МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА Российский патент 1997 года по МПК B66C23/84 

Изобретение относится к грузоподъемной технике, в частности к устройствам поворота, служащим для поворота поворотных частей крановых установок.

Известен механизм поворота, содержащий связанный с приводным двигателем входной вал, соединенный с солнечным колесом, которое посредством сателлитов, коронных колес планетарного редуктора и муфт связано с выходным валом, несущим выходную шестерню, зацепляемую с ответным элементом поворачиваемой конструкции (см. SU, авторское свидетельство N 424804, B 66 C 23/84, 1974).

Конструкция этого механизма поворота представляет собой пример обычного проектирования, в основу которого положен принцип функционирования механизма. В связи с этим для решения задачи ремонтопригодности все узлы механизма связаны между собой соединяемыми муфтами валами. В таком виде механизм представляет собой пространственно разнесенную систему с повышенными массо-габаритными показателями.

Известен механизм поворота, содержащий прикрепленный к корпусу приводной двигатель, вал которого через управляемую тормозную муфту связан с корпусом механизма, двухрядный планетарный редуктор, выполненный в неподвижном корпусе и включающий в себя солнечную шестерню первого планетарного ряда, связанную с валом гидромотора и зацепленную через сателлит с коронной шестерней этого ряда, связанной с корпусом, солнечную шестерню второго планетарного ряда, связанную с водилом первого ряда и зацепленную через другой сателлит с коронной шестерней второго планетарного ряда, связанной с корпусом, причем сателлиты второй ступени кинематически связаны со свободно установленным относительно корпуса выходным звеном, на котором смонтирована выходная шестерня (см. DE, заявка N 2601244, B 66 C 23/84, 1977 ).

Известный механизм поворота представляет собой технологически продуманную конструкцию с высоким уровнем ремонтопригодности. В данной конструкции используется планетарный редуктор типа Ab1h1a2

Техническое решение по з. ФРГ принято в качестве прототипа.

Анализируя конструкцию планетарного редуктора по известному механизму поворота по прототипу, видно, что в этой конструкции имеют место водила для первого и второго планетарных рядов. В данной конструкции водило как элемент позволяет сохранять ориентацию сателлитов в осевом (продольном) и радиальном (поперечном) направлениях. При этом на водило первого ряда еще налагается функция по передаче крутящего момента. Для выполнения связи водила этого ряда с элементами второго планетарного ряда использованы шлицевые соединения общепринятого типа, в связи с чем на солнечной шестерне выполняется шлицевая нарезка с профилем зубьев, отличным от эвольвентного. Изготовление детали с двумя разнотипными нарезками (эвольвентной и шлицевой) вызывает определенные трудности, так как не позволяет использовать один инструмент или производить нарезку за один проход. То же самое относится и к выполнению переходной втулки, связывающей вал гидромотора с солнечной шестерней первого планетарного ряда. Переходная втулка, соединяющая вал гидромотора и быстроходную вал-шестерню, имеет шлицы, как правило, разного диаметра (исходя из разных условий расчета прочности), так как вал гидромотора общепромышленного назначения рассчитан не только на крутящий момент, по и на изгибающие нагрузки (случай консольного крепления шестерни, ступицы и др. на вал гидромотора). А быстроходный вал-шестерня (солнечная шестерня) планетарного редуктора нагружен только крутящим моментом. Изготовление втулки с разными шлицами на внутреннем диаметре представляет большие трудности, поскольку не позволяет использовать протяжку как наиболее производительный инструмент для шлицев большего диаметра и требует процесса долбления шлицев, что снижает качество эвольвентного профиля.

Проектирование втулки, соединяющей вал гидромотора и быстроходный вал-шестерню с общими шлицами по размеру шлицев вала гидромотора, возможно, т.е. можно выбрать шлицы одинакового размера, но большего диаметра, но это приводит к увеличению диаметра быстроходного вала и центральной шестерни тихоходной ступени редуктора и, как следствие, к увеличению габаритов и массы редуктора.

Кроме того, быстроходный вал первого планетарного ряда крепится в переходной муфте с помощью болтового соединения. Ввиду того, что вал подвержен динамическим и вибрационным нагрузкам, происходит самопроизвольное вывинчивание болта. В связи с этим необходимо периодически осуществлять контроль этого соединения. А проведение этой операции без демонтажа гидромотора и тормозной муфты затруднено, так как соединение находится в пространствен недоступном для визуального контроля.

