САМОТОРМОЗЯЩИЙСЯ ВИНТОВОЙ ДОМКРАТ С АКСИАЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ
SELF-BRAKING SCREW JACK WITH AXIAL ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к винтовым домкратам и служит для поднятия и опускания грузов с автоматической остановкой и фиксацией положения после отключения питающего напряжения.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является винтовой домкрат, приводимый в действие электродвигателем (А.С. №44325, 1935 г.).
На полом цилиндрическом корпусе домкрата, усиленном радиальными кронштейнами, установлен электродвигатель, полый вал которого вращается на шарикоподшипниках. В верхней расширенной части вала вварена (или закреплена иным способом) гайка грузового винта, пропущенного внутри полого вала. Винт имеет наверху невращающуюся головку для принятия нагрузки, внизу корпуса расположено колесо для удобства транспортировки.
Согласно изобретению грузовой винт домкрата получает движение непосредственно от вала электродвигателя, расположенного в самом корпусе домкрата, причем вал этот сделан полым и винт проходит внутри него, а гайка винта соединена с ним или составляет одно целое с валом.
Недостатком данной конструкции является то, что домкрат не имеет возможности уменьшения времени останова приводного электродвигателя после отключения обмотки возбуждения от источника питания, что сказывается на точности позиционирования винта домкрата.
Помимо этого в конструкции отсутствует возможность фиксации положения поднимаемого или опускаемого груза после отключения питания приводного электродвигателя.
Кроме этого, цилиндрическая конструкция приводного электродвигателя имеет осевую длину, которая дополнительно увеличивает высоту домкрата и ограничивает возможность поднятия и опускания груза на малой высоте, т.е. сужает высотные пределы работы домкрата.
Помимо этого, в винтовом домкрате применяется приводной электродвигатель с цилиндрической расточкой статора и ротора. Для увеличения массы поднимаемого или опускаемого груза в данной конструкции необходимо увеличить крутящий момент на его валу. Это можно реализовать как путем увеличения мощности приводного электродвигателя, так и увеличения его радиальных размеров (увеличение радиуса цилиндрической расточки ротора и статора), что неизбежно приведет к перерасходу активных материалов и повышению его себестоимости.
Все это в целом ведет к сужению сферы применения домкратов данной конструкции.
Заявляемое изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей домкрата и сферы его применения.
Технический результат заключается в увеличении грузоподъемности, возможности автоматической остановки и фиксации положения винта при отключении питающего напряжения на обмотку возбуждения и расширении высотных пределов работы домкрата.
Технический результат достигается тем, что в самотормозящемся винтовом домкрате с аксиальным электродвигателем, содержащем электродвигатель, корпус которого соединен с полой цилиндрической стойкой, усиленной радиальными кронштейнами, винт с невращающейся головкой, гайку, подшипники, при этом электродвигатель выполнен аксиальным асинхронным одностаторным однороторным, его корпус состоит из верхнего и нижнего несущих щитов, закрепленных неподвижно между собой, с внутренней торцевой стороны нижнего несущего щита закреплен магнитопровод статора с обмоткой возбуждения, а ротор состоит из магнитопровода ротора с короткозамкнутой обмоткой и основания, соединенных неподвижно между собой и образующих кольцевой диск, основание которого посредством шлицевого соединения сопрягается с гайкой с возможностью аксиального перемещения между внутренней торцевой поверхностью уступа и внутренней торцевой поверхностью тормозной накладки, при этом уступ выполнен на нижней части гайки и его диаметр имеет увеличенное значение по отношению к диаметру шлицевого соединения, а тормозная накладка неподвижно закреплена на тормозном диске, неподвижно установленном с внутренней торцевой стороны верхнего несущего щита, вышеуказанная гайка соединена с винтом посредством резьбового соединения и расположена в верхнем и нижнем несущих щитах при помощи радиально-упорных подшипников, а уступ на ней выполнен с учетом того, чтобы в собранной конструкции, при отсутствии питания на обмотке возбуждения магнитопровода статора, расстояние между магнитопроводами статора и ротора было равно суммарной величине рабочего воздушного зазора и аксиального перемещения диска ротора вдоль шлицевого соединения, на внешней части уступа установлена тормозная пружина, расположенная между нижней торцовой стороной основания диска ротора и буртом, выполненным на нижней части уступа, одновременно верхний и нижний несущие щиты образуют сборную конструкцию, в которой кольцевая полость электродвигателя базируется на цилиндрической полой стойке, усиленной радиальными кронштейнами.
