[1]Полезная модель относится к электроприводам, в частности электроприводам трубопроводной арматуры, и может быть использована в трубопроводном транспорте для управления запорной, запорно-регулирующей трубопроводной арматурой нефте- и газопроводов, тепловых и атомных станций, химических и других производств.
[2]Из патента РФ 207059 (опубл. 11.10.2021) известен электропривод трубопроводной арматуры. Известный привод содержит электродвигатель, планетарный редуктор, выходной вал редуктора, ручной дублер, датчики конечных положений выходного вала и его механических упоров, блок управления.
[3]Ввиду того, что планетарный редуктор не обладает самоторможением, редуктор снабжен тормозной системой для исключения обратного хода выходного вала электропривода. Редуктор дополнительно содержит тормозной блок, включающий консольный вал с соосно расположенными солнечной шестерней, пружиной, втулкой с винтовыми пазами, ведущим тормозным диском, соединенным с солнечной шестерней, и ведомым тормозным диском, соединенным с выходным валом редуктора. Консольный вал редуктора соединен с валом электродвигателя, а втулка и тормозные диски выполнены с возможностью осевого перемещения.
[4]К недостаткам привода относятся конструктивные особенности, снижающие его надежность и технологичность: изготовление вала электродвигателя полым, расположение консольного вала внутри вала электродвигателя, наличие сложной тормозной системы.
[5]Из руководства по эксплуатации ЭП41.00.000 РЭ3 известен электропривод трубопроводной арматуры с блоком управления серии М1 (https://tulaprivod.nt-rt.ru/images/manuals/oi_ep41m1.pdf, свободный доступ).
[6]Электропривод содержит электродвигатель, согласующий предредуктор, основной редуктор червячного типа, ручной дублер, блок управления в виде механического блока концевых выключателей, выходной вал привода для воздействия на трубопроводную арматуру, модуль питания (конструктивная схема электропривода на листе 33, рис. 3).
[7]Червячный редуктор включает в себя червячное колесо, установленное коаксиально на выходном валу привода, и червячный вал.
[8]Червячный вал оканчивается с обеих сторон кулачковыми полумуфтами для соединения с одной стороны с электродвигателем и с другой стороны – с ручным дублером. Переключение с электрического на ручной привод и обратно производится посредством толкателя, помещенного внутри полого червячного вала.
[9]Датчик положения выходного вала выполнен в виде закрепленной на валике (9) шестерни, которая находится в зацеплении с червячным валом редуктора. На другом конце валика (9) закреплена шестерня, связанная через компенсирующий узел шестеренок с блоком управления (механическим блоком концевых выключателей).
[10]Снятие информации о положении выходного вала производят с червячного вала, соединенного с выходным валом через червячное колесо, что требует компенсации значения передаточного отношения червячной передачи при помощи компенсирующего узла шестеренок.
[11]Крутящий момент, создаваемый приводом, контролируется в двух направлениях движения (в прямом и обратном) с помощью моментоизмерительного механизма. Величина момента определяется по смещению червяка, поджатого с двух сторон пакетами тарельчатых пружин, по шлицам вала, передающего вращение на червяк от модуля промежуточного редуктора. Смещение червяка посредством рычага преобразуется в поворот выходного вала моментоизмерительного механизма, передающего информацию о величине момента в блок управления (механический блок концевых выключателей).
[12]К недостаткам привода относятся конструктивные особенности, снижающие его надежность и технологичность:
[13]изготовление червячного вала полым и размещение внутри него толкателя;
[14]наличие кулачковой полумуфты, посредством которой двигатель соединяют с редуктором и отсоединяют от него;
[15]наличие узла шестеренок, необходимого для компенсации значения передаточного отношения червячной передачи при определении положения выходного вала.
[16]Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности и технологичности электропривода за счет уменьшения промежуточных звеньев и кинематических связей.
