ЭЛЕКТРОПРИВОД

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована для управления запорной арматурой магистральных нефтепроводов.
Известен электропривод, представленный в описании к патенту РФ №2154219 (публикация 10.08.2000, МПК F16K 31/05) и принятый за наиболее близкий аналог (прототип). Электропривод содержит электродвигатель и кинематически соединенный с ним передаточный механизм (первичный редуктор 3 и вторичный редуктор 4). Механизм ограничения крутящего момента данного электропривода включает: 1) подпружиненную кулачковую полумуфту 5, установленную на валу 6 вторичного редуктора 4 с возможностью вращения вместе с валом 6 и перемещения вдоль этого вала 6; 2) кулачковую полумуфту 7, сопряженную кулачками с кулачками полумуфты 5, при этом полумуфта 5 неподвижно соединена с выходным звеном первичного редуктора 3, а именно: с зубчатым колесом (без позиции на чертеже), которое установлено на входном валу 6 вторичного редуктора 4 и приводит вторичный редуктор 4 в движение; 3) поводок 18, выполненный в виде стержня, один конец которого фрикционно соединен с полумуфтой 5; 4) кронштейн 19, установленный на корпусе 1 и снабженный расширяющимся к низу пазом с боковыми поверхностями 20 и 21. В этом пазу имеется кулиса 17, в которую входит с возможностью перемещения вдоль кулисы 17 второй конец поводка 18. В исходном положении конец поводка 18 находится в кулисе 17 в нижней части паза.
При штатной работе вращение от двигателя «М» передается на первое зубчатое колесо, второе зубчатое колесо, установленное на валу 6 с возможностью вращения независимо от вращения вала 6, полумуфту 7, неподвижно соединенную со вторым зубчатым колесом и так же как оно вращающуюся независимо от вращения вала 6. Затем вращение передается на полумуфту 5, которая установлена так, что полумуфта 5 может вращаться вместе с валом 6 и перемещаться вдоль него. От полумуфты 5 вращается входной вал 6 вторичного редуктора 4, выходное звено 8 и запорная арматура, соединенная с этим звеном (в тексте патента «валом») 8.
В момент увеличения крутящего момента на запорной арматуре входной вал 6 вторичного редуктора 4 тормозится. Следовательно, затормаживается выходное звено 8 и входной вал 6 вторичного редуктора 4, а также полумуфта 5 на входном валу 6. При этом сопряженная с ней полумуфта 7 продолжает вращаться с той же скоростью от электродвигателя «М». В результате полумуфты проворачиваются относительно друга друга, кулачковая полумуфта 5 поднимается по кулачкам полумуфты 7. Поводок 18, фрикционно соединенный с полумуфтой 5, также поднимается по кулисе 17, упирающейся в одну из сторон 20 или 21 (в зависимости от направления вращения выходного вала 8 электропривода) паза на кронштейне 19. Длина кулисы 17 равна допустимой высоте подъема кулачковой полумуфты 5 по кулачкам полумуфты 7 во время нарастания крутящего момента и может регулироваться для задания предельного крутящего момента. Крайнее верхнее положение поводка 18 («преобразователя 15») в кулисе 17 («регистрирующего устройства 16») соответствует предельно крутящему моменту, при котором происходит выключение электродвигателя. Поводок 18 и кулиса 17 кинематически связаны с механизмом выключателя (на фигурах не показано) электродвигателя «М». Поэтому в момент достижения поводком 18 крайнего верхнего положения в кулисе 17, срабатывает механизм выключателя (на фигурах не показан) электродвигателя «М».
Механизм ограничения крутящего момента прототипа недостаточно надежен в работе из-за наличия значительного числа трущихся деталей (полумуфты 5, 7, поводок 18, кулиса 17), характеризующихся повышенным износом и нагревом при взаимодействии.
Задачей полезной модели является повышение надежности механизма ограничения крутящего момента электропривода.
Технический результат заключается в уменьшении количества трущихся деталей в механизме ограничения крутящего момента.
