ПРОХОДНОЙ ОПОРНО-ПОВОРОТНЫЙ УЗЕЛ (3 ВАРИАНТА)
PASS-THROUGH SUPPORT-ROTARY ASSEMBLY (3 VERSIONS)

Изобретение относится к конструктивным элементам систем трубопроводов, используемых в специальном автотранспорте, в частности в стационарных и мобильных установках пожаротушения для шарнирного соединения патрубков лафетного ствола, в строительном автотранспорте и дорожной спецтехнике для шарнирного соединения цистерн с патрубками рукавов для пропуска различных сред.
Известен некий бионический робот для борьбы с огнем и его метод борьбы с огнемсодержащий: механизмы вращения, приводные узлы с подъёмными механизмами и компонент индукционного пожаротушения (Номер публикации СN109876340. Опубл. 2019-06-14).
Однако конструкции шарнирных узлов, используемые в известном решении, не предназначены для взаимного соединения патрубков для прохождения различных сред.
Известен пожарный монитор, в котором механизмы наведения встроены в корпус монитора и выполнены с двусторонним полым валом, используемым для шарнирного соединения трубопроводов монитора. Полый вал соединен через стыковочный узел и червячную передачу с двигателем, установленным на корпусе. Для организации обратной связи по положению установлены позиционные датчики (Патент № RU2050872. Опубл. 27.12.1995).
Однако известное решение имеет сложную конструкцию, которая, несмотря на наличие отдельных идентичных элементов, не позволяет предотвращать закусывание, заклинивание соединяемых элементов не предупреждает и не уменьшает удельные давления при радиальных и осевых нагрузках.
Известен  подшипниковый узел шарнира Гука, включающий щековину вилки шарнира, палец крестовины, установленный в расточке щековины на радиальном подшипнике, и крышку с фланцем, закрепленную на щековине болтами, в котором радиальный подшипник выполнен в виде подшипника скольжения, состоящего из взаимодействующих между собой втулки-цапфы, напрессованной на палец крестовины, и втулки-вкладыша, смонтированной в расточке щековины, крышка выполнена проходной с отверстием, в котором установлен упорный подшипник скольжения, выполненный в виде стакана, сопряженного внутренней цилиндрической поверхностью с хвостовиком пальца крестовины по посадке с натягом, контактирующего внутренним кольцевым торцом с торцом втулки-цапфы и взаимодействующего наружной поверхностью дна стакана с внутренним цилиндрическим выступом глухой крышки, которым она установлена в отверстии проходной крышки, фланец глухой крышки расположен над фланцем проходной крышки, между указанными фланцами установлен пакет регулировочных прокладок, глухая крышка прикреплена к щековине вилки шарнира с помощью болтов, проходящих через отверстия во фланце проходной крышки, расположенные между отверстиями под болты ее крепления к щековине, а головки болтов крепления проходной крышки установлены впотай в гнездах, выполненных на ее фланце вокруг отверстий под болты (Патент № RU2122145. Опубл.20.11.1998).
Однако известное решение имеет сложную конструкцию, которая, несмотря на наличие отдельных идентичных элементов, не позволяет предотвращать закусывание, заклинивание соединяемых элементов не предупреждает и не уменьшает удельные давления при радиальных и осевых нагрузках.
Известно опорно-поворотное устройство, содержащее поворотный корпус, посаженный на неподвижное основание с возможностью вращения относительно первичной оси поворота, расположенные в нижней части корпуса механизм азимутального вращения с поворотным относительно первичной оси узлом, связанным с неподвижным зубчатым колесом, и в верхней части корпуса механизм поворота по углу места, в поворотном корпусе установлен также выходной вал, вращающийся вокруг вторичной оси поворота, перпендикулярной первичной оси, на каждую ось поворота введен цифровой датчик, связанный с поворотным корпусом посредством фиксации его относительно него в окружном направлении посредством опорного держателя, несущего в плоскости параллельно соответствующей оси введенный индуктивный датчик; неподвижное зубчатое колесо установлено на неподвижном основании и снабжено установленной на первичной оси жестко связанной с неподвижным основанием чашеобразной деталью; выходной вал выполнен из двух сопряженных вилочных звеньев, образующих между собой на вторичной оси поворота полость; снабжен  спрофилированной площадкой опорного держателя для размещение элементов  разъемного соединения цифрового датчика (Патент № RU96292. Опубл. 20.07.2010).
