式電磁離合器，選擇該種離合器可以 在主動軸10轉(zhuǎn)動時進行動態(tài)離合，剎車器ll為電磁抱閘剎車器，其控制簡單。
在每個儲能裝置7上設置一個連動控制裝置，對具體某個儲能裝置的選用進行控制，保證只有一組儲能裝置7與主動軸IO連接。如圖5、圖6和圖7所 示，連動控制裝置包括一個連動齒輪7g，其外齒與齒圈7b的外齒嚙合；還包括 與連動齒輪7g固定的連動軸7d、限位滑槽7e、限位螺母7f，以及在限位滑槽 7e兩端安裝的限位開關；還包括連動控制系統(tǒng)；連動軸7d在位于限位滑槽7e 上方的一段為螺紋，限位螺母7f擰在該螺紋上，且限位螺母7f的下部分卡在 限位滑槽7e內(nèi)。
兩個限位開關均為微動開關， 一旦限位螺母7f在限位滑槽7e內(nèi)移動到某 個限位開關并觸動它，便可啟動連動控制系統(tǒng)。如圖5中所示，限位開關一個 為儲能限位開關(7p)，另一個為釋能限位開關(7n)，分別在儲能時或釋能時 被限位螺母(7f)觸動后由連動控制系統(tǒng)將下一個工作的儲能裝置的離合器合 上，同時將當前儲能裝置的離合器脫開。
如圖2、 5、 6所示，主動軸10和各儲能裝置7內(nèi)的從動軸12及連動軸7d 兩端均通過軸座(4、 7a、 7h)固定在機座上，儲能裝置7的儲能筒7c也與機 座固定，圖中為使機構(gòu)表達清楚，未畫出機座。
本發(fā)明的工作過程為如圖l、 2所示，假設在礦井提升機上設置3組儲能 裝置7;如圖3中箭頭所示，假設在載物箱9下降時，主動軸10為順時針轉(zhuǎn)動； 如圖5中所示，在連動控制裝置中假設右端的為儲能限位開關7p，左端的為釋 能限位開關7n。
在釋放載物箱時，主動軸10上與減速箱2連接的離合器3脫開，不用使用 電動機1。初始階段，控制主動軸10上與第一個儲能裝置7的從動軸12連接的 離合器6合上，該儲能裝置7的從動軸12就能和主動軸10同步轉(zhuǎn)動，太陽輪 7k也同步轉(zhuǎn)動即順時針轉(zhuǎn)動，而行星輪7i則逆時針轉(zhuǎn)動，如圖4所示的3組平 面蝸巻彈簧7m由于與行星輪7i為同軸(行星軸7j)轉(zhuǎn)動，即逆時針轉(zhuǎn)動，其 為擰緊過程便實現(xiàn)儲能目的。當行星齒輪機構(gòu)運行時，齒圈7b使連動齒輪7g 跟著逆時針轉(zhuǎn)動，連動軸7d轉(zhuǎn)動后，其上的限位螺母7f在限位滑槽7e內(nèi)向右 移動。當限位螺母7f移動到圖5中虛線位置，并進一歩觸動儲能限位開關7p 后，說明平面蝸巻彈簧7m已擰緊到一定程度即儲存一定能量，連動控制系統(tǒng)則 立即控制第二個儲能裝置的離合器合上開始儲能，同時將第一個儲能裝置的離 合器脫開不再儲能，并控制剎車器11夾緊從動軸12，使其不會反向轉(zhuǎn)動將平面 蝸巻彈簧7m剛儲存的能量釋放。依此過程，當?shù)诙€儲能裝置儲存到一定能量 后，再自動連接下一個儲能裝置進行儲能，直至載物箱9平穩(wěn)下降到達礦井底 部，完成儲能過程。
在提升裝物料的載物箱時，首先將主動軸10上與減速箱2連接的離合器3 合上，電動機1開啟后通過減速箱2減速，再驅(qū)動主動軸10逆時針轉(zhuǎn)動將載物 箱9提升，在提升過程中，儲能裝置釋放能量輔助驅(qū)動載物箱上升。初始階段，將主動軸io與儲能時使用的最后一個儲能裝置的從動軸連接的離合器合上，并
控制剎車器11放松從動軸12使其可以轉(zhuǎn)動，該儲能裝置的從動軸12就能和主
動軸10同步轉(zhuǎn)動，太陽輪7k也同步轉(zhuǎn)動即逆時針轉(zhuǎn)動，而行星輪7i則順時針 轉(zhuǎn)動，3組平面蝸巻彈簧7m同行星輪7i —樣逆時針轉(zhuǎn)動，其為放松過程便實現(xiàn) 釋能目的。當行星齒輪機構(gòu)運行時，此時齒圈7b使連動齒輪7g跟著順時針轉(zhuǎn) 動，連動軸7d轉(zhuǎn)動后，其上的限位螺母7f在限位滑槽7e內(nèi)向左移動。當限位 螺母7f從圖5中虛線位置再次回到初始位置，并進一步觸動釋能限位開關7n 后，說明平面蝸巻彈簧7m已放松到一定程度即釋放一定能量，連動控制系統(tǒng)則 立即控制下一個將工作的儲能裝置的離合器合上開始釋能，同時將當前儲能裝 置的離合器脫開不再釋能。依此過程，當?shù)诙€儲能裝置釋放一定能量后，再 自動連接下一個儲能裝置進行釋能，直至載物箱9被再次提升到地面，完成釋 能過程。
本發(fā)明運動機械能儲存與釋放裝置用于礦井運輸時，將裝載器具即載物箱 放回礦井底部時的機械能進行有效儲存，在再次將煤炭等提升到地面的過程中， 將儲存的機械能釋放出來，從而減少電動機電能的消耗，每年可以節(jié)省大量的 能源。
