太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機的製作方法

2023-07-21 18:13:36 1

專利名稱：太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機。
背景技術：
蝸輪減速機是一種常用的機械減速機構，它有減速比大、運行平穩、可以自鎖、輸出力矩大的特點，被廣泛的使用在各種機械設備之中，取得了良好的效果。但是由於光熱發電的特殊性，對跟蹤系統的精度要求很高，需要更大的傳動比和力矩輸出，以及複雜精確的控制系統的使用及安裝，同時對跟蹤時的旋轉速度與零點復位或緊急保護時的旋轉速度要求不同，旋轉方向時常變換，因此市場上普通的減速器已經不能滿足這些使用要求了。因此目前光熱發電跟蹤基本上都採用液壓傳動方式，其結構複雜，體積龐大，附屬設備較多，由於工作在高壓狀態，對管路的材料和連接方式要求很高，跑冒滴漏現象時有發生，安全防火壓力很大，高壓油泵需要定期保養並且故障率較高，維護困難，維修工作量大，消耗的能量較大。為了克服液壓傳動的這些缺點，迫切需要開發一種專門針對光熱發電跟蹤傳動使用的集成化、大功率、大減速比、大力矩輸出、變速輸出、高精度、雙電機雙蝸杆驅動及雙面軸輸出的蝸輪減速器，來滿足未來光熱發電定日跟蹤系統對蝸輪減速機的需求。

發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種專門針對光熱發電專用的大功率、 高精度的太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機。為實現上述目的，本發明太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機，包括主傳動軸、相互獨立設置的跟蹤傳動系和復位傳動系，其中，跟蹤傳動系用於獨立的驅動主傳動軸來跟蹤太陽光線，復位傳動系用於獨立的驅動主傳動軸來快速復位，復位傳動系的復位速度快於跟蹤傳動系的跟蹤速度。進一步，所述復位傳動系的齒輪減速比小於所述跟蹤傳動系的齒輪減速比，所述復位傳動系的電機轉速高於跟蹤傳動系的電機轉速，所述復位傳動系的電機功率大於跟蹤傳動系的電機功率。進一步，所述跟蹤傳動系包括設置在所述主傳動軸上的跟蹤大蝸輪、對稱配合設置在跟蹤大蝸輪左右兩側的兩個跟蹤大蝸杆，每一個跟蹤大蝸杆上均配合設置有跟蹤小蝸輪，跟蹤小蝸輪上均配合設置有跟蹤小蝸杆，跟蹤小蝸杆的端部均連接有跟蹤步進電機，該跟蹤步進電機旋轉後依次經由跟蹤小蝸杆、跟蹤小蝸輪、跟蹤大蝸杆和跟蹤大蝸輪來向外輸出功率及力矩，以驅動所述主傳動軸進行跟蹤運動。進一步，兩臺所述跟蹤步進電機一臺向左轉，一臺向右轉，從而帶動一級變速機構的兩個所述跟蹤小蝸杆相對反向旋轉，兩個所述跟蹤小蝸杆分別帶動兩個所述跟蹤小蝸輪相對反向旋轉，兩個所述跟蹤小蝸輪分別帶動兩個所述跟蹤大蝸杆相對反向旋轉，兩個所述跟蹤大蝸杆分別相對反向旋轉帶動所述跟蹤大蝸輪向同一個方向旋轉。進一步，所述復位傳動系包括設置在所述主傳動軸上的復位大蝸輪、對稱配合設置在復位大蝸輪左右兩側的兩個復位大蝸杆，每一個復位大蝸杆上均配合設置有復位小蝸輪，復位小蝸輪上均配合設置有復位小蝸杆，復位小蝸杆的端部均連接有復位步進電機，該跟蹤步進電機旋轉後依次經由復位小蝸杆、復位小蝸輪、復位大蝸杆和復位大蝸輪來向外輸出功率及力矩，以驅動所述主傳動軸進行復位運動。進一步，兩臺所述復位步進電機一向臺左轉，一臺向右轉，從而帶動一級變速機構的兩個所述復位小蝸杆相對反向旋轉，兩個所述復位小蝸杆分別帶動兩個所述復位小蝸輪相對反向旋轉，兩個所述復位小蝸輪分別帶動兩個所述復位大蝸杆相對反向旋轉，兩個所述復位大蝸杆分別相對反向旋轉帶動所述復位大蝸輪向同一個方向旋轉。進一步，所述復位大蝸杆及跟蹤大蝸杆的下端均安裝有編碼器，編碼器用於實時探測正處於工作旋轉狀態下的所述復位大蝸杆或跟蹤大蝸杆的轉速及方向，並以脈衝信號的形式發給控制系統，控制系統實時對兩個所述復位大蝸杆或兩個所述跟蹤大蝸杆的轉速及方向進行比較，並根據兩個所述復位大蝸杆轉速的差值，實時微調兩個所述復位步進電機的轉速，以確保兩個所述復位大蝸杆以相同的轉速帶動主軸旋轉；或者根據兩個所述跟蹤大蝸杆轉速的差值，實時微調兩個所述跟蹤步進電機的轉速，以確保兩個所述跟蹤大蝸杆以相同的轉速帶動主軸旋轉。