Тормозная муфта выполнена гидроуправляемой. Включение тормозного режима осуществляется под действием пружин, прижимающих поршень к фрикционным дискам, а выключение тормозного режима осуществляется подачей рабочего давления в управляющую полость поршня. Недостатком такой конструкции является то, что при сливе жидкости из управляющей полости в последней может сохраняться остаточное давление, так как в гидравлических системах давление слива в магистралях не равно нулю (0,2-0,3 МПа). В некоторых случаях может происходить самопроизвольное растормаживание тормоза механизма поворота.

Расположение подшипников опор элементов планетарного редуктора и выходной шестерни определяется конструктивными параметрами самих элементов. В связи с этим не удается все подшипники расположить на одном уровне с тем, чтобы обеспечить их смазку из общей масляной ванны. Как правило, подшипники редукторов имеют общую смазку из одной ванны в полости картера редуктора. А в зависимости от режима нагружения для каждого подшипника должна подбираться та смазка (густая или жидкая), для работы в условиях которой данный подшипник спроектирован.

Указанные недостатки в конструкции редуктора и механизма поворота в целом являются результатом реализации принципа функционального построения конструкции, в основу которого положено создание кинематической цепи, реализующей вращение и передачу крутящего момента, но без учета того, что данная цепь состоит из отдельных узлов, каждый из которых может надежно функционировать только в тех условиях, для которых он спроектирован. "Кроме того, изготовление некоторых элементов редуктора трудоемко, так как последние должны обрабатываться не одним инструментом, а несколькими, что указывает на конструкционную нетехнологичность данных элементов.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков за счет решения следующих технических задач: повышение технологичности изготовления переходной шлицованной втулки, связи водила с солнечной шестерней, коронных шестерен и повышение надежности функционирования за счет внесения изменений в тормозную муфту (исключение режима самопроизвольного растормаживания), изменения конструкции фиксации болтового соединения быстроходного вала первого планетарного ряда и разделении маслообеспечения для отдельных групп подшипников. Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении эксплуатационных качеств механизма поворота и повышении его долговечности.

Указанный технический результат достигается тем, что в механизме поворота, содержащем прикрепленный к корпусу приводной гидромотор, вал которого через управляемую тормозную муфту связан с корпусом механизма, двухрядный планетарный редуктор, выполненный в неподвижном корпусе и включающий в себя солнечную шестерню первого планетарного ряда, связанную переходной шлицевой муфтой с валом гидромотора и зацепленную через сателлит с коронной шестерней этого ряда, связанной с корпусом, солнечную шестерню второго планетарного ряда, связанную с водилом первого ряда и зацепленную через другой сателлит с коронной шестерней второго планетарного ряда, связанной с корпусом, и водила планетарных рядов для поперечной и продольной ориентации сателлитов, причем водило первого планетарного ряда связано шлицевым соединением с солнечным колесом второго ряда, а сателлиты второго ряда через водило кинематически связаны со свободно установленным относительно корпуса выходным звеном, на котором смонтирована выходная ' шестерня, переходная шлицевая муфта выполнена из основной втулки со шлицевым участком на внутренней поверхности для связи с валом гидромотора и шлицами на внешней поверхности для монтажа фрикционных дисков тормозной муфты, поршень гидроцилиндра которой подпружинен в сторону сжатия дисков при падении давления ниже заданно-то уровня в управляющей полости, и дополнительной втулки со шлицами на внутренней поверхности для связи с валом солнечной шестерни первого планетарного ряда, установленной внутри основной втулки и связанной с ней элементами фиксации от проворота и стопорным кольцом от осевого смещения, являющимся стопором для осевой фиксации подшипника вала солнечной шестерни первого планетарного ряда, при этом коронные шестерни выполнены в виде единого блока, а шлицы водила первого планетарного ряда представляют собой зубчатый эвольвентный профиль солнечного колеса и зацеплены непосредственно с зубчатым венцом последнего.

Кроме того, в тормозной муфте выполнена компенсационная управляющая полость, расположенная со стороны поршня, противоположной месту размещения управляющей полости, при этом компенсационная полость сообщена с магистралью слива.

Кроме того, шайба болта фиксации вала солнечной шестерни относительно дополнительной втулки выполнена конической для соприкосновения при затягивании своей внутренней конической поверхностью с конической поверхностью головки болта.