Однако известное решение не предназначено для его использования при соединении патрубков, проводящих различных рабочих сред.
Известна задвижка с разгруженным запорным узлом, содержащая корпус с цилиндрической полостью. В ней размещен запорный узел из трех притертых друг к другу керамических элементов. Один из керамических элементов, поворотный, имеет привод. Два других - неподвижные в тангенциальном направлении. Поворотный и неподвижный запорные керамические элементы имеют проходные окна. Задвижка имеет шариковый и нажимные узлы. Запорный узел размещен между нажимными упругими узлами, уравновешивающими друг друга. На торцевой поверхности фланцевой крышки корпуса под кольцевым выступом поворотного запорного элемента установлена осевая опора. Элемент запорного узла с входной стороны задвижки выполнен в виде кольца. В результате опорный и нажимные узлы отделены от воздействия рабочих сред, что позволяет повысить надежность работы задвижки (Патент № RU2135867. Опубл. 27.08.1999).
Однако конструкция известной задвижки не предназначена для: предупреждения и уменьшения как радиальных, так и вертикальных нагрузок, предотвращения закусывания, заклинивания соединяемых элементов, не позволяет блокировать пропускную способность различных сред.
Известен шкворневой узел, содержащий шкворень и опору шкворня, в котором опора шкворня снабжена подшипником качения, а шкворень имеет выступ, входящий в ответный паз опоры шкворня. Кроме того, шкворень может иметь сквозное отверстие (Патент № RU84335. Опубл. 10.07.2009).
Однако известная конструкция не предназначена для: предупреждения и уменьшения как радиальных, так и вертикальных нагрузок, предотвращения закусывания, заклинивания соединяемых элементов, не позволяет блокировать пропускную способность различных сред.
Известен поворотный узел пожарного монитора, содержащий входной и выходной патрубки, неподвижно соединенные соответственно с полыми корпусом и валом, соединенными между собой с возможностью взаимного поворота, подшипники и уплотнения подвижного соединения, в котором подшипники скольжения выполнены в виде колец из антифрикционного полимерного материала, а именно капролона (Патент № RU79434. Опубл. 10.01.2009).
Однако известный поворотный узел не позволяет повысить прочность соединения узла с концами труб путем накладывания сварных швов неплавящимся электродом с использованием присадочного материала, блокировать пропускную способность различных сред, устранить вероятность возникновения «вредного» контакта между корпусом и полым поворотным валом из-за отсутствия дополнительной проставки антифрикционной, предупредить возникновение турбулентности и кавитации.
Техническим результатом является расширение арсенала технических средств, позволяющих предупреждать и уменьшать удельные давления, повысить стойкость к радиальным и осевым нагрузкам, осуществить блокировку пропускной способности различных сред, предупредить возникновение турбулентности и кавитации. Кроме того, возможность сварки элементов конструкции неплавящимся электродом в аргоновой среде без использования присадочного материала.
Заявленный технический результат, согласно первому варианту, достигается тем, что в проходном  опорно-поворотном узле, содержащем, установленные с возможностью  поворота, выполненные в виде ступенчатых втулок: цапфу проходную, оснащенную кольцами уплотнительными, и полый поворотный вал,  на котором установлены  подшипники  скольжения, выполненные из антифрикционного материала, корпус, элементы крепления, механическую передачу, корпус выполнен цельным, на одном из торцев  цапфы проходной и полого поворотного вала по внутреннему диаметру выполнены бурты, между цапфой проходной и полым поворотным валом установлена проставка, выполненная из  антифрикционного материала, одна из наружных ступеней полого поворотного вала оснащена элементом механической передачи, который расположен в дополнительном корпусе.
