ЭЛЕКТРОПРИВОД С РУЧНЫМ ДУБЛЕРОМ

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована в трубопроводном транспорте нефти, газа и других продуктов для управления запорной арматурой трубопроводов.
Известен электропривод с ручным дублером (патент РФ №2239116, F 16 K 31/05, публ. 27.10.04), являющийся наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели. Электропривод содержит электродвигатель, редуктор, кулачковую муфту, установленную на входном валу редуктора, зубчатое колесо, размещенное на кулачковой муфте и приводимое во вращение от электродвигателя, маховик с валом, установленным соосно над входным валом редуктора и выполненным с возможностью соединения с ним, и фиксатор положения вала маховика (то есть фиксатор отключенного положения ручного дублера). Кулачковая муфта установлена с возможностью свободного вращения на входном валу редуктора и содержит две полумуфты, сопрягаемые торцевые поверхности которых снабжены криволинейными кулачками. Причем одна полумуфта жестко соединена с зубчатым колесом. Вторая полумуфта установлена с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с торцевой
поверхностью вала маховика, а также соединена подвижным шлицевым соединением с ограничителем ее осевого перемещения. Ограничитель осевого перемещения выполнен в виде втулки с выступом, которая неподвижно и соосно установлена на входном валу редуктора. При включении электродвигателя зубчатое колесо приводится во вращение. Так как зубчатое колесо неподвижно соединено с одной полумуфтой, то эта полумуфта и вторая полумуфта, сопрягаемая с ней с помощью криволинейных кулачков, начинают вращаться. При этом вторая полумуфта поднимается по криволинейным кулачкам вдоль оси входного вала редуктора в шлицевом соединении, связывающем ее с ограничителем, и упирается в выступы на ограничителе. После этого ограничитель приходит в движение и, будучи неподвижно установленным на входном валу редуктора, приводит последний во вращение.
При отсутствии электрического питания и возникновении необходимости использовать ручной дублер соединяют вал маховика с входным валом редуктора путем перемещения вала маховика сверху вниз до сцепления с входным валом редуктора. В результате, при вращении маховика ручного дублера обеспечивается передача движения на входной вал редуктора. Если же вновь включается электродвигатель, то ручной дублер автоматически отключается по следующей кинематической цепи. При вращении ротора
электродвигателя вращается зубчатое колесо с первой полумуфтой. В начале вращения первой полумуфты происходит ее проворот относительно второй полумуфты. Вторая полумуфта смещается вверх вдоль оси входного вала редуктора в подвижном шлицевом соединении до упора в торцевую поверхность вала маховика так, что перемещает вал маховика вверх до расцепления с входным валом редуктора. Пружинно-шариковый фиксатор фиксирует вал маховика, удерживая ручной дублер в отключенном состоянии. При этом шарик фиксатора попадает в углубление (кольцевую канавку) на внешней поверхности вала маховика и закрепляется там с помощью пружины, установленной рядом с ним и давящей на него. Далее вторая полумуфта продолжает свое движение до упора в выступ ограничителя. Ограничитель приходит в движение и приводит во вращение входной вал редуктора.
Недостаток данного электропривода заключается в следующем. Согласно ГОСТ 16035 максимальное усилие на маховике (рукоятке вращения) привода ручного дублера должно составлять не более 750 Н. Так как маховик с валом установлен соосно над входным валом редуктора и вал маховика соединяется напрямую с входным валом редуктора, то при повышенном крутящем моменте на выходном звене электропривода, например, до 50000 Нм для выполнения условия ГОСТ 16035 с соблюдением приемлемых размеров маховика (не более
1 м в диаметре) требуется увеличить суммарное передаточное число передачи от маховика к выходному звену редуктора электропривода, что можно сделать в данной конструкции лишь за счет увеличения передаточного числа редуктора. Но в этом случае снижается угловая скорость выходного звена редуктора и, следовательно, увеличивается время закрытия или открытия задвижки (затвора, шибера и т.п.) запорной арматуры трубопровода сверх требуемого значения (например, не более 7 минут). То есть в данной конструкции для обеспечения 750 Н необходимо увеличить диаметр маховика, передаточное число редуктора, но при этом уменьшается скорость вращения выходного звена редуктора и время закрытия задвижки.
Задачей полезной модели является создание эффективных электропривода и его ручного дублера в случае повышенного крутящего момента на выходном звене электропривода, например, с крутящим моментом до 50000 Нм.
