ПРИВОД ДВИГАТЕЛЬНЫЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ
SMALL-SIZED MOTOR DRIVE

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для приведения в действие различных исполнительных элементов, чья работа основана на перемещении, и может быть использовано, главным образом, для управления разъединителями контактной сети электрифицированных железных дорог.
Известен винтореечный редуктор, содержащий расположенные в корпусе зубчатый сектор, закрепленный на валу, двухрядную рейку, взаимодействующую с сектором, ходовой винт, соединенный подвижно с рейкой посредством гайки, причем ось ходового винта совмещена с делительной линией зубьев рейки. Кроме того, имеются дополнительный вал, расположенный в полости первого вала, и зубчатый сектор, закрепленный на этом валу, а рейка выполнена с прямолинейными участками в каждом ряду, расположенными так, что при выходе из зацепления одного зубчатого сектора другой входит в зацепление (авторское свидетельство СССР N 1610176, F 16 К 31/50, публикация 1990).
Эти устройства имеют сложную конструкцию, использование зубчатых реек затрудняет уход за ними, снижает надежность и затрудняет использование для приведения в действие поворотных исполнительных механизмов.
Известен ряд приводов, использующих кулисные механизмы для связи винтовой пары и элемента, непосредственно воздействующего на исполнительный механизм, например винтовой двигательный привод, содержащий установленный в корпусе вал, одним концом воздействующий на исполнительные механизмы и посредством закрепленного на нем кулисного механизма, взаимодействующего с гайкой винтовой пары, винт которой установлен в упомянутом корпусе на опорах, один конец винта связан с воздействующим на привод двигателем, а на другом закреплена рукоятка ручного управления (патент Великобритании N 953824, F16К 31/50, публикация 1964).
Конфигурация кулисного механизма в указанном известном устройстве вызывает сложности при его изготовлении и приводит к снижению надежности устройства в целом.
Известен привод поворотных запорных органов трубопроводной арматуры, содержащий корпус, электродвигатель, редуктор, винтовую пару, кулису, закрепленную на приводном звене запорного элемента, причем электродвигатель через редуктор связан с винтом пары, а гайка снабжена пальцем, размещенным в пазу вилки кулисы (Авторское свидетельство СССР N 1583693, F 16 К 31/00, публикация 1988).
Известен винтовой двигательный привод, который содержит корпус, двигатель вращения, связанный через редуктор с винтом винтовой пары, кулису, ползун и средства торможения вращения винта при крайних положениях ползуна. В корпусе выполнены два направляющих паза. Цапфы ползуна выполнены с возможностью взаимодействия с пазами вилок кулисы и пазами корпуса. В ползуне выполнена цилиндрическая полость, ось которой перпендикулярна оси расположения цапф и оси винта. Гайка винтовой пары выполнена в виде цилиндра с осью, перпендикулярной оси ее резьбового отверстия. Гайка размещена в полости ползуна с возможностью относительного поворота и образования осевого люфта (патент России N 2113646, F16К 31/00, публикация 1998).
Конструкция кулисы в виде вилки может вызвать сход ее с ползуна, что снижает надежность устройства. Сборка привода, замена деталей и его испытания также оказываются затруднительными.
Известна установка для гибки арматурной стали, содержащая станину, диск для гибки, выполненный с возможностью вращения, установленный на станине привод диска, включающий в себя электрический двигатель, клиноременную передачу, двухступенчатую зубчатую передачу и червячную передачу, отличающаяся тем, что установлен электрический двигатель АИР 100S4 3.0/3000, а червяк в червячной передаче выполнен однозаходным (патент на полезную модель RU 72425, МПК B21D 7/022, 19.09.2007).
Недостатком указанной установки является наличие недостаточно жесткой клиноременной передачи, которая делает привод ненадежным в условиях использования для электрифицированных сетей высокого напряжения.
Известен двойной редукторный привод, содержащий механизм переключения передач с двойным приводом для передвижения или подъема судна от воды до повышенного уровня или вниз от места хранения до воды. Устройство включает два механизма вращения зубчатого колеса в одном и том же корпусе или в отдельных смежных корпусах, которые могут быть соединены с устройством для вращения кабеля, с которым скреплен по крайней мере один кабельный лифт. Этот привод является прямым приводом, поскольку он не включает ремни, цепи или шкивы, но использует прямое взаимодействие между двумя соседними парами зубчатых колес, каждый из которых уменьшает скорость вращения для увеличения мощности, крутящего момента и обеспечивает контроль за движением подъемного троса (патент US 6397691, МКИ B66D 1/14, F16H 37/04, опубл. 04. 06.2002).
Недостатком указанного привода являются большие габариты, так как валы передаточных элементов расположены друг за другом в одном направлении.