[17]Технический результат достигается в электроприводе трубопроводной арматуры, содержащем электродвигатель, ручной дублер, блок концевых выключателей, датчик положения выходного вала, червячный редуктор, червячное колесо которого установлено на выходном валу привода с возможностью совместного вращения с указанным валом. Вал электродвигателя находится в постоянной кинематической связи с червячным валом редуктора, и датчик положения выполнен в виде червячной передачи, включающей в себя червячную шестерню, находящуюся в зацеплении с червячной резьбой, выполненной на наружной поверхности выходного вала.
[18]Кроме того, кинематическая связь вала электродвигателя с червячным валом редуктора может быть осуществлена находящимися в зацеплении зубчатыми колесами, первое из которых жестко закреплено на валу электродвигателя, и второе зубчатое колесо жестко закреплено на червячном валу со стороны электродвигателя.
[19]Кроме того, кинематическая связь вала электродвигателя с червячным валом редуктора может быть осуществлена через дополнительный согласующий предредуктор, например, планетарного типа.
[20]Кроме того, червячная шестерня датчика положения закреплена на валике, и на противоположном от червячной шестерни конце валика закреплена шестерня, кинематически соединенная с блоком концевых выключателей.
[21]Кроме того, ручной дублер содержит муфту свободного хода, выполненную с возможностью осевого перемещения на валу ручного дублера для обеспечения зацепления и расцепления с валом червячного редуктора.
[22]При этом на наружной боковой поверхности муфты свободного хода выполнен фиксатор, обеспечивающий фиксацию положения муфты свободного хода в режимах ручного и электрического управления.
[23]При этом торец муфты свободного хода со стороны редуктора снабжен шипами, и диск, неподвижно установленный на валу редуктора, снабжен ответными выемками, для обеспечения зацепления муфты свободного хода с валом редуктора.
[24]Сущность полезной модели поясняется чертежами.
[25]На фиг. 1 поясняется конструктивное устройство электропривода;
[26]на фиг. 2 – трехмерное изображение электропривода (корпус редуктора, корпус блока концевых выключателей и ручной дублер скрыты для наглядности);
[27]на фиг. 3 поясняет работу датчика положения;
[28]на фиг. 4 поясняет конструкцию ручного дублера;
[29]на фиг. 5 – разрез А-А на фиг. 4.
[30]Электропривод (фиг. 1) содержит электродвигатель 1, червячный редуктор 2, ручной дублер 3, блок концевых выключателей (механический блок управления) 4. Корпус электродвигателя 1, корпус ручного дублера 3 и корпус блока концевых выключателей 4 неподвижно соединены с корпусом червячного редуктора 2.
[31]Червячный редуктор 2 (фиг. 2, 3) включает в себя расположенные в корпусе 5 редуктора червячный вал 6, находящийся в зацеплении с червячным колесом 7. Червячное колесо 7 жестко установлено на выходном валу 8 привода с возможностью совместного вращения с указанным валом 8.
[32]Вал 9 (фиг. 2) электродвигателя находится в постоянном кинематическом зацеплении с червячным валом 6. Кинематическая связь может быть осуществлена находящимися в зацеплении зубчатыми колесами 10 и 11, из которых зубчатое колесо 10 жестко закреплено на валу 9 электродвигателя, и зубчатое колесо 11 жестко закреплено на червячном валу 6 со стороны электродвигателя 1. А также кинематическая связь вала 9 электродвигателя с червячным валом 6 может быть осуществлена через дополнительный согласующий предредуктор (не показан), например планетарного типа.
[33]Датчик положения (фиг. 2, 3) содержит закрепленную на валике 12 червячную шестерню 13. Червячная шестерня 13 находится в зацеплении с червячной резьбой 14 (фиг. 3), которой снабжена наружная поверхность выходного вала 8. На противоположном от червячной шестерни 13 конце валика 12 закреплена шестерня 15, кинематически соединенная с блоком концевых выключателей 4. На фиг. 2 показано кинематическое зацепление шестерни 15 с согласующими шестернями 26 блока концевых выключателей 4.
[34]Датчик момента (фиг. 2) содержит рычаг 16, установленный на оси 17 с возможностью совместного поворота с осью 17. На противоположном от рычага 16 конце оси 17 закреплена шестерня 18, кинематически соединенная с блоком концевых выключателей 4. Червячный вал 6 поджат с двух сторон пакетами тарельчатых пружин 19.
