ЭЛЕКТРОПРИВОД ОДНООБОРОТНЫЙ
SINGLE-TURN ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к электроприводам, а именно к комбинированным средствам управления запорной арматурой, и может быть использовано на трубопроводах при транспортировке нефти, нефтепродуктов и газов, в химической и нефтехимической отраслях.
Известен привод запорно-регулирующей арматуры РЮД, защищенный патентом РФ №2108513, предназначенный для перемещения регулирующих органов в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств и оперативного ручного управления. Недостатками данного привода являются: ограниченные эксплуатационные возможности, не позволяющие определять текущее положение вала, непосредственно в месте эксплуатации привода визуально или дистанционно средствами внешних систем автоматического управления, а также не позволяющие (затрудняющие) использовать устройство ручного перемещения при противодействующем крутящем моменте на выходном валу привода более 200 Н⋅м; недостаточные надежность функционирования и отказоустойчивость при превышении момента (усилия) на выходном валу привода и устройстве ручного перемещения допустимых пределов, а также при превышении угла поворота выходного вала допустимых пределов; большие габаритные размеры, вес и материалоемкость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является взрывозащищенный электромеханизм трубопроводной арматуры, защищенный патентом РФ №2228478, предназначенный для управления однооборотными запорными кранами в магистралях газопроводов, нефтепроводов, в системах подачи топлива (природного газа или мазута), а также запорной арматурой для химических цехов тепловых электростанций. Недостатками данного устройства являются: ограниченные эксплуатационные возможности, не позволяющие определять текущее положение вала, непосредственно в месте эксплуатации привода визуально или дистанционно средствами внешних систем автоматического управления, а также не позволяющие (затрудняющие) использовать устройство ручного перемещения при противодействующем крутящем моменте на выходном валу привода более 200 Н⋅м; недостаточные надежность функционирования и отказоустойчивость при превышении момента (усилия) на выходном валу электромеханизма и ручного привода допустимых пределов, а также при превышении угла поворота выходного вала допустимых пределов.
Задача заявленного изобретения - создание электропривода однооборотного, который позволит расширить эксплуатационные возможности, повысить надежность функционирования и отказоустойчивость.
Задача решается следующим образом.
Электропривод однооборотный, состоящий из электродвигателя, предварительного редуктора, выходного вала, устройства ограничения крутящего момента и необратимой муфты, в который дополнительно введены: двухступенчатый планетарный редуктор, первой ступенью которого является планетарная передача, состоящая из корончатого колеса, солнечного колеса и трех сателлитов, а второй ступенью - планетарная передача типа 3К, состоящая из солнечного колеса, неподвижного первого и второго корончатых колес и трех сателлитов; визуальный указатель положения выходного вала; потенциометр; промежуточный редуктор; зубчатая передача; ручной привод с мультипликатором и муфтой ограничения момента, состоящий из ручки, муфты ограничения момента, вала и мультипликатора ручного дублера.
Согласно изобретению предложен электропривод однооборотный, содержащий: электродвигатель; необратимую муфту; предварительный редуктор; выходной вал; устройство ограничения крутящего момента, состоящее из червяка, первой и второй реек, первого и второго торсионов, первого и второго зубчатых колес, первого и второго кулачков, первого и второго микропереключателей, отличающийся тем, что дополнительно содержит: двухступенчатый планетарный редуктор, первой ступенью которого является планетарная передача, состоящая из корончатого колеса, солнечного колеса и трех сателлитов, а второй ступенью - планетарная передача типа 3К, состоящая из солнечного колеса, неподвижного первого и второго корончатых колес и трех сателлитов; визуальный указатель положения выходного вала; потенциометр; промежуточный редуктор; зубчатая передача; ручной привод с мультипликатором и муфтой ограничения момента, состоящий из ручки, муфты ограничения момента, вала и мультипликатора ручного дублера, где выходной вал электродвигателя через промежуточный редуктор соединен с входом необратимой муфты, выход которой через зубчатые колеса предварительного редуктора, солнечное колесо и сателлиты первой планетарной передачи соединен с солнечным колесом планетарной передачи типа 3К и с корончатым колесом первой планетарной передачи, причем корончатое колесо первой планетарной передачи удерживается от вращения червяком из состава устройства ограничения крутящего момента, солнечное колесо планетарной передачи типа 3К через сателлиты планетарной передачи типа 3К соединено с неподвижным первым и вторым корончатыми колесами планетарной передачи типа 3К, второе корончатое колесо планетарной передачи типа 3К соединено с выходным валом, который через зубчатую передачу связан с валом блока кулачков и микропереключателей и потенциометром, червяк устройства ограничения крутящего момента соединен с одной стороны через первую рейку и первое зубчатое колесо с первым торсионом и первым кулачком устройства ограничения крутящего момента, а с другой стороны - через вторую рейку и второе зубчатое