Целесообразно для повышения КПД узла элемент механической передачи выполнять в виде червячного винта, имеющего возможность контакта с червячным колесом.
Для расширения диапазона использования, целесообразно элементы механической передачи выполнять в виде цилиндрического зацепления или в виде конического зацепления.
Целесообразно для увеличения срока службы изделия в подшипниках скольжения в качестве антифрикционного материала и в проставке антифрикционной использовать капролон, или капролон, наполненный графитом, или бронза, или латунь, или т.п.
Заявленный технический результат, согласно второму варианту, достигается тем, что в проходном опорно-поворотном узле, содержащем, установленные с возможностью  поворота, выполненные в виде ступенчатых втулок: цапфу проходную, оснащенную кольцами уплотнительными, и вал полый поворотный,  на последнем установлены  подшипники скольжения, выполненные из антифрикционного материала, корпус, кольца уплотнительные, элементы крепления, механическую передачу, корпус выполнен цельным, на одном из торцев  цапфы проходной и вала полого поворотного по внутреннему диаметру выполнены бурты, между цапфой проходной и валом полым поворотным установлена проставка, выполненная из  антифрикционного материала, одна из наружных ступеней вала полого поворотного оснащена элементом механической передачи, выполненным гладким,  при этом  вал полый поворотный расположен до бурта в дополнительном корпусе.
Заявленный технический результат, согласно третьему варианту, достигается тем, что в проходном опорно-поворотном узле, содержащем, установленные с возможностью  поворота, выполненные в виде ступенчатых втулок: цапфу проходную, оснащенную кольцами уплотнительными, и вал полый поворотный,  на последнем установлены  подшипники скольжения, выполненные из антифрикционного материала, корпус, кольца уплотнительные, элементы крепления, механическую передачу, корпус выполнен цельным, на одном из торцев  цапфы проходной и вала полого поворотного по внутреннему диаметру выполнены бурты, между цапфой проходной и валом полым поворотным установлена проставка фрикционная, одна из наружных ступеней полого поворотного вала оснащена элементом механической передачи, выполненным гладким, при этом  полый поворотный вал расположен до бурта в дополнительном корпусе, кроме того вторые торцы цапфы проходной и  полого поворотного вала, выполнены в виде 1/2 части диска и установлены с возможностью вращения.
Настоящее изобретение поясняют подробным описанием, графическими материалами, на которых:
Фиг. 1 - показывает главный вид в разрезе проходного опорно-поворотного узла, согласно первому варианту;
Фиг. 2 – изображает местный вид (выноску)в увеличенном масштабе соединения трубы с цапфой проходной посредством бурта, который выполнен на её торце;
Фиг. 3 - изображает местный вид (выноску)в увеличенном масштабе соединения трубы с валом полым поворотным посредством бурта, который выполнен на его торце;
Фиг.4 – показывает компоновку проходного опорно-поворотного узла с механической передачей в виде червячного зацепления в аксонометрии;
Фиг. 5 – показывает, повернутую на 180°, компоновку проходного опорно-поворотного узла с механической передачей в виде зубчатого зацепления в аксонометрии;
Фиг. 6 - показывает главный вид в разрезе проходного опорно-поворотного узла, согласно второму варианту;
Фиг. 7 - показывает главный вид в разрезе проходного опорно-поворотного узла, согласно третьему варианту;
Фиг. 8 – характеризует направление действия радиальной силы «Р» в шариковом радиальном подшипнике;
Фиг. 9 – характеризует направление действия поперечной силы «У» в шариковом упорном подшипнике;
Фиг. 10 – характеризует одновременное направление действий радиальной силы «Р» и поперечной силы «У» в подшипниках скольжения, проходного опорно-поворотного узла.