При отсоединении от сборной конструкции цилиндрической полой стойки, усиленной радиальными кронштейнами, и использовании винта с головкой с укороченной высотой, появляется возможность работы домкрата на высоте, соизмеримой с высотой сборного корпуса электродвигателя.
Увеличение грузоподъемности домкрата (по сравнению с цилиндрической конструкцией приводного электродвигателя), при сопоставимой мощности электродвигателя, происходит за счет того, что аксиальная конструкция электродвигателя в силу конструктивного преимущества имеет увеличенные радиальные размеры, позволяющие при воздействии вращающей составляющей электромагнитного усилия на увеличенное плечо получить увеличение момента, действующего на гайку винта.
Возможность автоматической фиксации положения винта домкрата, при отключении питающего напряжения, происходит из-за использования самотормозящейся конструкции (управление растормаживанием и торможением домкрата осуществляется магнитным полем самого электродвигателя при подключении и отключении питающего напряжения на обмотку возбуждения). При подключении питающего напряжения на обмотку возбуждения возникает аксиальная сила притяжения магнитопровода ротора к магнитопроводу статора, сжимающая тормозную пружину и растормаживающая домкрат. При отключении питающего напряжения исчезает аксиальная сила притяжения магнитопровода ротора к магнитопроводу статора, и тормозная пружина прижимает кольцевой диск ротора к тормозному устройству, автоматически фиксируя положения винта домкрата.
Расширение высотных пределов работы домкрата возможно за счет того, что аксиальная конструкция электродвигателя более компактна в аксиальном направлении по сравнению с цилиндрической конструкцией, что дает возможность изготавливать более компактные конструкции, способные функционировать при меньших высотах и дополнительно, при отсоединении от сборного корпуса электродвигателя цилиндрической полой стойки, усиленной радиальными кронштейнами, и использовании винта с головкой с укороченной высотой, появляется возможность работы домкрата на высоте, соизмеримой с высотой сборного корпуса электродвигателя.
Предлагаемая конструкция в итоге расширяет функциональные возможности домкрата и позволит расширить сферу их применения.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
На фиг. 1 показан общий вид самотормозящегося винтового домкрата с аксиальным электродвигателем.
Устройство содержит электродвигатель, сборный корпус, который состоит из нижнего несущего щита 1 и верхнего несущего щита 2, закрепленных неподвижно между собой и образующих кольцевую полость 3 электродвигателя посредством болтового соединения 4.
Электродвигатель выполнен в виде асинхронного одностаторного однороторного аксиального электродвигателя, магнитопровод статора 5 с обмоткой возбуждения 6 которого жестко закреплен с внутренней торцевой стороны нижнего несущего щита 1, а магнитопровод ротора 7 с короткозамкнутой обмоткой 8 образует с основанием 9 ротора кольцевой диск. Основание 9 ротора сопряжено с гайкой 10 посредством шлицевого соединения 11. Уступ 12 выполнен в нижней части гайки 10, при этом внешний диаметр уступа 12 имеет увеличенное значение по отношению к внешнему диаметру шлицевого соединения 11.
С внутренней торцевой стороны верхнего несущего щита 2 неподвижно установлен тормозной диск 13 тормозного устройства, на котором жестко закреплена тормозная накладка 14. Кольцевой диск ротора расположен между уступом 12 и тормозной накладкой 14 и имеет возможность аксиального перемещения по шлицевому соединению 11 между внутренней торцевой поверхностью 15 уступа 12 и тормозной накладкой 14.
