Многоканальный скользящий токосъемник

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к многоканальным токосъемным устройствам, используемым в электронной технике для передачи электрических сигналов управления и напряжений питания постоянного и переменного токов с неподвижной части изделия на подвижную и обратно.
Известен многоканальный скользящий токосъемник [RU 2193810, С2, H01R 39/02, 39/08, 27.11.2002], предназначенный для передачи электрических сигналов с неповоротной части машин на поворотную, встраиваемый преимущественно в соответствующие гидравлические коммуникационные соединители краноманипуляторных установок, содержащий жестко скрепляемый с неповоротной деталью гидравлического коммуникационного соединителя корпус, внутри которого размещен установленный на подшипниковых опорах скольжения центральный вал с выходным хвостовиком, закрепляемым на поворотной детали гидравлического коммуникационного соединителя, и токосъемную часть из группы кинематически соединенных с корпусом и центральным валом и взаимодействующих между собой неповоротных и поворотных электроконтактов поджимного типа, сообщенных посредством проводов с внешними электрическими присоединителями, причем в устройстве неповоротные электроконтакты выполнены в виде плоских металлических колец с парой диаметрально приклепанных к ним с одной из сторон двухлепестковых контактов из обладающего пружинящими свойствами токопроводящего материала, а поворотные - в виде плоских металлических колец, пространственно сгруппированных в располагаемый во внутренней полости корпуса блок из соответствующих контактных пар, токоизолированных друг от друга и от корпуса посредством размещенных между ними, и кинематически соединенных с корпусом, плоских кольцевых разъединителей из диэлектрического материала с антифрикционными свойствами, корпус выполнен разъемным в виде закрытого крышкой стакана из диэлектрического материала со съемным металлическим дном, крышка и дно которого снабжены обращенными друг к другу кольцевыми поджимными зубьями, контактирующими с верхним и нижним торцами блока электроконтактов, центральный вал выполнен составным в виде плоского стержня прямоугольной в поперечном сечении конфигурации из диэлектрического материала, на верхнем конце которого закреплен при помощи пальца пропущенный сквозь радиальную подшипниковую опору в крышке корпуса с герметизацией посредством кольцевого уплотнителя металлический выходной хвостовик трубчатого типа, соединенный поперечно ориентированным винтом с охватывающей его по наружному диаметру с возможностью перемещения в осевом направлении втулкой из диэлектрического материала, снабженной открытым гнездом для размещения верхнего электрического присоединителя и плоским фланцем, к которому жестко пристыкован посредством осевых винтов тонкостенный защитный кожух с присоединительными отверстиями для закрепления его на поворотной детали гидравлического коммуникационного соединителя, а на нижнем конце закреплена поперечно ориентированным винтом съемная пята из материала с высокими антифрикционными свойствами, зафиксированная в торцовой подшипниковой опоре дна корпуса разрезным пружинным стопорным кольцом, кинематическое соединение неповоротных электроконтактов и плоских кольцевых разъединителей с корпусом выполнено посредством фиксации их относительно него в окружном направлении с возможностью осевого перемещения при помощи плоской закладной шпонки из диэлектрического материала, взаимодействующей своей средней частью с открытыми с внешней боковой стороны пазами соответствующего профиля в телах колец указанных электроконтактов и плоских разъединителей, а концами - с продольно ориентированными канавками такой же конфигурации на наружной боковой поверхности кольцевых зубьев крышки и дна корпуса, а кинематическое соединение поворотных электроконтактов с центральным валом выполнено посредством фиксации их относительно его плоского стержня в окружном направлении с возможностью осевого перемещения при помощи сформированных в теле указанных электроконтактов центральных пазов, спрофилированных по поперечному сечению стержня. Такая конструкция многоканального скользящего токосъемника слишком сложна, имеет достаточно большие осевые и поперечные габариты и не обеспечивает ремонтопригодность.
Недостатком этого устройства является относительно низкая ремонтопригодность.
