Муфта для соединения труб

Область техники
Полезная модель относится к быстроразъемным соединениям труб, а более конкретно к муфтам, которые могут быть использованы для соединения и центрирования стальных труб перед нанесением на их наружную поверхность антикоррозионного покрытия.
Уровень техники
Ближайшим аналогом заявленного технического решения является быстросъемная соединительная муфта, раскрытая в патенте РФ на полезную модель №127122 (опубл. 20.04.2013). Муфта содержит кольцевой диск, в котором установлен разжимной механизм с винтовым приводом. По периферии разжимного механизма расположены установочные ползуны с опорными элементами и направляющими роликами. Разжимной механизм выполнен в виде равномерно расположенных по окружности диска и радиально направленных сдвоенных тяг, каждая пара из которых образует равнобедренный треугольник с разомкнутым углом при вершине и ходовым винтом привода в основании. Тяги одним концом подвижно взаимосвязаны с ходовым винтом привода через цапфы, другим концом - с установочными ползунами. Каждая тяга содержит компенсационный узел, состоящий из направляющего стержня и установленных на нем тарельчатых пружин.
Указанный аналог имеет следующие недостатки.
Используемый в конструкции привод вида винт-гайка является парой трения скольжения, поэтому при закреплении муфты внутри трубы, для обеспечения рабочих усилий прижима ползунов к внутренней поверхности трубы, к винту разжимного механизма требуется прикладывать большие крутящие моменты. При этом для закрепления муфты в трубе необходимо участие двух человек, один из которых прижимает муфту к торцу трубы для ее плотного прилегания, а второй производит затяжку винтового механизма.
Кроме того, в процессе эксплуатации указанной муфты возникает естественный износ деталей разжимного механизма и опорных элементов установочных ползунов, соприкасающихся под нагрузкой с поверхностью трубы, в результате чего появляются зазоры. При этом в каждой из кинематических цепей цапфа-тяга-ползун величина износа и соответственно суммарная величина зазора могут отличаться из-за различных по величине усилий, возникающих в данных цепях, что связано с разными фактическими размерами деталей разжимного механизма в пределах допусков на данные размеры и овальностью трубы. Различие по суммарной величине зазора приводит к неравным длинам кинематических цепей цапфа-тяга-ползун, что в совокупности с овальностью трубы приводит к уменьшению силы прижима ползунов к трубе в кинематических цепях с меньшей длиной, с сохранением рабочих усилий прижима ползунов к трубе в кинематических цепях с большей длиной, и как следствие, приводит к снижению общего усилия закрепления муфты в трубе. При этом, как показывает практика, при достижении зазоров определенной величины, компенсационные узлы тяг не в состоянии их компенсировать и усилия прижима ползунов к трубе в кинематических цепях с меньшей длиной снижаются настолько, что муфта перестает надежно закрепляться в трубе.
Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков ближайшего аналога.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в снижении усилия, прилагаемого к приводу разжимного механизма в процессе закрепления муфты в трубе.
Указанный технический результат достигается за счет того, что муфта для соединения труб содержит кольцевой диск с закрепленным на нем разжимным механизмом, включающим радиально направленные тяги, расположенные симметрично относительно кольцевого диска и равномерно по его окружности, установочные ползуны с опорными элементами и направляющими роликами, привод, причем на каждой тяге установлены тарельчатые пружины, при этом каждая тяга подвижно соединена одним концом с одним из установочных ползунов. При этом привод выполнен в виде кулачкового механизма, включающего цилиндрические кулачки, закрепленные на приводном валу, толкатели, взаимодействующие с поверхностью цилиндрических кулачков посредством наконечников, имеющих возможность вращения, и стопорный механизм, а тяги другим концом подвижно соединены с толкателями с возможностью изменения расстояния между концом тяги и толкателем, к которому она присоединена.
Кроме того, предусмотрены частные варианты реализации полезной модели, согласно которым:
- поверхность заходной части направляющих роликов выполнена тороидальной;
- наконечники толкателей выполнены в виде сферы;
- тяги подвижно соединены с толкателями посредством элементов, выполненных в виде шаровой опоры с резьбовым концом.