Проходной опорно-поворотный узел (далее узел) (вариант 1) содержит цапфу проходную 1 (Фиг. 1-5). Цапфа проходная 1 выполнена в виде ступенчатой втулки. На одном её торце по внутреннему диаметру выполнен бурт 2. По наружной поверхности ступени меньшего диаметра цапфы проходной 1 выполнено не менее двух кольцевых проточек, в каждой из которых размещено кольцо уплотнительное 3. Со стороны второго торца цапфы проходной 1 установлена проставка 4, выполненная из антифрикционного материала, которая имеет возможность контакта с внутренней ступенью вала полого поворотного 5. Последний выполнен в виде ступенчатой втулки по наружной и внутренней поверхностям. На одном из торцев выполнен бурт 6 вала полого поворотного 5. Узел оснащен механической передачей. При этом одна из наружных ступеней вала 5 полого поворотного, оснащена элементом механической передачи. На ступене элемента механической передачи большего наружного диаметра 7 вала 5 полого поворотного нарезан зубчатый венец. Зубчатый венец может быть в виде червячного колеса, или цилиндрического зацепления, или конического зацепления и т.п. На наружных поверхностях меньших диаметров вала полого поворотного 5 с обеих сторон от большего наружного диаметра 7, размещены подшипники скольжения 8 и 9. В качестве антифрикционного материала в подшипниках 8, 9 и проставке 4 может быть использован следующий материал: капролон, или капролон, наполненный графитом, или бронза, или латунь, или т.п.
Подшипники 8 и 9 закреплены корпусом 10. Вал полый поворотный 5, больший наружный диаметр 7 которого оснащен зубьями, предназначен для выполнения функций зубчатого колеса. С помощью большего наружного диаметра 7   вал полый поворотный 5 имеет возможность контакта с зубчатым валом 11. Элемент зубчатой передачи, в частности червячный вал 11, или зубчатое колесо с цилиндрическими или коническими зубьями, опосредовано зафиксирован дополнительным корпусом 12. Дополнительный корпус 12 может быть выполнен в случае червячного зацепления в виде отсеченной части полого цилиндра. Отсечение части выполнено посредством продольной осевой горизонтальной поверхности. Кроме того, вдоль продольной оси внутри дополнительного корпуса 12 выполнены продольные проточки. По наружной поверхности дополнительного корпуса 12 выполнены выемки в виде углублений, по две с каждой стороны, для размещения в них элементов крепления.
По диаметру наружной поверхности цапфы проходной 1 равномерно выполнены выемки в виде углублений для размещения в них элементов крепления упомянутой цапфы проходной 1 с корпусом 10. Цапфа проходная 1 закреплена с концом трубы 13. Вал полый поворотный 5 закреплен на конце трубы 14. Использование механической передачи в виде червячной пары 7 и 11, или пар из цилиндрических и пар конических зубчатых колес, предназначено для перемещения труб 13 и 14 в автоматическом режиме.
Проходной опорно-поворотный узел (далее узел) (вариант 2) аналогично первому варианту содержит цапфу проходную 1 выполненную в виде ступенчатой втулки, на одном из торцев которой по внутреннему диаметру выполнен бурт 2 (Фиг. 6). По наружной поверхности ступени меньшего диаметра цапфы проходной 1 выполнено не менее двух кольцевых проточек, в каждой из которых размещено кольцо уплотнительное 3. Со стороны второго торца цапфы проходной 1 установлена проставка 4, выполненная из антифрикционного материала. При этом вал полый поворотный 15 выполнен в виде ступенчатой втулки по наружной и внутренней поверхностям. На одном из его торцев выполнен бурт 16. Узел оснащен механической передачей.  Ступень большего наружного диаметра 17, одного их элементов механической передачи, вала полого поворотного 15, выполнена гладкой. На наружных поверхностях меньшего диаметра вала 15 полого поворотного с обеих сторон от большего наружного диаметра 17, размещены подшипники скольжения 8 и 9. Подшипники 8 и 9 закреплены корпусом 18 с цапфой проходной 1 с помощью элементов крепления, каждый из которых расположен в выполненных по наружной поверхности и расположенных равномерно по диаметру наружной поверхности выемках цапфы проходной 1. Во втором варианте исполнения проходной опорно-поворотный узел предназначен для перемещения труб 13 и 14 в ручном режиме.
Проходной опорно-поворотный узел (вариант 3) аналогично вариантам 1 и 2 укомплектован кольцами уплотнительными 3, подшипниками скольжения 8 и 9, проставкой 4, выполненной из антифрикционного материала, корпусом 18, элементами крепления (Фиг. 7).  При этом на одном из торцев цапфы проходной 19 выполнен по внутреннему диаметру бурт 20. Второй торец цапфы проходной 19 выполнен в виде 1/2 части диска 21. Кроме того на одном торце вала 22 полого поворотного выполнен бурт 23. Второй торец вала 22 полого поворотного выполнен в виде 1/2 части диска 25. Части дисков 21 и 25 установлены с возможностью вращения. Бурты 20 и 23 выполнены аналогично буртам 2 и 6 изображенным на фигурах 2 и 3.
Использование проходного опорно-поворотного узла в варианте 3 предназначено для перемещения труб 13 и 14 в ручном режиме, с возможностью блокировки частями дисков 21 и 24 пропускной способности различных сред по трубам 13 и 14 (трубопровод).
Проставка 4, выполненная из антифрикционного материала, во втором и в третьем вариантах исполнения может быть изготовлена из капролона, капролона наполненного графитом, или из различных видов бронзы или латуни и т.п.
Подшипники скольжения 8 и 9 в вариантах два и три могут быть выполнены из антифрикционного материала, в качестве которого рекомендуется использовать капролон, капролон наполненный графитом, или из различных видов бронзы или латуни и т.п.
На фигурах 8 и 9 показаны воздействия радиальной силы «Р», соответственно цилиндрические поверхности выделены жирной чертой, и осевой силы «У», соответственно торцевые поверхности выделены жирной чертой. На фигуре 10 показано совокупное воздействие радиальной силы «Р» и осевой силы «У» в подшипниках скольжения 8 и 9, которые торцевыми плоскостями 26 и 27 воспринимают поперечные усилия (выделено жирной чертой), а цилиндрическими наружной 28 и внутренней 29 поверхностями воспринимают радиальные усилия (выделены жирной чертой), возникающие в проходном опорно-поворотном узле в процессе его использования. Проставка 4, выполненная из антифрикционного материала, установленная в сочетании с подшипниками скольжения 8 и 9, усиливает буферный эффект в процессе эксплуатации проходного опорно-поворотного узла.
Варианты проходного опорно-поворотного узла (далее узел) используют следующим образом.
Предварительно скомпонованный узел размещают между концами двух труб 13 и 14. Затем тонким сварным швом приваривают: используя бурт 2 и 6, или 2 и 16, или 20 и 23 цапфу проходную 1 к концам, соответственно, труб 13 и 14. Используя, соответственно, механическую передачу, элементами которой являются соответственно червячное колесо 7 и червяк 11, или цилиндрические или конические зубчатые колеса (вариант 1) в автоматическом режиме разворачивают конец трубы 13 по отношению к концу трубы 14. В вариантах два и три выполнения проходного опорно-поворотного узла аналогично разворачивают конец трубы 13 по отношению к трубе 14 в ручном режиме. При необходимости перекрытия потока среды, в процессе эксплуатации узла, вращают части дисков 21 и 24 до совмещения их диаметров.
Предложенное изобретение расширяет арсенал технических средств, которые позволяют предотвращать закусывание, заклинивание соединяемых элементов, осуществить блокировку пропускной способности различных сред.
Кроме того, предупреждает и уменьшает удельные давления, повышает выносливость и стойкость к радиальным и осевым нагрузкам, предупреждает возникновение турбулентности и кавитации.
Кроме того, снижает себестоимость узла путем экономии сварочных составляющих.