Электромеханическое устройство ограничения крутящего момента в электроприводе запорной арматуры

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована для управления запорной арматурой, снабженной электроприводами.
При резком торможении затвора арматуры, происходящем в момент достижения затвором крайних положений или аварийного заедания в процессе движения затвора на открытие или закрытие, крутящий момент на выходном валу электропривода возрастает за счет использования кинетической энергии ротора электродвигателя. Ограничение крутящего момента путем отключения электродвигателя при определенном значении крутящего момента предотвращает поломку.
Известно электромеханическое устройство ограничения крутящего момента в электроприводе запорной арматуры, принятое в качестве прототипа, (патент РФ №143478 на полезную модель, публикация 27.07.2014, МПК F16K 31/04), включающее корпус и планетарный редуктор, содержащий входное центральное колесо, сателлит, находящийся с ним в зацеплении, водило, закрепленное от вращения упругим элементом (пружиной сжатия) с возможностью поворота водила и отключения в результате данного поворота электропитания электропривода при ограничиваемом крутящем моменте. Кроме того, планетарный редуктор содержит дополнительный сателлит, неподвижно и соосно соединенный с первым сателлитом, имеющий отличное от него число зубьев, а также выходное центральное колесо, находящееся в зацеплении с дополнительным сателлитом. При включении электродвигателя электропривода входное центральное колесо, кинематически связанное с выходным валом электродвигателя, передает вращение на первый сателлит и дополнительный сателлит и далее через сателлиты и на выходное центральное колесо, кинематически связанное с входным звеном передаточного механизма электропривода. В случае возникновения в передаточном механизме электропривода крутящего момента, равного ограничиваемому значению, при котором выходное центральное колесо перестанет вращаться, вращение от входного центрального колеса через сателлиты и передается на водило. Водило поворачивается, деформирует упругий элемент (пружину сжатия) и передвигает продольно стержень, подпружиненный пружиной сжатия. При продольном перемещении подпружиненного стержня гайка, расположенная на его конце, нажмет на рычаг (кнопку) выключателя электродвигателя и остановит работу электропривода.
Аналог обладает тем недостатком, что во время работы на сателлиты воздействует неравномерная нагрузка, обусловленная погрешностями изготовления и монтажа деталей и приводящая к преждевременному нарушению нормальной работы устройства ограничения крутящего момента в электроприводе запорной арматуры. Недостатком, также, является невозможность увеличения максимального крутящего момента на выходном валу устройства ограничения крутящего момента без увеличения габаритных размеров и, соответственно, массы планетарного редуктора в устройстве ограничения крутящего момента.
Технической задачей полезной модели является создание устройства ограничения крутящего момента, позволяющего увеличить максимальный крутящий момент без увеличения габаритов электропривода.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в повышении надежности работы электромеханического устройства ограничения крутящего момента в электроприводе запорной арматуры при увеличении максимального крутящего момента электропривода.
Технический результат достигается тем, что электромеханическое устройство ограничения крутящего момента в электроприводе запорной арматуры содержит корпус и редуктор, одно из звеньев которого закреплено с упором в упругий элемент для предотвращения вращения вокруг своей оси и выполнено с возможностью поворота этого звена вокруг своей оси и отключения электропитания электропривода в результате данного поворота при ограничиваемом крутящем моменте, при этом редуктором является волновой редуктор с промежуточными телами качения, содержащий входной венец, промежуточные тела качения, генератор и выходной вал - сепаратор, закрепленным от вращения звеном является генератор.
По сравнению с планетарной передачей прототипа, волновой редуктор с промежуточными телами качения обеспечивает большой крутящий момент при минимальном количестве ступеней передач (2-3 ступени). Так как габариты волнового редуктора с промежуточными телами качения возрастают незначительно с увеличением максимального крутящего момента, на который он рассчитан, то и заявляемое электромеханическое устройство ограничения крутящего момента будет иметь меньшие габариты для больших крутящих моментов по сравнению со электромеханическим устройством ограничения крутящего момента, в котором используют планетарный редуктор согласно прототипу.
Для лучшего понимания сущности заявляемой полезной модели ниже представлены неограничивающие сущность полезной модели графические материалы, где:
на фиг.1 показан продольный разрез электромеханического устройства ограничения крутящего момента в электроприводе запорной арматуры;
на фиг.2 показан разрез А-А с фиг.1;
на фиг.3 представлен увеличенный вид Б с фиг.2.
Электромеханическое устройство предназначено для ограничения крутящего момента в электроприводе, содержащем электродвигатель 1 (фиг.1) и передаточный механизм 2 (фиг.1), входное звено которого показано позицией 3 на фигуре 1.