Известен винтовой двигательный привод, предназначенный для приведения в действие разъединителей контактных сетей и содержащий корпус, двигатель, связанный с винтом винтовой пары, гайка которой размещена в ползуне, имеющем с противоположных сторон цапфы, одни части которых расположены в направляющих корпуса, а другие в пазах соответствующих кулис, соединенных с приводным элементом. Он снабжен втулками, расположенными на частях цапф, причем втулки, взаимодействующие с кулисами, выполнены с буртами со стороны ползуна и их наружный диаметр меньше наружного диаметра втулок, взаимодействующих с направляющими корпуса, а пазы кулис выполнены замкнутыми (патент RU 2172690, B61L 5/00, F16К 31/50, публикация 2001).
Недостатками указанного винтового двигательного привода являются:
- движение с двумя параллельно работающими кулисами подразумевает очень точное с высоким классом частоты изготовление деталей;
- при возвратно-поступательном движении кулисы есть два критических положения (так называемые мертвые точки), при которых угол наклона к резьбовому приводящему в движении кулис винту мал, что приводит к необходимости увеличить крутящийся момент для начала обратного движения кулис;
- движение кронштейна внутри кулис, а гайки резьбовой по приводному винту в силу большой площади соприкосновения так же приводит к большим потерям мощности на выходном валу;
- необходимо применение мощного (3,2 кВ.) и тяжелого (20 кг) электродвигателя;
- большая масса привода (ПДВ - 44 кг);
- необходимость конструктивной доработки для разных вариантов разъединителей контактной сети электрифицированных железных дорог.
Известен привод двигательный малогабаритный, предназначенный для приведения в действие разъединителей контактных сетей, содержащий корпус, двигатель, связанный через механический преобразователь с выходным валом привода, предназначенным для подключения приводного элемента разъединителя контактных сетей. Двигатель и механический преобразователь размещены в корпусе, а сам механический преобразователь выполнен в виде мотор-редуктора, подключенного к выходному валу двигателя своим входным валом, и узла связи выходного вала мотор-редуктора с выходным валом привода. Узел связи выходного вала мотор-редуктора выполнен в виде поворотного рычага выходного вала мотор-редуктора, связанного тягой с промежуточным рычагом выходного вала привода. Мотор-редуктор выполнен в виде четырехступенчатого редуктора с параллельным расположением осей зубчатых колес.В корпусе размещены электронный переключатель направления вращения привода, нормально замкнутый предохранительный выключатель от несанкционированного вскрытия корпуса и клеммник для подключения к электрическим цепям управления приводом (патент RU 2423264, МПК B61L 5/00, 30.03.2010).
Недостатками указанного двигательного привода являются:
- недостаточная надежность работы из-за возникновения обратного хода тяги разъединителя контактных сетей под нагрузкой, чему способствуют люфты и допуски контактирующих деталей узла связи выходного вала мотор-редуктора в виде поворотного рычага выходного вала мотор-редуктора, связанного тягой с промежуточным рычагом выходного вала привода, а также мотор-редуктора в виде четырехступенчатого редуктора, что вызывает разрыв цепи силового привода, искрение в местах контакта и пульсации напряжения в цепи управления приводом;
- большая масса привода (ПДМ-Г(В) Км 757-21 кг);
- большие габаритные размеры (ПДМ-Г(В)Км 757- 276×444×355 мм);
- сложность настройки электронного переключателя направления вращения привода.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является привод двигательный малогабаритный, содержащий корпус, в котором размещены мотор-редуктор, подключенный к выходному валу двигателя своим входным валом, а выходным валом - к приводному элементу разъединителя контактных сетей, и переключатель направления вращения привода, мотор-редуктор выполнен в виде червячно-цилиндрической передачи, вал колеса которой является выходным валом привода, а вал червяка расположен параллельно выходному валу двигателя и связан с ним двухступенчатой зубчатой передачей, вал промежуточного колеса которой параллелен валам червяка и двигателя и расположен в пространстве между ними. Переключатель направления вращения привода, выполнен в виде поворотных роликовых концевиков установленных с возможностью взаимодействия с регулируемыми выступами на выходном валу привода, (патент RU 2551695, МПК В60М 3/04, F16H 1/16, 16.05.2014).
Приводной элемент разъединителя контактных сетей выполнен в виде приводного поворотного рычага или полумуфты.
В качестве двигателя использован трехфазный асинхронный электродвигатель с конденсаторным пуском от однофазной цепи.
В существующем приводе (ПДМ-В-Г) имеется функция штатного ручного отключения разъединителя, осуществляемая с помощью ключа, которым вращают червячный вал 15-20 секунд до полного выхода из зацепления контакта разъединителя.
