一種新型雙向防漏水下減速機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)

吳賓輝，張遠(yuǎn)麗，鄭上劍，周小飛，杜俊峰

（浙江恒齒傳動(dòng)股份有限公司，浙江 平陽(yáng) 325409）

減速機(jī)是一種在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩作用的機(jī)械設(shè)備，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用極為廣泛。然而，在很多時(shí)候減速機(jī)需要應(yīng)用于水下，例如在污水處理行業(yè)中就廣泛使用潛水推流器設(shè)備，該設(shè)備在水下工作，用來(lái)推動(dòng)水介質(zhì)流動(dòng)，增加其在處理池中的流速，防止污泥沉降及提高污水處理效率，是污水處理廠的關(guān)鍵設(shè)備。而減速機(jī)是該類設(shè)備傳動(dòng)中的核心部件，設(shè)置在電機(jī)與葉輪之間，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，以滿足污水處理工藝的要求。

對(duì)于水下使用的減速機(jī)，其密封性的好壞是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，它直接影響減速機(jī)的使用壽命，因而設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)合理且密封性能良好的水下減速機(jī)是非常必要的。

1 設(shè)備特點(diǎn)

減速機(jī)輸入端設(shè)有供電機(jī)轉(zhuǎn)軸伸入的連接孔，輸出端設(shè)置有輸出軸；沿連接孔的徑向環(huán)繞外壁設(shè)置有用于部分容置電機(jī)的凹槽，凹槽上設(shè)置有碳纖維密封墊；減速機(jī)的內(nèi)部設(shè)置有儲(chǔ)氣囊，儲(chǔ)氣囊通過(guò)通氣管連接于設(shè)置在水面上方的氣泵；減速機(jī)殼體的外壁上設(shè)置有液位傳感器和壓力傳感器。圖1為雙向防漏水下減速機(jī)結(jié)構(gòu)和局部放大圖。

圖1 雙向防漏水下減速機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

輸出防漏機(jī)構(gòu)，包括設(shè)置于輸出軸和減速機(jī)接觸面上的雙向磁力油封和設(shè)置在輸出軸外部的防漏盒；防漏盒由內(nèi)盒體和外盒體組成；內(nèi)盒體與減速機(jī)殼體的連接端為敞開設(shè)置，另一端開設(shè)有供輸出軸通過(guò)的第一通孔；第一通孔的內(nèi)緣上設(shè)置有碳纖維密封圈；外盒體罩設(shè)在內(nèi)盒體外部；外盒體通過(guò)嵌入開設(shè)在減速機(jī)殼體上的容置槽與減速機(jī)殼體連接，且外盒體與減速機(jī)的連接端設(shè)置為與容置槽適配連接邊；外盒體上開設(shè)有供輸出軸通過(guò)第二通孔；輸出軸與第二通孔密封連接，且外盒體與輸出軸隨動(dòng)。

防漏水下減速機(jī)中，外盒體呈半圓形罩體狀設(shè)置；第二通孔開設(shè)在外盒體遠(yuǎn)離減速機(jī)本體的弧面中心；外盒體的外壁上間隔均勻地開設(shè)有若干條呈弧形彎曲的導(dǎo)流槽；多條導(dǎo)流槽均由第二通孔為始端，延伸至連接邊。如圖2所示。

圖2 外盒體的結(jié)構(gòu)圖

防漏水下減速機(jī)中，內(nèi)盒體罩設(shè)在雙向磁力油封外部；減速機(jī)殼體與內(nèi)盒體的連接處開設(shè)有連接槽，內(nèi)盒體的邊緣嵌入連接槽內(nèi)；連接槽內(nèi)設(shè)置有與氣泵連接的氣囊，氣囊的表面上設(shè)置有密封層。

容置槽為橫截面呈頂面具有豁口的半圓形設(shè)置；連接邊設(shè)置為橫截面呈圓形的柱形邊；柱形邊完全容置在容置槽內(nèi)，且與容置槽的內(nèi)壁完全貼合。

控制器設(shè)置于水面上，并與電機(jī)、氣泵、液位傳感器和壓力傳感器分別連接；控制器根據(jù)液位傳感器和壓力傳感器獲取的數(shù)據(jù)控制氣泵的開啟與關(guān)閉，以通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)氣囊的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡減速機(jī)殼體內(nèi)外的壓力差。

防漏水下減速機(jī)中還包括：設(shè)置在減速機(jī)殼體外壁上的流量傳感器。流量傳感器連接于控制器。

數(shù)據(jù)庫(kù)與控制器相連接；數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)有輸出軸相應(yīng)于水流數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；水流數(shù)據(jù)包括：水壓、流速和水深；控制器根據(jù)液位傳感器、壓力傳感器和流量傳感器獲取的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)調(diào)取與獲取的數(shù)據(jù)最接近的水流數(shù)據(jù)，并根據(jù)調(diào)取的水流數(shù)據(jù)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)根據(jù)水流數(shù)據(jù)調(diào)整輸出軸轉(zhuǎn)速的目的。

