ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОВОРОТНЫЙ ПРИВОД ДЛЯ УСТРОЙСТВА ВХОДА И ВЫХОДА, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ДВЕРИ
ELECTRIC ROTARY ACTUATOR FOR THE INPUT AND OUTPUT DEVICE, IN PARTICULAR FOR A DOOR

Настоящее изобретение относится к поворотному приводу для перемещения двери с ориентируемым или поворотным затвором, в частности для транспортных средств, например автобусов и поездов.
Ориентируемый затвор двери транспортного средства, например автобуса, соединен с ориентируемыми рычагами или непосредственно с поворотной стойкой и может перемещаться за счет вращательного движения поворотной стойки из открытого положения в закрытое положение.
В первой известной компоновке перемещение поворотной стойки осуществляется при помощи поворотного привода с внешним кожухом, закрепленным к конструкции транспортного средства, и выходного вала, опирающегося на внешний кожух и неразъемно соединенного с поворотной стойкой во время вращения. Таким образом, перемещение затвора происходит в результате вращения выходного вала, при этом кожух остается неподвижным. В подобной первой компоновке известно использование поворотного привода с пневматическим линейным приводом и винтовой трансмиссией, преобразующей линейное движение линейного привода во вращательное движение выходного вала.
Во второй известной компоновке перемещение поворотной стойки происходит за счет поворотного привода с внешним кожухом, который непосредственно сам образует поворотную стойку или который неразъемно закреплен при вращении к поворотной стойке, а также неподвижного вала, который опирается на внешний кожух и закреплен к конструкции транспортного средства. В отличие от первой компоновки, перемещение затвора в данном случае происходит в результате вращения внешнего кожуха, при этом вал остается неподвижным.
Во второй компоновке предпочтительно используется компактный электрический поворотный привод, поскольку известные гидродинамические приводы имеют слишком большой диаметр, не позволяющий им выступать в качестве поворотной стойки.
Известные электрические поворотные приводы оснащены электромагнитным стопором, который постоянно упруго выталкивается в фиксирующее положение для удержания двери в закрытом положении при отключении электрического привода и может электрически расцепляться во время использования поворотного привода.
Кроме этого известные электрические поворотные приводы должны оснащаться механическим устройством аварийного открытия на случай перебоев с подачей электропитания, позволяющим открывать дверь, даже если невозможно расцепить электромагнитный стопор.
В качестве устройства аварийного открытия известно использование механического разъединителя между соответствующими ступенями редуктора поворотного привода, который обеспечивает разъединение, например, за счет ручного разъединения боуденовского троса.
Поворотные приводы должны создавать большой закрывающий крутящий момент, в диапазоне от 120 Нм до 250 Нм, позволяющий выдерживать сильные удары в случае вандализма и в особенности позволяющий предотвращать возникновение области пониженного давления, что может приводить к открытию дверей на междугородних транспортных средствах, движущихся с высокой скоростью.
Между тем  большой закрывающий крутящий момент значительно увеличивает трение между компонентами разъединителя, для разъединения которого приходится прикладывать усилие, превышающее физические возможности детей, пожилых людей или женщин.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить разъединитель для электрического поворотного привода и электрический поворотный привод для перемещения двери с ориентируемым затвором, в частности для транспортных средств, например, автобусов, параметры которого позволяют устранить недостатки известного уровня техники.
Одна из целей изобретения заключается в том, чтобы предложить разъединитель, позволяющий избежать значительного трения между его компонентами за счет приложения меньшего ручного усилия.
Другая цель изобретения заключается в том, чтобы предложить разъединитель, имеющий прочную, простую конструкцию и компактный размер.