Проблема состоит в том, что при возникновении чрезвычайной ситуации, когда под ток попадает человек или когда у разъединителя возникает электрическая дуга, необходимо как можно быстрее вывести из зацепления контакт разъединителя. Для обеспечения безопасности, в частном случае - сохранения жизни человека, необходимо экстренно аварийно отключить разъединитель от сети за время в пределах 3-5 секунд.
Задача состоит в необходимости создания привода двигательного обеспечивающего безопасность при возникновении чрезвычайной ситуации с размерами, не превышающими габариты существующих приводов разъединителей контактных сетей электрифицированных железных дорог.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является обеспечение возможности функционирования привода двигательного малогабаритного как в штатном режиме отключения, так и в ускоренном режиме при возникновении чрезвычайной ситуации.
Указанный технический результат достигается тем, что в приводе двигательном малогабаритном, содержащем корпус, в котором размещены подключенный к выходному валу двигателя своим входным валом мотор-редуктор в виде червячно-цилиндрической передачи, вал колеса которой является выходным валом привода, вал червяка расположен параллельно выходному валу двигателя и связан с ним двухступенчатой зубчатой передачей, причем выходной вал привода одним концом связан с приводным элементом разъединителя контактных сетей, а другим - с переключателем направления вращения привода, упомянутая связь между валом червяка и двухступенчатой зубчатой передачей осуществлена посредством введенного в привод узла экстренного аварийного отключения этой передачи, имеющего механизм внешнего управления.
Кроме того, узел экстренного аварийного отключения передачи выполнен в виде установленного на валу упомянутого червяка с возможностью свободного вращения зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с упомянутой двухступенчатой зубчатой передачей, и прижатой пружиной вдоль оси червяка к этому зубчатому колесу сцепной муфты, находящейся с ним в зацеплении посредством кулачков, изготовленных, соответственно, в зубчатом колесе и сцепной муфте, механизм внешнего управления выполнен в виде поворотного поводка, ось поворота которого выведена за пределы корпуса для возможности ручного управления, один конец этого поводка снабжен вилкой, размещенной в кольцевом пазу сцепной муфты с возможностью ее перемещения вдоль оси червяка, другой конец снабжен углублениями для шарикового фиксатора на два положения, причем сам шариковый фиксатор установлен в сухаре, закрепленном в корпусе.
Кроме того, установленное с возможностью свободного вращения упомянутое зубчатое колесо расположено на закрепленной прессовой посадкой на валу червяка бронзовой втулке и контактирует через износостойкую шайбу со стопорным кольцом для исключения перемещения вдоль оси вала червяка.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 - схема компоновки прототипа - привода двигательного малогабаритного;
на фиг. 2 - вид на узел экстренного аварийного отключения передачи, встроенный в вал червяка;
на фиг. 3 - вид на кулачки зацепления зубчатого колеса и муфты сцепления узла экстренного аварийного отключения передачи;
на фиг. 4 - вид на монтажную пластину корпуса сбоку и прямо с выведением оси поворота механизма внешнего управления узла экстренного аварийного отключения передачи;
на фиг. 5 - вид сбоку на узел экстренного аварийного отключения передачи относительно колеса червячно-цилиндрической передачи;
на фиг.6 - два вида кинематики узла экстренного аварийного отключения передачи с механизмом внешнего управления;
на фиг. 7 - два вида шарикового фиксатора в сухаре, соответственно, на позициях выключения и включения червячного вала (прижимная планка и винты не показаны).
Привод двигательный малогабаритный, содержит корпус 1, в котором размещены подключенный к выходному валу 2 двигателя 3 своим входным валом 4 мотор-редуктор 27 в виде червячно-цилиндрической передачи, вал колеса 5 которой является выходным валом 6 привода, вал червяка 7 расположен параллельно выходному валу 2 двигателя и связан с ним двухступенчатой зубчатой передачей 8, причем выходной вал 6 привода одним концом связан с приводным элементом 9 разъединителя контактных сетей, а другим - с переключателем направления вращения привода (не показан), упомянутая связь между валом червяка 7 и двухступенчатой зубчатой передачей 8 осуществлена посредством введенного в привод узла 10 экстренного аварийного отключения этой передачи, имеющего механизм 11 внешнего управления. Узел 10 экстренного аварийного отключения передачи выполнен в виде установленного на валу упомянутого червяка 7 с возможностью свободного вращения зубчатого колеса 12, находящегося в зацеплении с упомянутой двухступенчатой зубчатой передачей 8, и прижатой пружиной 13 вдоль оси червяка 7 к этому зубчатому колесу 12 сцепной муфты 14, находящейся с ним в зацеплении посредством кулачков 15, изготовленных, соответственно, в зубчатом колесе 12 и сцепной муфте 14, механизм 11 внешнего управления выполнен в виде поворотного поводка 16, ось поворота 17 которого выведена за пределы корпуса для возможности ручного управления, один конец этого поводка 16 снабжен вилкой 18, размещенной в кольцевом пазу сцепной муфты 14 с возможностью ее перемещения вдоль оси червяка 7, другой конец снабжен углублениями 19 для шарикового фиксатора 20 на два положения, причем сам шариковый фиксатор 20 установлен в сухаре 21, закрепленном в корпусе 1.