колесо со вторым торсионом и вторым кулачком устройства ограничения крутящего момента, где в свою очередь первый кулачок устройства ограничения крутящего момента при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на первый микропереключатель устройства ограничения крутящего момента, а второй кулачок устройства ограничения крутящего момента при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на второй микропереключатель устройства ограничения крутящего момента, вал блока кулачков и микропереключателей соединен с визуальным указателем положения выходного вала, ручка из состава ручного привода с мультипликатором и муфтой ограничения момента соединена через мультипликатор ручного дублера, муфту ограничения момента с валом ручного привода с мультипликатором и муфтой ограничения момента, который в свою очередь имеет жесткую механическую связь с червяком из состава устройства ограничения крутящего момента, четыре кулачка из блока кулачков и микропереключателей при достижении валом определенных углов поворота имеют возможность воздействовать своими выступами на четыре микропереключателя блока кулачков и микропереключателей, электрические входы-выходы электродвигателя, первого и второго микропереключателей из состава устройства ограничения крутящего момента, микропереключателей из состава блока кулачков и микропереключателей и потенциометра соединены с соответствующими выходами-входами внешней системы электропитания и управления.
Кинематическая схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.
Электропривод однооборотный содержит: электродвигатель 1; необратимую муфту 2; предварительный редуктор 3; двухступенчатый планетарный редуктор 4, первой ступенью которого является планетарная передача 5, состоящая из корончатого колеса 6, солнечного колеса 7 и трех сателлитов 8, а второй ступенью - планетарная передача типа 3К 9, состоящая из солнечного колеса 10, неподвижного первого 11 и второго 12 корончатых колес, трех сателлитов 13; выходной вал 14; устройство ограничения крутящего момента 15, состоящее из червяка 16, первой 17 и второй 18 реек, первого 19 и второго 20 торсионов, первого 21 и второго 22 зубчатых колес, первого 23 и второго 24 кулачков, первого 25 и второго 26 микропереключателей; ручной привод с мультипликатором и муфтой ограничения момента 27, состоящий из ручки 28, муфты ограничения момента 29, вала 30 и мультипликатора ручного дублера 31; блок кулачков и микропереключателей 32, состоящий из четырех кулачков 33, четырех микропереключателей 34, вала 35 и визуального указателя положения выходного вала 37; внешняя система электропитания и управления 36; потенциометр 38; промежуточный редуктор 39; зубчатая передача 40. Выходной вал электродвигателя 1 через промежуточный редуктор 39 соединен с входом необратимой муфты 2, выход которой через зубчатые колеса предварительного редуктора 3, солнечное колесо 7 и сателлиты 8 планетарной передачи 5 соединен с солнечным колесом 10 планетарной передачи типа 3К 9 и с корончатым колесом 6 планетарной передачи 5, причем корончатое колесо 6 удерживается от вращения червяком 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, солнечное колесо 10 планетарной передачи типа 3К 9 через сателлиты 13 планетарной передачи типа 3К 9 соединено с неподвижным первым 11 и вторым 12 корончатыми колесами планетарной передачи типа 3К 9, второе корончатое колесо 12 планетарной передачи типа 3К 9 соединено с выходным валом 14, который через зубчатую передачу 40 связан с валом 35 блока кулачков и микропереключателей 32 и потенциометром 38, червяк 16 устройства ограничения крутящего момента 15 соединен с одной стороны через первую рейку 17 и первое зубчатое колесо 21 с первым торсионом 19 и первым кулачком 23 устройства ограничения крутящего момента 15, а с другой стороны - через вторую рейку 18 и второе зубчатое колесо 22 с вторым торсионом 20 и вторым кулачком 24 устройства ограничения крутящего момента 15, в свою очередь первый кулачок 23 устройства ограничения крутящего момента 15 при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на первый микропереключатель 25 устройства ограничения крутящего момента 15, а второй кулачок 24 устройства ограничения крутящего момента 15 при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на второй микропереключатель 26 устройства ограничения крутящего момента 15, вал 35 блока кулачков и микропереключателей 32 соединен с визуальным указателем положения выходного вала 37, ручка 28 из состава ручного привода с мультипликатором и муфтой ограничения момента 27 соединена через мультипликатор ручного дублера 31, муфту ограничения момента 29 с валом 30 ручного привода с мультипликатором и муфтой ограничения момента 27, который в свою очередь имеет жесткую механическую связь с червяком 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, четыре кулачка 33 блока кулачков и микропереключателей 32 при достижении валом 35 определенных углов поворота имеют возможность воздействовать своими выступами на четыре микропереключателя 34 блока кулачков и микропереключателей 32, электрические входы-выходы электродвигателя 1, первого 25 и второго 26 микропереключателей из состава устройства ограничения крутящего момента 15, четырех микропереключателей 34 из состава блока кулачков и микропереключателей 32 и потенциометра 38 соединены с соответствующими выходами-входами внешней системы электропитания и управления 36.