Эти и другие цели достигаются при помощи поворотного привода для входного/выходного устройства, в частности, для ориентируемой и/или поступательно перемещаемой двери или рампы и т.п. общественных транспортных средств, содержащего:
- электродвигатель;
- редуктор, снабженный входным элементом, соединенным с выходным элементом электродвигателя, и выходным элементом, соединенным с выходных валом поворотного привода;
- разъединитель, соединенный с редуктором, который может приводиться в действие для разъединения выходного вала от выходного вала электродвигателя;
в котором разъединитель содержит:
- первый вал с имеющейся у него трубчатой стенкой, образующей внутреннюю полость и одно или несколько сквозных отверстий;
- второй вал, вращательно вставленный во внутреннюю полость трубчатой стенки вокруг оси вращения и образующий одну или несколько фиксирующих полостей, которые могут накладываться на сквозные отверстия;
- один или несколько фиксирующих элементов, входящих в сквозные отверстия в трубчатой стенке и перемещающихся между:
радиально внутренним положением, зацепляясь со сквозным отверстием и с фиксирующей полостью, предотвращая относительное вращение между первым валом и вторым валом, и радиально внешним положением снаружи фиксирующих полостей, допускающим относительное вращение между первым валом и вторым валом,
- регулировочную втулку, вставленную в трубчатую стенку и аксиально перемещающуюся между зафиксированным положением и расцепленным положением, при котором регулировочная поверхность регулировочной втулки обращена в сторону сквозных отверстий, и имеющую такую форму, что когда регулировочная втулка находится в зафиксированном положении, регулировочная поверхность фиксирует фиксирующие элементы в радиально внутреннем положении, а когда контрольная втулка находится в расцепленном положении, регулировочная поверхность допускает перемещение фиксирующих элементов в радиально внешнее положение,
- по меньшей мере один рычаг, который может поворачиваться вокруг опорной точки и у которого имеется первый торец, зацепляющийся с регулировочной втулкой, и второй торец, соприкасающийся с кулачком, который имеет такую форму и может перемещаться из положения покоя в рабочее положение таким образом, чтобы перемещать второй торец рычага в направлении, поперечном оси вращения, а первый торец рычага в направлении (преимущественно параллельно оси вращения) так, чтобы переместить регулировочную втулку из зафиксированного положения по меньшей мере вдоль начального отрезка длины в направлении расцепленного положения, при этом первое расстояние между первым торцом рычага и опорной точкой меньше второго расстояния между вторым торцом рычага и опорной точкой.
За счет редукции разъединительного движения ход регулировочной втулки из зафиксированного положения в расцепленное положение и наоборот меньше соответствующего хода кулачка из положения покоя в рабочее положение и наоборот.
За счет комбинации регулировочной втулки и кулачково-рычажного механизма редуктора достигается значительное уменьшение усилия, необходимого для разъединения вручную поворотного привода, а также уменьшение совокупных размеров поперечно оси вращения.
Для лучшего понимания изобретения и его преимуществ будут рассмотрены далее несколько типовых, неограничивающих вариантов его осуществления со ссылкой на чертежи, где:
на фиг. 1 показан вид в перспективе электрического поворотного привода с разъединителем по одному из вариантов осуществления;
на фиг. 2 показан вид в перспективе привода по фиг. 1 без внешней стенки;
на фиг. 3 показан вид в продольном сечении привода по фиг. 1;
на фиг. 4 показан укрупненный вид фрагмента IV по фиг. 3;
на фиг. 5, 6, 7 показаны укрупненные виды фрагментов V, VI по фиг. 2;
на фиг. 8A, 8B и 8C изображена последовательность разъединения при поворотном движении поворотного привода по одному из вариантов осуществления;
на фиг. 9A и 9B показаны виды в сечении в поперечной плоскости IX по фиг. 8A и 8B;
на фиг. 10 изображен электрический поворотный привод, интегрированный в поворотную стойку двери для общественных транспортных средств;
на фиг. 11A и 11B изображен один из вариантов осуществления входного/выходного устройства для общественных транспортных средств.
Поворотный привод 1 для входного/выходного устройства, в частности ориентируемой и/или поступательно перемещаемой двери или рампы и т.п. в общественных транспортных средствах, содержит кожух 2, электродвигатель 3, редуктор 4, входной элемент которого соединен с выходным элементом 6 электродвигателя 3, а выходной элемент 7 соединен с выходным валом 8 поворотного привода 1, а также разъединитель 9, который соединен с редуктором 4 и может приводиться в действие для разъединения выходного вала 8 от выходного элемента 6 электродвигателя 3.