Ближайшим аналогом предложенного является многоканальный скользящий токосъемник [патент RU 2351044, С2, H01R 39/00, 27.03.2009], содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещен установленный на подшипниковых опорах центральный вал, токосъемную часть из группы кинематически связанных с центральным валом и взаимодействующих между собой поворотных и неповоротных электроконтактов, сгруппированных в блок и сообщенных посредством проводов с внешними электрическими присоединителями через выводные каналы прокладки проводов, несколько блоков, ярусно установленных на центральном валу и собранных посредством стяжных шпилек в пакет, при этом блок выполнен в виде функционально законченного модуля и состоит из закрытой сверху и снизу изоляционными крышками цилиндрической металлической сегментной обоймы из диэлектрического материала, например стеклотекстолита, внутри которой расположены приклеенные на внутренней стороне каждой крышки дисковые держатели из изоляционного материала, например волокнистого пластика, и расположенный между ними вращающийся диск, неповоротные электроконтакты выполнены в виде гребенок, расположенных в телах дисковых держателей концентрично центральному валу серповидными кольцами с вертикально ориентированными в сторону вращающегося диска лепестковыми контактами и противоположно направленными выводными концами, поворотные электроконтакты выполнены в виде плоских металлических колец, симметрично расположенных концентрично центральному валу на противоположных плоскостях вращающегося диска, центральный вал выполнен в виде стержня крестообразной в поперечном сечении конфигурации с продольным пазом на одном ребре сечения, корпус выполнен с наружным фланцем на верхнем торце и снабжен внутренними диаметрально расположенными выступами в его нижней части, кинематическое соединение поворотных электроконтактов с центральным валом выполнено посредством фиксации их относительно него в окружном направлении и с возможностью осевого перемещения посредством закрепленной во вращающемся диске закладной шпонки из диэлектрического материала, выполненной с головкой, спрофилированной по поперечному сечению продольного паза центрального вала, выводные каналы прокладки проводов к нижним внешним электрическим присоединителям выполнены в виде сквозных продольных полостей, сформированных внутренней поверхностью корпуса и сегментами обоймы, выводные каналы прокладки проводов к верхним внешним электрическим присоединителям выполнены в виде сквозных продольных полостей, сформированных стенками посадочных отверстий блоков с ребрами крестообразного сечения центрального вала.
Недостатком наиболее близкого аналога является его относительно низкая ремонтопригодность из-за наличия сложно выполненной кинематической связи электроконтактов с корпусом и центральным валом, что затрудняет доступ для прокладки (припайки) проводов к электроконтактам. Кроме того, затруднена замена вышедших из строя электроконтактов без полной разборки устройства.
Все это усложняет конструкцию токосъемного устройства в целом, не обеспечивает ремонтопригодности устройства и требует сложной технологической оснастки для сборки.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, упрощение конструкции и улучшение на этой основе его технико-эксплуатационных качеств, уменьшение габаритов и массы, повышение его ремонтопригодности и технологичности сборки.