В заявленной конструкции муфты в отличие от ближайшего аналога, имеющего привод вида винт-гайка, являющийся парой трения скольжения, применен кулачковый механизм с цилиндрическими кулачками, наконечники толкателей которого имеют возможность вращения и образуют с поверхностью кулачков пары трения качения. Кроме того, толкатели кулачкового механизма имеют подвижные соединения с тягами разжимного механизма с возможностью изменения расстояния между концом тяги и толкателем, к которому она присоединена, что позволяет путем регулировки компенсировать возникающие зазоры, устанавливая равные расстояния между толкателями кулачкового механизма и каждым из ползунов (равные длины кинематических цепей толкатель-тяга-ползун), что обеспечивает равные усилия на каждом из ползунов при закреплении муфты в трубе.
Таким образом, при использовании муфты данной конструкции обеспечивается достижение заявленного технического результата.
Использование направляющих роликов, поверхность заходной части которых выполнена тороидальной, позволяет снизить усилия, передаваемые на их оси в процессе центрирования и соединения труб, а также применять данные муфты для центрирования и соединения труб с нанесенным внутренним покрытием.
Приведенные частные случаи не являются единственно возможными вариантами воплощения полезной модели. При этом заявленный технический результат полезной модели достигается и без применения указанных дополнительных особенностей.
Краткое описание чертежей
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:
на фиг. 1 показан общий вид муфты спереди и вид сбоку в разрезе в исходном состоянии перед ее установкой в трубу;
на фиг. 2 показан общий вид муфты спереди и вид сбоку в разрезе в состоянии, когда муфта закреплена внутри трубы;
на фиг. 3 показан кулачковый механизм в разрезе в плоскости, проходящей через наконечники толкателей.
Элементы муфты обозначены на чертежах следующими позициями:
1 - кольцевой диск;
2 - приводной вал;
3 - выступ приводного вала;
4 - пружинное плоское кольцо;
5 - цилиндрический кулачок;
6 - шпонка;
7 - стопор;
8 - сферический наконечник;
9 - толкатель;
10 - стопорный механизм;
11 - регулировочный винт;
12 - контргайка;
13 - тяга;
14 - соединительный элемент;
15 - цилиндрическая ось;
16 - установочный ползун;
17 - тарельчатая пружина;
18 - опорный элемент;
19 - направляющий ролик. Осуществление полезной модели
В центральном отверстии кольцевого диска 1 установлен гладкий приводной вал 2 кулачкового механизма. Один из концов вала 2 имеет выступ 3, предназначенный для подсоединения рукояти (на чертежах не показана), посредством которой осуществляется вращение вала. Вал 2 зафиксирован от осевого перемещения, в частности, стандартными пружинными плоскими кольцами 4. Два цилиндрических кулачка 5 установлены на валу 2 и соединенные с ним, в частности, шпонками 6, передающими крутящий момент от вала к кулачкам. Кулачки 5 зафиксированы от осевого перемещения на валу 2, в частности, стопорами 7.
На наружной цилиндрической поверхности каждого кулачка 5 по винтовой линии выполнены направляющие пазы, в которые входят наконечники 8, имеющие возможность вращения, установленные в толкателях 9, конструктивно выполненных в форме колец. При этом на одном из кулачков 5 винтовая линия направляющих пазов выполнена правой, а на другом - левой. В качестве наконечников 8 могут быть использованы стандартные шарики подшипников качения. На одном из толкателей 9 установлен стопорный механизм 10, подпружиненный стопор которого входит в гладкое отверстие одного из кулачков 5 в положении кулачкового механизма, когда муфта закреплена внутри трубы, предохраняя механизм от произвольного вращения. Каждый толкатель 9, в частности, имеет регулировочные винты 11 с контргайками 12, предназначенные для обеспечения оптимальных зазоров в парах трения качения при сборке и регулировке механизма муфты.
Радиально направленные тяги 13 разжимного механизма расположены симметрично относительно кольцевого диска 1 и равномерно по его окружности. Один конец тяги 13, входящей в пару с другой тягой, расположенной с обратной стороны диска 1, подвижно соединен с одним из толкателей 9 с возможностью изменения расстояния между ним и концом данной тяги. Такой же конец второй тяги 13 из пары, аналогично крепится ко второму толкателю 9. Соединение тяги 13 и толкателя 9 осуществляется посредством соединительного элемента 14, который, в частности, представляет собой шаровую опору с резьбовым концом. При этом данная опора устанавливается своей сферической поверхностью в глухое отверстие со сферической формой дна, расположенное на наружной поверхности толкателя 9, а резьбовой конец опоры соединяется с тягой 13 посредством ответного резьбового отверстия, расположенного на конце тяги. Вращением шаровых опор изменяется длина каждой из кинематических цепей толкатель-тяга-ползун и обеспечиваются равные длины этих цепей. Другие концы тяг 13, входящих в одну пару, подвижно соединены с одним и тем же установочным ползуном 16, в частности, посредством гладких цилиндрических осей 15. На каждой тяге 13 установлен пакет тарельчатых пружин 17 для компенсации овальности трубы и создания усилия прижима ползунов 16 к поверхности трубы.
