Электропривод с ручным дублером
ELECTRIC DRIVE WITH MANUAL OVERRIDE

Изобретение относится к приводам управления трубопроводной арматурой и может быть использовано в трубопроводном транспорте для управления потоком рабочей среды, например нефти, газа и других продуктов.
Привод с комбинированным управлением трубопроводной арматурой от электродвигателя и вручную в общем случае содержит электродвигатель с редуктором и ручной дублер для ручного управления арматурой, в частности, в условиях аварийного отключения электричества. Основной проблемой таких приводов является безопасное переключение исполнительного механизма с электрического на ручное управление и обратно.
Известен привод GB 2404717 (опубл. 09.02.2005), в котором используют двухстороннюю кулачковую муфту, которая, перемещаясь по шлицам ведомого вала привода, поочередно связывает с ним либо вал ручного маховика, либо вал двигателя, разрывая другую связь. Перемещение муфты в обе стороны может осуществляться рычагом, либо в одну сторону муфта перемещается рычагом и фиксируется защелкой, а возвращается в другое положение с помощью пружины после разблокирования защелки. Основным недостатком такого привода является большая зависимость от человеческого фактора, так как переключение с ручного управления на электрическое возможно только оператором на месте.
Известен электропривод с ручным дублером RU 56542 (опубл. 10.09.2006). Привод содержит корпус, в котором установлены входной вал редуктора, валы двигателя и ручного дублера. Для вращения вала дублера служит маховик. На валах двигателя и ручного дублера установлены зубчатые колеса, которые зацепляются друг с другом при продольном перемещении вала ручного дублера. На валу ручного дублера расположена пружина, которая возвращает ручной дублер в исходное положение после прекращения давления на маховик. При ручном управлении приводом оператору приходится одновременно давить на маховик, преодолевая сопротивление пружины и вращать его, что крайне неудобно и требует больших физических усилий. При неожиданном включении электропитания возникает удар на маховик, так как дублер отключается только после того, как оператор отпускает маховик. Такой ручной дублер прост, но очень неудобен в эксплуатации и опасен для оператора.
Из патента RU 2366848 (опубл. 10.09.2009) известен электропривод запорной арматуры. Электропривод содержит корпус, в котором установлены входной вал редуктора, валы электродвигателя и ручного дублера. На валах электродвигателя и ручного дублера жестко посажены зубчатые колеса, которые перемещаются в положение зацепления путем поворота в корпусе эксцентриковой втулки. Эксцентриковая втулка снабжена рычагом для ее поворота оператором.
Недостатком данного технического решения является расположение подвижной эксцентриковой втулки с внешней стороны корпуса, что снижает удобство пользования ручным дублером и безопасность работы оператора. Кроме того, выполнение эксцентриковой втулки и рычага в виде единого блока приводит к тому, что при неожиданном включении электропитания двигателя рычаг поворачивается вместе с эксцентриковой втулкой, что дополнительно снижает удобство пользования ручным дублером и безопасность оператора.
Из патента RU 2239116 (опубл. 27.10.2004), выбранного за ближайший аналог, известен электропривод с ручным дублером. Электропривод содержит корпус, в котором установлены входной вал редуктора, вал электродвигателя и вал маховика (ручного дублера). На входном валу редуктора соосно установлена муфта, включающая в себя первую и вторую полумуфты. Первая полумуфта установлена с возможностью осевого перемещения относительно входного вала редуктора. Сопрягаемые торцевые поверхности обеих полумуфт снабжены для их сцепления криволинейными кулачками. На второй полумуфте жестко установлено зубчатое колесо, приводимое во вращение от электродвигателя. Маховик с валом установлен соосно над входным валом редуктора. Автоматическое отключение ручного дублера происходит следующим образом. При включении электродвигателя приходит во вращение зубчатое колесо вместе с жестко соединенной с ним второй полумуфтой. Вследствие взаимодействия криволинейных кулачков сцепленной муфты первая полумуфта смещается вверх вдоль оси входного вала редуктора и воздействует на торцевую поверхность вала маховика, что приводит к расцеплению вала маховика с входным валом редуктора.
Недостаток данного электропривода заключается в том, что ручной дублер не отключается при малых скоростях вращения двигателя (плавный пуск электродвигателя). Это обусловлено тем, что момент страгивания электродвигателя при плавном пуске недостаточен для преодоления силы трения между криволинейными кулачками, что приводит к вращению маховика при работающем двигателе. Это снижает надежность работы привода, а также неудобно в эксплуатации и опасно для оператора.
Другой недостаток заключается в том, что маховик с валом установлен соосно над входным валом редуктора и вал маховика соединяется напрямую с входным валом редуктора. В данной конструкции для соблюдения нормативных требований необходимо увеличить диаметр маховика и передаточное число редуктора, но при этом уменьшается скорость вращения выходного звена редуктора и время закрытия задвижки.