Как и наиболее близкий аналог, электропривод содержит корпус, а также кинематически соединенные электродвигатель и передаточный механизм с механизмом ограничения крутящего момента.
В отличие от наиболее близкого аналога механизм ограничения крутящего момента включает планетарный редуктор, содержащий ведущий вал, на который неподвижно посажено центральное колесо, водило, поддерживающее по меньшей мере один сателлит, находящийся в зацеплении с центральным колесом, зубчатое колесо, охватывающее сателлит с возможностью кинематического взаимодействия с ним, закрепленное от поворота относительно корпуса с возможностью поворота при крутящем моменте, равном заданному в механизме ограничения крутящего момента, и кинематически соединенное с выключателем электродвигателя.
В конкретном исполнении электропривод содержит пружину, установленную между колесом и корпусом с возможностью деформации при повороте зубчатого колеса.
Для задержки деформации упомянутой пружины при включении электродвигателя, электропривод содержит жидкостной демпфер.
В конкретном исполнении электропривода на торцевой части упомянутого зубчатого колеса выполнен зубчатый сектор с возможностью кинематического взаимодействия с шестерней, на валу которой установлен кулачок с возможностью воздействия на выключатель электродвигателя при упомянутом повороте зубчатого колеса.
Для регулирования крутящего момента, при котором произойдет отключение электродвигателя, кулачок выполнен с возможностью поворота и закрепления на валу шестерни.
Для исключения влияния механизма ограничения крутящего момента на передаточное отношение в электроприводе и для повышения точности срабатывания механизма ограничения крутящего момента при малых значениях допустимых крутящих моментов электропривод дополнительно содержит планетарный мультипликатор, передаточное отношение которого равно передаточному отношению упомянутого планетарного редуктора, при этом мультипликатор включает сателлит, поддерживаемый упомянутым водило, зубчатое колесо, неподвижное относительно корпуса и охватывающее этот сателлит с возможностью кинематического взаимодействия с ним, и центральное колесо.
Электропривод изображен на фигурах 1-5 со следующими обозначениями:
1 - корпус (фиг.1, 2, 4),
2 - электродвигатель (фиг.1, 3),
3 - ведущий вал планетарного редуктора (фиг.1, 2, 3),
4 - центральное колесо (фиг.1, 2, 3),
5 - водило (фиг.1, 3),
6 - сателлит (фиг.1, 2),
7 - зубчатое колесо (фиг.1, 2, 5),
8 - первая пружина (фиг.2, 3),
9 - вторая пружина (фиг.2, 3),
10 - первый демпфер (фиг.2),
11- второй демпфер (фиг.2),
12 - выступ на зубчатом колесе (фиг.1, 2),
13 - выступ на зубчатом колесе для упора демпфера (фиг.1, 2),
14 -выключатель (фиг.4),
15 - зубчатый сектор на торцевой части зубчатого колеса (фиг.5),
16 - шестерня (фиг.4, 5),
17 - вал шестерни (фиг.4, 5),
18 - кулачок (фиг.4),
19 - крышка (фиг.4),
20 - гайка (фиг.4, 5),
21 - шайба (фиг.4),
22 - сателлит мультипликатора (фиг.1, 3),
23 - зубчатое колесо мультипликатора (фиг.1, 3),
24 - центральное колесо мультипликатора (фиг.1, 3).
Электропривод содержит корпус 1, электродвигатель 2 и передаточный механизм с механизмом ограничения крутящего момента.
Механизм ограничения крутящего момента выполнен на основе планетарного редуктора. На ведущем валу 3 данного планетарного редуктора неподвижно установлено центральное колесо 4. В планетарный редуктор входит также водило 5, поддерживающее по меньшей мере один сателлит 6. Количество данных сателлитов зависит от вращающего момента, для работы при котором предназначено устройство. В конкретном исполнении имеется три сателлита 6, симметрично установленных на неподвижных осях водило 5. Сателлит 6 находится в зацеплении и кинематически взаимодействует с центральным колесом 4.
Зубчатое колесо 7 охватывает сателлит 6 с зацеплением и может кинематически взаимодействовать с ним.