進一步，所述主傳動軸與跟蹤傳動系、復位傳動系之間設置有變速執行機構，變速執行機構包括滑動套裝在所述主傳動軸上的掛輪，所述主傳動軸中部的外表面上沿其軸向設置有花鍵槽，該掛輪的內孔設置有花鍵，掛輪通過花鍵配合卡裝在所述主傳動軸的花鍵槽內，並且花鍵能夠在花鍵槽內左右滑動；掛輪設置在所述跟蹤大蝸輪和復位大蝸輪之間， 所述跟蹤大蝸輪和復位大蝸輪上均設置有與所述掛輪相適配的連接部及輪齒；掛輪能夠左右滑動，使得掛輪獨立的連接所述跟蹤傳動系與主傳動軸，來實現所述主傳動軸進行跟蹤運動；或者掛輪獨立的連接所述復位傳動系與主傳動軸，來實現所述主傳動軸進行復位運動。進一步，所述變速執行機構還包括拖動電機、滑塊、小齒輪和撥叉，拖動電機的輸出軸上設置有牽動絲槓，該牽動絲槓上配合套裝有滑塊，滑塊上還穿設有與牽動絲槓平行的導軌，滑塊的一側設置有齒條，該齒條與小齒輪相配合安裝，齒條上的齒數能夠帶動小齒輪旋轉120度；小齒輪的另一側通過輪齒配合設置有撥叉滑塊，該撥叉滑塊套裝在與牽動絲槓平行設置的撥叉滑塊導軌上，撥叉滑塊上安裝有撥叉，該撥叉卡裝在所述掛輪的軸頸上，以撥動所述掛輪左右滑動；其中，小齒輪上設置有曲柄，曲柄的端部設置有曲柄軸，曲柄軸的外端上鉸接有伸縮杆，伸縮杆的另一端鉸接在固定蓋上，伸縮杆內設置有彈簧，該彈簧在曲柄旋轉到不同位置時會有不同的長度變化，並在小齒輪與滑塊齒條脫齒時為小齒輪提供額外動力來源。進一步，所述曲柄只能在第三象限和第四象限旋轉正負90度，所述牽動絲槓推動所述滑塊向左或向右滑動，帶動所述小齒輪旋轉120度後與所述小齒輪脫離，此後所述小齒輪由所述伸縮杆內設置的彈簧帶動，完成餘下的60度旋轉，帶動所述掛輪與所述跟蹤大蝸輪脫離、與所述復位大蝸輪嚙合，或者帶動所述掛輪與所述復位大蝸輪脫離、與所述跟蹤大蝸輪嚙合，以完成變速動作。進一步，所述減速機還包括控制系統、太陽位置傳感器、氣象環境傳感器，太陽位置傳感器用於感應太陽光線在經度方向上照射角度的變化信息，氣象環境傳感器用於監測天氣信息，這些信息均傳送到控制系統，控制系統用於向跟蹤步進電機、復位步進電機、拖動電機輸送控制命令，來執行高精度跟蹤、正常復位、緊急返回或自動換擋變速。進一步，所述變速執行機構內設置有跟蹤行程開關和復位行程開關，所述掛輪輪齒順利進入所述跟蹤大蝸輪的連接部內，並與其輪齒緊密嚙合，同時推動跟蹤行程開關閉合，向所述控制系統發出已嚙合信號；所述掛輪輪齒順利進入所述復位大蝸輪的連接部內， 並與其輪齒緊密嚙合，同時推動復位行程開關閉合，向所述控制系統發出已嚙合信號。本發明根據光熱發電定日跟蹤系統的特殊要求，減速機需要以兩種速度輸出轉矩，為了滿足跟蹤時的旋轉速度與零點復位或緊急保護時的旋轉速度要求不同的特點，本發明採用步進電機拖動齒條滑塊的方式，用齒輪曲柄的傳動結構來實現換擋變速的同時， 又保證拖動滑塊上的齒條適時地與齒輪嚙合或脫離，保護電機及滑塊不被頂死而損壞。


圖1為本發明剖視圖； 圖2為本發明右視圖3為圖1中B-B向剖視圖； 圖4為本發明俯視圖； 圖5為圖1中A-A向剖視圖； 圖6為伸縮杆結構示意圖； 圖7為伸縮杆剖視圖； 圖8為圖1中C部放大圖； 圖9為圖1中D部放大圖； 圖10為圖1中E部放大圖； 圖11為圖2中F部放大圖； 圖12為圖4中G部放大圖； 圖13為圖4中H部放大圖。
具體實施例方式下面，參考附圖，對本發明進行更全面的說明，附圖中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以體現為多種不同形式，並不應理解為局限於這裡敘述的示例性實施例。而是提供這些實施例，從而使本發明全面和完整，並將本發明的範圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。為了易於說明，在這裡可以使用諸如「上」、「下」 「左」 「右」等空間相對術語，用於說明圖中示出的一個元件或特徵相對於另一個元件或特徵的關係。應該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術語意在於包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位於其他元件或特徵「下」的元件將定位在其他元件或特徵「上」。 因此，示例性術語「下」可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉90度或位於其他方位)，這裡所用的空間相對說明可相應地解釋。如圖1至圖13所示，本發明太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機，包括主傳動軸2000、相互獨立設置的跟蹤傳動系和復位傳動系，其中，跟蹤傳動系獨立的驅動主傳動軸2000來跟蹤太陽光線，或者復位傳動系獨立的驅動主傳動軸2000來快速復位，復位傳動系的齒輪減速比小於跟蹤傳動系的齒輪減速比，復位傳動系的復位速度快於跟蹤傳動系的跟蹤速度。本發明中，分為高精度跟蹤、正常復位及緊急返回、自動變速三種原理。一、跟蹤傳動系的結構、高精度跟蹤狀態