Кроме того, механизм переключения с электрического управления на ручное неудобен в использовании, т.к. для перехода на ручное управление оператору необходимо нажимать на массивные маховик с валом.
Таким образом, остается актуальной задача создания безопасного и удобного в использовании привода.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении удобства пользования электроприводом с ручным дублером.
Поставленная задача решена тем, что электропривод с ручным дублером, как и ближайший аналог, содержит корпус, входной вал редуктора, вал электродвигателя, вал маховика, механизм переключения с электрического управления на ручное, муфту, включающую в себя первую и вторую полумуфты, из которых первая полумуфта установлена на входном валу редуктора с возможностью осевого перемещения относительно входного вала редуктора, вторая полумуфта установлена соосно входному валу редуктора, причем сопрягаемые торцевые поверхности обеих полумуфт снабжены элементами сцепления.
В отличие от ближайшего аналога, первая полумуфта установлена неподвижно в окружном направлении относительно входного вала редуктора, вторая полумуфта подторможена относительно корпуса и находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом, жестко установленным на валу маховика, вал электродвигателя неподвижно соединен с поводковым элементом, установленным внутри входного вала редуктора, входной вал редуктора снабжен поперечным отверстием, первая полумуфта снабжена треугольным отверстием, и поводковый элемент снабжен поводковым штырем, расположенным внутри поперечного и треугольного отверстий с возможностью перемещения поводкового штыря в пределах поперечного и треугольного отверстий, а механизм переключения с электрического управления на ручное выполнен в виде рычага для осевого перемещения первой полумуфты в положение сцепления со второй полумуфтой.
Кроме того, треугольное отверстие первой полумуфты выполнено таким образом, что основание треугольного отверстия расположено со стороны вала электродвигателя.
Кроме того, вторая полумуфта подторможена относительно корпуса фрикционной шайбой.
При этом фрикционная шайба содержит фрикционные диски, один из которых неподвижно соединен с корпусом, а другой неподвижно соединен со второй полумуфтой, причем фрикционные диски выполнены с возможностью обеспечения заданной силы фрикционного сцепления между ними.
Кроме того, вторая полумуфта снабжена магнитом для фиксации положения сцепления с первой полумуфтой.
Кроме того, первая полумуфта установлена неподвижно в окружном направлении относительно входного вала редуктора посредством штифтового соединения первой полумуфты с входным валом редуктора.
При этом штифтовое соединение первой полумуфты с входным валом редуктора выполнено с обеспечением осевого перемещения первой полумуфты относительно входного вала редуктора.
Кроме того, вторая полумуфта снабжена по окружности зубьями для обеспечения постоянного зацепления с зубчатым колесом, жестко установленным на валу маховика.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами. Фиг. 1 поясняет режим электрического управления приводом. Фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2. Фиг. 4 поясняет режим ручного управления приводом.
Электропривод с ручным дублером изображен на фиг. 1, 2, 3,4 со следующими обозначениями:
1 - корпус; 2 - входной вал редуктора; 3 - вал электродвигателя; 4 - вал маховика; 5 - маховик; 6 - зубчатое колесо, жестко установленное на валу 4 маховика; 7 - поводковый элемент, установленный внутри входного вала 2 редуктора; 8 - первая полумуфта; 9 - вторая полумуфта; 10 - штифт; 11 - штифтовой паз; 12 - рычаг; 13 - зубья второй полумуфты 9 для постоянного зацепления с зубчатым колесом 6; 14 - фрикционная шайба; 15 и 16 - элементы сцепления на сопрягаемых торцевых поверхностях полумуфт 8 и 9 соответственно; 17 - магнит; 18 - поперечное отверстие входного вала 2 редуктора; 19 - треугольное отверстие первой полумуфты 8; 20 - поводковый штырь поводкового элемента 7.
Электропривод с ручным дублером содержит корпус 1, входной вал 2 редуктора и вал 3 электродвигателя (сами электродвигатель и редуктор не показаны). Ручной дублер включает в себя вал 4 маховика, маховик 5 для вращения вала 4 и зубчатое колесо 6, жестко установленное на валу 4. Вал 4 маховика установлен перпендикулярно входному валу 2 редуктора. Вал 3 электродвигателя неподвижно соединен с поводковым элементом 7, установленным соосно внутри входного вала 2 редуктора. Муфта содержит первую полумуфту 8 и вторую полумуфту 9.
Первая полумуфта 8 установлена на входном валу 2 редуктора и соединена штифтом 10 с входным валом 2 редуктора неподвижно в окружном направлении. При этом штифтовой паз 11 в первой полумуфте 8 выполнен продольным для обеспечения осевого перемещения первой полумуфты 8 относительно входного вала 2 редуктора.
Механизм переключения с электрического управления на ручное выполнен в виде рычага 12, кинематически связанного с первой полумуфтой 8, для перемещения рычагом 12 первой полумуфты 8 в положение сцепления со второй полумуфтой 9.
