ПРИВОД РУЧНОЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРОЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к оборудованию трубопроводного транспорта и может быть использовано для ручного управления кранами, задвижками и вентилями.
Известны приводы ручные для управления трубопроводной арматурой (как правило, встроенные в электро- или пневмопривод), содержащие маховик или рукоятку или штурвал ручного управления и коническую зубчатую передачу, конические колеса которой закреплены на валах, при этом маховик соединен с ведущим колесом, а шпиндель трубопроводной арматуры связан выходным валом с ведомым колесом. (1-5).
Недостатками этих приводов являются низкая надежность, большие вес и габариты, не достаточная плавность хода, низкие нагрузочная способность и крутящий момент, не высокая долговечность, не высокий КПД, большая себестоимость.
Наиболее близким приводом ручным для управления трубопроводной арматурой является привод трубопроводной задвижки, содержащий маховик ручного управления и размещенную в корпусе коническую зубчатую передачу, конические колеса которой закреплены на валах, установленных в подшипниках, маховик соединен входным валом с ведущим колесом, а шпиндель трубопроводной арматуры кинематически связан выходным валом с ведомым колесом. (6)
Данная конструкция привода является более надежной, однако недостатками ее также являются не достаточная плавность хода, недостаточные нагрузочная способность и крутящий момент, ограничивающие номенклатуру трубопроводной аппаратуры, пригодной для управления данным приводом, большие вес и габариты, не высокий КПД.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного привода ручного для управления трубопроводной арматурой и расширение арсенала приводов ручных для управления трубопроводной арматурой.
Технический результат полезной модели состоит в увеличении нагрузочной способности, повышении плавности хода, повышении КПД, уменьшении веса и сокращении габаритов.
Сущность полезной модели состоит в том, что в приводе ручном для управления трубопроводной арматурой, содержащем маховик ручного управления и размещенную в корпусе коническую зубчатую передачу, конические колеса которой закреплены на валах, установленных в подшипниках, маховик соединен входным валом с ведущим колесом, а шпиндель трубопроводной арматуры кинематически связан выходным валом с ведомым колесом, коническая передача выполнена в виде гипоидной передачи, оси колес которой расположены в параллельных плоскостях, ведущее колесо выполнено заодно с входным валом, выполненным ступенчатым и размещенным в ступенчатой гильзе, по краям которой встроены втулки двух подшипников скольжения разного диаметра, причем втулка с большим диаметром расположена со стороны конического колеса, а втулка с меньшим диаметром - со стороны маховика, при этом выходной вал выполнен полым, а корпус снабжен полой крышкой с каналом, соосным выходному валу.
Предпочтительно выходной вал установлен на подшипнике качения и снабжен торцевой муфтой с кулачками для кинематической связи со шпинделем трубопроводной арматуры, крышка выполнена с каналом, длина которого определена из условия возможности размещения в нем выдвижной части шпинделя трубопроводной арматуры, втулки подшипников скольжения выполнены из бронзы, а зубчатые колеса - из хромоникелевой стали.
На чертеже фиг.1 изображен разрез по входному и выходному валам привода ручного для управления трубопроводной арматурой, на фиг.2 - вид по А на фиг.1.
1
2
Привод ручной для управления трубопроводной арматурой, содержит размещенную в корпусе 1 гипоидную коническую зубчатую передачу с передаточным числом, равным, например, четырем. Маховик 2 (эквивалентно штурвал или рукоятка), закреплен на резьбовом конце (не обозначен) входного вала 3 и соединен входным валом 3 с ведущим коническим колесом 4, выполненным заодно с входным валом 3 (в виде вала-шестерни). Шпиндель трубопроводной арматуры, например, задвижки (не изображено) установлен соосно выходному валу 5 и кинематически связан выходным валом 5 с ведомым коническим колесом 6. Геометрические оси колес 4,6 гипоидной конической передачи, расположены в параллельных плоскостях, т.е. скрещиваются (не пересекаются), причем ось ведущего колеса 4 (ось O на фиг.1,2) смещена на расстояние «L» от общей оси ведомого колеса 6 и шпинделя трубопроводной арматуры (ось O на фиг.1, видимая в виде точки на фиг.2). Гипоидная коническая зубчатая передача имеет зубья косые или криволинейные. Современные методы синтеза гипоидных передач предложены, например, в статье: Шевелева Г.И. и др. «Компьютерное моделирование конических гипоидных зубчатых передач», журнал «Конверсия в машиностроении», М., 1997, №6, с.57-65.
Входной вал 3 вала-шестерни выполнен ступенчатым и размещен в ступенчатой гильзе 7, по краям которой встроены втулки 8, 9 двух подшипников скольжения разного диаметра. Втулка 8 с большим диаметром отверстия расположена со стороны ведущего конического колеса 4, а втулка 9 с меньшим диаметром - со стороны штурвала 2 (маховика).
Выходной вал 5 выполнен полым, а корпус 1 снабжен полой крышкой 10 с каналом 11 (или, эквивалентно, полостью или расточкой), соосным выходному валу 5 и, следовательно, шпинделю трубопроводной арматуры.