Кроме того, подшипник вала выходной шестерни с двух сторон закрыт манжетами для образования сообщенной с отдельной масленкой полости, заполненной густой смазкой, и исключения вытекания жидкой смазки из масляной ванны в полости редуктора, а полость манжеты и подшипника вала солнечной шестерни первого планетарного ряда также сообщены с отдельной масленкой.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Так, выполнение переходной шлицевой муфты в виде двух простых втулок, каждая из которых может быть выполнена технологически производительным и простым приемом протяжки, сокращает трудоемкость изготовления. При этом повышается качество профиля шлицев и сокращается время на изготовление.

Для сокращения трудоемкости изготовления как солнечной шестерни, так и водила в зоне зацепления его с этой шестерней, зубья водила выполняются того же эвольвентного профиля, что и зубчатого венца этой шестерни. Отпадает необходимость в изготовлении на валу солнечной шестерни отдельного шлицевого участка. Данные особенности повышают технологичность конструкции.

Совмещение функций стопорного кольца как для стопорения втулок между собой, так и для осевого крепления подшипника быстроходной ступени и выполнение коронных шестерен в виде единого блока позволяет упростить конструкцию и повысить ее надежность за счет максимального сокращения стопорящих в осевом направлении элементов и корпусных деталей и уменьшения тем самым массо-габаритных показателей механизма поворота.

Стопорение болта фиксации вала быстроходной ступени конической шайбой исключает раскручивание болта из-за вибрации и знакопеременных динамических нагрузок. Это является необходимым условием, так как болт находится в закрытом пространстве недоступном для визуального контроля.

Выполнение тормозной нормально-замкнутой муфты двухполостной с управляющей и компенсационной полостями повышает надежность тормоза и безопасность эксплуатации механизма поворота, так как исключаются режимы самопроизвольного растормаживания тормоза из-за наличия в управляющей полости давления слива.

Разнесение масляных ванн для отдельных опорных подшипников позволяет повысить надежность их работы и увеличить срок службы механизма в целом.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанной совокупностью признаков требуемого технического эффекта.

На фиг. 1 показан продольный разрез грузовой лебедки; на фиг.2 узел крепления вала быстроходного планетарного ряда в переходной муфте.

Механизм поворота (см. фиг.1) содержит приводной гидромотор 1, фланцем 2 прикрепленный к корпусу 3 тормозной муфты, состоящей из фрикционных дисков 4, одни из которых связаны с корпусом тормозной муфты, поршня и, поджатого в сторону фрикционных дисков пружинами 6 и образующего со стенками корпуса две полости, одна из которых является управляющей 7, сообщенной с рабочей магистралью 8 нагнетательного контура, а другая является компенсационной 9. Обе полости в режиме слива сообщены между собой для выравнивания давления, действующего на поршень с двух сторон. Возможно, чтобы одна из полостей была сообщена с нагнетательным контуром, а другая с магистралью слива. Обе схемы включения по получаемому результату равнозначны. В связи с тем, что в гидравлических системах давление слива в магистралях не равно нулю (0,2-0,3 Мпа, в некоторых случаях может происходить самопроизвольное растормаживание тормоза механизма поворота. Для предотвращения этого эффекта предусмотрена компенсационная полость, сообщенная со сливом. В этом случае при сливе рабочей жидкости из управляющей полости устанавливающееся в ней остаточное давление уравновешивается точно таким же давлением в компенсационной полости, размещенной с другой стороны поршня.

Конструкция поршня тормозной муфты механизма поворота может быть рассчитана таким образом, чтобы выключение тормоза происходило при давлении равном 1,0-1,5 Мпа, так как выключение тормоза происходит от давления в рабочей магистрали 8 напорного контура. Такое давление возникает в системе при работе холостого хода. Его должно хватать для выключения тормозной муфты. Однако это не является обязательными, а представляет конкретный пример для иллюстрации.

Вал гидромотора связан с быстроходным валом, выполненным за одно целое с солнечной шестерней 10 первого планетарного ряда редуктора, переходной шлицевой муфтой. Переходная муфта, соединяющая вал гидромотора и быстроходный вал ступени планетарного редуктора, как правило, выполняется в виде одной втулки, имеющей шлицы разного диаметра, исходя из разных условий расчета прочности. Так, вал гидромотора общепромышленного назначения рассчитан не только на передачу крутящего момента, но и на изгибающие нагрузки, например, в случае консольного закрепления шестерни на этом валу. А быстроходный вал ступени редуктора нагружен только крутящим моментом. Поэтому шлицы этого вала имеют меньший диаметр.