Заявляемое изобретение работает следующим образом.
По сигналам от внешней системы электропитания и управления 36 электродвигатель 1 создает вращательное усилие, которое передается через промежуточный редуктор 39, необратимую муфту 2 и предварительный редуктор 3 на солнечное колесо 7 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. Корончатое колесо 6 планетарной передачи 5 удерживается от движения червяком 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, поэтому вращение солнечного колеса 7 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 передается через сателлиты 8 на солнечное колесо 10 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. Сателлиты 13 планетарной передачи типа 3К 9 расположены на водилах неподвижного первого 12 и второго 13 корончатых колес планетарной передачи типа 3К 9 и при отсутствии противодействующего момента на выходном валу 14 передают вращение солнечного колеса 10 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 на выходной вал 14, который начинает вращаться в направлении определяемом электродвигателем 1, при этом элементы устройства ограничения крутящего момента 15 находятся в неподвижном - исходном состоянии.
При появлении на выходном валу 14 противодействующего вращающего момента, который по величине превышает предварительно заданное значение, происходит остановка углового перемещения сателлитов 13 и солнечного колеса 10 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. При этом корончатое колесо 6 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 проворачивается под действием вращательного усилия, создаваемого электродвигателем 1 и передаваемого через промежуточный редуктор 39, необратимую муфту 2 и предварительный редуктор 3 на солнечное колесо 7 и сателлиты 8 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. Корончатое колесо 6 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 создает усилие в осевом направлении на червяк 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, направленное вдоль оси вала 30. Направление этого усилия зависит от направления противодействующего вращающего момента на выходном валу 14.
Если червяк 16, перемещаясь вдоль оси вала 30, перемещает первую рейку 17, которая через первое зубчатое колесо 21 начинает закручивать первый торсион 19 и вместе с ним поворачивать первый кулачок 23, то со стороны первого торсиона 19 возникает момент, противодействующий закручиванию торсиона, который через первое зубчатое колесо 21 передается в виде усилия на первую рейку 17.
Если червяк 16, перемещаясь вдоль оси вала 30, перемещает вторую рейку 18, которая через второе зубчатое колесо 22 начинает закручивать второй торсион 20 и вместе с ним поворачивать второй кулачок 24, то со стороны второго торсиона 20 возникает момент, противодействующий закручиванию торсиона, который через второе зубчатое колесо 22 передается в виде усилия на вторую рейку 18.
Усилия, передаваемые на первую рейку 17 или вторую рейку 18 со стороны соответствующих торсионов 19 или 20 всегда направлены на возвращение первой рейки 17 или второй рейки 18 и червяка 16 к исходному положению.
При противодействующем моменте на выходном валу 14, не превышающем по величине предварительно заданное значение, усилие, приложенное со стороны корончатого колеса 11 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 к червяку 16, уравновешивается противоусилием закрученного торсиона - первого 19 или второго 20, приложенного к червяку 16 через соответствующие зубчатое колесо и рейку - первое зубчатое колесо 21 и первую рейку 17 или второе зубчатое колесо 22 и вторую рейку 18.
Величина перемещения червяка 16, первой рейки 17 или второй рейки 18 от своего исходного положения пропорциональна величине противодействующего момента на выходном валу 14.