Требуемый технический результат, достигаемый в полезной модели, заключается в повышении ремонтопригодности и технологичности сборки и разборки.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что многоканальный скользящий токосъемник выполнен в виде поворотной части и неповоротной части, которая включает статор верхний, статор нижний и статор средний, образующие корпус, блок контактный сильноточный верхний, содержащий щеткодержатель и сильноточные неповоротные электроконтакты блока контактного сильноточного верхнего, блок контактный сильноточный нижний, содержащий щеткодержатель и сильноточные неповоротные электроконтакты блока контактного сильноточного нижнего, блок контактный слаботочный верхний, содержащий щеткодержатель и слаботочные неповоротные электроконтакты блока контактного слаботочного верхнего, блок контактный слаботочный нижний, содержащий щеткодержатель и слаботочные неповоротные электроконтакты блока контактного слаботочного нижнего, роторное уплотнение, крышку подшипника, жгуты проводов, соединяющие щеткодержатели с внешними электрическими соединителями, причем поворотная часть включает фланец ротора, втулку роторную и втулку опорную, образующие центральный вал, сильноточный вращающийся диск с поворотными электроконтактами, слаботочный вращающийся диск с поворотными электроконтактами, и жгуты проводов, соединяющие вращающиеся диски с внешними электрическими соединителями, при этом блоки контактные неповоротной части установлены на статоры верхний, средний и нижний через прокладки из диэлектрического материала, сильноточный вращающийся диск выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие поворотные электроконтакты для передачи сильноточных сигналов, слаботочный вращающийся диск выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие поворотные электроконтакты для передачи слаботочных сигналов, щеткодержатели блока контактного сильноточного верхнего и блока контактного сильноточного нижнего выполнены в виде многослойной печатной платы, нижний и верхний наружный слой которой предназначен для размещения сильноточных неповоротных электроконтактов, щеткодержатели блока контактного слаботочного верхнего и блока контактного слаботочного нижнего выполнены в виде многослойной печатной платы, нижний и верхний наружный слой которой предназначен для размещения слаботочных неповоротных электроконтактов, причем слаботочные неповоротные электроконтакты устанавливаются на щеткодержатели так, чтобы одна половина из их четного количества была направлена по ходу вращения диска, а вторая половина - против хода вращения диска, сильноточные неповоротные электроконтакты установлены на щеткодержателях радиально, передача вращения подвижной части осуществляется на центральный вал, состоящий из втулки роторной, втулки опорной и фланца ротора, имеющего шлицы, обеспечивающие сцепление с приводом, центрирование и передача крутящего момента на сильноточный вращающийся диск, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки роторной, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу, а центрирование и передача крутящего момента на слаботочный вращающийся диск, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки опорной, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу.
На чертежах представлены:
на фиг. 1 - общий вид заявляемого многоканального скользящего токосъемника (жгуты проводов и внешние электрические соединители неповоротной части и поворотной части условно не показаны);
на фиг. 2 - вид А фиг. 1;
на фиг. 3 - вид Б фиг. 1 (жгуты проводов и внешние электрические соединители поворотной части условно не показаны);
на фиг. 4 - вид В-В фиг. 2 (жгуты проводов и внешние электрические соединители неповоротной части и поворотной части условно не показаны);
на фиг. 5 - блок контактный сильноточный верхний (вид со стороны сильноточного вращающегося диска);
на фиг. 6 - блок контактный сильноточный нижний (вид со стороны сильноточного вращающегося диска);
на фиг. 7 - блок контактный слаботочный верхний (вид со стороны слаботочного вращающегося диска);
на фиг. 8 - блок контактный слаботочный нижний (вид со стороны слаботочного вращающегося диска);
на фиг. 9 - сильноточный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного сильноточного верхнего);
на фиг. 10 - сильноточный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного сильноточного нижнего);
на фиг. 11 - слаботочный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного слаботочного верхнего);
на фиг. 12 - слаботочный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного слаботочного нижнего);
на фиг. 13 - слаботочный неповоротный электроконтакт;
на фиг. 14 - сильноточный неповоротный электроконтакт.
На чертежах обозначены:
1 - статор верхний;
2 - статор нижний;
3 - статор средний;
4 - щеткодержатель сильноточный верхний (блока контактного сильноточного верхнего);
5 - щеткодержатель сильноточный нижний (блока контактного сильноточного нижнего);
6 - щеткодержатель слаботочный верхний (блока контактного слаботочного верхнего);
7 - щеткодержатель слаботочный нижний (блока контактного слаботочного нижнего);
8 - прокладка щеткодержателя сильноточного верхнего;
9 - прокладка щеткодержателя сильноточного нижнего;
10 - прокладка щеткодержателя слаботочного верхнего;
11 - прокладка щеткодержателя слаботочного нижнего;
12 - крышка подшипника;
13 - жгут проводов неповоротной части;
14 - внешний электрический соединитель неповоротной части;
15 - роторное уплотнение;
16 - винт стяжной;
17 - фланец ротора;
18 - втулка роторная;
19 - втулка опорная;
20 - сильноточный вращающийся диск;
21 - слаботочный вращающийся диск;
22 - жгут проводов поворотной части;
23 - внешний электрический соединитель поворотной части;
24 - подшипник;
25 - слаботочный неповоротный электроконтакт;
26 - сильноточный неповоротный электроконтакт;
27 - слаботочный поворотный электроконтакт;
28 - сильноточный поворотный электроконтакт.
