ПРИВОД МЕХАНИЗМОВ, АРМАТУРЫ И ИНЫХ УСТРОЙСТВ

Заявленное техническое решение относится к машиностроению, может использоваться как привод арматуры для водо, газо и теплоснабжения, например, для газопроводов, нефтепроводов, водопроводов, кингстонов и других устройств судов морского и речного флота, а также иных устройств различных отраслей промышленности.
Из уровня техники известны приводы SIMENS, в частности типа SKP или фирмы АUМА, типа SV, SA или регулирующие приводы типа SAR и иные приводы, использующие ручной и/или электрический привод с изменяющимися в процессе их работы передаточными отношениями, углами поворота звеньев, или их силовыми характеристиками. Основные типы конструкций арматуры с приводами приведены в справочнике «Трубопроводная арматура с автоматическим управлением». Справочник под общей редакцией С.И. Косых, Ленинград, «Машиностроение», ленинградское отделение, 1982. Эта категория приводов позволяет обеспечить дистанционное управление арматурой, ее открытия и закрытия, а также для определения положения рабочего элемента арматуры.
Недостатками указанных типов приводов является применение блока управления со сложными техническими и технологическими устройствами высокой стоимости.
В связи с этим требуется для механизмов, арматуры или иных устройств, в которых необходимо установить рабочий орган механизма в строго определенном положении, зависящем от условий работы этого механизма, разработать такое техническое решение привода, который может работать без блоков управления. Эту задачу в предложенном техническом решении обеспечивают за счет использования в приводе планетарного, дифференциального или адаптивного редуктора, в котором изменяются в процессе их работы передаточные отношения, углы поворота звеньев, или их силовые характеристики.
Известно изобретение «Планетарная зубчатая передача», авторское свидетельство SU 1222942, дата публикации 07.04.1986, МПК F16H 1/48, в котором центральное колесо связано с ведущий валом и два центральных колеса, одно из которых заторможено, а другое связано с ведомый валом. Причем внутренние венцы зубчатых колес выполнены упругими и соединены с соответствующими звеньями передачи посредством податливых цилиндрических оболочек. За счет этого достигается уменьшение бокового зазора в зацеплениях передачи, при этом снижаются динамические нагрузки и повышается кинематическая точность. Таким образом, данный редуктор обеспечивает три степени свободы. Однако такая конструкция не позволяет изменять в процессе работы передаточное число редуктора, имеет заторможенные звенья и не обеспечивает установку рабочего органа механизма в строго определенное положение.
Известна полезная модель «Зубчатая передача», патент RU 74430, опубликованная 27.06.2008, МПК F16H 1/00, включающая входной и выходной валы с солнечными шестернями, центральные шестерни, планетарные шестерни, водила, при этом водило первой ступени выполнено заодно с центральной шестерней второй ступени, а водило второй ступени выполнено заодно с центральной шестерней первой ступени. Такое техническое решение позволяет обеспечить конструкцию передающего механизма с возможностью автоматического бесступенчатого изменения оптимального передаточного отношения без вывода шестерен из зацепления и без дополнительных органов управления в зависимости от нагрузки на ведущем и ведомом валах. Однако данная задача решается за счет того, что два потока движения сходятся на планетарных шестернях и солнечной шестерне и находятся во временном «силовом равновесии», зависящем от нагрузки на ведомом валу. Таким образом, требуется регулировать нагрузку на вал, но с помощью данного устройства невозможно обеспечить установку рабочего органа механизма в строго определенное положение без систем управления самого двигателя привода. Кроме того, при резких остановках вала такой редуктор испытывает повышенные нагрузки из-за «временно» заторможенных звеньев, которые приводят к передаче повышенной нагрузки на сам двигатель. Поэтому невозможно такой редуктор использовать для всех типов приводов с электродвигателями и для различных величин перемещения выходного рабочего элемента механизма. Невозможно использовать такой редуктор в приводах с многооборотным двигателем, который применяют для управления и регулирования работы клапанов и задвижек, а также в приводах с неполноповоротными выходными валами, используемые для управления и регулирования работы шаровых кранов и заслонок (затворов), а также и для прямоходных клапанов, которые применяют подобно многооборотным электроприводам, и которые представляют собой инструмент для управления и регулирования работы клапанов и задвижек. Фактически данный редуктор имеет заторможенные звенья.