Гайка 10 расположена в нижнем несущем щите 1 и верхнем несущем щите 2 при помощи радиально-упорных подшипников 16, 17. На внешней части уступа 12 установлена тормозная пружина 18, расположенная между нижней торцевой стороной основания 9 кольцевого диска ротора и буртом 19, выполненным в нижней части уступа 12. Тормозная пружина 18, опираясь на бурт 19, при отсутствии питания на обмотке возбуждения 6 магнитопровода статора 5 прижимает кольцевой диск ротора к тормозной накладке 14 и тем самым предотвращает вращение кольцевого диска ротора и сопряженной с ним посредством шлицевого соединения 11 гайки 10. При этом уступ 12 на гайке 10 изготовлен с учетом того, чтобы в собранной конструкции, при отсутствии питания на обмотке возбуждения 6 магнитопровода статора 5, аксиальное расстояние между магнитопроводом статора 5 и магнитопроводом ротора 7 было равно суммарной величине рабочего воздушного зазора δ и аксиального перемещения Δ кольцевого диска ротора вдоль шлицевого соединения 11.
Винт 20 сопряжен с внутренней полостью гайки 10 посредством резьбового соединения 21. В верхней части винта 20 изготовлена головка 22 для принятия нагрузки.
Нижний несущий щит 1 и верхний несущий щит 2 образуют сборную конструкцию, в которой кольцевая полость 3 электродвигателя расположена на площадке 23, жестко связанной с цилиндрической полой стойкой 24 и радиальными кронштейнами 25, и присоединена при помощи винтов 26. Радиальные кронштейны 25 усиливают как цилиндрическую полую стойку 24, так и площадку 23.
При отсоединении от площадки 23 с цилиндрической полой стойкой 24, усиленной радиальными кронштейнами 25 от нижнего щита 1, и использовании винта 20 с головкой 22 уменьшенной высоты появляется возможность использовать домкрат при минимальной высоте, соизмеримой с высотой сборного корпуса электродвигателя.
Работает домкрат следующим образом.
В качестве источника питания домкрата может служить как источник синусоидального напряжения промышленной частоты, так и частотно-регулируемый источник (целесообразен при необходимости регулирования скорости подъема или опускания груза и использовании винта 20 малой высоты).
При подключении переменного синусоидального напряжения на обмотку возбуждения 6 магнитопровода статора 5 возникает пусковой ток, превышающий номинальный ток рабочего режима машины, вследствие чего возникает электромагнитное поле, под воздействием аксиального электромагнитного усилия которого кольцевой диск ротора совершает аксиальное смещение по шлицевому соединению 11 вдоль гайки 10. При этом тормозная пружина 18 получает дополнительное сжатие, а зазор Δ между нижней торцевой стороной основания 9 кольцевого диска ротора и внутренней торцевой поверхностью 15 уступа 12 уменьшается. Между тормозной накладкой 14 и верхней торцевой поверхностью кольцевого диска ротора образуется зазор, равный величине Δ, а между аксиальными рабочими поверхностями магнитопровода статора 5 и магнитопровода ротора 7 устанавливается рабочий зазор δ, сохраняющийся в процессе вращения кольцевого диска ротора, который он получает в результате действия вращающегося магнитного поля. Так как кольцевой диск ротора сопряжен с гайкой 10 посредством шлицевого соединения 11, то момент будет вращать гайку 10 в радиально-упорных подшипниках 16, 17. При этом гайка 10 связана с винтом 20 посредством резьбового соединения 21, и при заторможенном винте 20 или нахождении груза на головке винта 22 домкрат будет поднимать или опускать винт 20.
При отключении электропитания от обмотки возбуждения 6 исчезает магнитный поток, удерживающий кольцевой диск ротора в рабочем положении. Вследствие этого тормозная пружина 18 вызывает обратное аксиальное смещение его по шлицевому соединению 11 вдоль винта 10. При этом кольцевой диск ротора входит в контакт с тормозной накладкой 14, а между нижней торцевой стороной основания 9 и внутренней торцевой поверхностью 15 уступа 12 образуется зазор, равный величине Δ.
В результате трения поверхностей кольцевого диска ротора и тормозной накладки 14 происходит остановка кольцевого диска ротора и сопряженной с ним посредством шлицевого соединения 11 гайки 10. Это приводит к остановке винта 20 с автоматической фиксацией его положения, что повышает безопасность эксплуатации при работе с грузами. Применение самотормозящейся конструкции позволяет более точно позиционировать положение винта 20 после отключения напряжения от обмотки возбуждения 6. Это происходит за счет ускоренного гашения накопленной энергии (электромагнитного поля и энергии вращения диска ротора) посредством тормозного устройства.