減速機(jī)輸出軸相應(yīng)于水流數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)通過(guò)不斷記錄并總結(jié)以往使用的減速機(jī)本體的輸出軸轉(zhuǎn)速與水流數(shù)據(jù)間的關(guān)系得到。

減速機(jī)中位于內(nèi)盒體內(nèi)的輸出軸上設(shè)置有磁鐵；環(huán)繞內(nèi)盒體的內(nèi)壁設(shè)置有線圈，控制器內(nèi)設(shè)置有脈沖計(jì)數(shù)器，控制器按照預(yù)定周期控制脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，通過(guò)計(jì)算得到輸出軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，而后根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和當(dāng)前水流數(shù)據(jù)判定數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)保存的相應(yīng)的水流數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輸出軸轉(zhuǎn)速是否與實(shí)際轉(zhuǎn)速匹配；按照數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)保存的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；否則根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)保存的相應(yīng)的輸出軸轉(zhuǎn)速?？刂破魍ㄟ^(guò)無(wú)線通訊模塊同時(shí)控制多個(gè)減速機(jī)殼體。

2 防水措施的實(shí)施

減速機(jī)殼體1，其輸入端開設(shè)有供電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸3伸入的連接孔，輸出端設(shè)置有輸出軸4；沿連接孔的徑向環(huán)繞連接孔的外壁設(shè)置有用于部分容置電機(jī)2的凹槽5，凹槽5上設(shè)置有碳纖維密封墊6；減速機(jī)殼體1的內(nèi)部設(shè)置有儲(chǔ)氣囊7，儲(chǔ)氣囊7通過(guò)通氣管連接于設(shè)置在水面上方的氣泵；減速機(jī)殼體1的外壁上設(shè)置有液位傳感器和壓力傳感器；輸出防漏機(jī)構(gòu)，其包括設(shè)置于輸出軸4和減速機(jī)殼體1接觸面上的雙向磁力油封8，和設(shè)置在輸出軸4外部的防漏盒；防漏盒由內(nèi)盒體9和外盒體10組成；內(nèi)盒體9與減速機(jī)殼體1的連接端為敞開設(shè)置，另一端開設(shè)有供輸出軸4通過(guò)的第一通孔；第一通孔的內(nèi)緣上設(shè)置有碳纖維密封圈；外盒體10罩設(shè)在內(nèi)盒體9外部；外盒體10通過(guò)嵌入開設(shè)在減速機(jī)殼體1上的容置槽11與減速機(jī)殼體1連接，且外盒體10與減速機(jī)殼體1的連接端設(shè)置為與容置槽11適配的連接邊12；外盒體10上開設(shè)有供輸出軸4通過(guò)的第二通孔13；輸出軸4與第二通孔13密封連接，且外盒體10與輸出軸4同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

控制器設(shè)置于水面之外，并與電機(jī)2、氣泵、液位傳感器和壓力傳感器分別連接；控制器根據(jù)由液位傳感器和壓力傳感器獲取的數(shù)據(jù)控制氣泵的開啟與關(guān)閉，以通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)氣囊7的大小實(shí)現(xiàn)平衡減速機(jī)殼體1內(nèi)外的壓力差。

在上述方案中，雙向防漏水下減速機(jī)的使用過(guò)程具體為：將電機(jī)的轉(zhuǎn)軸插入減速機(jī)殼體輸入端的連接孔內(nèi)，然后通過(guò)螺栓和螺母將電機(jī)和減速機(jī)殼體緊密連接，在電機(jī)和減速機(jī)殼體逐漸靠近的過(guò)程中，電機(jī)的前端逐步進(jìn)入凹槽內(nèi)，并在螺栓和螺母旋緊后，使得電機(jī)的前端緊貼碳纖維密封墊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過(guò)電機(jī)前端和減速機(jī)殼體的密封連接，避免了減速機(jī)在水下工作時(shí)，水流由連接孔進(jìn)入減速機(jī)殼體內(nèi)部；而后將減速機(jī)殼體的輸出軸與負(fù)載連接、通氣管和水泵連接；開啟控制器，控制器由液位傳感器和壓力傳感器獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)控制氣泵的開閉，進(jìn)而調(diào)整減速機(jī)殼體內(nèi)部的儲(chǔ)氣囊的大小，即平衡了減速機(jī)殼體內(nèi)外的壓力差，以保證減速機(jī)的正常工作。

通過(guò)在減速機(jī)殼體的輸入端設(shè)置用于部分容置電機(jī)的凹槽，并在凹槽內(nèi)設(shè)置了碳纖維密封墊，使得電機(jī)和減速機(jī)殼體連接緊密，水流不會(huì)由減速機(jī)殼體的輸入端進(jìn)入減速機(jī)殼體內(nèi)部；通過(guò)在減速機(jī)殼體的輸出端設(shè)置減速機(jī)殼體與輸出軸連接的雙向磁力油封，初步保證了減速機(jī)殼體輸出端的密封性，而后在雙向磁力油封外部還設(shè)置了防漏盒，通過(guò)防漏盒的設(shè)置進(jìn)一步提高了減速機(jī)殼體的密封性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)減速機(jī)的雙向防漏，有效提高了水下減速機(jī)的密封性，進(jìn)而減少了水流進(jìn)入減速機(jī)殼體內(nèi)部的幾率，既降低了減速機(jī)因進(jìn)水造成的損壞，又提高了水下減速機(jī)的使用壽命。