Установочные ползуны 16 имеют опорные элементы 18, предназначенные для контакта с внутренней поверхностью трубы, и направляющие ролики 19, предназначенные для центрирования конца трубы, присоединяемой к трубе, в которой установлена муфта. В частных случаях реализации полезной модели поверхность заходной части направляющих роликов 19 выполнена тороидальной, а опорные элементы 18 имеют накладки. Установочные ползуны 16 своими боковыми направляющими пазами установлены в вырезах диска 1, за счет чего имеют только одну степень свободы - перемещение в радиальном направлении. Количество установочных ползунов 16 равно количеству пар тяг 13. Муфта применяется следующим образом.
Для соединения двух труб перед нанесением покрытия на их наружную поверхность муфту устанавливают в отверстие одной из них так, чтобы ее торец упирался в кольцевой диск 1 муфты. Изначально кулачковый механизм приведен в состояние, когда оба толкателя 9 находятся в одном из крайних положений на кулачках 5 и максимально удалены от диска 1 (фиг. 1). При этом ползуны 16 максимально сдвинуты к центру диска 1 и между опорными элементами 18 ползунов и внутренней поверхностью трубы образуется зазор, обеспечивающий установку муфты внутрь трубы. Концы тяг 13, соединенные с толкателями 9, максимально разведены друг относительно друга, и тяги, входящие в одну пару, образуют стороны равнобедренного треугольника, основание которого параллельно оси приводного вала 2 кулачкового механизма. При вращении вала 2 крутящий момент и вращательное движение предаются кулачкам 5. При вращении кулачков 5, посредством винтовых направляющих пазов, расположенных на их наружной цилиндрической поверхности, и наконечников толкателей 8, вращательное движение кулачков преобразуется в поступательное движение толкателей 9, которые синхронно начинают перемещаться в разных направлениях за счет разного направления винтовых линий пазов кулачков, приближаясь к диску 1. В результате чего расстояние между разведенными концами тяг 13, соединенных с толкателями 9, начинает уменьшаться, и каждая пара тяг 13 перемещает ползуны 16, приближая их к внутренней поверхности трубы.
После касания опорными элементами 18 ползунов 16 с внутренней поверхностью трубы, при дальнейшем вращении вала 2 создается усилие прижима за счет сжатия тарельчатых пружин 17. При достижении толкателями 9 своего второго крайнего положения, когда они максимально приближены к диску 1, а тяги 13 параллельны друг другу и перпендикулярны оси вала 2, происходит вход подпружиненного стопора стопорного механизма 10 в отверстие одного из кулачков 5 и механизм стопорится (фиг. 2, 3). В этом положении создаются рабочие усилия прижатия ползунов к поверхности трубы за счет рабочей деформации тарельчатых пружин 17.
Соединяемый конец второй трубы путем ее продольного перемещения направляется роликами 19 и упирается в кольцевой диск 1.
Снятие муфты осуществляется в следующем порядке.
При поднятии вручную стопора стопорного механизма 10 и вращения вала 2 в обратную сторону происходит перемещение толкателей 9 в сторону исходного крайнего положения, снятие усилий с ползунов 16 и их отвод от поверхности трубы. После этого муфта снимается для ее повторного использования в технологическом процессе.
Таким образом, применение заявленной муфты позволяет значительно снизить усилия, прилагаемые к приводу разжимного механизма в процессе ее закрепления в трубе за счет применения в конструкции привода разжимного механизма пар трения качения. Регулируемые соединения толкателей с тягами разжимного механизма позволяют компенсировать разные величины зазоров в разных кинематических цепях толкатель-тяга-ползун, возникающих в процессе эксплуатации муфты и обеспечить равную длину этих цепей и, соответственно, одинаковые рабочие усилия на ползунах.
Из описания и практического применения настоящей полезной модели специалистам будут очевидны и другие частные формы ее выполнения. Данное описание и чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий полезную модель, сущность которой и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле полезной модели совокупностью существенных признаков.