Заявляемый многоканальный скользящий токосъемник содержит корпус, состоящий из статора 1 верхнего, статора 2 нижнего и статора 3 среднего. В корпусе размещен установленный на подшипниковой опоре центральный вал, включающий фланец 17 ротора, втулку 18 роторную и втулку 19 опорную, соединенные между собой винтами с потайной головкой.
В технологическом отношении многоканальный скользящий токосъемник имеет три сборочные единицы.
Первая сборочная единица включает: статор 1 верхний, прокладку 8 щеткодержателя сильноточного верхнего и подсборку (фиг. 5) - блок контактный сильноточный верхний с припаянным жгутом 13 проводов неповоротной части.
Вторая сборочная единица включает: статор 2 нижний, прокладку 11 щеткодержателя слаботочного нижнего, роторное уплотнение 15 и подсборку (фиг. 8) - блок контактный слаботочный нижний с припаянным жгутом 13 проводов неповоротной части.
Третья сборочная единица включает: статор 3 средний, прокладку 9 щеткодержателя сильноточного нижнего, прокладку 10 щеткодержателя слаботочного верхнего, подшипник 24, крышку 12 подшипника, втулку 18 роторную, втулку 19 опорную, сильноточный вращающийся диск 20, слаботочный вращающийся диск 21, жгуты 22 проводов поворотной части, подсборку (фиг. 6) - блок контактный сильноточный нижний с припаянным жгутом 13 проводов неповоротной части и подсборку (фиг. 7) - блок контактный слаботочный верхний с припаянным жгутом 13 проводов неповоротной части. Сборка подсборок (фиг. 5, 6, 7, 8), первой, второй и третьей сборочных единиц осуществляется параллельно. Изделие включает первую, вторую и третью сборочные единицы, которые объединяются с помощью винтов 16 стяжных, фланец 17 ротора, внешние электрические соединители 14 неповоротной части и внешние электрические соединители 23 поворотной части.
Сильноточный вращающийся диск (фиг. 9, 10) выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие медные дорожки (сильноточные поворотные электроконтакты 28) различной ширины в зависимости от силы тока для передачи сильноточных сигналов.
Слаботочный вращающийся диск (фиг. 11, 12) выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие медные дорожки (слаботочные поворотные электроконтакты 27) одинаковой ширины для передачи слаботочных сигналов.
В центральной части сильноточного вращающегося диска (фиг. 9, 10) и слаботочного вращающегося диска (фиг. 11, 12) расположены сквозные металлизированные отверстия печатной платы, предназначенные для припайки жгутов проводов поворотной части 22, соединяющих вращающиеся диски 20, 21 (фиг. 4) с внешними электрическими соединителями (розетками) поворотной части 23 (фиг. 2).
Блоки контактные сильноточные верхний (фиг. 5) и нижний (фиг. 6) состоят соответственно из щеткодержателя сильноточного верхнего 4 и нижнего 5 и сильноточных неповоротных электроконтактов 26. Блоки контактные слаботочные верхний (фиг. 7) и нижний (фиг. 8) состоят, соответственно, из щеткодержателя слаботочного верхнего 6 и нижнего 7 и слаботочных неповоротных электроконтактов 25.
Щеткодержатели сильноточные верхний 4 и нижний 5 выполнены в виде многослойной печатной платы, соответственно нижний и верхний наружный слой которой предназначен для установки и припайки сильноточных неповоротных электроконтактов 26.
Щеткодержатели слаботочные верхний 6 и нижний 7 выполнены в виде двухсторонней печатной платы, соответственно нижний и верхний наружный слой которой предназначен для установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 25.