По одному из аспектов изобретения разъединитель 9 содержит первый вал 10 с имеющейся у него трубчатой стенкой 11, образующей внутреннюю полость, и одно или несколько сквозных отверстий 12, второй вал 13, вставленный во внутреннюю полость трубчатой стенки 11 с возможностью вращения вокруг оси R вращения и образующий одну или несколько фиксирующих полостей 14 в положении, при котором они могут накладываться на сквозные отверстия 12.
В сквозные отверстия 12 трубчатой стенки 11 вставлены один или несколько фиксирующих элементов 15, например, роликовых элементов, сфер и т.п., которые могут перемещаться между радиально внутренним положением (фиг. 8A, 9A), зацепляясь со сквозным отверстием 12 и фиксирующей полостью 14, предотвращающим относительное вращение между первым валом 10 и вторым валом 13, и радиально внешним положением (фиг. 8C, 9B) снаружи фиксирующих полостей, допускающим относительное вращение между первым валом 10 и вторым валом 13.
В трубчатую стенку 11 вставлена регулировочная втулка 16, которая может аксиально скользить между зафиксированным положением (фиг. 8A) и расцепленным положением (фиг. 8C). Регулировочная поверхность 17 регулировочной втулки 16 обращена в сторону сквозных отверстий 12 и имеет такую форму, что когда регулировочная втулка 16 находится в зафиксированном положении, регулировочная поверхность 17 фиксирует фиксирующие элементы 15 в радиально внутреннем положении, а когда регулировочная втулка 16 находится в расцепленном положении, регулировочная поверхность 17 позволяет фиксирующим элементам перемещаться в радиально внешнее положение.
Для перемещения регулировочной втулки 16 редуктор разъединителя снабжен по меньшей мере одним рычагом 18, который может вращаться вокруг опорной точки 19 и у которого имеется первый торец 20, зацепляющийся с регулировочной втулкой 16, и второй торец 21, соприкасающийся с кулачком 22, который может перемещаться из положения покоя (фиг. 8A) в рабочее положение (фиг. 8B). Кулачок 22 и рычаг 18 расположены таким образом и имеют такую форму, чтобы во время перемещения кулачка 22 из положения покоя в рабочее положение кулачок выталкивал второй торец 21 рычага в направлении, поперечном оси R вращения, а первый торец 20 рычага перемещался соответственно в направлении, преимущественно параллельном оси R вращения, и выталкивал регулировочную втулку 16 из зафиксированного положения по меньшей мере на начальном отрезке хода в направлении расцепленного положения.
За счет выбора формы кулачка 22 и отношения плеч рычага, т.е. соотношения между расстоянием от торцов 20, 21 рычага до опорной точки 19 можно получить два этапа редукции разъединительного движения для достижения большей редукции усилия, необходимого для ручного разъединения поворотного привода 1, а также уменьшения общих размеров устройства поперечно оси R вращения.
На самом деле, за счет редукции разъединительного движения ход регулировочной втулки 16 из фиксирующего положения в расцепленное положение и наоборот может быть намного меньше соответствующего хода кулачка 22 из положения покоя в рабочее положение и наоборот.
По одному из вариантов осуществления первое расстояние между первым торцом 20 рычага и опорной точкой 19 меньше чем второе расстояние между вторым торцом 21 рычага и опорной точкой 19.
По дополнительному варианту осуществления кулачковая поверхность или рабочая поверхность 23 кулачка 22, зацепляемая вторым торцом 21 рычага, наклонена таким образом, чтобы ход второго торца 21 рычага был короче соответствующего хода кулачка 22.
Это позволяет уменьшить совокупные радиальные размеры таким образом, чтобы поворотный привод 1 можно было встроить в поворотную стойку 50 (фиг. 10) двери и в любом случае устранить трение между фиксирующими элементами 15 и первым 10 и вторым 13 валами при разъединении вручную.