[35]Ручной дублер (фиг. 4) включает в себя корпус 20, муфту свободного хода 21, вал 22 дублера и маховик 23, неподвижно соединенный с валом 22 дублера.
[36]Муфта свободного хода 21 установлена на валу 22 дублера и выполнена с возможностью осевого перемещения на указанном валу 22 для обеспечения зацепления/расцепления с червячным валом 6 редуктора. Для осуществления зацепления торец муфты свободного хода 21 со стороны червячного редуктора 2 снабжен шипами 24, и диск 25, неподвижно установленный на валу 6 редуктора, снабжен ответными выемками (не обозначены).
[37]Муфта свободного хода 21 выполнена реверсивного типа и включает в себя обойму 27 (фиг. 4, 5), вилку 28, звездочку 29, ролики 30. Вилка 28 установлена на валу 22 дублера посредством шпоночного или шлицевого соединений для обеспечения совместного вращения с указанным валом 22. Ролики 30 (фиг. 5) расположены попарно и имеют общую пружину 31, установленную в выступе звездочки 29. Обойма 27 установлена в корпусе 20 дублера на скользящей посадке, и вилка 28 установлена на валу 22 дублера на скользящей посадке. Звездочка 29 установлена в обойме 27 на подшипниках (не обозначены). Вилка 28 установлена в звездочке 29 на подшипниках (не обозначены).
[38]Для удобного перевода привода в режим ручного управления вал 22 ручного дублера снабжен кнопкой-штоком 32 (фиг. 4). Кнопка-шток 32 установлена соосно в полом валу 22 ручного дублера и подпружинена внутри указанного вала 22 пружиной 33, для автоматического возврата кнопки-штока 32 в исходное положение.
[39]Вал 22 ручного дублера подторможен относительно корпуса 20 дублера тормозным устройством. Тормозное устройство выполнено в виде ферромагнитного диска 34, находящегося в магнитном зацеплении с постоянными магнитами 35, расположенными на внутренней стороне торцевой поверхности корпуса 20 дублера. При этом ферромагнитный диск 34 установлен на валу 22 дублера с возможностью совместного вращения с указанным валом 22.
[40]Фиксатор 36 обеспечивает фиксацию положения муфты свободного хода 21 в режимах ручного и электрического управления. Фиксатор 36 представляет собой один или несколько подпружиненных шариков, выполненных с возможностью упора в наружную боковую поверхность муфты свободного хода 21 в режиме электрического управления, или с возможностью расположения в ответных пазах, сделанных по наружному диаметру муфты свободного хода 21, в режиме ручного управления.
[41]Электропривод работает следующим образом.
[42]В режиме электрического управления (фиг. 4) ручной дублер 3 выключен. В выключенном положении дублера муфта свободного хода 21 смещена в сторону маховика 23 и выведена из зацепления с червячным валом 6 редуктора. Поддержанию ручного дублера 3 в выключенном положении способствует упор подпружиненных шариков фиксатора 36 в наружную поверхность муфты 21. Вращение вала 9 электродвигателя 1 передается через червячный вал 6 на червячное колесо 7, установленное на выходном валу 8, и далее на рабочий орган трубопроводной арматуры (не показан).
[43]Вращение выходного вала 8 в двух направлениях движения (в прямом и обратном) приводит к вращению червячной шестерни 13 и валика 12 с шестерней 15 датчика положения, за счет зацепления червячной шестерни 13 с червячной резьбой 14 (фиг.3) на поверхности выходного вала 8 и закрепления шестерней 13 и 15 на валике 12. Шестерня 15 воздействует на блок концевых выключателей 4 за счет ее кинематической связи с блоком концевых выключателей 4, тем самым передавая на блок концевых выключателей 4 информацию о положении выходного вала 8 привода.