Каждый щеткодержатель имеет выступающую наружную часть, на которой расположены сквозные металлизированные отверстия, предназначенные для припайки жгута 13 проводов неповоротной части, соединяющего щеткодержатель с внешним электрическим соединителем 14 неповоротной части.
Слаботочные неповоротные электроконтакты 25 устанавливаются на щеткодержатели следующим образом (фиг. 7, 8). Каждой концентрической токопроводящей медной дорожке (слаботочному поворотному электроконтакту 27) слаботочного вращающегося диска 21 соответствует четное количество слаботочных неповоротных электроконтактов 25 в зависимости от силы тока, половина из которых направлена в одну сторону по ходу вращения диска, половина - в другую сторону против хода вращения диска.
Сильноточные неповоротные электроконтакты 26 устанавливаются на щеткодержатель радиально (фиг. 5, 6), при этом каждой концентрической токопроводящей медной дорожке (сильноточному поворотному электроконтакту 28) сильноточного вращающегося диска 20 соответствует количество сильноточных неповоротных электроконтактов 26 в зависимости от силы тока.
Неповоротные электроконтакты 25, 26 и поворотные электроконтакты 27, 28 образуют контактные пары (25-27 и 26-28), которые посредством дорожек печатных плат и проводов сообщены с соответствующими внешними электрическими соединителями 14 и 23 соответственно.
Слаботочные неповоротные электроконтакты (фиг. 13) имеют сферический контакт и представляют из себя лепестковые контакты из токопроводящего материала с пружинящими свойствами. Сильноточные неповоротные электроконтакты (фиг. 14) имеют накладки из щеточного материала, например бронзографита, и представляют из себя лепестковые контакты из токопроводящего материала с пружинящими свойствами.
Базирование на щеткодержателях неповоротных электроконтактов осуществляется за счет имеющихся у них выступов (фиг. 5, 6, 7, 8, 13, 14). Фиксация на щеткодержателях неповоротных электроконтактов осуществляется за счет пайки их основания и выступов к щеткодержателю (фиг. 5, 6, 7, 8).
Блоки контактные сильноточные верхний и нижний и слаботочные верхний и нижний устанавливаются на статоры верхний 1, средний 2 и нижний 3 через прокладки щеткодержателей сильноточных верхнего 8 и нижнего 9 и слаботочных верхнего 10 и нижнего 11 соответственно. Прокладки щеткодержателей 8, 9, 10 и 11 выполнены из диэлектрического материала, например, стеклотекстолита.
Передача вращения подвижной части осуществляется на центральный вал, состоящий из втулки роторной 18, втулки опорной 19 и фланца ротора 17, имеющего шлицы, обеспечивающие сцепление с приводом.
Центрирование и передача крутящего момента на сильноточный вращающийся диск 20, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки роторной 18, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу; центрирование и передача крутящего момента на слаботочный вращающийся диск 21, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки опорной 19, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу.
Сборка заявляемого многоканального скользящего токосъемника достаточно проста и осуществляется следующим образом.
Вначале параллельно выполняются четыре подсборки:
блоки контактные сильноточные верхний и нижний и слаботочные верхний и нижний с припаянным жгутом 13 проводов неповоротной части собираются путем установки и припайки сильноточных неповоротных электроконтактов 26 на щеткодержатели сильноточные верхний 4 (фиг. 5) и нижний 5 (фиг. 6) и слаботочных неповоротных электроконтактов 25 на щеткодержатели слаботочные верхний 6 (фиг. 7) и нижний 7 (фиг. 8) и припайки жгута проводов неповоротной части 13 к сквозным металлизированным отверстиям, которые расположены на выступающей наружной части щеткодержателей 4, 5, 6 и 7 соответственно.
Далее параллельно осуществляется сборка первой, второй и третьей сборочных единиц.
Последовательность сборки первой сборочной единицы:
1. В статор 1 верхний устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка щеткодержателя сильноточного верхнего 8 и под сборка (фиг. 5) - блок контактный сильноточный верхний с припаянным жгутом 13 проводов неповоротной части.
2. Свободный конец жгута проводов неповоротной части 13 пропускается через предназначенное для этого отверстие в статоре верхнем 1.