1、跟蹤傳動系包括設置在主傳動軸2000上的跟蹤大蝸輪2101、對稱配合設置在跟蹤大蝸輪2101左右兩側的兩個跟蹤大蝸杆3001，每一個跟蹤大蝸杆3001上均配合設置有跟蹤小蝸輪4101，另一端安裝有檢測編碼器08，跟蹤小蝸輪4101上均配合設置有跟蹤小蝸杆 4103，跟蹤小蝸杆4103的端部均連接有跟蹤步進電機01、跟蹤步進電機02，跟蹤步進電機 01、跟蹤步進電機02旋轉後依次經由跟蹤小蝸杆4103、跟蹤小蝸輪4101、跟蹤大蝸杆3001 和跟蹤大蝸輪2101來向外輸出功率及力矩，以驅動主傳動軸2000進行跟蹤運動。2、當控制系統進入啟動跟蹤時間或太陽光照射到太陽位置傳感器上時，系統需要進入跟蹤狀態。傳感器接受光線的照射，感應太陽光線在經度方向上照射角度的變化，並向控制電路輸出角度偏差信號。控制電路接受角度偏差信號，並通過控制系統加以處理後，確定輸出的控制信號，分兩路輸出到兩臺跟蹤步進電機01、跟蹤步進電機02上，驅動跟蹤步進電機旋轉。兩臺跟蹤步進電機一臺向左轉，一臺向右轉，從而帶動一級變速機構的兩個跟蹤小蝸杆4103相對反向旋轉。3、兩個跟蹤小蝸杆4103分別帶動兩個跟蹤小蝸輪4101相對反向旋轉，兩個跟蹤小蝸輪4101分別帶動兩個跟蹤大蝸杆3001相對反向旋轉。4、兩個跟蹤大蝸杆3001分別相對反向旋轉帶動跟蹤大蝸輪2101向同一個方向旋轉，同時，系統確認掛輪2120是否與跟蹤大蝸輪2101嚙合，如果沒有嚙合，控制系統將向拖動電機05發出信號，拖動電機帶動執行機構動作，將掛輪2120向跟蹤大蝸輪2101方向移動，並向跟蹤步進電機01、跟蹤步進電機02發送脈衝信號，以一定速度沿跟蹤方向旋轉，確保掛輪2120輪齒順利進入跟蹤大蝸輪2101的輪齒內，並與其緊密嚙合，同時推動跟蹤行程開關07閉合，向系統輸出已嚙合信號，收到此信號後，系統立即向跟蹤用步進電機01、跟蹤用步進電機02發出正常跟蹤旋轉信號，由掛輪帶動主傳動軸2000旋轉，從而完成功率及力矩的輸出。兩個跟蹤大蝸杆3001下端分別裝有編碼器08，編碼器08實時探測兩個跟蹤大蝸杆3001的轉速及方向，並以脈衝信號的形式發給控制系統，控制系統實時對兩個跟蹤大蝸杆3001的轉速及方向進行比較，並根據兩個大跟蹤蝸杆3001轉速的差值，實時微調兩個步進電機的轉速，以確保兩個跟蹤大蝸杆3001以相同轉速帶動主軸旋轉。消除傳動過程中因電機變速箱和蝸輪蝸杆之間的間隙而產生的兩個蝸杆轉速不同步的現象。二、復位傳動系的結構、正常復位及緊急返回狀態
1、復位傳動系包括設置在主傳動軸2000上的復位大蝸輪2100、對稱配合設置在復位大蝸輪2100左右兩側的兩個復位大蝸杆3000，每一個復位大蝸杆3000上均配合設置有復位小蝸輪4100，復位小蝸輪4100上均配合設置有復位小蝸杆4102，復位小蝸杆4102的端部均連接有復位步進電機03、復位步進電機04，復位步進電機03、復位步進電機04旋轉後依次經由復位小蝸杆4102、復位小蝸輪4100、復位大蝸杆3000和復位大蝸輪2100來向外輸出功率及力矩，以驅動主傳動軸2000進行復位運動。
復位步進電機03、復位步進電機04 —向臺左轉，一臺向右轉，從而帶動一級變速機構的兩個復位小蝸杆4102相對反向旋轉，兩個復位小蝸杆4102分別帶動兩個復位小蝸 4100相對反向旋轉，兩個復位小蝸輪4100分別帶動兩個復位大蝸杆3000相對反向旋轉，兩個復位大蝸杆3000分別相對反向旋轉帶動復位大蝸輪2100向同一個方向旋轉。2、正常復位當一天跟蹤結束時，為了保證第二天的正常跟蹤運行，定日跟蹤支架系統需要返回到預設的零點保護位置，即反射玻璃面垂直向下，以便維護和清潔，同時也防止灰塵降落在反射鏡的表面和飛禽動物對玻璃表面的破壞。需要返回時，系統將確認兩臺跟蹤步進電機01、跟蹤步進電機02處於停止狀態，否則令其停止。然後向拖動電機05發出信號，拖動電機旋轉並帶動執行機構動作，帶動掛輪2120與跟蹤大蝸輪2101脫離嚙合， 同時系統分兩路向復位步進電機03、復位步進電機04發出控制信號令其以一定的轉速旋轉，帶動復位大蝸輪2100向需要復位的方向旋轉，確保掛輪2120輪齒順利進入復位大蝸輪 2100的輪齒內，並與其緊密嚙合，同時推動復位行程開關06閉合，向系統輸出已嚙合信號， 收到此信號後，系統立即向復位用步進電機03、復位用步進電機04發出高速旋轉指令，帶動定日跟蹤支架快速向零點保護位置移動。