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является изобретение «Автомагический мотор - вариатор с изменяющимся передаточным отношением без переключения передач и без контрольного устройства или с ним.», публикация WО 2010030205 от 18.03.2010 г., МПК F16H 3/74, F16H 48/06, F16H 3/74, заявка RU 2008136621, в котором зубчатый вариатор включает две и более ступени планетарных механизмов, центральные шестерни, планетарные шестерни, установленные на осях водила, водило, в котором водило первой ступени может быть выполнено за одно с центральной шестерней второй ступени или с водилом второй ступени, центральная шестерня первой ступени может быть выполнена за одно с водилом второй ступени или с центральной шестерней второй ступени. Вариатор обладает тремя степенями свободы и имеет передаточное отношение без вывода шестерней из зацепления и без устройств управления. Однако отсутствие вывода из зацепления осуществляется за счет изначальной остановки не менее одного звена. Иными словами, имеет заторможенные звенья. Кроме того, равенство близких по значению, но противоположных по направлению, сил от разных потоков мощности, таким образом, передавая нагрузку на входной вал.
Потоки мощности зависят от нагрузки на выходном валу, но система не позволяет использовать ее для всех типов приводов с электродвигателями и для различных величин перемещения выходного рабочего элемента механизма. Соотношения диаметров шестерен, межосевых расстояний, числа зубьев и модули зацеплений рассчитываются в соответствии с общеизвестными методиками. Техническое решение позволяет за счет подвижности звеньев от изменения нагрузки, сил, окружных и относительных скоростей звеньев, восстанавливать равенство противоположных сил для уравновешивания и установления звеньев в изначальное равновесное положение.
Данное техническое решение не способно изменять передаточное отношение, управление происходит только за счет равенства сил, при условии уравновешенности на звене, без учета правильного определения передаточного отношения, углов поворота звеньев, соответственно других параметров, что приводит к обкатыванию звеньев вокруг выходного звена, понижая эффективность управления. Поэтому невозможно передать управляемую мощность на рабочий орган арматуры, а также не позволяет изменять передаточное отношение.
В предложенном техническом решении преодолены все недостатки известных планетарных редукторов. Техническое решение позволяет существенно расширить арсенат технических средств приводов механизмов арматуры и иных устройств, в которых требуется переместить рабочий орган в строго заданное положение. При этом в предложенном техническом решении исключены дорогостоящие и сложные механизмы управления, а также появляется возможность использовать разные типы электродвигателей как наряду с ручным приводом, так и без него.
Задача решается тем, что в привод встраивается один из известных типов планетарных редукторов с не менее тремя степенями свободы. Известные планетарные редукторы с заторможенными звеньями осуществляют торможение этих звеньев различными способами - либо конструктивно, затормаживая их за корпус, фундамент или за какую либо иную опору, либо затормаживая динамически - путем уравновешивания противоположных сил. Для получения трех степеней свободы используют любой редуктор планетарного, дифференциального или адаптивного типа, в котором в процессе его работы обеспечено изменение передаточных отношений, углов поворота звеньев, или их силовых характеристик. Типы таких редукторов и их виды исполнения указаны в справочнике В.Н. Кудрявцева, Ю.Н. Кирдяшева и др., «Справочник:
«Планетарные передачи», Ленинград, «Машиностроение», 1977 г., 536 с.с. ил. Однако такие редукторы рассчитывают с помощью метода остановки водила, что дает ошибочные определения значений передаточных отношений между звеньями и их соотношений углов поворотов, а, следовательно, и всех других параметров, в том числе скоростей, контактных и изгибных напряжений, применяемых коэффициентов запасов прочности.
Новым в предложенном решении привода является то, что используют любой из приведенных типов редукторов, которые имеют не менее трех степеней свободы и дополнительно в редукторе отсутствуют заторможенные звенья. При этом привод снабжают механическими ограничителями конечного положения рабочего органа механизма и один или несколько датчиков положения рабочего органа, а планетарный редуктор не имеет заторможенных звеньев.
