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, C2, 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 и 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 состоит из поворотной части и неповоротной части, которая включает статор нижний и статор верхний, образующие корпус, блок контактный нижний, состоящий из нижнего щеткодержателя и слаботочных неповоротных электроконтактов, блок контактный верхний, состоящий из верхнего щеткодержателя, слаботочных неповоротных электроконтактов и сильноточных неповоротных электроконтактов, внешние электрические соединители неповоротной части, роторное уплотнение, крышку подшипника и технологическую заглушку, при этом, поворотная часть включает ротор и подшипниковую втулку, образующие центральный вал, вращающийся диск с поворотными электроконтактами, кольцо прижимное, кожух, на котором установлен внешний электрический соединитель поворотной части, и жгут проводов, соединяющий вращающийся диск с электрическим соединителем поворотной части, причем, внешние электрические соединители неповоротной части размещены на блоках контактных, которые установлены на нижний и верхний статоры через прокладки из диэлектрического материала, вращающийся диск с поворотными электроконтактами выполнен в виде многослойной печатной платы, нижний слой которой имеет концентрические токопроводящие поворотные электроконтакты одинаковой ширины для передачи слаботочных сигналов, а ее верхний слой имеет концентрические токопроводящие поворотные электроконтакты разной ширины для передачи слаботочных и сильноточных сигналов, нижний щеткодержатель выполнен в виде многослойной печатной платы, верхний наружный слой которой предназначен для установки слаботочных неповоротных электроконтактов нижнего щеткодержателя, верхний щеткодержатель выполнен в виде многослойной печатной платы, нижний наружный слой которой предназначен для установки слаботочных неповоротных электроконтактов и сильноточных неповоротных электроконтактов верхнего щеткодержателя, слаботочные неповоротные электроконтакты нижнего и верхнего щеткодержателя установлены таким образом, что каждой токопроводящей дорожке соответствует четное количество слаботочных неповоротных электроконтактов, одна половина которых направлена по ходу вращающегося диска, а другая половина в противоположную сторону, сильноточные неповоротные электроконтакты верхнего щеткодержателя установлены на верхнем щеткодержателе радиально, при этом, каждой концентрической токопроводящей дорожке вращающегося диска соответствует количество сильноточных неповоротных электроконтактов верхнего щеткодержателя, определяемое силой тока, центральный вал состоит из ротора, имеющего шлицы для сцепления с приводом, и подшипниковую втулку, выполненную с возможностью центрирования и передачи крутящего момента на вращающийся диск и имеющую три паза, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу и предназначенных для размещения в трех соответствующих уступах, выполненных на вращающемся диске, фиксация которого производится прижимным кольцом, которое крепится к подшипниковой втулке с помощью винтов с потайной головкой и имеет пазы для совмещения шлицов ротора с приводом, а технологическая заглушка выполнена в виде диска, установленного через герметизирующую прокладку в центре статора верхнего, и выполнена с возможностью закрывания технологического окна, предназначенного для доступа к поворотной части при установке токосъемника на привод.
На чертеже представлен заявляемый многоканальный скользящий токосъемник:
на фиг. 1 - общий вид заявляемого многоканального скользящего токосъемника;
на фиг. 2 - вид А (фиг. 1);
на фиг. 3 - вид Б (фиг. 1);
на фиг. 4 - вид В-В (фиг. 2);
на фиг. 5 - блок контактный нижний (вид со стороны вращающегося диска) с установленным внешним электрическим соединителем);
на фиг. 6 - блок контактный верхний (вид со стороны вращающегося диска) с установленным внешним электрическим соединителем);
на фиг. 7 - вращающийся диск (вид со стороны блока контактного нижнего);
на фиг. 8 - вращающийся диск (вид со стороны блока контактного верхнего);
на фиг. 9 - слаботочный неповоротный электроконтакт;
на фиг. 10 - сильноточный неповоротный электроконтакт.