[44]Крутящий момент, создаваемый приводом, контролируется в двух направлениях движения (в прямом и обратном) с помощью датчика момента (фиг. 2). Величина крутящего момента определяется по смещению червячного вала 6, поджатого с двух сторон пакетами тарельчатых пружин 19. Смещение червячного вала 6 приводит к повороту рычага 16. Рычаг 16 поворачивается совместно с закрепленной с ним осью 17 и с закрепленной на оси 17 шестерней 18. Шестерня 18 воздействует на блок концевых выключателей 4 за счет ее кинематической связи с блоком концевых выключателей 4, тем самым передавая на блок концевых выключателей 4 информацию о крутящем моменте.
[45]При прекращении работы электродвигателя 1 и возникновении необходимости использовать ручной дублер 3, муфту свободного хода 21 вводят в зацепление с червячным валом 6 редуктора. Для этого оператор давит на кнопку-шток 32. Кнопка-шток 32 перемещается, сжимая пружину 33, воздействует на торец вилки 28, и тем самым перемещает муфту свободного хода 21 в направлении червячного редуктора 2. Муфта свободного хода 21 перемещается за счет скользящей посадки обоймы 27 в корпусе 4 дублера и скользящей посадки вилки 28 на валу 22 дублера. После отпускания кнопки-штока 32 она возвращается с исходное положение под действием пружины 33.
[46]В режиме ручного управления муфта свободного хода 21 смещена в сторону червячного редуктора 2, и сцеплена своими шипами 24 с ответными выемками диска 25, неподвижно установленного на червячном валу 6 редуктора. Кнопка-шток 32 после разжатия пружины 33 находится в исходном положении. Поддержанию ручного дублера 3 во включенном положении способствует фиксатор 36, подпружиненные шарики которого расположены в ответных пазах обоймы 27, поэтому оператору не требуется удерживать ручной дублер 3 во включенном положении при вращении маховика 23.
[47]При вращении маховиком 23 вала 22 дублера в любую сторону указанный вал 22 вращает вилку 28, которая, воздействуя на ролики 30, сжимает пружины 31 (фиг. 5) и выводит их в расширяющиеся части клиновидных полостей муфты свободного хода 21 до упора в выступы звездочки 29. Звездочка 29 передает вращение на червячный вал 6, который приводит во вращение червячное колесо 7 с жестко закрепленным с ним выходным валом 8 привода. Выходной вал 8 привода воздействует на рабочий орган трубопроводной арматуры.
[48]Автоматическое отключение ручного дублера 3 происходит следующим образом. При включении электродвигателя 1 вращающий момент поступит на звездочку 29 муфты свободного хода 21. При вращении звездочки 29 с более высокой скоростью, чем вилка 28, вращаемая вручную, один из роликов 30 заклинивается в пазу между звездочкой 29 и обоймой 27, и вращение от звездочки 29 передается на обойму 27, поворачивая обойму 27 вокруг ее оси вращения и обеспечивая осевое перемещение муфты свободного хода 21 в сторону маховика 23, и тем самым разрывая ее связь с валом 22 ручного дублера. В результате, в течение автоматического отключения ручного дублера динамический удар на руки оператора не ощущается.
[49]Кроме того, при автоматическом отключении ручного дублера 3 вал 22 дублера подторможен относительно неподвижного корпуса 20 тормозным устройством, выполненным в виде ферромагнитного диска 34 и магнитов 35.
[50]Постоянная кинематическая связь вала 9 электродвигателя с червячным валом 6 редуктора обеспечивает надежную передачу крутящего момента с электродвигателя 1 на червячный редуктор 2 без механизмов, осуществляющих указанную связь, (по сравнению с наличием толкателя и кулачковой полумуфты в прототипе), а также позволяет выполнить червячный вал 6 цельным (по сравнению с полым червячным валом в прототипе).
[51]Зацепление червячной шестерни 13 датчика положения с червячной резьбой 14, выполненной на наружной поверхности выходного вала 8, позволяет датчику положения снимать показания о положении выходного звена электропривода непосредственно с выходного вала 8, что не требует компенсации значения передаточного отношения червячной передачи, по сравнению с необходимостью компенсирующего узла шестеренок в прототипе.
[52]Вышеуказанное снижает количество промежуточных звеньев и кинематических связей электропривода, упрощает его конструкцию и изготовление, и тем самым повышает производственную и конструкторскую технологичность электропривода, а также его надежность.