到達零點位置後，系統自動切斷電機電源，處於保護和待命狀態。復位傳動系與跟蹤傳動系相比，復位傳動系中齒輪的減速比小，電機的轉速高、 功率大，所以復位返回的速度很快。3、緊急返回狀態當遇到大風大雨沙塵等災害性天氣時，為了保護反射鏡玻璃及支架不被破壞，定日跟蹤支架系統需要緊急復位。當氣象環境傳感器將有關信息傳送到控制系統時，控制系統即進入到返回狀態如果正處於跟蹤時態，首先令跟蹤步進電機01、跟蹤步進電機02停機，然後向拖動電機05發出信號，拖動電機旋轉並帶動執行機構動作，帶動掛輪2120與跟蹤大蝸輪2101脫離嚙合，同時與復位大蝸輪2100嚙合，其執行過程與與正常復位時相同。到達零點位置後，系統自動切斷電機電源，處於緊急保護和待命狀態。當天氣轉好後，控制系統將向執行機構發出指令，自動恢復跟蹤狀態，其執行過程與高精度跟蹤狀態時相同。兩個復位大蝸杆3000下端分別裝有編碼器09，編碼器09實時探測兩個復位大蝸杆3000的轉速及方向，並以脈衝信號的形式發給控制系統，控制系統實時對兩個復位大蝸杆3000的轉速及方向進行比較，並根據兩個復位大蝸杆3000轉速的差值，實時微調兩個復位步進電機03、04的轉速，以確保兩個復位大蝸杆3000以相同轉速帶動主軸旋轉。消除傳動過程中因電機變速箱和蝸輪蝸杆之間的間隙而產生的兩個蝸杆轉速不同步的現象。三、變速執行機構的結構、自動變速的運用原理
1、主傳動軸2000與跟蹤傳動系、復位傳動系之間設置有變速執行機構，變速執行機構包括滑動套裝在主傳動軸2000上的掛輪2120、拖動電機05、滑塊5111、小齒輪5120和撥叉2121，主傳動軸2000中部的外表面上沿其軸向設置有花鍵槽，掛輪2120的內孔設置有花鍵，掛輪2120通過花鍵配合卡裝在主傳動軸的花鍵槽內，並且花鍵能夠在花鍵槽內左右滑動，從而實現掛輪2120的左右滑動；掛輪2120設置在跟蹤大蝸輪2101和復位大蝸輪2100 之間，跟蹤大蝸輪2101和復位大蝸輪2100上均設置有與掛輪2120相適配的連接部，該連接部內設置有與掛輪2120相適配的輪齒；掛輪2120左右滑動時，掛輪能夠分別獨立的連接跟蹤傳動系與主傳動軸2000，來實現主傳動軸2000進行跟蹤運動；或者掛輪能夠分別獨立
8的連接復位傳動系與主傳動軸2000，來實現主傳動軸2000進行復位運動。拖動電機的輸出軸上設置有牽動絲槓5100，牽動絲槓5100上配合套裝有滑塊 5111，滑塊5111上還穿設有與牽動絲槓5100平行的導軌5110，滑塊的一側設置有齒條，該齒條與小齒輪5120相配合安裝，齒條上的齒數能夠帶動小齒輪旋轉120度；小齒輪5120的另一側通過輪齒配合設置有撥叉滑塊5130，撥叉滑塊5130套裝在與牽動絲槓平行設置的撥叉滑塊導軌5131上，撥叉滑塊5130上設置有撥叉2121，撥叉2121卡裝在掛輪2120的軸頸上，以撥動掛輪2120左右滑動；其中，小齒輪5120上設置有曲柄5122，曲柄5122的端部設置有曲柄軸5123，曲柄軸5123的外端上鉸接有伸縮杆5125，伸縮杆5125的另一端鉸接在固定蓋5000上，伸縮杆5125內設置有彈簧，該彈簧在曲柄旋轉的不同位置時會有不同的長度變化，並在小齒輪5120與滑塊齒條脫齒時為小齒輪5120提供額外動力來源。2、當需要返回保護或啟動跟蹤時，需要不同的速度來配合。控制系統向拖動電機05發出脈衝信號，拖動電機05順時針或逆時針旋轉(根據當時掛輪2120所處的位置決定)，並帶動滑塊5111向左或向右滑動，滑塊套裝在牽動絲槓5100和導軌5110上。滑塊上設置的齒條帶動小齒輪5120旋轉，曲柄5122隻能在第三象限和第四象限旋轉正負90度， 伸縮杆5125內部的彈簧，在曲柄旋轉的不同位置時會有不同的長度變化。機構動作時，牽動絲槓5100推動滑塊5111向左或向右滑動，帶動小齒輪5120旋轉120度後與小齒輪脫離，此後小齒輪由伸縮杆5125帶動，完成餘下的60度旋轉，帶動掛輪2120與跟蹤大蝸輪脫離、與復位大蝸輪嚙合，或者帶動掛輪2120與復位大蝸輪脫離、與跟蹤大蝸輪嚙合，從而完成變速動作。3、推動滑塊5111帶動小齒輪5120旋轉120度後與小齒輪必須分離(推動滑塊的移動距離有程序控制)，這是因為掛輪2120上的外齒不一定能夠完全對準跟蹤或復位大蝸輪的內齒齒形，需要將跟蹤或復位大蝸輪旋轉一定角度後才能對正齒形滑入齒內完成嚙合，如果不將推動滑塊5111和小齒輪5120分離，勢必造成在還沒有正常嚙合時撥叉滑塊 5130已經完全處於不能移動的狀態時，拖動電機05將繼續帶動牽動絲槓5100強行推動撥叉滑塊5130左右移動，造成機構的損壞。本發明中各個零件組成與功能如下