Заявляемое устройство включает корпус 4 (фиг.1, 2), в котором установлен волновой редуктор с промежуточными телами качения, содержащий входной венец 5 (фиг.1), промежуточные тела качения (ролики) 6 (фиг.1), генератор 7 (фиг.1), выходной вал - сепаратор 8 (фиг.1). Входной венец 5 соединен с ротором электродвигателя 1. Шестерня 3 выходного вала - сепаратора 8 является входным звеном передаточного механизма 2. Генератор 7 закреплен с упором в упругий элемент 9 (фиг.2) для предотвращения вращения вокруг своей оси с возможностью поворота генератора 7 вокруг своей оси и отключения электропитания электропривода в результате данного поворота при ограничиваемом крутящем моменте.
Заявляемое устройство устанавливают между электродвигателем 1 привода и его передаточным механизмом 2, при этом входной венец 5 кинематически связан с электродвигателем 1, а шестерня, установленная на выходном валу - сепараторе 8 - с входным звеном передаточного механизма 2 электропривода.
Упругий элемент 9 установлен с опорой на корпус 4 и в упор хомута 10 (фиг.2), закрепленного на генераторе 7. Модуль упругости элемента 9 выбирают таким образом, чтобы при ограничиваемом крутящем моменте генератор 7 деформировал бы элемент 9, повернулся и за счет своего поворота инициировал отключение электропитания электропривода.
В качестве упругого элемента 9 можно использовать пружину сжатия. Внутри пружины 9 установлен стержень 11 (фиг.2) с возможностью продольного перемещения при повороте генератора 7 под действием ограничиваемого крутящего момента. Стержень 11 может упираться одним концом в упор хомута 10 в направлении, препятствующем вращению генератора 7 при включенном электродвигателе 1. Второй конец стержня 11 расположен таким образом, что воздействует на рычаг выключателя 12 (фиг.2) электродвигателя 1 и отключает его питание при повороте упора хомута 10. Конец пружины 9, обращенный к упору хомута 10, опирается в выступ на стержне 11. Противоположный конец пружины 9 опирается на корпус 4. Для регулирования значения крутящего момента, при котором электропитание электродвигателя 1 должно быть отключено, на втором конце стержня 11 имеется винт 13 (фиг.2) с гайкой 14 (фиг.2), установленной с возможностью изменения ее положения на винте 13. Винт 13 может быть выполнен полым, свободно посажен на конце стержня 11 с возможностью вращения и закреплен от продольного перемещения по стержню 11 с помощью выступа 15 (фиг.2) на стержне 11 и стопорного кольца 16 (фиг.2). Гайка 14 закреплена от вращения за счет выступа 17 (фиг.2), выполненного на гайке 14 и скользящего в продольном пазу на втулке 18 (фиг.2), неподвижно присоединенной к корпусу 4. Гайка 14 установлена таким образом, что может воздействовать на рычаг выключателя 12 электродвигателя 1 при повороте генератора 7 и отключать электропитание электродвигателя 1. При вращении винта 13 гайка 14 перемещается по нему, приближаясь или удаляясь от выключателя 12. Тем самым соответственно уменьшается или увеличивается степень деформации упругого элемента 9 (пружины) и, следовательно, уменьшается или увеличивается ограничиваемый крутящий момент. На втулке 18 имеется шкала настройки крутящего момента 19 (фиг.3). Для задания ограничиваемого крутящего момента совмещают метку на гайке 14, вращая винт 13, с меткой значения крутящего момента на шкале 19.
Для упора стержня 11, подпружиненного пружиной 9 на генераторе 7 может быть закреплен хомут 10 с выступом 20 (фиг.2).
Для работы заявляемого устройства в условиях изменения направления вращения (реверса) электродвигателя 1 предусмотрен второй упругий элемент 9, например, пружина, установленная с другой стороны выступа 20 хомута 10, закрепленного на генераторе 7.
Устройство работает следующим образом.
При включении электродвигателя 1 электропривода венец 5, кинематически связанный с выходным валом электродвигателя 1 (в конкретном исполнении венец 5 установлен на нем), передает вращение через ролики 6 на выходной вал - сепаратор 8, кинематически связанный с входным звеном передаточного механизма 2 электропривода (в конкретном исполнении шестерня 3, установленная на выходном валу - сепараторе 8 кинематически связана с зубчатым колесом входного вала передаточного механизма 2).
В случае возникновения в передаточном механизме 2 электропривода крутящего момента, равного ограничиваемому значению, при котором выходной вал сепаратор 8 перестанет вращаться, вращение от венца 5 через ролики 6 передается на генератор 7, который проворачивается в подшипниках 21 (фиг.1), закрепленных в корпусе 4. При повороте генератора 7, выступ 20 хомута 10 деформирует упругий элемент 9 (пружину сжатия) и передвигает продольно стержень 11. При продольном перемещении подпружиненного стержня 11 гайка 14, расположенная на его конце, нажмет на рычаг (кнопку) выключателя 12 электродвигателя 1 и остановит работу электропривода.
Таким образом, равномерность нагружения элементов редуктора способствует увеличению долговечности и эксплуатационной надежности заявляемого устройства ограничения крутящего момента. Заявляемая конструкция также обеспечивает работу при увеличенном крутящем моменте очень компактным способом без разрушения узлов электромеханического устройства ограничения крутящего момента.