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權利要求
1、一種運動機械能儲存與釋放裝置，它包括機座、電動機(1)、減速箱(2)、由卷筒(5)和鋼繩(8)帶動的載物箱(9)，其特征是它還包括帶動卷筒(5)轉(zhuǎn)動并由卷筒(5)分為左右兩段的主動軸(10)，其中一段通過離合器(3)與減速箱(2)連接，另一段通過若干個離合器(6)在主動軸(10)上并聯(lián)安裝若干個內(nèi)設平面蝸卷彈簧(7m)的儲能裝置(7)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的運動機械能儲存與釋放裝置，其特點是所述儲 能裝置(7)包括從動軸(12)、平面蝸巻彈簧(7m)和儲能筒(7c)，以及由1 個太陽輪(7k)、 3個行星輪(7i)、 l個齒圈(7b)構(gòu)成的行星齒輪機構(gòu)，其中 太陽輪(7k)與從動軸(12)固接；儲能筒(7c)設置在齒圈(7b)外側(cè)并作 為行星架支撐3個行星輪(7i); 3個行星輪(7i)的行星軸(7j)在進入儲能 筒(7c)內(nèi)的那段上各設置一根或并聯(lián)多根平面蝸巻彈簧(7m);平面蝸巻彈簧(7m)的里端與行星軸(7j)連接，外端與儲能筒(7c)連接；從動軸(12) 為空心軸，主動軸(10)從中通過，從動軸(12)的輸入端和主動軸(10)通過離 合器(6)連接。
3、 根據(jù)權利要求2所述的運動機械能儲存與釋放裝置，其特點是所述從 動軸(12)上裝有剎車器(11)，剎車器(11)的輪轂與儲能筒(7c)固定，在 連接儲能裝置(7)的離合器(6)脫開后對從動軸(12)進行制動。
4、 根據(jù)權利要求1所述的運動機械能儲存與釋放裝置，其特點是所述所 有離合器(3、 6)均為摩擦式電磁離合器。
5、 根據(jù)權利要求3所述的運動機械能儲存與釋放裝置，其特點是所述剎 車器(11)為電磁抱閘剎車器。
6、 根據(jù)權利要求2所述的運動機械能儲存與釋放裝置，其特點是在所述 每個儲能裝置(7)上設置一個連動控制裝置，其包括一個連動齒輪(7g)，其 外齒與齒圈(7b)的外齒嚙合；還包括與連動齒輪(7g)固定的連動軸(7d)、 限位滑槽(7e)、限位螺母(7f)，以及在限位滑槽(7e)兩端各安裝一個限位 開關；還包括連動控制系統(tǒng)；所述連動軸(7d)在位于限位滑槽(7e)上方的 一段為螺紋，限位螺母(7f)擰在該螺紋上，且限位螺母(7f)的下部分卡在 限位滑槽(7e)內(nèi)。
7、 根據(jù)權利要求6所述的運動機械能儲存與釋放裝置，其特點是所述兩 個限位開關均為微動開關，其中一個為儲能限位開關(7p)，另一個為釋能限位 開關(7n)，分別在儲能時或釋能時被限位螺母(7f)觸動后由連動控制系統(tǒng)將 下一個儲能裝置的離合器合上，同時將當前儲能裝置的離合器脫開。
8、根據(jù)權利要求2或6所述的運動機械能儲存與釋放裝置，其特點是所述主動軸(10)和各儲能裝置(7)內(nèi)的從動軸(12)及連動軸(7d)兩端均通 過軸座(4、 7a、 7h)固定在機座上，儲能裝置(7)的儲能筒(7c)與機座固 定。
全文摘要
一種運動機械能儲存與釋放裝置，尤其是一種利用平面蝸卷彈簧儲存能量以實現(xiàn)平滑釋放的節(jié)能提升裝置。它包括機座、電動機、減速箱、由卷筒鋼繩帶動的載物箱、驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動并由卷筒分為左右兩段的主動軸，其中一段通過離合器與減速箱連接，另一段通過若干個離合器并聯(lián)若干個內(nèi)設平面蝸卷彈簧的儲能裝置。儲能裝置包括從動軸、平面蝸卷彈簧等，從動軸為空心軸，主動軸從中通過，從動軸的輸入端和主動軸通過離合器連接，當該離合器合上后，從動軸和主動軸同步轉(zhuǎn)動，儲能裝置就能在載物箱下降或上升時進行儲能或釋能。本發(fā)明利用平面蝸卷彈簧特別是在礦井卸放物料時儲存能量、在提升物料時釋放能量，其具有高效儲能、升降運行平穩(wěn)、安全可靠、節(jié)能的特點。
文檔編號B66B15/00GK101445202SQ200810163239
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權日2008年12月10日
發(fā)明者李同強 申請人:浙江工商大學