По одному из вариантов осуществления кулачок 22 содержит переходную втулку 25, одетую на регулировочную втулку 16 и аксиально подвижную между положением покоя и рабочим положением. Переходная втулка 25 образует множество уклонов или клинообразных рабочих поверхностей 23 кулачка, наклоненных относительно оси R вращения под углом менее 45°, предпочтительно менее 30°. Желательно используются три кулачковые рабочие поверхности 23, которые могут быть расположены с одинаковым угловым шагом.
Переходная втулка 25 также содержит соединительный фланец 27 для соединения одного или нескольких приводных передающих устройств или соединительных тяг 29.
В изображенном на фигурах варианте осуществления три соединительные тяги 29, в частности удлиненные расплющенные металлические штанги, расположены с угловым шагом в 120° и проходят в направлении, параллельном оси R вращения от соединительного фланца 27 вдоль внешней стороны электродвигателя 3 вверх, до боуденновского соединителя 31, расположенного с одной стороны электродвигателя, оппозитно разъединителю 9 и соединены с боуденовским тросом 32 для ручного приведения в действие разъединителя 9.
Кроме этого, переходная втулка 25 может образовывать по меньшей мере одну, а предпочтительно несколько опорных поверхностей 28, предотвращающих вращение, зацепляющихся с соответствующими предотвращающими вращение частями, например, с предотвращающими вращение штангами 30 опоры и кожухной конструкции 2 таким образом, чтобы предотвращать вращение переходной втулки 25 относительно опоры и кожухной конструкции 2, допуская при этом их относительное скольжение параллельно оси R вращения.
В областях между соединительным фланцем 27, кулачковыми рабочими поверхностями 23 и предотвращающими вращение опорными поверхностями 28 переходная втулка 25 предпочтительно образует облегчающие полости для уменьшения веса и себестоимости материала.
С каждой из кулачковых рабочих поверхностей 23 сопряжен один из вышеуказанных рычагов 18, который может быть шарнирно установлен на опору и кожухную конструкцию 2. Шарнирные оси 26 рычагов 18 проходят поперечно, предпочтительно перпендикулярно оси R вращения. Кроме этого рычаги 18 предпочтительно удерживаются таким образом, чтобы они могли колебаться лишь в плоскостях, проходящих радиально оси R вращения. Это является оптимальным условием для преобразования радиального усилия кулачка 22, действующего относительно рычагов 18, в аксиальное усилие рычагов относительно регулируемой втулки 16.
Рычаги 18 образуют первое плечо, проходящее от первого торца 20 рычага к опорной точке 19, и второе плечо, проходящее от второго торца 21 рычага до опорной точки 19.
Угол между первой плоскостью, содержащей шарнирную ось 26 и первый торец 20 рычага, и второй плоскостью, содержащей шарнирную ось 26 и второй торец 21 рычага, составляет от 70° до 110°, предпочтительно от 85° до 95°. Отношение плеч рычага между первым и вторым плечами составляет от 1:1.8 до 1:1.24 и 1:3.0.
На торцах 20, 21 первого и второго рычагов могут находиться ролики для роликового зацепления с соответствующей кулачковой рабочей поверхностью 23 и регулировочной втулкой 16.
По одному из вариантов осуществления регулировочная поверхность 17 может быть кольцевой и окружной по отношению к оси R вращения, либо, как вариант, можно использовать отдельные регулировочные поверхности 17 лишь у сквозных отверстий 12, в которые входят фиксирующие элементы, например, сферы 15. В плоскости поперечного сечения, проходящей радиально оси R вращения, регулировочная поверхность 17 имеет первую длину 33 (фиксирующую длину), проходящую, по существу, параллельно оси R вращения и удаленную на минимальное расстояние от оси R вращения (таким образом, чтобы фиксирующие сферы 15 не выходили из фиксирующих полостей 14 второго вала 13), промежуточную длину 34 (расцепляющую длину), соединенную с первой длиной 33 и наклоненную относительно оси R вращения таким образом, чтобы она расширялась до третьей длины 35 (расцепляемой и сдерживающей длины), проходящей, по существу, параллельно оси R вращения и удаленной на максимальное расстояние от оси R вращения (таким образом, чтобы фиксирующие сферы 15 выходили из фиксирующих полостей 14 второго вала 13, но не могли полностью выйти из сквозных отверстий 12 первого вала 10).