Изготовление втулки с разными шлицами на внутреннем диаметре представляет большие трудности, поскольку не позволяет использовать протяжку как наиболее производительный инструмент для шлицев большего диаметра и требует процесса долбления шлицев, что снижает качество эвольвентного профиля.

Поэтому в предложенной конструкции переходная муфта выполнена составной из основной втулки 11, с которой связаны другие фрикционные диски тормозной муфты, и дополнительной втулки 12, соединенных между собой тремя шпонками (не показаны) по поверхности сопряжения, выполненными заодно с втулкой 12. Такая конструкция позволяет выполнять внутренние шлицы на обеих втулках с помощью технологичного инструмента протяжки. Причем обе втулки составной переходной муфты для исключения осевого смещения соединяются между собой стопорным кольцом 13, которое одновременно является стопором для подшипника 14 быстроходного вала шестерни 10.

Планетарный двухрядный редуктор, установленный на подшипниках 14 и 15, содержит первый быстроходный планетарный ряд, образованный солнечной шестерней 10 на быстроходном валу, зацепленной с сателлитами 16 на водиле 17. Второй тихоходный планетарный ряд образован солнечной шестерней 18, связанной с водилом 17 первого ряда и зацепленной с сателлитами 19 на подвижном водиле 20, связанном с корпусной деталью 3. Сателлиты каждого ряда введены в зацепление с соответствующими неподвижными коронными шестернями, выполненными в виде единого блока 21, являющегося одновременно частью корпуса механизма поворота.

Выполнение коронных шестерен в виде единого блока повышает ремонтопригодность планетарного редуктора механизма поворота, так как представляет собой легко демонтируемый узел, для демонтажа которого нет необходимости разбирать весь механизм поворота, а достаточно снять торцевые крышки 22 и 23. В этом случае облегчается доступ к редуктору со стороны любого планетарного ряда.

Внутренняя солнечная шестерня 18 соединена кинематически с быстроходным водилом 17. В конструкции известного решения по прототипу профиль, зубчатого колеса (число зубьев, модуль и др.) и профиль шлицев этой шестерни отличаются, что целесообразно с точки зрения равнопрочности, но нетехнологично с точки зрения трудоемкости изготовления. В предлагаемой конструкции зубчатый эвольвентный профиль солнечной шестерни 18 одновременно выполняет и роль шлицев, что повышает технологичность данной детали. Водило 17 выполняется со шлицами того же эвольвентного профиля, что и зубья венца шестерни 18.

Установленное в опорном подшипнике 15 тихоходное водило 20 связано с выходным звеном, представляющим собой вал 24, установленный в опорном подшипнике 25, с двух старон закрытом манжетами 26 и 27, и выходную шестерню 28, кинематически связываемую с ответным элементом поворачиваемой конструкции (не показана).

Для стопорения специального болта 29 быстроходного вала солнечной шестерни 10 относительно дополнительной втулки 12 (см. фиг.2) используется специально профилированная коническая шайба 30, имеющая внутренний конический участок, поверхность которого соприкасается с конической поверхностью головки болта при затягивании, что препятствует отворачиванию этого болта. Это является необходимым условием, так как болт 29 находится в закрытом пространстве, недоступном для визуального контроля.

Особое внимание в конструкции механизма поворота уделено режимам смазки подшипников и элементов редуктора, участвующих в передаче крутящего момента.

Смазка зацеплений шестерен и смазка подшипника 15 водила 20 второго планетарного ряда производится разбрызгиванием из масляной ванны в полости корпуса редуктора за счет захвата зубьями шестерен порций масла. Такая жидкая смазка удобна и приемлема для редукторов планетарного типа. А поскольку подшипник 14 и манжета 31 быстроходного вала шестерни 10 находятся в верхнем положении, существенно выше уровня масла в ванне и притом отделены стенками водила 17 от полости редукторам в которой происходит разбрызгивание смазки, то для уменьшения износа дорожки трения манжеты 31 и для смазки подшипника 14 установлена отдельная масленка 32. Подшипник. 25 выходного вала 24 находится в полости, в которую запрессовывается густая смазка. Подшипник 25 с двух сторон закрыт манжетами 26 и 27, которые препятствуют попаданию грязи в подшипник и одновременно являются двойной защитой от вытекания (герметизации) жидкой смазки из основной полости редуктора. Отдельная для этого подшипника масленка 33 расположена в углублении корпуса и не выходит за габарит посадочной поверхности. В том же технологическом углублении монтируется сливной штуцер 34. Такое расположение создает удобства для монтажа редуктора на поворотной платформе крана. Пробка 35 предназначена для залива масла в редуктор и контроля его уровня. Выполнение для каждого подшипника и группы звеньев редуктора отдельно изолированных полостей с самостоятельными смазками позволяет создать те оптимальные условия работы этих элементов, для которых они рассчитаны. В этом случае значительно увеличивается долговечность конструкции в целом.