Вторая полумуфта 9 установлена соосно входному валу 2 редуктора и снабжена по своей окружности зубьями 13 для обеспечения постоянного зацепления с зубчатым колесом 6 на валу 4 маховика. Вторая полумуфта 9 подторможена относительно корпуса 1 фрикционной шайбой 14 следующим образом. Фрикционная шайба 14 содержит соосно установленные фрикционные диски (на фиг. не обозначены), один из которых неподвижно соединен с корпусом 1, а другой неподвижно соединен со второй полумуфтой 9. При этом фрикционные диски выполнены с возможностью обеспечения заданной силы фрикционного сцепления между ними.
Сопрягаемые торцевые поверхности обеих полумуфт 8 и 9 снабжены элементами взаимного сцепления 15 и 16 соответственно. Элементы сцепления 15 и 16 выполнены в виде выступов на полумуфте 8 и ответных выемок на полумуфте 9. Вторая полумуфта 9 снабжена магнитом 17 для удержания в положении сцепления с ней первой полумуфты 8.
Входной вал 2 редуктора снабжен поперечным отверстием 18. Первая полумуфта 8 снабжена треугольным отверстием 19. Основание треугольного отверстия 19 расположено со стороны вала 3 электродвигателя, а противоположный основанию угол - со стороны редуктора. Поводковый элемент 7 жестко соединен с поводковым штырем 20, расположенным внутри поперечного и треугольного отверстий 18 и 19 с возможностью перемещения поводкового штыря 20 в пределах поперечного и треугольного отверстий 18 и 19.
Электропривод с ручным дублером работает следующим образом.
В режиме электрического управления (фиг. 1) муфта расцеплена, поэтому кинематическая связь вала ручного дублера с валом 3 двигателя отсутствует. Первая полумуфта 8 занимает на входном валу 2 редуктора крайнее нижнее положение. В данном положении поводковый штырь 20 имеет возможность перемещения вдоль поперечного отверстия 18 и верхней стороны треугольного отверстия 19 до упора в линию контакта (В1) или (В2) (фиг. 3). Вращение вала 3 двигателя передается поводковому элементу 7, который своим штырем 20 передает вращение на первую полумуфту 8 и входной вал 2 редуктора, за счет упора штыря 20 в первую полумуфту 8 и входной вал 2 редуктора и благодаря неподвижному соединению первой полумуфты 8 и входного вала 2 редуктора в окружном направлении штифтом 10. Входной вал 2 редуктора передает вращение на редуктор.
При прекращении работы электродвигателя и возникновении необходимости использовать ручной дублер, образуют кинематическую связь между валом 4 маховика и входным валом 2 редуктора (фиг. 4). Для этого поворотом рычага 12 перемещают первую полумуфту 8 вверх до сопряжения торцевых поверхностей полумуфт 8 и 9 при взаимном сцеплении элементами 15 и 16. Сцепление муфты фиксируется примагничиванием первой полумуфты 8 к магнитам 17 второй полумуфты 9. При перемещении вверх первой полумуфты 8 наклонная сторона ее треугольного отверстия 19 смещает поводковый штырь 20 в середину поперечного отверстия 18 до расположения поводкового штыря 20 в нижнем углу треугольного отверстия 19 первой полумуфты.
При вращении маховиком 5 вала 4 вращается зубчатое колесо 6 на валу 4 маховика. Зубчатое колесо 6 передает вращение через вторую полумуфту 9 на сцепленную с ней первую полумуфту 8. Первая полумуфта 8 передает вращательное движение соединенному с ней штифту 10. Штифт 10 жестко закреплен на входном валу 2 редуктора, и поэтому приводит входной вал 2 редуктора тоже во вращение. Входной вал 2 редуктора приводит во вращение редуктор для закрытия (открытия) трубопроводной арматуры.
Одновременно первая полумуфта 8 передает вращательное движение через штырь 20 поводковому элементу 7. Поводковый элемент 7 жестко закреплен с валом 3 двигателя, поэтому вращается не только входной вал 2 редуктора, но и вал 3 двигателя.
Автоматическое отключение ручного дублера происходит следующим образом. При включении электродвигателя начинает вращаться поводковый элемент 7 вместе с поводковым штырем 20. Поводковый штырь 20 перемещается вдоль поперечного отверстия 18 и одновременно наклонная сторона треугольного отверстия 19 скользит по штырю 20, тем самым перемещая первую полумуфту 8 вниз. Первая полумуфта 8 перемещается вниз и расцепляется со второй полумуфтой 9. В течение автоматического отключения ручного дублера маховик 5 остается неподвижным за счет того, что вторая полумуфта 9 подторможена относительно неподвижного корпуса 1 фрикционной шайбой 14.
Таким образом, предложен безопасный и удобный в использовании электропривод с ручным дублером.