ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ МУФТА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к предохранительным упруго-демпфирующим муфтам для передачи вращения и может быть использована в приводах тяжело нагруженного технологического оборудования.
Известна гидромеханическая муфта, по патенту РФ №2186270, содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного механизма и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель.
К основному недостатку этой муфты можно отнести сложность балансировки ее, из-за смещения элементов передаточного механизма, особенно на высоких частотах вращения.
За прототип выбрана гидромеханическая муфта по патенту РФ №2310778 от 10.10.2005 года, F16D 28/06; F16D 25/12; F16D 31/00, содержащей две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства в виде передачи винт-гайка и гидроцилиндра, который гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором, а резьба передачи винт-гайка может быть выполнена несамотормозящейся.
К недостаткам прототипа можно отнести сложность изготовления, настройки и ремонта, так как большинство деталей муфты являются элементами гидросистемы, а для изменения настройки золотников требуется практически полная разборка муфты.
Целью изобретения является упрощение конструкции, настройки и ремонта муфты.
Эта цель достигается тем, что в гидромеханической муфте, содержащей две полумуфты, кинематически связанные посредством дифференциального передаточного механизма винт-гайка с не самотормозящейся резьбой, шлицевую втулку и гидроцилиндр, гидравлически связанный с гидродемпфером или с гидроаккумулятором посредством управляемого гидрораспределителя с системой управления по моменту на муфте, винт связан со шлицевой втулкой и, через подшипниковый узел, с гидроцилиндром, гайка закреплена на неподвижном основании посредством подшипникового узла с возможностью вращения, а гидросистема закреплена на основании.
Такое выполнение муфты позволит использовать в конструкции стандартные элементы гидросистемы, что упростит конструкцию и ремонт, а также разместить все узлы регулировки гидросистемы на неподвижном основании, что упростит настройку муфты и регулировку параметров гидросистемы в процессе работы муфты.
Кроме того, гидродемпфер и гидроаккумулятор могут быть выполнены гидромеханическими или гидрогазовыми. В последнем случае возможности управления рабочими параметрами муфты могут быть существенно расширены, за счет изменения давления газа в гидрогазовом демпфере и гидроаккумуляторе при настройке и даже в процессе работы муфты.
Кроме того, в линии между гидроцилиндром и гидродемпфером может быть установлен дроссель, степень дросселирования которого можно довольно просто изменять при настройке, а также в процессе работы муфты, что позволит регулировать и даже управлять процессом упругого демпфирования переменной нагрузки со стороны технологической машины, в приводе которой установлена данная муфта.
На фиг.1 изображена схема гидромеханической муфты; на фиг.2 - схема передаточного устройством в виде дифференциального механизма винт-гайка.
Муфта содержит ведущую 1 и ведомую 2 полумуфты (фиг.1), которые кинематически связаны между собой посредством передаточного механизма 3 и гидроцилиндра 4. Поршневая полость гидроцилиндра 4 гидравлически связана попеременно с демпфером 5 и гидроаккумулятором 6 через управляемый гидрораспределитель 7. Система управления по моменту на муфте 8 обеспечивает связь подвижного элемента гидрораспределителя 7 с поршневой полость гидроцилиндра 4, либо со штоком гидроцилиндра 4 или с ведомой полумуфтой 2 (два последних варианта на чертеже не показаны), так как давление поршневой полости и смещение штока пропорциональны моменту сопротивления со стороны технологический машины на ведомой полумуфте. Выбор варианта связи определяется из условий компоновки привода конкретной технологической машины.
Подвижный элемент гидрораспределителя 7 может быть возвращен в исходное положение упругим элементом 9, а при срабатывании муфты он стопорится механизмом фиксации 10. Отключение механизма фиксации 10 может быть выполнено от системы управления 8, либо от автономной системы (на рисунке не показана), работающей по команде оператора технологической машины.
В простейшем случае демпфер 5 и гидроаккумулятор 6 могут быть поршневыми гидромеханическими, когда возврат поршня в исходное положение осуществляется упругим элементом, например пружиной (на чертеже не показаны).
Более перспективно использовать гидрогазовые устройства в качестве демпфера 5 и гидроаккумулятора 6. В этом случае газовые полости 5 и 6 целесообразно связать с системами, позволяющими изменять количество газа в газовых полостях. Газовая полость демпфера 5 связывается через распределитель или через вентили 11 и 12 с источником высокого давления 13 и с атмосферой, а газовая полость гидроаккумулятора 6 через вентили 14 и 15 с источником низкого давления 16 и с атмосферой. Вентилями 11, 12, 14 и 15 можно управлять вручную, при настройке параметров работы муфты, либо автоматически системой управления 8, изменяя параметры газовых полостей в процессе работы муфты.
Контроль давления в газовых полостях осуществляется при помощи манометров 17 и 18 соответственно, либо при помощи датчиков давления (на чертеже не показаны), связанных с системой управления 8.
В магистрали, связывающей демпфер 5 с гидрораспределителем 7, установлен дроссель 19 и параллельно ему может быть установлен обратный клапан 20 с возможностью перетекания рабочей жидкости из демпфера 5 в гидроцилиндр 4. Дроссель 19 целесообразно выполнить регулируемым. Степень дросселирования может изменяться вручную, при настройке параметров работы муфты, либо автоматически системой управления 8.
Передаточный механизм 3 выполнен в виде дифференциального механизма винт-гайка (фиг.2), который включает шлицевую втулку 1, выполняющую роль ведущей полумуфты, которая с одной стороны связана с двигателем непосредственно или через редуктор (на чертеже не показаны), а с другой стороны втулка 1 связана через шлицевое соединение с винтом 21. Винт 21 связан, через подшипниковый узел 22, со штоком гидроцилиндра 4 и взаимодействует с гайкой 23, которая совместно с шестерней 2 выполняют роль ведомой полумуфты. Гайка закреплена в основании с возможностью вращения посредством подшипникового узла 24.
Муфта работает следующим образом. В рабочем состоянии подвижный элемент гидрораспределителя 7 находится в нижнем положении, что обеспечивает гидравлическую связь поршневой полости гидроцилиндра 4 с демпфером 5. При возрастании момента на муфте, гайка 23 начинает вращаться медленнее относительно винта 21. В результате чего винт 21 движется в осевом направлении вправо (на чертеже) и через подшипниковый узел 22 воздействуют на шток гидроцилиндра 4. Давление в штоковой полости гидроцилиндра повышается, и часть рабочей жидкости перетекает в демпфер 5 до тех пор, пока не установится равновесное состояние.
При снижении момента на муфте, винт 21 смещается в обратном направлении, давление в штоковой полости гидроцилиндра 4 понижается и часть рабочей жидкости быстро перетекает через обратный клапан 20 в гидроцилиндр 4, минуя дроссель 19, пока не установится равновесное состояние.
При кратковременном возрастании рабочей нагрузки выше допустимой, система управления 8 обеспечивает задержку команды на срабатывание гидрораспределителя 7, возрастает момент на гайке 23, что приводит к дополнительному движению винта 21 относительно гайки 23. Это, в свою очередь, приводит к смещению штока гидроцилиндра и возрастанию давления в гидросистеме. Часть жидкости при этом перетекает в демпфер 5, сжимая в нем газ (либо пружину). При снижении рабочей нагрузки происходит обратный процесс. При этом из-за гидравлических сопротивлений в системе, а также в дросселе 19 происходит рассеивание части энергии и затухание колебательного процесса.
Если момент на муфте превышает допустимый достаточно продолжительное время, то система управления 8 дает команду на срабатывание гидрораспределителя 7 и золотник смещается вверх. При этом сжимается упругий элемент 9 и срабатывает механизм фиксации золотника 10. Рабочая жидкость из гидроцилиндра 4 перетекает в гидроаккумулятор 6, давление в котором значительно меньше, чем в демпфере, поршень со штоком гидроцилиндра 4 и винтом 21 занимают крайне левое (на рисунке) положение, размыкая шлицевое соединение во втулке 1, что приводит к размыканию полумуфт, т.е. к срабатыванию предохранительной муфты. Отключается электродвигатель привода и, при необходимости, стравливается давление в газовых полостях демпфера 5 и гидроаккумулятора 6 при помощи вентилей 12 и 15.
После устранения причины аварийной ситуации, автоматически или вручную повышается давление газа в гидроаккумуляторе 6 и часть жидкости вытесняется в гидросистему. Затем система управления 8 отключает механизм фиксации 10 и упругий элемент 9 возвращает золотник гидрораспределителя 7 в исходное положение. Демпфер 5 соединяется с поршневой полостью гидроцилиндра 4, давление в газовой полости демпфера повышается до рабочего, шток гидроцилиндра 4 занимает исходное крайне правое (на чертежах) положение, давление в газовой полости гидроаккумулятора повышается до рабочего и муфта приходит в исходное состояние, то есть самовосстанавливается.