Зубчатое колесо 7 закреплено от поворота относительно корпуса 1, например, за счет того, что на колесе 7 выполнен выступ 12, закрепленный на корпусе 1. В то же время зубчатое колесо 7 установлено с возможностью поворота при возникновении в электроприводе допустимого крутящего момента, заданного в механизме ограничения крутящего момента. Для этого между корпусом 1 и зубчатым колесом 7 может быть установлен упругий элемент. Модуль упругости этого элемента определяет крутящий момент, при котором происходит поворот зубчатого колеса 7.
В конкретном исполнении электропривода роль упругого элемента выполняет пружина 8 или 9, установленная с возможностью деформации при повороте зубчатого колеса 7 в момент превышения допустимого крутящего момента. Пружина 8 или 9 может одним концом упираться в корпус 1, а другим в выступ 12 на зубчатом колесе 7. Использование пружины 8 или пружины 9 зависит от направления поворота зубчатого колеса 7 (по часовой стрелке или против нее), который зависит от направления вращения вала электродвигателя 2.
Для ограничения крутящего момента при любом направлении вращения вала электродвигателя 2 зубчатое колесо 7 может вращаться в противоположных направлениях. При этом зубчатое колесо 7 подпружинено в обоих направлениях вращения одновременно пружинами 8 и 9. В конкретном исполнении пружины 8 и 9 упираются по обе стороны выступа 12.
При включении электродвигателя возникает пусковая ударная нагрузка, которая может привести к нежелательной деформации пружины 8 или 9 с последующим отключением электродвигателя. Для задержки этой деформации до тех пор, пока не исчезнет пусковая ударная нагрузка, механизм ограничения крутящего момента включает жидкостной демпфер 10 или 11. В конкретном исполнении жидкостной демпфер 10 или 11 одним концом упирается в корпус 1, а другим в выступ 12 на зубчатом колесе 7 с той же стороны, что и пружина 8 или 9 соответственно. На зубчатом колесе 7 может быть выполнен дополнительный выступ 13 для упора упомянутого жидкостного демпфера 10 или 11. При этом демпфер 10 или 11 должен быть расположен относительно пружины 8 или 9 так, чтобы обеспечить задержку деформации пружины, возникающей от поворота зубчатого колеса 7 при ударной нагрузке во время пуска электродвигателя. Для ограничения крутящего момента при любом направлении вращения вала электродвигателя 2 и, следовательно, зубчатого колеса 7, оно снабжено сразу двумя демпферами 10 и 11. В конкретном исполнении пружины 8 и 9 упираются по обе стороны выступа 12, а демпферы 10 и 11 - по обе стороны дополнительного выступа 13, который в данном случае максимально удален от выступа 12, но фактически может находиться в любом месте на зубчатом колесе 7.
Зубчатое колесо 7 кинематически соединено с выключателем 14 электродвигателя 2. В конкретном исполнении электропривода это кинематическое соединение обеспечивается тем, что на торцевой части зубчатого колеса 7 выполнен зубчатый сектор 15, находящийся в зацеплении с шестерней 16. На валу 17 шестерни 16 установлен кулачок 18, который при повороте зубчатого колеса 7 воздействует на выключатель 14 электродвигателя 2, нажимая на рычаг выключателя 14. Для регулирования выключения электродвигателя при определенном крутящем моменте кулачок 18 может быть повернут на валу 17 шестерни 16 с последующим закреплением. В конкретном исполнении электропривода кулачок 18 поворачивают до совмещения метки на кулачке 18 со значением шкалы крутящего момента на крышке 19. Гайка 20 и шайба 21 обеспечивают стопорение кулачка 18 в выбранном положении.