減速機(jī)設(shè)有防漏盒，該盒由內(nèi)盒體和外盒體組成，而內(nèi)盒體與減速機(jī)殼體固定連接，外盒體隨輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得外盒體相對(duì)于內(nèi)盒體與輸出軸處密封更加牢固，而內(nèi)盒體相對(duì)于外盒體與減速機(jī)殼體間的連接密封性更好，使得內(nèi)盒體和外盒體相對(duì)互補(bǔ)，輔助對(duì)于減速機(jī)殼體的密封，延長(zhǎng)了減速機(jī)的使用壽命，且雙層的盒體結(jié)構(gòu)還提高了對(duì)輸出軸的支撐作用，提高了輸出軸的耐用性。

通過(guò)減速機(jī)殼體外部的液位傳感器、壓力傳感器的設(shè)置，以及控制器、氣泵和儲(chǔ)氣囊的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了減速機(jī)能夠根據(jù)所在的水面下方深度以及承受的水壓而通過(guò)儲(chǔ)氣囊的充放氣自動(dòng)調(diào)整減速機(jī)殼體所承受的壓力，即有效地平衡了減速機(jī)殼體的內(nèi)外壓力差，從而減少了因內(nèi)外壓差過(guò)大造成的減速機(jī)易損壞、且工作壓力大的弊端。

減速機(jī)應(yīng)用在污水處理過(guò)程中，隨著水流中雜質(zhì)的多少，污水的濃度不同，而如果電機(jī)轉(zhuǎn)速固定，則在污水濃度高時(shí)，因?yàn)槲鬯淖枇ψ兇?，使得減速機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速也會(huì)受到影響，進(jìn)而使得輸出軸的轉(zhuǎn)速變慢，達(dá)不到要求的攪拌速率，進(jìn)而對(duì)于污水的攪拌的效果下降，而在污水濃度低時(shí)，因?yàn)槲鬯淖枇ψ冃。敵鲚S的轉(zhuǎn)速又會(huì)高于攪拌速率的要求，造成能源浪費(fèi)，因而，通過(guò)流量傳感器、壓力傳感器以及液位傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)，能夠分析得到污水的濃度，然后借由控制器控制電機(jī)按照水流數(shù)據(jù)調(diào)整轉(zhuǎn)速，使得攪拌速率能夠時(shí)刻滿足攪拌要求，還能避免能源的浪費(fèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

雙向防漏水下減速機(jī)通過(guò)在減速機(jī)殼體的輸入端設(shè)置用于部分容置電機(jī)的凹槽，并在凹槽內(nèi)設(shè)置了碳纖維密封墊，使得電機(jī)和減速機(jī)殼體連接緊密，水流不會(huì)由減速機(jī)殼體的輸入端進(jìn)入減速機(jī)殼體內(nèi)部；通過(guò)在減速機(jī)的輸出端設(shè)置減速機(jī)殼體與輸出軸連接的雙向磁力油封，初步保證了減速機(jī)殼體輸出端的密封性，而后在雙向磁力油封外部還設(shè)置了防漏盒，通過(guò)防漏盒的設(shè)置進(jìn)一步提高了減速機(jī)殼體的密封性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)減速機(jī)的雙向防漏，有效提高了水下減速機(jī)的密封性，進(jìn)而減少了水流進(jìn)入減速機(jī)殼體內(nèi)部的幾率，即降低了減速機(jī)因進(jìn)水造成的損壞，提高了水下減速機(jī)的使用壽命。

減速機(jī)防漏盒由內(nèi)盒體和外盒體組成，而內(nèi)盒體與減速機(jī)殼體固定連接，外盒體隨輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，雙層的盒體結(jié)構(gòu)不僅提高了對(duì)輸出軸的支撐作用，提高了輸出軸的耐用性，同時(shí)也輔助減速機(jī)殼體的密封，延長(zhǎng)了減速機(jī)的使用壽命。

通過(guò)減速機(jī)殼體外部的液位傳感器、壓力傳感器的設(shè)置，以及控制器、氣泵和儲(chǔ)氣囊的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了減速機(jī)能夠根據(jù)所在的水面下方深度以及承受的水壓而通過(guò)儲(chǔ)氣囊的充放氣自動(dòng)調(diào)整減速機(jī)殼體所承受的壓力，即有效地平衡了減速機(jī)殼體的內(nèi)外壓力差，從而減少了因內(nèi)外壓差過(guò)大造成的減速機(jī)易損壞、工作壓力大的弊端。