Настоящее изобретение позволяет получить механизм поворота с улучшенными эксплуатационными качествами и повышенной надежности, обусловленными конструктивными изменениями в тормозной муфте, в переходной шлицевой муфте, в связи водила быстроходного планетарного ряда с солнечной шестерней тихоходного планетарного ряда, Б выполнении блока коронных шестерен и в рассосредоточении смазки опорных подшипников. Конструкция механизма поворота технологична и ремонтопригодна.

Использование: изобретение относится к подъемной технике. Сущность изобретения: механизм поворота содержит последовательно связанные между собой гидромотор 1, тормозную муфту, планетарный редуктор и выходное звено с шестерней вращения поворотной конструкции крана. Для повышения технологичности конструкции и ее надежности и долговечности переходная муфта связи вала гидромотора и вала солнечной шестерни редуктора выполнена составной из двух втулок 11 и 12 со шлицами, кинематически связанными между собой, водило 17 первого планетарного ряда выполнено с шлицами, имеющими тот же эвольвентный профиль, что и венец солнечной шестерни 18 второго планетарного ряда, коронные шестерни выполнены в виде единого блока и являются частью корпуса механизма, а поршень тормозной муфты выполнен с двумя полостями, одна из которых управляющая, а другая - компенсационная для уравнивания остаточного сливного давления, действующего на поршень при включении тормоза. Для каждого подшипника и для шестерен планетарного редуктора выполнены отдельные смазочные ванны. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Механизм поворота, содержащий прикрепленный к корпусу приводной гидромотор, вал которого через управляемую тормозную муфту связан с корпусом механизма, двухрядный планетарный редуктор, выполненный в неподвижном корпусе и включающий в себя солнечную шестерню первого планетарного ряда, связанную переходной шлицевой муфтой с валом гидромотора и зацепленную через сателлит с коронной шестерней этого ряда, связанной с корпусом, солнечную шестерню второго планетарного ряда, связанную с водилом первого ряда и зацепленную через другой сателлит с коронной шестерней второго планетарного ряда, связанной с корпусом, и водила планетарных рядов для поперечной и продольной ориентации сателлитов, причем водило первого планетарного ряда связано шлицевым соединением с солнечным колесом второго ряда, а сателлиты второго ряда через водило кинематически связаны со свободно установленным относительно корпуса выходным звеном, на котором смонтирована выходная шестерня, отличающийся тем, что переходная шлицевая муфта выполнена из основной втулки со шлицевым участком на внутренней поверхности для связи с валом гидромотора и шлицами на внешней поверхности для монтажа фрикционных дисков тормозной муфты, поршень гидроцилиндра которой подпружинен в сторону сжатия дисков при падении давления ниже заданного уровня в управляющей полости, и дополнительной втулки со шлицами на внутренней поверхности для связи с валом солнечной шестерни первого планетарного ряда, установленной внутри основной втулки и связанной с ней элементами фиксации от проворота и стопорным кольцом от осевого смещения, являющимся стопором для осевой фиксации подшипника вала солнечной шестерни первого планетарного ряда, при этом коронные шестерни выполнены в виде единого блока, а шлицы водила первого планетарного ряда представляют собой зубчатый эвольвентный профиль солнечного колеса и зацеплены непосредственно с зубчатым венцом последнего. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что в тормозной муфте выполнена компенсационная управляющая полость, расположенная со стороны поршня, противоположной месту размещения управляющей полости, при этом компенсационная полость сообщена с магистралью слива. 3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что шайба болта фиксации вала солнечной шестерни относительно дополнительной втулки выполнена конической для соприкосновения при затягивании своей внутренней конической поверхностью с конической поверхностью головки болта. 4. Механизм по п.1, отличающийся тем, что подшипник вала выходной шестерни с двух сторон закрыт манжетами для образования сообщенной с отдельной масленкой полости, заполненной густой смазкой, и исключения вытекания жидкой смазки из масляной ванны в полости редуктора, а полость манжеты и подшипника вала солнечной шестерни первого планетарного ряда также сообщены с отдельной масленкой.