На передней стороне (стороне третьей расцепляющей и сдерживающей длины 35) регулировочная втулка 16 образует переднюю поверхность 36, обращенную в сторону первого торца 20 рычага и зацепляемую им для выталкивания регулировочной втулки 16 из фиксирующего положения.
По дополнительному аспекту изобретения кулачок 22 образует упорную поверхность 37, упирающуюся встык на конечном отрезке хода между промежуточным положением и рабочим положением кулачка 22, непосредственно в регулировочную втулку 16, выталкивая регулировочную втулку 16 в расцепленное положение без ослабления разъединяющего движения.
Таким образом, разъединение происходит за счет первоначальной демультиплицированной упорной фазы рычагов 18 с высоким упорным усилием и низкой скоростью скольжения регулировочной втулки 16, позволяя устранить трение фиксирующих элементов 15, и последующей непосредственной конечной упорной фазой кулачка 22 с относительно низким упорным усилием и высокой скоростью скольжения. Это позволяет уменьшить общие габариты разъединителя 9 до минимума.
В варианте осуществления по фиг. 4 упорная поверхность 37 образована на задней стороне кулачка 22, точно на соединительном фланце 27 переходной втулки 25, и может зацепляться при выталкивающем контакте между промежуточным положением и рабочим положением, заплечик 38 регулировочной втулки 16, например, стальное упругое кольцо, установленное в окружную канавку, предпочтительно находится на задней стороне регулировочной втулки 16, оппозитно ее передней стороне.
По одному из аспектов изобретения могут использоваться упругие средства 39, 40, постоянное выталкивающие регулировочную втулку 16 в фиксирующее положение, а кулачок 22 - в положение покоя. Упругие средства 39, 40 могут содержать первую пружину 39, постоянно выталкивающую регулировочную втулку 16 в фиксирующее положение, и вторую пружину, постоянно выталкивающую кулачок 22 в положение покоя.
Как вариант, единственная пружина постоянно выталкивает кулачок 22 в положение покоя, а кулачок 22 образует дополнительную упорную поверхность, которая может упираться встык в регулировочную втулку 16 для передачи ей усилия единственной пружины.
В изображенном на фигурах варианте осуществления первая пружина 39 соединена, после предварительного сжатия, между седлом 42 пружины на соединительном фланце 27 переходной втулки 25 и опорой и кожухной конструкцией 2. Поэтому первая пружина 39 не вращается вместе с первым или вторым валами; вместо этого она остается неподвижной и постоянно вращается вместе с переходной втулкой 25 и кожухом 2.
Вторая пружина 40 соединена, после предварительного сжатия, между задним торцом регулировочной втулки 16 и заплечиком 43 первого вала 10, например, стальным упругим кольцом, вставленным в окружную канавку первого вала 10. Поэтому вторая пружина 40 вращается вместе со вторым валом и, по возможности, с регулировочной втулкой 16. Обе пружины 39, 40 выталкивают переходную втулку 25 и регулировочную втулку 16 в одном и том же направлении (с передней стороны).
Для снижения шума можно использовать по меньшей мере одну третью пружину 41, постоянно выталкивающую рычаг 18 в сторону кулачка 22.