1、齒輪箱1000減速機的主受力部件，同時作為所有一二級蝸輪傳動部件及其他零部件的固定機架。2.大蝸輪軸承端蓋1100主受力部件減速機主傳動軸2000及主軸軸承2111和跟蹤蝸輪2100與復位蝸輪2101、軸承2112的定位固定件，安裝在齒輪箱1100上。其上安裝有密封鋼圈1110和橡膠密封圈1111。3.密封鋼圈1110 用於壓緊固定橡膠密封圈1111。安裝在大蝸輪軸承端蓋1100上。4.橡膠密封圈1111 與主傳動軸2000和大蝸輪軸承端蓋1100緊密接觸，起密封作用。安裝在大蝸輪軸承端蓋1100上。5.橡膠密封圈1112 安裝在齒輪箱1000與大蝸輪軸端蓋1100之間。起密封防塵的作用。6.密封端蓋1120:安裝在減速機的齒輪箱1000上，用於密封箱體上所開安裝、調試、檢修時使用的工藝孔。
7.橡膠密封圈1121 安裝在齒輪箱1000體和密封端蓋1120之間。起密封防塵的作用。8.密封端蓋1122:安裝在減速機的齒輪箱1000上，用於密封箱體上所開安裝、調試、檢修及加注潤滑油脂時使用的工藝孔。9.橡膠密封圈1123:安裝在減速機的齒輪箱1000體和密封端蓋1122之間，起密封防塵的作用。10.大蝸輪軸承端蓋固定螺絲1201:將大蝸輪軸承端蓋1100和橡膠密封圈1112 固定在齒輪箱1000體上。11.密封鋼圈固定螺絲1202 將密封鋼圈1110和橡膠密封圈1111固定在大蝸輪軸承端蓋1100上。12.密封端蓋固定螺絲1203 將密封端蓋1122和與橡膠密封圈1123安裝在齒輪箱1000體上。13.密封端蓋固定螺絲1204 將密封端蓋1120和與橡膠密封圈1121安裝在齒輪箱(圖號1000)體上。14.主傳動軸2000主要受力及工作部件其上安裝有掛輪2120、復位大蝸輪 2101、跟蹤大蝸輪2100、主軸軸承2111等部件。15.復位大蝸輪2101 主要傳動受力部件，用於光熱發電定日跟蹤支架系統的快速復位。其上安裝有大蝸輪軸套2110。16.跟蹤大蝸輪2100 主要傳動受力部件，用於光熱發電定日跟蹤支架系統的精確跟蹤，其上安裝有大蝸輪軸套2110。17.大蝸輪軸套2110 銅質材料，起滑動軸承的作用。安裝在復位大蝸輪2101和跟蹤大蝸輪2100的內孔上。18.主軸軸承2111 主要受力軸承，起著支撐、固定、限位主傳動軸2000的作用。 安裝在主傳動軸2000和大蝸輪軸承端蓋1100之間。主要承受來自徑向方向的力。19大蝸輪端面軸承2112 主要受力軸承，安裝在在復位大蝸輪2101、跟蹤大蝸輪 2100與大蝸輪軸承端蓋1100之間。主要承受來自軸向方向的力。20.擋圈2113 安裝在主傳動軸2000花鍵端面的兩側。起保護花鍵和復位大蝸輪 2101和跟蹤大蝸輪2100端面不被意外磨損的作用。21.掛輪2120 安裝在主傳動軸2000上。其內孔為一花鍵結構，與主傳動軸2000 上花鍵槽配合，可左右滑動，分別於復位大蝸輪2101和跟蹤大蝸輪2100相嚙合。控制主傳動軸2000輸出不同的轉速。22.撥叉2121 控制掛輪2120在傳動軸2000上左右滑動，是掛輪2120移動的動力來源。安裝在撥叉滑塊5130上，並套裝在掛輪2120的軸頸上。23.復位大蝸杆3000 主傳動受力件，將一級減速機構傳動的扭矩傳送到復位大蝸輪2101上並帶動其旋轉。其上安裝有復位小蝸輪4100、軸承3111、軸承端蓋3100、小蝸輪固定墊片4115、連接鍵4116、編碼器08。24.跟蹤大蝸杆3001主傳動受力件。將一級減速機構傳動的扭矩傳送到跟蹤大蝸輪2100上並帶動其旋轉。其上安裝有跟蹤小蝸輪4101、軸承3111、軸承端蓋3100、小蝸輪固定墊片4115、連接鍵4116、編碼器08。
25.軸承端蓋3100為復位大蝸杆3000和跟蹤大蝸杆3001提供下固定支點。其上安裝有軸承3111及橡膠密封圈3110。26.橡膠密封圈3110 起防塵密封的作用。安裝在軸承端蓋3100和齒輪箱1000 體之間。27.軸承3111 承受大蝸杆的軸向分力並旋轉。安裝在復位大蝸杆3000和跟蹤大蝸杆3001的軸頭上，並被軸承端蓋3100固定。28.軸承端蓋固定螺絲3200 起固定作用。將軸承端蓋3100固定在齒輪箱1000 體上。29.小蝸輪箱體4000:減速機右側第一級傳動的固定箱體。其上安裝有復位小蝸輪4100跟蹤小蝸輪4101，復位小蝸杆4102跟蹤小蝸杆4103小蝸輪箱防塵蓋4114，橡膠密封圈4113等。30.小蝸輪箱體4001功能同上。31.復位小蝸輪4100 變速器的一級復位傳動蝸輪，與復位大蝸杆3000通過連接鍵4116在一起，並帶動復位大蝸杆3000旋轉。32.