Выполнение механизма ограничения крутящего момента в виде планетарного редуктора влияет на передаточное отношение в передаточном механизме электропривода. Если необходимо исключить влияние механизма ограничения крутящего момента на передаточное отношение, электропривод дополнительно снабжают планетарным мультипликатором, передаточное отношение которого равно передаточному отношению упомянутого планетарного редуктора. Мультипликатор включает сателлит 22, поддерживаемый водило 5, зубчатое колесо 23, неподвижное относительно корпуса 1 и охватывающее этот сателлит 22 с возможностью кинематического взаимодействия с ним, и центральное колесо 24. Мультипликатор не только исключает влияние механизма ограничения крутящего момента на передаточное отношение, но и дополнительно повышает точность срабатывания механизма ограничения крутящего момента при малых значениях допустимых крутящих моментов. Так, при превышении крутящего момента на выходе передаточного механизма за счет мультипликатора происходит усиление воздействия крутящего момента на зубчатое колесо 7. В результате, с мультипликатором механизм ограничения крутящего момента может быть настроен на точное отключение электродвигателя при меньших значениях крутящего момента, чем без мультипликатора.
Электропривод работает следующим образом.
При включении электродвигателя 2 вращение от его вала передается на ведущий вал 3 планетарного редуктора, центральное колесо 4, сателлит 6, перемещающийся по зубчатому колесу 7 и приводящий во вращение водило 5.
При превышении допустимого крутящего момента на выходном звене (не показан) передаточного механизма электропривода водило 5 затормаживается. В то же время ведущий вал 3 продолжает вращаться от электродвигателя 2, а вместе с ним - сателлит 6. При этом сателлит 6 старается повернуть водило 5, которое заторможено со стороны выходного звена передаточного механизма. Когда крутящий момент на выходном звене передаточного механизма превысит допустимое значение, то под действием сателлита 6 зубчатое колесо 7 преодолеет действие пружин 8 или (и) 9 и начнет поворачиваться в направлении вращения сателлита 6, которое зависит от направления вращения вала электродвигателя. Пружина 8 или (и) 9 кинематически связана с выключателем электродвигателя 2. Поэтому деформация пружины 8 или 9 будет инициировать отключение электродвигателя 2 от сети. Так, при превышении крутящего момента зубчатое колесо 7 поворачивается на некоторый угол, и этот поворот через зубчатый сектор 15 зубчатого колеса 7 передается на шестерню 16, закрепленную на валу 17, на котором установлен кулачок 18. Кулачок 18 поворачивается до тех пор, пока его рабочая поверхность не нажмет на рычаг выключателя 14. Когда крутящий момент станет ниже предельно допустимого значения, колесо 7 вернется в исходное положение под действием пружин 8 и 9. Электродвигатель 2 снова включают, при этом водило 5 и сателлит 6 возобновят описанное ранее перемещение.
Во время пуска электродвигателя возникает ударная нагрузка, которая может привести к повороту зубчатого колеса 7 и, в результате, к непредусмотренному отключению электродвигателя 2. За счет жидкостного демпфера 10 или (и) 11 передача движения зубчатого колеса 7 в момент пуска приходится на демпфер 10 или (и) 11, а не на пружину 8 и (или) 9. Демпфер 10 или (и) 11 установлен и выполнен таким образом, что движение зубчатого колеса 7 при пуске не передается на пружину 8 или (и) 9 во время действия пусковой ударной нагрузки. В результате, электродвигатель 2 не отключается при пуске.
Электропривод с описанным выше механизмом отключения электродвигателя при превышении допустимого крутящего момента подходит, в отличие от прототипа, для любого типа трубопроводной арматуры. Например, его можно применять не только для клиновых задвижек, где есть упор в конце хода задвижки, но и, например, для шиберных без такого упора. При использовании электропривода согласно прототипу для шиберных задвижек произошло бы следующее: после отключения электродвигателя выключателем ротор двигателя продолжал бы некоторое время вращаться, и шиберная задвижка продолжала бы поворачиваться вокруг оси, на которой установлена. В заявляемом электроприводе описанного поворота шиберной задвижки не происходит, что является дополнительным преимуществом заявляемого электропривода по сравнению с прототипом.
Таким образом, в заявляемом электроприводе уменьшается количество трущихся деталей в механизме ограничения крутящего момента, что приводит к повышению надежности его работы.