Разъединитель 8 функционирует следующим образом: за счет приведения в действие боуденовского троса при помощи аварийного ручного рычага, находящегося в общественном транспортном средстве, переходная втулка 25 перемещается из положения покоя в рабочее положение, тем самым перемещая рычаг 18, который выталкивает регулировочную втулку 16 (с увеличенным усилием и уменьшенной скоростью) из фиксирующего положения вдоль начальной длины хода в направлении расцепленного положения. На данном начальном отрезке длины фрикционное сопротивление фиксирующих сфер 15 преодолевается и начинает создаваться зазор для их перемещения в радиально внешнее положение, в промежуточном положении хода переходной втулки 25 последняя упирается встык непосредственно в регулировочную втулку 16 и выталкивает ее (без уменьшения усилия) в расцепленное положение, которое позволяет фиксирующим сферам 15 полностью выходить из фиксирующих полостей второго вала 13. Подобному выходу способствует наклон кромок фиксирующей полости 14, которая в случае относительного вращения между двумя валами (в результате приложения ручного усилия к двери транспортного средства) создает расклинивающий эффект, выталкивающий сферы наружу. После отпускания боуденовского троса пружины 39, 40 выталкивают регулировочную втулку и редукторную втулку в их соответствующие положения фиксирования и покоя, а за счет выравнивания фиксирующих полостей со сквозными отверстиями фиксирующие сферы автоматически выталкиваются назад в их радиально внутреннее положение.
По одному из вариантов осуществления редуктор 4 может содержать первую понижающую шестерню 44, например планетарную зубчатую шестерню, и вторую понижающую шестерню, например планетарную зубчатую шестерню, при этом разъединитель находится между первой 44 и второй понижающими шестернями. В частности, первый вал 10 неразъемно соединен при вращении с выходным валом 46 первой понижающей шестерни 44, например, трубчатая стенка 11 одета на выходной вал 46 и зафиксирована на нем при помощи фиксирующего выступа 47. Второй вал 13 образован непосредственно зубчатым входным валом 48 второй понижающей шестерни 45.
Автоматический фиксирующий тормоз (упруго предварительно нагруженный) с электромагнитным расцеплением, т.н. называемый стопор, сопряжен с приводным валом, предпочтительно с оппозитной стороны от электродвигателя 3 относительно редуктора 4, для сохранения вращательного положения привода 1 и для предотвращения открытия двери при выключении привода.
Кожух 2 может содержать вблизи боуденовского троса соединитель 31, контрольное отверстие, которое может быть закрыто крышкой 54.
Согласно вариантам осуществления:
- кожух 2 поворотного привода 1 является неразъемной частью поворотной стойки 50 входного/выходного устройства, например двери 52, и поворачивается вместе с поворотной стойкой 50, тогда как выходной вал 8 удерживается во время вращения за счет неразъемного соединения с рамой 51 транспортного средства, например, внутренними вращательно-поступательными дверьми (фиг. 10, 11A);
- кожух 2 поворотного привода 1 содержит соединительную часть для неразъемного соединения во время вращения с рамой 51 транспортного средства, тогда как выходной вал 8 удерживается во время вращения за счет неразъемного соединения с поворотной стойкой 50 двери 52, например, внешними вращательно-поступательными дверьми (фиг. 11B).
По другому варианту осуществления (фиг. 1A, 3) выходной вал 8 может образовывать геликоидальный кулачок 53, который может зацепляться с поворотной стойкой (когда привод неподвижно удерживается рамой 51) или с рамой 51 (когда привод опирается таким образом, чтобы он мог вращаться вместе с поворотной стойкой 50) для перевода двери 52 в закрытое положение, при котором дальнейшее вращение выходного вала 8 приводит к перемещению (линейного гаечно-винтового приводного типа) соединенного с ним компонента. В частности на первом этапе закрытия сила веса двери препятствует вращению геликоидального кулачка 53 выходного вала 8 относительно стойки или рамы, которой тот удерживается (при помощи соединения гаечно-винтового типа), а после того как дверь достигает упора при закрытии, кручение, передаваемое выходным валом 8 двери, превышает реакционный крутящий момент, создаваемый весом двери и переводит ее в зафиксированное положение, препятствующее ее открытию.
Таким образом, поворотный привод 1 обеспечивает как вращение, так и поступательное перемещение двери во время соответствующих определенных этапов, тем самым, обеспечивая выравнивание, зафиксированное поднятие и расцепленное опускание двери, на которой он установлен.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что в зависимости от конкретных областей применения поворотный привод и разъединитель по настоящему изобретению допускают изменения и модификации, которые входят в объем изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения.