Устройство возврата выходного звена исполнительного механизма рабочего органа в исходное положение

Полезная модель относится к области машиностроения, а более конкретно - к механическим приводам и может быть применена в составе исполнительного механизма рабочего органа.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является электрически управляемое устройство возврата (патент GB 973454 A на изобретение «Improvements in or relating to Electrically-controlled Coupling Mechanisms», приоритет от 18.07.1961), характеризуемое наличием пружины, постоянно соединенной одним концом с ведущим (входным) валом, а другим - с ведомым (выходным), а также тем, что указанные валы имеют управляемое сцепное соединение между собой.
Недостатками известного технического решения являются:
1. При срабатывании устройства возврата момент пружины передается не только на выходной вал, но и на входной. Во-первых, это может повредить приводной двигатель, соединенный с входным валом. Во-вторых, это приводит к дополнительной затрате пружиной энергии на вращение входного вала и приводного двигателя, что потребует применения пружины больших габаритов для учета этой работы. В-третьих, вся энергия пружины может провернуть входной вал, а не выходной и, таким образом, устройство возврата не выполнит свою функцию.
2. При неподвижных и соединенных входном и выходном валах друг с другом момент от нагрузки на выходном валу постоянно передается на входной вал и далее - на приводной двигатель, что требует постоянной затраты энергии двигателем на удержание выходного вала в требуемом положении, а также приводит к ускоренному износу приводного двигателя.
3. В устройстве предложен не серийный механизм реализации сцепного соединения между валами, что увеличивает вероятность отказа срабатывания устройства.
4. Предложена реализация сцепного соединения только с электромагнитным управлением, что ограничивает применяемость механизма, так как в некоторых сферах применения целесообразнее будет реализовать сцепной механизм с гидравлическим или пневматическим управлением.
5. Предложена реализация срабатывания устройства возврата только по снятию сигнала с управляющей линии. Это решение ограничивает сферу применения устройства, так как в некоторых случаях может потребоваться реализация возврата подачей сигнала по управляющей линии.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, состоит в оптимизации конструкции устройства возврата.
Технический результат, получаемый при реализации заявленного устройства, состоит в устранении известных недостатков, а именно: повышение надежности работы устройства и его приводного двигателя, снижение энергопотребления приводного двигателя, уменьшение габаритов пружины, обеспечение универсальности применения устройства.
Для достижения указанного технического результата предложено устройство возврата выходного звена исполнительного механизма рабочего органа в исходное положение, характеризующееся наличием по крайней мере одной спиральной пружины, которая одним концом связана с входным звеном, а другим - с выходным звеном, отличающееся тем, что связь одного конца спиральной пружины с входным звеном осуществляется через самотормозящийся механизм, а оба конца пружины связаны между собой через управляемую муфту для блокирования движения одного конца пружины относительно другого.
На фиг. 1 и фиг. 2 приведен пример реализации кинематической схемы предлагаемого устройства в составе исполнительного механизма. Фиг. 2 представляет собой разрез по червячному колесу.
Устройство возврата выходного звена исполнительного механизма рабочего органа в исходное положение состоит из одной или нескольких спиральных пружин, установленных в барабане 4, червячного колеса 3, червяка 2 и управляемой зубчатой нормально разомкнутой электромагнитной муфты. Червячное колесо 3 и червяк 2 образуют червячную передачу, являющуюся самотормозящимся механизмом. Спиральная пружина одним концом закреплена на корпусе барабана 4, а другим - на внутреннем валу IV. Корпус барабана 4 неподвижно связан с внешним валом III, внутри которого проходит внутренний вал IV барабана 4. На внешнем валу III неподвижно установлено червячное колесо 3, которое приводится в движение червяком 2 (Фиг. 2). Червяк 2 имеет валы I и II, являющиеся входными звеньями предлагаемого устройства. К валу I в предлагаемом примере реализации устройства присоединяется приводной двигатель 1. Приводной двигатель 1 может быть любого известного из уровня техники рода, например, электрического, гидравлического или пневматического. На внешнем валу III через шлицевое соединение установлена зубчатая полумуфта 5, которая может перемещаться вдоль внешнего вала III. Зубчатая полумуфта 5 является якорем электромагнитной системы муфты. На внутреннем валу IV неподвижно установлена зубчатая полумуфта 6. Катушка 7 электромагнитной муфты закреплена в корпусе 9. Зубчатые полумуфты 5, 6 и катушка 7 являются составляющими управляемой муфты. Управляемые муфты широко распространены в технике и представляют собой серийное изделие с отработанной конструкцией, поэтому применение такой муфты повышает надежность работы устройства. Управление муфтой осуществляется электрическим сигналом. Возможна установка муфты с гидравлическим или пневматическим управлением в зависимости от сферы применения устройства. Например, в случае применения предлагаемого устройства в составе гидравлической системы управления, содержащей другие различные гидравлические исполнительные механизмы и систему снабжения их рабочей жидкостью, в качестве двигателя 1 возможно применить гидромотор, а управление муфтой реализовать от так называемой централизованной гидравлической «линии защиты». Также в зависимости от сферы применения управляемая муфта может быть не только нормально разомкнутой, но и нормально замкнутой. Внутренний вал IV в данном примере является выходным звеном устройства. Если необходимо получить поступательное движение выходного звена, то к внутреннему валу IV может быть подключена винтовая передача 8. На конце штока винтовой передачи 8 имеется присоединение, в данном случае это проушина, для сочленения приводимого рабочего органа (не показан).
Устройство возврата выходного звена исполнительного механизма рабочего органа в исходное положение работает следующим образом. В исходном состоянии управляемая муфта разомкнута. Для создания установочного и рабочего натяжения пружины через валы I или II посредством, например, двигателя 1 создают момент, передаваемый через червяк 2, червячное колесо 3, внешний вал III на барабан 4. Барабан 4 начинает вращаться относительно внутреннего вала IV и создает натяжение пружины в барабане. Внутренний вал IV остается неподвижным, так как он находится на упоре, который может быть реализован в корпусе 9 или во внешнем приводимом рабочем органе. После того как был создан рабочий натяг пружины, двигатель 1 останавливается, и подается напряжение на катушку 7 электромагнитной муфты. Под воздействием электромагнитного поля полумуфта 5 перемещается по шлицам внешнего вала III и входит в зацепление с полумуфтой 6. Двигатель 1 начинает передавать момент через червяк 2, червячное колесо 3, внешний вал III на барабан 4. Одновременно происходит передача момента от внешнего вала III через полумуфты 5, 6 на внутренний вал IV из-за чего внутренний вал IV и барабан 4 вращаются с равными угловыми скоростями. Так как барабан 4 и внутренний вал IV вращаются с равными угловыми скоростями, момент пружины не изменяется и не передается на двигатель 1. С внутреннего вала IV момент может передаваться на приводимый рабочий орган напрямую или посредством показанной винтовой передачи 8. При обесточивании катушки 7 электромагнитной муфты полумуфта 5 под воздействием встроенных в управляемую муфту пружин (не показаны) перемещается по шлицам внешнего вала III и выходит из зацепления с полумуфтой 6, освобождая внутренний вал IV. Пружина в барабане 4 раскручивает внутренний вал IV и в конечном итоге перемещает приводимый рабочий орган в исходное положение до упора.