Установленное с возможностью свободного вращения упомянутое зубчатое колесо 12 расположено на закрепленной прессовой посадкой на валу червяка 7 бронзовой втулке 22 и контактирует через износостойкую шайбу 23 со стопорным кольцом 24 для исключения перемещения вдоль оси вала червяка 7.
Устройство работает следующим образом.
Для приведения в действие привода включается двигатель 3, который своим выходным валом приводит в действие двухступенчатую зубчатую передачу 8 мотор - редуктора 27, выходной вал которого передает увеличенное усилие напрямую на поворотный рычаг 7, которое затем преобразуется в поступательное перемещение тяги разъединителя с горизонтальным выходным валом или поворотное перемещение вала разъединителя с вертикальным выходным валом (не показаны). При этом практически исключается обратный хода тяги разъединителя контактных сетей, так как сводятся к минимуму люфты и допуски контактирующих деталей связи выходного вала мотор-редуктора с тягой разъединителя контактных сетей и в самом мотор-редукторе. Так же сводятся к минимуму площади трущихся поверхностей и площади соприкосновения движущихся деталей. Вращение выходного вала привода и вращение осей червячно-цилиндрической передачи осуществляется в подшипниках качения (шарикоподшипники).
При возникновении аварийной ситуации штатное ручное отключение действует следующим образом: на червячном валу 7 отфрезерован квадрат 28 под посадку рукояти ручного управления. Крышка 25 имеет отверстие посередине, для выхода из корпуса посадочной части вала под рукоятку. Для оперирования рукояткой ручного управления приводом, необходимо на корпусе 1 всего изделия рукояткой отвернуть два спецболта и открыть дверцу (не показаны), далее надеть рукоятку на квадратный выступ оси червячного вала 7. Вращением рукоятки против часовой стрелки (для привода с вертикальным валом - по часовой стрелке) произвести включение привода. Вращением рукоятки по часовой стрелке (для привода с вертикальным валом - против часовой стрелки) произвести отключение привода. Далее убрать рукоятку ручного управления из привода и закрыть дверцу и завернуть спецболты до упора.
Работа узла экстренного аварийного отключения приводной передачи при возникновении аварийной ситуации осуществляется следующим образом: на червячном валу 7 посажена сцепная муфта 14. При скольжении по шпонке 26, муфта опирается либо на пружину сжатия 13 с одной стороны, либо кулачками зацепляется с колесом зубчатым 12 с другой стороны (кулачки 15 на муфте и колесе зубчатом 12 см. фиг. 3). Таким образом, сцепная кулачковая муфта 14 служит для включения и выключения червячного вала 7 при движении или во время остановки. Перемещение муфты 14 осуществляется вручную, с помощью вилки 18, прикрепленной к поворотному поводку 16, имеющему ось поворота 17, выведенную наружу корпуса 1 привода, и пластины поводка (см. фиг. 7) с двумя пазами 19 и канавкой под шариковый фиксатор 20. Сухарь фиксатора 21 имеет отверстие с пружиной и шариком под пазы в пластине поводка. Два паза соответствуют двум положениям у фиксатора - включению (при зацеплении муфты 14 и зубчатого колеса 12) и выключению (когда муфта отведена от колеса и опирается на пружину 13). Пружина сжатия 13 на валу помогает более легкому переключению из одного положения (включение) во второе (выключение), что обеспечивает быстрое и безопасное экстренное торможение привода, и легкий запуск привода при работающем электродвигателе 3.
В результате применения вышеописанного узла, привод имеет возможность отключения как вручную вращением червячного вала 7 (за 15-20 секунд, с помощью рукоятки ручного управления) так и экстренно (за 3-5 секунд, с помощью поворотного поводка 16 и фиксатора 20, определяющих зацепление или расцепление муфты 14 с колесом зубчатым 12). Такое конструктивное выполнение создает в предлагаемом приводе двигательном два вида отключения привода - штатное и экстренное.
Таким образом, обеспечен технический результат, которым является обеспечение возможности функционирования привода двигательного малогабаритного как в штатном режиме отключения, так и в ускоренном режиме при возникновении чрезвычайной ситуации.