Если противодействующий момент на выходном валу 14 не превышает максимально допустимого значения, то величина перемещения червяка 16, первой рейки 17 или второй рейки 18, а также закручивание соответствующего торсиона - первого 19 или второго 20, будут такими, что угол поворота соответствующего кулачка - первого 23 или второго 24, не достигнет значения, при котором срабатывает соответствующий микропереключатель - первый 25 или второй 26.
При достижении противодействующим моментом на выходном валу 14 максимально допустимого значения, перемещение червяка 16, первой рейки 17 или второй рейки 18, а также закручивание соответствующего торсиона - первого 19 или второго 20, будут такими, что соответствующий кулачок - первый 23 или второй 24, своим выступом нажимает кнопку соответствующего микропереключателя - первого 25 или второго 26, что приводит к формированию и передаче во внешнюю систему электропитания и управления 36 сигнала на разрыв цепей питания и останов электродвигателя 1.
При уменьшении момента на выходном валу 14 соответствующий торсион - первый 19 или второй 20, соответствующий кулачок - первый 23 или второй 24, соответствующая рейка - первая 17 или вторая 18, червяк 16 вращаются (перемещаются) в направлении к исходному положению. В исходном положении они находятся только при отсутствии противодействующего момента на выходном валу 14.
Необратимая муфта 2 реализует передачу вращательного усилия только в направлении от электродвигателя 1 к предварительному редуктору 3, а также обеспечивает запрет на произвольное перемещение выходного вала 14 и удержание выходного вала 14 от движения при обесточенном электродвигателе 1.
Выходной вал 14 через зубчатую передачу 40 связан с валом 35 блока кулачков и микропереключателей 32 и потенциометром 38, поэтому поворот выходного вала 14 сопровождается поворотом четырех кулачков 33 в блоке кулачков и микропереключателей 32 и визуального указателя положения выходного вала 37, а также передачей вращательного движения на потенциометр 38. При достижении определенных положений четыре кулачка 33 нажимают на кнопки соответствующих четырех микропереключателей 34 (обеспечивая срабатывание микропереключателей 34 в конечных и двух промежуточных положениях), сигнализируя о текущем положении выходного вала 14, либо формируя и передавая во внешнюю систему электропитания и управления 36 сигналы на разрыв цепей питания и останов электродвигателя 1. Визуальный указатель положения выходного вала 37 показывает обслуживающему персоналу, осуществляющему эксплуатацию электропривода, текущее значение угла поворота выходного вала 14. Потенциометр 38, изменяя свое сопротивление, формирует во внешнюю систему электропитания и управления 36 информацию о текущем значении угла поворота выходного вала 14.
В случае возникновения необходимости в повороте выходного вала 14 при обесточенном электродвигателе 1, силами обслуживающего персонала, осуществляющего эксплуатацию электропривода, создается необходимое вращательное усилие на ручке 28 из состава ручного привода с мультипликатором и муфтой ограничения момента 27, которое передается через мультипликатор ручного дублера 31, муфту ограничения момента 29 и вал 30 на червяк 16, через корончатое колесо 6 и сателлиты 8 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4, солнечное колесо 10 сателлиты 13 и второе корончатое колесо 12 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 на выходной вал 14, который начинает вращаться в направлении определяемом направлением движения ручки 28. Для снижения усилий, необходимых обслуживающему персоналу для вращения ручки 28, при наличии на выходном валу 14 противодействующего крутящего момента более 200 Н*м используется мультипликатор ручного дублера 31, который снижает вращающий момент и повышает угловую скорость вала 30.
При превышении на выходном валу 14 предельно допустимого значения вращающего момента, создаваемого вращением ручки 28 из состава ручного привода с мультипликатором и муфтой ограничения момента 27, муфта ограничения момента 29 пробуксовывает.
Таким образом, предлагаемое техническое решение, благодаря мультипликатору ручного дублера, позволит уменьшить усилие необходимое обслуживающему персоналу для вращения выходного вала с помощью ручного привода при наличии противодействующего крутящего момента на валу более 200 Н⋅м, а введение визуального указателя положения выходного вала позволяет определять непосредственно в месте эксплуатации электропривода текущее положение выходного вала, что расширяет эксплуатационные возможности данного устройства. Наличие муфты ограничения момента также позволит защитить представленное устройство от разрушения, в момент прикладывания к ручному приводу моментов (усилий), превышающих допустимые пределы, что повышает надежность функционирования и отказоустойчивость электропривода.