Технический результат заключается в том, что в электроприводах с повышенным крутящим моментом (например, до 50000 Нм на выходном звене редуктора) достигается значение максимального усилия на маховике (рукоятке вращения) привода ручного дублера не более 750 Н (согласно ГОСТ 16035) без увеличения размеров рукоятки вращения или передаточного числа редуктора электропривода и, следовательно, без уменьшения скорости вращения выходного звена
редуктора электропривода и скорости движения затвора запорной арматуры.
Как и наиболее близкий аналог, заявленный электропривод, содержит корпус, электродвигатель, редуктор, зубчатое колесо, установленное соосно с входным валом редуктора и приводимое во вращение от электродвигателя, ручной дублер, содержащий выходной вал и рукоятку для вращения и выполненный с возможностью кинематической связи его выходного вала с входным валом редуктора, фиксатор отключенного положения ручного дублера, кулачковую муфту, установленную соосно с возможностью свободного вращения на входной вал редуктора и содержащую две полумуфты, сопрягаемые торцевые поверхности которых снабжены криволинейными кулачками, причем первая полумуфта неподвижно соединена с зубчатым колесом, а вторая полумуфта установлена с возможностью осевого перемещения, ограничитель осевого перемещения второй полумуфты, выполненный в виде элемента, неподвижно и соосно установленного на входном валу редуктора и соединенного со второй полумуфтой подвижным шлицевым соединением.
В отличие от наиболее близкого аналога ограничитель осевого перемещения второй полумуфты выполнен в виде дополнительного зубчатого колеса, ось выходного вала ручного дублера расположена параллельно оси входного вала редуктора, а возможность кинематической связи между выходным валом ручного дублера и входным валом редуктора осуществляется за счет зубчатого колеса, неподвижно и соосно установленного на выходном валу ручного дублера и находящегося в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом, неподвижно и соосно установленным на подвижной в осевом направлении оси и выполненным с возможностью зацепления в результате его осевого перемещения с дополнительным зубчатым колесом и с возможностью расцепления с ним раньше упора второй полумуфты в ограничитель при воздействии на ось промежуточного зубчатого колеса выступа, расположенного на второй полумуфте.
Поверхности скольжения кулачков муфты могут быть выполнены под углом 60° к плоскости поперечного сечения входного вала редуктора электропривода.
Выступ на второй полумуфте может быть выполнен по окружности внешней поверхности второй полумуфты, а электропривод снабжен рычажным механизмом для осевого перемещения промежуточного зубчатого колеса до его сцепления с дополнительным зубчатым колесом, при этом рычажный механизм соединен с
толкателем выступа, симметрично отстоящем относительно оси входного вала редуктора от места взаимодействия выступа и оси промежуточного зубчатого колеса, и выполнен подпружиненным.
Кинематическая цепь ручного дублера может содержать редуктор, входной вал которого соединен с рукояткой для вращения и перпендикулярен выходному валу ручного дублера.
Заявленный электропривод изображен на фигурах 1-4 со следующими обозначениями: 1 - корпус, 2 - электродвигатель, 3 - редуктор; 4 - зубчатое колесо, установленное соосно с входным валом редуктора 3; 5 - входной вал редуктора 3; 6 - выходной вал ручного дублера; 7 - рукоятка для вращения ручного дублера; 8 - фиксатор отключенного положения ручного дублера; 9 - первая полумуфта; 10 - вторая полумуфта; 11 - криволинейные кулачки первой полумуфты; 12 - криволинейные кулачки второй полумуфты; 13 - дополнительное зубчатое колесо (ограничитель осевого перемещения второй полумуфты); 14 - подвижное шлицевое соединение второй полумуфты 10 и дополнительного зубчатого колеса (ограничителя) 13; 15 - зубчатое колесо, установленное на выходном валу 6 ручного дублера; 16 - промежуточное зубчатое колесо; 17 - ось промежуточного зубчатого колеса 16; 18 - выступ, расположенный на второй полумуфте 10; 19 - рычажный механизм для осевого перемещения промежуточного зубчатого колеса 16; 20 - толкатель выступа 18; 21 -
редуктор ручного дублера; 22 - входной вал редуктора 21 ручного дублера.
Электропривод содержит (фиг.1, 3) корпус 1, в котором размещены электродвигатель 2 и редуктор 3. Зубчатое колесо 4 установлено соосно с входным валом 5 редуктора 3. Зубчатое колесо 4 приводится во вращение от электродвигателя 2, например, при помощи шестерни (на фигурах не указана), установленной на валу электродвигателя 2 и находящейся в зацеплении с зубчатым колесом 4.