На чертеже обозначены:
1 - статор нижний;
2 - статор верхний;
3 - нижний щеткодержатель;
4 - верхний щеткодержатель;
5 - прокладка нижнего щеткодержателя;
6 - прокладка верхнего щеткодержателя;
7 - внешние электрические соединители неповоротной части;
8 - роторное уплотнение;
9 - крышка подшипника;
10 - технологическая заглушка;
11 - прокладка технологической заглушки;
12 - винт стяжной;
13 - кожух;
14 - ротор;
15 - подшипниковая втулка;
16 - вращающийся диск;
17 - кольцо прижимное;
18 - жгут проводов поворотной части;
19 - внешний электрический соединитель поворотной части;
20 - подшипник;
21 - слаботочный неповоротный электроконтакт верхнего и нижнего щеткодержателя;
22 - сильноточный неповоротный электроконтакт верхнего щеткодержателя;
23 - слаботочный поворотный электроконтакт вращающегося диска;
24 - сильноточный поворотный электроконтакт вращающегося диска. Многоканальный скользящий токосъемник содержит корпус, состоящий
из статора нижнего 1 и статора верхнего 2. В корпусе размещен установленный на подшипниковой опоре центральный вал, включающий ротор 14 и подшипниковую втулку 15, соединенных между собой винтами с потайной головкой.
В технологическом отношении многоканальный скользящий токосъемник имеет две сборочные единицы. Первая сборочная единица включает: статор нижний 1, прокладку щеткодержателя нижнего 5, роторное уплотнение 8, кожух 13, ротор 14, подшипниковую втулку 15, вращающийся диск 16, кольцо прижимное 17, подшипник 20, крышку подшипника 9, жгут проводов поворотной части 18, внешний электрический соединитель поворотной части 19 и подсборку (фиг. 5) - блок контактный нижний с внешним электрическим соединителем 7 неповоротной части. Вторая сборочная единица включает: статор верхний 2, прокладку щеткодержателя верхнего 6, технологическую заглушку 10, прокладку технологической заглушку 11 и подсборку (фиг. 6) - блок контактный верхний с внешним электрическим соединителем 7 неповоротной части. Сборка подсборок (фиг. 5, 6), первой и второй сборочных единиц осуществляется параллельно. Первая и вторая сборочные единицы объединяются в изделие с помощью винтов стяжных 12.
Вращающийся диск 16 (фиг. 7, 8) выполнен в виде многослойной печатной платы, нижний слой которой имеет концентрические токопроводящие слаботочные поворотные электроконтакты 23 одинаковой ширины для передачи слаботочных сигналов, а ее верхний слой имеет концентрические токопроводящие слаботочные поворотные электроконтакты 23 и сильноточные поворотные электроконтакты 24 различной ширины для передачи слаботочных сигналов и сильноточных сигналов. В центре вращающегося диска 16 (фиг. 7, 8) расположены сквозные металлизированные отверстия печатной платы, предназначенные для припайки жгута проводов 18 поворотной части (фиг. 4), соединяющего вращающийся диск 16 (фиг. 4) с внешним электрическим соединителем поворотной части 19 (фиг. 4).
Блок контактный нижний (фиг. 5) состоит из нижнего щеткодержателя 3 и слаботочных неповоротных электроконтактов 21. Блок контактный верхний (фиг. 6) состоит из верхнего щеткодержателя 4, слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и сильноточных неповоротных электроконтактов 22.
Нижний щеткодержатель 3 выполнен в виде многослойной печатной платы, верхний наружный слой которой предназначен для установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21. Он имеет посадочное место для установки и припайки внешнего электрического соединителя неповоротной части 7. Верхний щеткодержатель 4 выполнен в виде многослойной печатной платы, нижний наружный слой которой предназначен для установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и сильноточных неповоротных электроконтактов 22. Он имеет посадочное место для установки и припайки внешнего электрического соединителя 7 неповоротной части.
Слаботочные неповоротные электроконтакты 21 устанавливаются на щеткодержатели следующим образом (фиг. 5, 6): каждому концентрическому токопроводящему поворотному электроконтакту 23 вращающегося диска 16 соответствует четное количество слаботочных неповоротных электроконтактов 21 в зависимости от силы тока, одна половина которых направлена в сторону по ходу вращения диска, а другая половина - против хода вращения диска. Сильноточные неповоротные электроконтакты 22 устанавливаются на щеткодержатель радиально (фиг. 6), при этом, каждому концентрическому токопроводящей сильноточному поворотному электроконтакту 24 вращающегося диска 16 соответствует количество сильноточных неповоротных электроконтактов 22 в зависимости от силы тока.
Неповоротные электроконтакты 21, 22 и поворотные электроконтакты 23, 24 образуют контактные пары (21-23 и 22-24), которые посредством дорожек печатных плат и проводов сообщены с соответствующими внешними электрическими соединителями 7 и 19 соответственно.