Расчет ведут в соответствии с расчетами, приведенными в прототипе - публикации WО 2010030205 и в общеизвестных формулах Веденеева Сергея Аркадьевича. Расчет ведут для планетарных, дифференциальных и адаптивных редукторов разного типа исполнения: изменяющие и не изменяющие передаточное отношение, при постоянной нагрузке и в зависимости от изменения нагрузки на ведущих и ведомых звеньях, в том числе ступенчато и бесступенчато, с выводом и без вывода шестерней из зацепления, с разрывом и без разрыва потока мощности, без устройств управления и с ними, с наличием заторможенных и без заторможенных звеньев. Эти расчет ведут для определения передаточных отношений, углов поворота звеньев, соответствующим им других параметров как силовых так и конструкционных, том числе с их аппроксимацией. Поэтому в предложенной конструкции не требуется подробно расписывать известные формулы расчета.
Указанный технический результат достигается за счет того, что привод механизмов арматуры и иных устройств включает корпус привода, электродвигатель, планетарный редуктор с не менее тремя степенями свободы и снабжен или нет ручными приводом. Привод отличается тем, что корпус привода выполнен сборным, в который входит дополнительно жестко скрепленный с ним корпус арматуры или иного механизма, образуя общий корпус, в общем корпусе установлены механические ограничители конечных положений рабочего элемента арматуры или иного устройства и один или несколько датчиков их положения, а планетарный редуктор не имеет заторможенных звеньев.
Техническое решение иллюстрируется чертежами, которые не охватывают всех возможных вариантов исполнения планетарного редуктора.
На Фиг.1 - показано продольное сечение привода с установленным корпусом арматуры, планетарный редуктор показан условно в общем виде.
На Фиг, 2 - показан общий вид корпуса привода с установленным механическим ограничителем конечных положений
На Фиг.3 - показан кинематическая схема варианта исполнения планетарного редуктора, имеющего три степени свободы с отсутствующими заторможенными звеньями.
Привод состоит из корпуса привода 1, жестко скрепленного с корпусом арматуры 2. В корпусе привода 1 установлен электродвигатель 3, планетарный редуктор 4 с тремя степенями свободы, включающий входной 5 и выходной вал 6, сателлиты 7, венец зубчатый 8. Механический ограничители конечных положений 9, датчики положения - механический 10, и электрический 11. Привод снабжен ручным приводом 12. В частном случае планетарный редуктор 4 с тремя степенями свободы снабжен входным (ведущим) валом 5 с солнечной шестерней 13, выходным валом 6 с солнечной шестерней 14, сателлитами 7, в которые входят - сателлиты первой ступени 15 с осью 16 и сателлиты второй ступени 17 с осью 18, оси сателлитов закреплены на водиле 19. Сателлиты вместе с водилом имеют возможность проворота в двухвенцовой шестерне, являющийся зубчатым венцом 8. Таким образом, ни одно из звеньев планетарного редуктора 4 не заторможено.
Привод механизмов работает следующим образом, планетарный редуктор 4 обладает тремя и более степенями свободы, поэтому, при достижении конечных положений поворота привода, обладает способностью свободной остановки электродвигателя 3, срабатывающего от датчика положения 11. Выходной вал 6, взаимодействуя с конечным механическим ограничителем 9, непосредственно или через жестко соединенные с ним передаточные звенья, обеспечивает совместно с датчиком положения 11 остановку электродвигателя 3 без блока управления. Во время работы электродвигателя 3, от электродвигателя 3, вращение передается через планетарный редуктор 4 выходному валу 6. При достижении конечного положения выходного вала 6, остановленного механическим ограничителем конечных положений 9, венец зубчатый 8 и сателлиты 7 - (см. 15 и 17 на Фиг.3) провернутся по третьей степени свободы, позволяя электродвигателю 3 с входным валом 5 свободную остановку.
Преимуществами привода арматуры является простая конструкция, меньший вес, технологичность изготовления, надежность, малая себестоимость, лучшие режимы привода, электродвигателя.