Электропривод содержит также ручной дублер. Ручной дублер включает выходной вал 6 и рукоятку 7 для вращения ручного дублера. Ось выходного вала 6 ручного дублера расположена параллельно оси входного вала 5 редуктора 3. Ручной дублер выполнен с возможностью кинематической связи его выходного вала 6 с входным валом 5 редуктора 3. Кроме того, электропривод включает фиксатор 8 (фиг.1 и 2) отключенного положения ручного дублера.
На входном валу 5 редуктора 3 имеется кулачковая муфта, установленная соосно с входным валом 5 редуктора 3 и свободно вращающаяся на нем. Кулачковая муфта содержит две полумуфты 9 и 10. Сопрягаемые торцевые поверхности полумуфт 9 и 10 снабжены криволинейными кулачками 11 и 12 (фиг.4). Первая полумуфта 9
неподвижно соединена с зубчатым колесом 2. Вторая полумуфта 10 установлена с возможностью осевого перемещения на входном валу 5 редуктора 3. Ограничитель 10 осевого перемещения второй полумуфты выполнен в виде дополнительного зубчатого колеса 13, неподвижно и соосно установленного на входном валу 5 редуктора 3. Дополнительное зубчатое колесо 13 соединено со второй полумуфтой 10 подвижным шлицевым соединением 14.
Как было указано выше, ручной дублер выполнен с возможностью кинематической связи его выходного вала 6 с входным валом 5 редуктора 3. Возможность кинематической связи между выходным валом 6 ручного дублера и входным валом 5 редуктора 3 осуществляется за счет зубчатого колеса 15. Зубчатое колесо 15 неподвижно и соосно установлено на выходном валу 6 ручного дублера и постоянно находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 16. Промежуточное зубчатое колесо 16, в свою очередь, неподвижно и соосно установлено на оси 17, которая подвижна в осевом направлении. В результате осевого перемещения промежуточного зубчатого колеса 16 вместе с осью 17 промежуточное зубчатое колесо 16 входит в зацепление с дополнительным зубчатым колесом 13. В зацепленном состоянии промежуточное зубчатое колесо 16 может удерживаться любым
фиксатором, например, с помощью стопора (на фигурах 1 и 2 позицией не обозначен).
Промежуточное зубчатое колесо 16 выполнено с возможностью расцепления с дополнительным зубчатым колесом 13 при воздействии на ось 17 выступа 18. Выступ 18 расположен на внешней поверхности второй полумуфты 10. В расцепленном состоянии промежуточное зубчатое колесо 16 удерживается, как было сказано выше, с помощью фиксатора 8. Фиксатор 8 (фиг.2) может быть пружинно-шарикового типа и представлять собой подпружиненный шарик, располагающийся в канавке конического профиля, сделанной по окружности оси 17. Размеры элементов электропривода должны обеспечивать расцепление промежуточного зубчатого колеса 16 и дополнительного зубчатого колеса 13 прежде, чем дополнительное зубчатое колесо 13, которое является также ограничителем осевого перемещения второй полумуфты 10, прекратит это осевое перемещение, то есть до того, как вторая полумуфта упрется в торец дополнительного зубчатого колеса (ограничителя) 13. Это условие необходимо для того, чтобы ручной дублер отключился от электропривода раньше, чем входной вал 5 редуктора 3 придет во вращение от электродвигателя 2. Ход второй полумуфты 10 до ее упора в ограничитель (дополнительное зубчатое колесо) 13 больше,
чем величина перекрытия при зацеплении зубьев промежуточного зубчатого колеса 16 и дополнительного зубчатого колеса 13.
Поверхности скольжения кулачков 11 и 12 полумуфт 9 и 10 соответственно выполнены под углом 60° к плоскости поперечного сечения входного вала 5 редуктора 3 (фиг.3).
Выступ 18 на второй полумуфте 10 может быть выполнен по окружности внешней поверхности второй полумуфты 10. При этом электропривод снабжен рычажным механизмом 19. Рычажный механизм 19 предназначен для осевого перемещения промежуточного зубчатого колеса 16 до его зацепления с дополнительным зубчатым колесом 13.
Рычажный механизм 19 соединен с толкателем 20, выполненным, например, в виде пальца. Толкатель 20 предназначен для равномерного перемещения выступа 18 вниз вдоль оси входного вала 5 редуктора 3. Для этого толкатель 20 расположен симметрично относительно оси входного вала 5 редуктора 3 от места взаимодействия выступа 18 и оси 17. Рычажный механизм 19 может быть кулисным, шарнирным или любым другим. Для возврата рычажного механизма 19 в исходное положение он выполнен подпружиненным.
Кинематическая цепь ручного дублера (фиг.3) может содержать редуктор 21, предназначенный для облегчения и удобства вращения ручного дублера. Редуктор 21 имеет входной вал 22, который соединен
с рукояткой 7 для вращения. При этом входной вал 21 перпендикулярен выходному валу 6 ручного дублера. Редуктор 21 может быть червячный, конический и другой, обеспечивающий указанное выше условие. Дополнительная передача редуктора 21 обеспечивает перемещение ручного дублера при меньшем количестве оборотов, совершаемых оператором, так как уменьшается усилие на рукоятке вращения 7 привода ручного дублера. Вращение рукоятки 7, установленной сбоку, более удобно, чем вращение рукоятки 7, установленной в электроприводе сверху.
Устройство работает следующим образом.
При включении электродвигателя 2 приходит во вращение зубчатое колесо 4. Так как зубчатое колесо 4 неподвижно соединено с первой полумуфтой 9, то первая полумуфта 9 также начинает вращаться. Одновременно происходит проворот первой полумуфты 9 относительно второй полумуфты 10. Вследствие взаимодействия криволинейных кулачков 11 и 12 вторая полумуфта 10 смещается вверх вдоль оси входного вала 5 редуктора 3 по подвижному шлицевому соединению 14, связывающему вторую полумуфту 10 и ступицу дополнительного зубчатого колеса 13. Вторая полумуфта 10 смещается в осевом направлении до тех пор, пока не упрется в торец дополнительного зубчатого колеса 13, которое является ограничителем ее осевого перемещения. После этого вторая
полумуфта 10 начинает вращаться и приводит во вращение входной вал 5 редуктора 3, неподвижно соединенный со второй полумуфтой 10. Редуктором 3 может являться, например, волновой редуктор, редуктор с промежуточными телами качения, планетарная передача.
При прекращении работы электродвигателя 2 и возникновении необходимости использовать ручной дублер образуют кинематическую связь между выходным валом 6 ручного дублера и входным валом 5 редуктора 3. Для этого подвижную ось 17 вместе с неподвижно установленным на ней промежуточным зубчатым колесом 16 выводят из положения, зафиксированного фиксатор 8, и перемещают в осевом направлении. Подвижную ось 17 вместе с промежуточным зубчатым колесом 16 перемещают до тех пор, пока зубья промежуточного зубчатого колеса 16 не коснуться зубьев дополнительного зубчатого колеса 13. По мере необходимости подкручивают рукояткой 7 ручной дублер так, чтобы зубья промежуточного зубчатого колеса 16 совпали с зубьями дополнительного зубчатого колеса 13. В случае совпадения их зубьев промежуточное зубчатое колесо 16 свободно входит в зацепление с дополнительным зубчатым колесом 13. После этого положение промежуточного зубчатого колеса 16 фиксируется, например, с помощью стопора (на фигурах позицией не обозначен).
После отключения электродвигателя 2 вторая полумуфта 10 и, соответственно, выступ 18 могут остаться в верхнем положении, при
этом кулачки 11 и 12 смещены друг относительно друга. Тогда при передвижении оси 17 до зацепления с дополнительным зубчатым колесом 13, нижний торец оси 17 давит на выступ 18 и перемещает его и соединенную с ним вторую полумуфту 10 в исходное положение. Переход полумуфты 10 в исходное положение необходим для гарантированного включения ручного дублера.
После образования кинематической связи между выходным валом 6 ручного дублера и входным валом 5 редуктора 3 с помощью рукоятки 7 приводят во вращение выходной вал 6 ручного дублера.
От выходного вала 6 движение передается зубчатому колесу 15, которое постоянно находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 16. Промежуточное зубчатое колесо 16 начинает вращаться и вращать дополнительное зубчатое колесо 13, которое неподвижно установлено на входном валу 5 редуктора 3. В результате вращается входной вал 5 редуктора 3.
Автоматическое отключение ручного дублера происходит следующим образом. При включении электродвигателя 2 приходит во вращение зубчатое колесо 4. Так как зубчатое колесо 4 неподвижно соединено с первой полумуфтой 9, то первая полумуфта 9 также начинает вращаться. Одновременно происходит проворот первой полумуфты 9 относительно второй полумуфты 10. Вследствие взаимодействия криволинейных кулачков 11 и 12 вторая полумуфта 10
смещается вверх вдоль оси входного вала 5 редуктора 3 по подвижному шлицевому соединению 14, связывающему вторую полумуфту 10 и ступицу дополнительного зубчатого колеса 13.
Одновременно выступ 18, расположенный на второй полумуфте 10, смещается вверх в осевом направлении. При своем движении выступ 18 упирается в ось 17 промежуточного зубчатого колеса 16 и смещает колесо 16 в осевом направлении вплоть до его расцепления с дополнительным зубчатым колесом 13. Ось 17 промежуточного зубчатого колеса 16 фиксируется фиксатором 8 для удержания ручного дублера в отключенном состоянии. Если фиксатор 8 представляет собой подпружиненный шарик, имеющий ответную к нему канавку конусного профиля по окружности на внешней поверхности оси 17, то промежуточное зубчатое колесо 16 смещается от взаимодействия с выступом 18 до тех пор, пока шарик не попадет в канавку. Пружина фиксатора 8 давит на шарик и закрепляет его в канавке. Ось 17 занимает положение, гарантирующее отключение ручного дублера.
После отключения ручного дублера полумуфта 10 продолжает свое осевое движение вверх до упора в торец дополнительного зубчатого колеса 13. После этого вторая полумуфта 10 начинает вращаться и приводит во вращение входной вал 5 редуктора 3, неподвижно соединенный со второй полумуфтой 10. Таким образом, отключение ручного дублера происходит до того момента, когда
придет во вращение входной вал 5 редуктора 3 электропривода. Тем самым исключается возможность работы устройства от электродвигателя 2 при включенном ручном дублере, следовательно, исключается возможность поломки по этой причине электропривода и нанесения вреда здоровью персоналу, обслуживающему электропривод.
Для гарантированного включения ручного дублера при отключении электродвигателя 2 поверхности кулачков 11 и 12 полумуфт 9 и 10 могут быть выполнены под углом 60° к плоскости поперечного сечения входного вала 5 редуктора 3. В этом случае выступ 18 вместе со второй полумуфтой 10 возвращается вниз в исходное положение с меньшим сопротивлением, чем у наиболее близкого аналога, где кулачки расположены под углом 45° к плоскости поперечного сечения входного вала редуктора 3. Уменьшается осевое усилие при перемещении выступа 18 и второй полумуфты 10. В то же время указанный выше угол, равный 60°, гарантирует подъем второй полумуфты 10 при включении электродвигателя 2.
Для большего удобства в обращении с ручным дублером при его включении, а также для гарантированного возврата выступа 18 и для предотвращения его перекоса, выступ 18 на второй полумуфте 10 может быть выполнен по окружности внешней поверхности второй полумуфты 10. При этом электропривод снабжен рычажным
механизмом 19. Воздействуя на рычажный механизм 19, происходит осевое перемещение промежуточного зубчатого колеса 16 до его зацепления с дополнительным зубчатым колесом 13. Ось 17, на которой установлено колесо 16, давит своим нижним торцом на выступ 18. Одновременно рычажный механизм 19 перемещает толкатель 20. Толкатель 20 давит на выступ 18 с противоположной стороны от оси входного вала 5 редуктора 3. В результате происходит равномерное воздействие на выступ 18, позволяющее избежать перекоса выступа 18.
Для автоматического возврата рычажного механизма 19 в исходное положение он выполнен подпружиненным.
Кинематическая цепь ручного дублера может содержать редуктор 21. Входной вал 22 редуктора 21 (фиг.3) перпендикулярен выходному валу 6 ручного дублера, поэтому рукоятка вращения 7 находится на боковой части электропривода, что дополнительно повышает удобство в эксплуатации электропривода. При включенном ручном дублере вращают рукоятку 7 и, следовательно, входной вал 22 редуктора 21. Движение от редуктора 21 передается по кинематической цепи на выходной вал 6 ручного дублера, зубчатое колесо 15, промежуточное зубчатое колесо 16, дополнительное зубчатое колесо 13, входной вал 5 редуктора 3.
Таким образом, в заявленном электроприводе с повышенным крутящим моментом (например, до 50000 Нм на выходном звене
редуктора) достигается значение максимального усилия на маховике (рукоятке вращения) привода ручного дублера не более 750 Н (согласно ГОСТ 16035) без увеличения размеров рукоятки вращения или передаточного числа редуктора электропривода и, следовательно, без уменьшения скорости вращения выходного звена редуктора электропривода и скорости движения затвора запорной арматуры.
Данное техническое решение позволяет создать эффективный электропривода и его ручной дублер в случае повышенного крутящего момента на выходном звене электропривода, например, с крутящим моментом до 50000 Нм.