跟蹤小蝸輪4101 變速器的一級跟蹤傳動蝸輪，與跟蹤大蝸杆3001通過連接鍵4116在一起，並帶動跟蹤大蝸杆3001旋轉。33.復位小蝸杆4102 變速器的一級復位傳動蝸杆，帶動復位小蝸輪4100轉動， 安裝在小蝸輪箱體4000，另一端與步進電機的輸出軸連接。34.跟蹤小蝸杆4103 變速器的一級跟蹤傳動蝸杆，帶動跟蹤位小蝸輪4101轉動， 安裝在小蝸輪箱體4001，另一端與步進電機的輸出軸連接。35.軸承端蓋4110 為復位小蝸杆4102和跟蹤小蝸杆4103提供固定支點。其上安裝有軸承4111及橡膠密封圈4113。36.軸承4111 承受小蝸杆的軸向分力並旋轉。安裝在復位小蝸杆4102和跟蹤小蝸杆4103的軸頭上並被軸承端蓋4110固定。37.軸承端蓋4112 為復位小蝸杆4102和跟蹤小蝸杆4103提供下固定支點。其上安裝有軸承4111及橡膠密封圈4113。38.橡膠密封圈4113 起密封防塵作用。安裝在軸承端蓋4110、4112和小蝸輪箱體 4000、4001 之間。39.小蝸輪箱防塵蓋4114 起防塵密封的作用，上有加強筋起提高強度的作用，同時兼做散熱器翅片使用，安裝在左右小蝸輪箱4000、4001上。40.小蝸輪固定墊片4115 將復位小蝸輪4100跟蹤小蝸輪4101壓緊在復位大蝸杆3000跟蹤大蝸杆3001的軸頭上並固定。41.連接鍵4116 起到與復位大蝸杆3000跟蹤大蝸杆3001和復位小蝸輪4100跟蹤小蝸輪4101之間的連接作用。42.固定螺絲4200用於固定小蝸輪固定墊片4115。
43.固定螺絲4201用於固定軸承端蓋4110。
44.固定螺絲4202用於固定軸承端蓋4112。
45.固定螺絲4203用於將小蝸輪箱體4000、4001固定在齒輪箱1000。
46.固定螺絲4204 用於將小蝸輪箱防塵蓋4114固定在小蝸輪箱體4000、4001體上。47.固定蓋5000 變速執行機構的安裝基板。48.牽動絲槓5100 由拖動電機05帶動旋轉。推動滑塊5111左右移動。49.導軌5110 為滑塊5111提供移動導向的方向控制，並同牽動絲槓5100—起配合為滑塊提供平衡約束。安裝在固定架5132上。50.滑塊5111 滑塊的一側帶有齒條，在牽動絲槓5100旋轉的推動下，左右移動， 同時帶動小齒輪5120順逆時針旋轉。51.固定架5112 為拖動電機05，牽動絲槓5100，導軌5110提供安裝支撐點。安
裝在固定蓋5000上。52.小齒輪5120 中介傳動齒輪，將滑塊5111的動力傳送到撥叉滑塊5130的齒條上，帶動撥叉2121撥動掛輪2120完成變速。53.小齒輪固定託架5121 為小齒輪提供安裝支撐點。安裝在固定蓋5000上。54.曲柄5122 安裝在小齒輪5120上。並通過曲柄軸5123與伸縮杆5125相連。 將伸縮杆5125的拉力轉換為小齒輪5120旋轉的動力，帶動撥叉滑塊5130左右移動，同時帶動撥叉2121撥動掛輪2120完成變速。55.曲柄軸5123 安裝固定在曲柄5122上，用於安裝伸縮杆5125，並為其一端提供鉸鏈約束。56.固定軸51 安裝在固定蓋5000上，並為伸縮杆5125的一端提供鉸鏈約束。57.伸縮杆5125 其內部裝有彈簧，在曲柄5122旋轉的不同位置時會有不同的長度變化。並在小齒輪5120與滑塊5111齒條脫齒時為小齒輪5120提供額外動力來源。58.撥叉滑塊5130 在小齒輪5120帶動下左右移動。同時帶動撥叉2121、撥動掛輪2120完成變速。59.撥叉滑塊導軌5131 撥叉滑塊5130提供移動導向的方向控制，同時為滑塊提供平衡約束。安裝在固定架5132上。60.固定架5132 為撥叉滑塊導軌5131提供安裝支撐點。安裝在固定蓋5000上。61.撥叉固定軸5133 用於將撥叉2121和撥叉滑塊5130固定在一起。拖動撥叉移動。62.固定螺絲5200:用於將固定蓋5000及整體變速執行機構安裝在齒輪箱1000體上。63.跟蹤步進電機01 低速步進電機，用於驅動一級減速機構，帶動跟蹤大蝸杆 3001跟蹤大蝸輪2101旋轉，並帶動主傳動軸2000輸出動力，完成精確跟蹤。64.跟蹤步進電機02 同跟蹤步進電機01配合使用，其餘功能同上。65.復位步進電機03 高速步進電機，用於驅動一級減速機構，帶動復位大蝸杆 3000復位大蝸輪2100旋轉，並帶動主傳動軸2000輸出動力，完成快速復位保護。66.復位步進電機04 同復位步進電機03配合使用，其餘功能同上。67.拖動電機05 為一步進電機，是變速執行機構的動力來源。安裝在固定蓋5000 上。68.復位行程開關06 控制信號輸出部件，用於向控制系統輸出變速掛輪2120是否到位的指示信號。
69.跟蹤行程開關07 功能同上。70.編碼器08 控制信號輸出部件，用於向控制系統輸出跟蹤大蝸杆3001在旋轉的角度及方向變化值。一共兩個編碼器，配合使用，以控制電機轉速，達到兩根蝸杆的轉速保持同步。71.編碼器09 控制信號輸出部件，用於向控制系統輸出復位大蝸杆3000在旋轉的角度及方向變化值。其餘功能同上。本發明的優點如下 1、集成度較高
所有零件均按結構要求設計，在結構上一個零件起到多種功能的作用，減少了零件的數量，減輕了結構的重量，體積相對較小。2、雙蝸杆減速機構
採用集成式雙蝸杆減速機構設計，減速比大，可獲得3000倍以上的傳動比。由於採用雙蝸杆設計，在傳動的過程當中，齒輪嚙合間隙很小，可以保證0. 1度跟蹤精度。3、大功率大扭矩輸出
蝸杆採用圓弧面結構設計，比普通蝸杆的強度提高一倍以上，由於採用雙蝸杆傳動，其整體強度比普通單蝸杆傳動提高了四倍，實現大功率大扭矩輸出。4、承受雙向軸向受力
本減速機由於採用了齒輪端面安裝軸承的設計方式，所以能夠承受很大的軸向力，輸出軸上的軸承只承擔徑向支撐力，這樣及減輕了傳動軸的負擔，又提高了傳動軸的安裝及使用精度。這樣設計的特點將軸向力與徑向力分解開來，使不同的軸承承擔不同的力，各司其職，縮小了體積，簡化了設計，保證了減速器工作的穩定性、可靠性與長期性，提高了工作的精度與效率。5、可變速輸出力矩
由於光熱發電定日跟蹤系統的特殊要求，減速機需要以兩種速度輸出轉矩，這對於普通的蝸輪減速機是不能實現的。為了滿足跟蹤時的旋轉速度與零點復位或緊急保護時的旋轉速度要求不同的特點，本發明的雙蝸輪雙速減速機解決了這個問題，我們採用步進電機拖動齒條滑塊的方式，用齒輪曲柄的傳動結構來實現換擋變速的同時，又保證拖動滑塊上的齒條適時地與齒輪嚙合或脫離，保護電機及滑塊不被頂死而損壞。也是本減速機特有的功能。6、自動保持跟蹤與復位蝸杆的同步旋轉
在機械齒輪傳動中，兩組相同的傳動機構，在旋轉的過程中不能絕對的保持同步或一致。這是因為機械傳動在加工精度、安裝尺寸、溫度變化、潤滑條件、電機的轉速的微小差別等諸多因素共同影響造成的。是機械傳動固有的特點。為了解決這個難題，我們在兩個跟蹤大蝸杆和復位大蝸杆的下端分別安裝有編碼器，編碼器可以實時探測正處於工作旋轉狀態下的任意兩個大蝸杆的轉速及方向，並以脈衝信號的形式發給控制系統，控制系統實時對兩個大蝸杆的轉速急方向進行比較，並根據兩個轉速的差值，實時微調兩個步進電機的轉速，以確保兩個蝸杆以的相同轉速帶動主軸旋轉。
權利要求
1.太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機，其特徵在於，該減速機包括主傳動軸、相互獨立設置的跟蹤傳動系和復位傳動系，其中，跟蹤傳動系用於獨立的驅動主傳動軸來跟蹤太陽光線，復位傳動系用於獨立的驅動主傳動軸來快速復位，復位傳動系的復位速度快於跟蹤傳動系的跟蹤速度。
2.如權利要求1所述的減速機，其特徵在於，所述復位傳動系的齒輪減速比小於所述跟蹤傳動系的齒輪減速比，所述復位傳動系的電機轉速高於跟蹤傳動系的電機轉速，所述復位傳動系的電機功率大於跟蹤傳動系的電機功率。
3.如權利要求2所述的減速機，其特徵在於，所述跟蹤傳動系包括設置在所述主傳動軸上的跟蹤大蝸輪、對稱配合設置在跟蹤大蝸輪左右兩側的兩個跟蹤大蝸杆，每一個跟蹤大蝸杆上均配合設置有跟蹤小蝸輪，跟蹤小蝸輪上均配合設置有跟蹤小蝸杆，跟蹤小蝸杆的端部均連接有跟蹤步進電機，該跟蹤步進電機旋轉後依次經由β關宗小蝸杆、跟蹤小蝸輪、 跟蹤大蝸杆和跟蹤大蝸輪來向外輸出功率及力矩，以驅動所述主傳動軸進行跟蹤運動。
4.如權利要求3所述的減速機，其特徵在於，兩臺所述跟蹤步進電機一臺向左轉，一臺向右轉，從而帶動一級變速機構的兩個所述跟蹤小蝸杆相對反向旋轉，兩個所述跟蹤小蝸杆分別帶動兩個所述跟蹤小蝸輪相對反向旋轉，兩個所述跟蹤小蝸輪分別帶動兩個所述跟蹤大蝸杆相對反向旋轉，兩個所述跟蹤大蝸杆分別相對反向旋轉帶動所述跟蹤大蝸輪向同一個方向旋轉。
5.如權利要求4所述的減速機，其特徵在於，所述復位傳動系包括設置在所述主傳動軸上的復位大蝸輪、對稱配合設置在復位大蝸輪左右兩側的兩個復位大蝸杆，每一個復位大蝸杆上均配合設置有復位小蝸輪，復位小蝸輪上均配合設置有復位小蝸杆，復位小蝸杆的端部均連接有復位步進電機，該跟蹤步進電機旋轉後依次經由復位小蝸杆、復位小蝸輪、 復位大蝸杆和復位大蝸輪來向外輸出功率及力矩，以驅動所述主傳動軸進行復位運動。
6.如權利要求5所述的減速機，其特徵在於，兩臺所述復位步進電機一臺向左轉，一臺向右轉，從而帶動一級變速機構的兩個所述復位小蝸杆相對反向旋轉，兩個所述復位小蝸杆分別帶動兩個所述復位小蝸輪相對反向旋轉，兩個所述復位小蝸輪分別帶動兩個所述復位大蝸杆相對反向旋轉，兩個所述復位大蝸杆分別相對反向旋轉帶動所述復位大蝸輪向同一個方向旋轉。
7.如權利要求6所述的減速機，其特徵在於，所述復位大蝸杆及跟蹤大蝸杆的下端均安裝有編碼器，編碼器用於實時探測正處於工作旋轉狀態下的所述復位大蝸杆或跟蹤大蝸杆的轉速及方向，並以脈衝信號的形式發給控制系統，控制系統實時對兩個所述復位大蝸杆或兩個所述跟蹤大蝸杆的轉速及方向進行比較，並根據兩個所述復位大蝸杆轉速的差值，實時微調兩個所述復位步進電機的轉速，以確保兩個所述復位大蝸杆以相同的轉速帶動主軸旋轉；或者根據兩個所述跟蹤大蝸杆轉速的差值，實時微調兩個所述跟蹤步進電機的轉速，以確保兩個所述跟蹤大蝸杆以相同的轉速帶動主軸旋轉。
8.如權利要求5所述的減速機，其特徵在於，所述主傳動軸與跟蹤傳動系、復位傳動系之間設置有變速執行機構，變速執行機構包括滑動套裝在所述主傳動軸上的掛輪，所述主傳動軸中部的外表面上沿其軸向設置有花鍵槽，該掛輪的內孔設置有花鍵，掛輪通過花鍵配合卡裝在所述主傳動軸的花鍵槽內，並且花鍵能夠在花鍵槽內左右滑動；掛輪設置在所述跟蹤大蝸輪和復位大蝸輪之間，所述跟蹤大蝸輪和復位大蝸輪上均設置有與所述掛輪相適配的連接部及輪齒；掛輪能夠左右滑動，使得掛輪獨立的連接所述跟蹤傳動系與主傳動軸，來實現所述主傳動軸進行跟蹤運動；或者掛輪獨立的連接所述復位傳動系與主傳動軸， 來實現所述主傳動軸進行復位運動。
9.如權利要求7所述的減速機，其特徵在於，所述變速執行機構還包括拖動電機、滑塊、小齒輪和撥叉，拖動電機的輸出軸上設置有牽動絲槓，該牽動絲槓上配合套裝有滑塊， 滑塊上還穿設有與牽動絲槓平行的導軌，滑塊的一側設置有齒條，該齒條與小齒輪相配合安裝，齒條上的齒數能夠帶動小齒輪旋轉120度；小齒輪的另一側通過輪齒配合設置有撥叉滑塊，該撥叉滑塊套裝在與牽動絲槓平行設置的撥叉滑塊導軌上，撥叉滑塊上設置有撥叉，該撥叉卡裝在所述掛輪的軸頸上，以撥動所述掛輪左右滑動；其中，小齒輪上設置有曲柄，曲柄的端部設置有曲柄軸，曲柄軸的外端上鉸接有伸縮杆，伸縮杆的另一端鉸接在固定蓋上，伸縮杆內設置有彈簧，該彈簧在曲柄旋轉的不同位置時會有不同的長度變化，並在小齒輪與滑塊齒條脫齒時為小齒輪提供額外動力來源。
10.如權利要求8所述的減速機，其特徵在於，所述曲柄只能在第三象限和第四象限旋轉正負90度，所述牽動絲槓推動所述滑塊向左或向右滑動，帶動所述小齒輪旋轉120度後與所述小齒輪脫離，此後所述小齒輪由所述伸縮杆內設置的彈簧帶動，完成餘下的60度旋轉，帶動所述掛輪與所述跟蹤大蝸輪脫離、與所述復位大蝸輪嚙合，或者帶動所述掛輪與所述復位大蝸輪脫離、與所述跟蹤大蝸輪嚙合，以完成變速動作。
11.如權利要求9所述的減速機，其特徵在於，所述變速執行機構內設置有跟蹤行程開關和復位行程開關，所述掛輪輪齒順利進入所述跟蹤大蝸輪的連接部內，並與其輪齒緊密嚙合，同時推動跟蹤行程開關閉合，向所述控制系統發出已嚙合信號；所述掛輪輪齒順利進入所述復位大蝸輪的連接部內，並與其輪齒緊密嚙合，同時推動復位行程開關閉合，向所述控制系統發出已嚙合信號。
12.如權利要求5所述的減速機，其特徵在於，所述減速機還包括控制系統、太陽位置傳感器、氣象環境傳感器，太陽位置傳感器用於感應太陽光線在經度方向上照射角度的信息，氣象環境傳感器用於監測天氣綜合信息，這些信息均傳送到控制系統，控制系統用於向跟蹤步進電機、復位步進電機、拖動電機輸送控制命令，來執行高精度跟蹤、正常復位、緊急返回或自動換擋變速。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能光熱發電巨型支架高功率高精度雙蝸輪雙速減速機，包括主傳動軸、相互獨立設置的跟蹤傳動系和復位傳動系，其中，跟蹤傳動系用於獨立的驅動主傳動軸來跟蹤太陽光線，復位傳動系用於獨立的驅動主傳動軸來快速復位，復位傳動系的復位速度快於跟蹤傳動系的跟蹤速度。。本發明根據光熱發電定日跟蹤系統的特殊要求，減速機需要以兩種速度輸出轉矩，為了滿足跟蹤時的旋轉速度與零點復位或緊急保護時的旋轉速度要求不同的特點，本發明採用步進電機拖動齒條滑塊的方式，用齒輪曲柄的傳動結構來實現換擋變速的同時，又保證拖動滑塊上的齒條適時地與齒輪嚙合或脫離，保護電機及滑塊不被頂死而損壞。
文檔編號G05D13/66GK102385396SQ20111026943
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者國曉軍, 薛黎明 申請人:中海陽新能源電力股份有限公司