Выходной вал 5 установлен на подшипнике 12 качения и снабжен торцевой муфтой с кулачками 13 для кинематической связи со шпинделем трубопроводной арматуры. Гильза 7 закреплена в отверстии корпуса 1.
Крышка 10 выполнена с каналом 11, длина которого определена из условия возможности размещения в ней выдвижной части шпинделя трубопроводной арматуры, т.е. имеет длину и, разумеется, диаметр, достаточные для размещения той части шпинделя, которая поднимается (по чертежу) при соответствующем повороте входного вала 3.
Втулки 8,9 подшипников скольжения выполнены из бронзы БрАЖ9-4(БР08Ж20Гр1), а зубчатые колеса 4,6 - из хромоникелевой стали: колесо 4 (с валом 3) - из стали 20Х2Н4А, колесо 6 - из стали 12ХН3А.
Масса привода составляет 23.5 кг, что значительно меньше, чем у известных приводов со сравнимой нагрузочной способностью.
Привод изготавливается в соответствии требованиям ГОСТ 15150-69, ОСТ 26-07-763-73.
Привод ручной для управления трубопроводной арматурой работает следующим образом.
При вращении маховика 2 и входного вала 3 крутящий момент через конические зубчатые колеса 4,6 передается выходному валу 5. От выходного вала 5 через кулачки 13 торцевой муфты крутящий момент предается задвижке (наиболее распространенная трубопроводная арматура). В результате, при вращении валов 3,5 и находящихся в зацеплении колес 4,6 поднимается или опускается узел затвора, открывая или закрывая, при этом, проходное сечение задвижки. Взаимодействие косых или криволинейных зубьев колес 4,6 гипоидной конической передачи (по сравнению с прямозубой конической или цилиндрической передачей) характеризуется увеличенной площадью контакта каждой пары зубьев, увеличением числа пар зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, и увеличением продольного скольжения между зубьями. (Писманик К.М. «Гипоидные передачи», М., Машиностроение, 1964).
Благодаря этому обеспечивается увеличение прочности зубьев на изгиб, большая нагрузочная способность и снижение механических потерь.
2
Передача работает более плавно, предотвращается разрушение поверхности зубьев от выкрашивания. Одновременно обеспечивается хорошее притирание сопряженных поверхностей колес 4, 6 и бесшумная плавная работа привода в целом. Крутящий момент на выходном валу 5 равен, например, 80 кгс·м при усилии на маховике 2 (штурвал) составляющем 70 кг. Подшипники скольжения работают в режиме, при котором поверхности трения вала 3 и втулок 8, 9 разделены слоем смазки. Тем самым обеспечивается высокая нагрузочная способность подшипников скольжения (которая у них принципиально выше, чем у подшипников качения) при работе в широком диапазоне температуры окружающей среды и высокая вибродемпфирующая способность, исключающая возникновение автоколебаний вала 3 в радиальном направлении. Взаимное расположение втулок 8, 9 обеспечивает максимально возможную направляющую длину для вала 3 и позволяет формировать суммарную реакцию опор вала 3, направленную на компенсацию усилия в зацеплении колес 4, 6 и радиальной составляющей от внешнего усилия при вращении маховика 2, а вал 3 (вместе с колесом 4, выполненным заодно с валом 3 и, следовательно, соосным с ним) имеет возможность самоустанавливаться. Вал 5 установлен на одном подшипнике качения, поскольку он выполнен сквозным и во избежание заедания ориентируется совместно с находящимся в его отверстии шпинделем трубопроводной арматуры вдоль общей оси O. Все это направлено на снижение износа и механических потерь, улучшение условий работы элементов привода и, тем самым, на повышение его КПД, нагрузочной способности и долговечности. В результате расширяется номенклатура трубопроводной аппаратуры, пригодной для управления данным приводом.
Привод обеспечивает надежное управление трубопроводной арматурой с выдвижным шпинделем, поскольку вал 5 выполнен полым, а крышка 10 выполнена с каналом 11, длина которого определена из условия возможности размещения в ней выдвижной части шпинделя. Шпиндель через отверстие вала 5 может перемещаться в соосном ему канале 11 и, следовательно, в корпусе 1, т.е. не требует организации дополнительного объема для его размещения. Выдвижная часть шпинделя при этом не
подвергается воздействию окружающей среды, по ней не может произойти протекание дождевой воды или конденсата, или поступление иных загрязнений в рабочую зону гипоидной конической передачи и трубопроводной арматуры, что также направлено на повышение его надежности и долговечности. Привод обеспечивает управление трубопроводной арматурой при температуре окружающей среды +50 С до минус 60 С. Полный средний ресурс, подтвержденный ресурсными испытаниями, составляет 10000 циклов. Полный средний срок службы 10 лет.
Таким образом, создан эффективный привод ручной для управления трубопроводной арматурой и расширен арсенал приводов ручных для управления трубопроводной арматурой.
При этом увеличена нагрузочная способность и полезный крутящий момент, повышена плавность хода, повышен КПД, уменьшены вес и сокращены габариты.
Источники информации:
1. SU №307236
2. DE №29504966
3. SU №1807278
4. US №1506433
5. US №2006742
6. SU №670771 (прототип)