Последовательность сборки второй сборочной единицы:
1. В статор 2 нижний устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка щеткодержателя слаботочного нижнего 11 и подсборка (фиг. 8) - блок контактный слаботочный нижний с припаянным жгутом 13 проводов неповоротной части.
2. Свободный конец жгута 13 проводов неповоротной части пропускается через предназначенное для этого отверстие в статоре 2 нижнем.
3. В проточку статора 2 нижнего 2 устанавливается роторное уплотнение15.
Последовательность сборки третьей сборочной единицы:
1. В статор 3 средний устанавливается подшипник 24, который крепится крышкой 12 подшипника с помощью винтов с потайной головкой.
2. В статор 3 средний устанавливаются и закрепляются с помощью винтов с потайной головкой прокладки щеткодержателей сильноточного нижнего 9 и слаботочного верхнего 10 и подсборки блок контактный сильноточный нижний (фиг. 6) и слаботочный верхний (фиг. 7) с припаянными жгутами 13 проводов неповоротной части.
3. На внутреннее кольцо подшипника 24 устанавливается втулка 19 опорная.
4. На внутреннее кольцо подшипника 24 в зависимости от толщины сильноточного вращающего диска 20 при необходимости устанавливается компенсатор-прокладка.
5. На втулку 19 опорную устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой сильноточный вращающийся диск 20 с припаянными жгутами 22 проводов поворотной части.
6. На сильноточный вращающийся диск 20 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой втулка 18 роторная.
7. На втулку 19 опорную устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой слаботочный вращающийся диск 21 с припаянными жгутами 22 проводов поворотной части, при этом свободные концы жгутов 22 проводов пропускаются через предназначенные для этого окна втулки 19 опорной и втулки 18 роторной.
Последовательность окончательной сборки:
1. Свободные концы жгутов 13 проводов неповоротной части, припаянных к блокам контактным сильноточному нижнему и слаботочному верхнему, пропускаются через предназначенные для этого отверстия в статорах верхнем 1 и нижнем 2 соответственно.
2. Первая, вторая и третья сборочные единицы объединяются с помощью винтов 16 стяжных с использованием герметика, нанесенного на торцевые поверхности статора 1 верхнего, статора 2 нижнего и статора 3 среднего.
3. На втулку 18 роторную устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой фланец 17 ротора, при этом свободные концы жгутов 22 проводов поворотной части пропускаются через предназначенные для этого окна фланца 17 ротора.
4. Вторые концы жгутов проводов неповоротной части 13 и поворотной части 22 припаиваются к внешним электрическим соединителям неповоротной части (вилкам) 14 и поворотной части (розеткам) 23 соответственно.
Демонтаж осуществляется в обратном порядке.
Работает многоканальный скользящий токосъемник следующим образом.
Привод вращает центральный вал, который передает вращение на вращающиеся диски, сильноточный 20 и слаботочный 21, при этом концентрические токопроводящие медные дорожки (поворотные электроконтакты 27 и 28) скользят относительно лепестковых контактов (неповоротных электроконтактов 25 и 26), благодаря чему осуществляется электрическая связь между внешними электрическими соединителями (розетками) поворотной части 23 и внешними электрическими соединителями (вилками) неповоротной части 14.
Эффективность заложенных в конструкцию заявляемого многоканального скользящего токосъемника технических решений заключается в упрощении конструкции и улучшении на этой основе его технико-эксплуатационных качеств, уменьшении габаритов и массы, повышении его ремонтопригодности и технологичности сборки, чем достигается требуемый технический результат.
Многоканальный скользящий токосъемник прост в конструктивном исполнении, имеет достаточное количество одновременно передаваемых токосъемных цепей электрических сигналов различной частоты и мощности.
Технология его изготовления и сборки позволяет быстро освоить его производство. Заложенные конструктивные решения позволяют обеспечить быструю замену износившихся трущихся элементов токосъемника, при этом возможна разборка только одной сборочной единицы с неисправным элементом.