Слаботочные неповоротные электроконтакты (фиг. 9) имеют форму сферического контакта и представляют из себя лепестковые контакты из токопроводящего материала с пружинящими свойствами. Сильноточные неповоротные электроконтакты (фиг. 10) имеют накладки из щеточного материала, например бронзографита, и представляют из себя лепестковые контакты из токопроводящего материала с пружиняжими свойствами. Базирование на щеткодержателях неповоротных электроконтактов осуществляется за счет имеющихся у них выступов (фиг. 5, 6, 9, 10). Фиксация на щеткодержателях неповоротных электроконтактов осуществляется за счет пайки их основания и выступов к щеткодержателю (фиг. 5, 6).
Блоки контактные нижний и верхний устанавливаются на статоры нижний 1 и верхний 2 через прокладки щеткодержателей нижнего 5 и верхнего 6 соответственно. Прокладки щеткодержателей 5 и 6 выполнены из диэлектрического материала, например, стеклотекстолита.
Передача вращения подвижной части осуществляется на центральный вал, состоящий из ротора 14, имеющего шлицы, обеспечивающие сцепление с приводом, и подшипниковой втулки 15.
Центрирование и передача крутящего момента на вращающийся диск 16, имеющий три паза, осуществляется с помощью подшипниковой втулки 15, 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 под сборки:
блок контактный нижний с внешним электрическим соединителем 7 неповоротной части путем установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и установки и припайки внешнего электрического соединителя неповоротной части 7 на нижний щеткодержатель 3 (фиг. 5);
блок контактный верхний с внешним электрическим соединителем 7 неповоротной части путем установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и сильноточных неповоротных электроконтактов 22 и установки и припайки внешнего электрического соединителя 7 неповоротной части на верхний щеткодержатель 4 (фиг. 6).
Далее параллельно осуществляется сборка первой и второй сборочных единиц.
Последовательность сборки первой сборочной единицы:
1. В статор нижний 1 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка щеткодержателя нижнего 5 и подсборка (фиг. 5) - блок контактный нижний с внешним электрическим соединителем 7 неповоротной части.
2. В статор нижний 1 устанавливается подшипник 20, который крепится крышкой подшипника 9 с помощью винтов с потайной головкой.
3. В проточку статора нижнего 1 устанавливается роторное уплотнение 8.
4. На внутреннее кольцо подшипника 20 одновременно устанавливаются ротор 14 и подшипниковая втулка 15. Они скрепляются с помощью винтов с потайной головкой.
5. На подшипниковую втулку 15 устанавливается вращающийся диск 16, который крепится кольцом прижимным 17 с помощью винтов с потайной головкой.
6. К сквозным металлизированным отверстиям вращающегося диска 16 припаивается жгут проводов 18 поворотной части.
7. Второй конец жгута проводов 18 припаивается к внешнему электрическому соединителю 19 поворотной части.
8. Внешний электрический соединитель 19 поворотной части закрепляется в кожухе 13.
9. Кожух 13 крепится к ротору 14 с помощью винтов. Последовательность сборки второй сборочной единицы:
1. В статор верхний 2 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка верхнего щеткодержателя 6 и подсборка (фиг. 6) - блок контактный верхний с внешним электрическим соединителем 7 неповоротной части.
2. В статор верхний 2 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка 11 технологической заглушки и технологическая заглушка 10.
Окончательная сборка.
Первая и вторая сборочные единицы объединяются в многоканальный скользящий токосъемник с помощью винтов стяжных 12 с использованием герметика, нанесенного на торцевые поверхности статора нижнего 1 и статора верхнего 2.
Демонтаж осуществляется в обратном порядке.
Работает заявляемый многоканальный скользящий токосъемник следующим образом. Привод вращает центральный вал, который передает вращение на вращающийся диск 16, при этом концентрические токопроводящие поворотные электроконтакты 23 и 24 скользят относительно лепестковых контактов (неповоротных электроконтактов 21 и 22), благодаря чему осуществляется электрическая связь между внешним электрическим соединителем 19 поворотной части и внешними электрическим соединителем 7 неповоротной части.
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.
Заявляемый 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.
Таким образом, в предложенном устройстве достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении ремонтнопригодности и технологичности сборки и разборки.