ПРИВОД ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК F16H3/44 B25B23/153 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к приводу инструмента, например, для развальцовки труб в трубных досках, затяжки гаек и т.п. , может быть использовано в качестве привода других устройств и механизмов и обеспечивает ограничение крутящего момента на выходном валу с возможностью регулировки его величины.

В технике известны приводы, в которых регулировка допустимого крутящего момента на выходном валу осуществляется через систему управления питанием по току нагрузки двигателя. Однако ток нагрузки двигателя при значительном количестве передающих крутящий момент звеньев далеко не всегда соответствует действительной величине крутящего момента на выходном валу, что ведет к нарушению технологического режима выполняемых операций, сжимает их качество и надежность, а в отдельных случаях ведет к браку или другим нежелательным последствиям.

Известны приводы инструмента для развальцовки труб в трубных досках, содержащие редуктор с планетарным механизмом в качестве одного из звеньев в кинематической цепи передачи вращения инструмента от двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности (прототипом) является привод машины пневматической развальцовочной ИП - 4802, содержащий смонтированные в корпусе планетарную передачу (редуктор) и вал шпинделя, кинематически связанные между собой через механизм реверсирования, и одно из двух ведомых зубчатых колес промежуточного конического редуктора, ведущая шестерня которого посажена на вал водила планетарной передачи, и ротационный пневмодвигатель с пусковым устройством шарикового типа и регулятором оборотов, при этом выходной вал двигателя кинематически связан с ведущей (центральной) шестерней планетарной передачи.

Привод этой известной вальцовочной машины не отличается простотой в конструктивном отношении и в эксплуатации и имеет один из существенных недостатков - не обеспечивает контроль достижения требуемого по технологии крутящего момента на валу шпинделя и его регулировку.

Цель изобретения - исключить этот недостаток и обеспечить подачу сигнала, отключение или иное управление двигателем при достижении на выходном валу (шпинделе) заданного крутящего момента, простоту привода в конструктивном отношении и в эксплуатации.

Это достигается тем, что в приводе, включающем двигатель и редуктор с планетарной передачей в качестве одного из его звеньев, кинематический связанный с выходным валом (шпинделем), в соответствии с изобретением коронное колесо планетарной передачи в корпусе установлено с возможностью относительного поворота вокруг своей оси и снабжено внешним зубчатым венцом, связанным с подвижной в продольном направлении зубчатой рейкой, взаимодействующей с регулируемым упругим элементом и исполнительным устройством в системе управления двигателем. При этом целесообразно, чтобы вал водила планетарной передачи был выходным звеном редуктора.

В предлагаемом приводе один конец упомянутой зубчатой рейки может быть выполнен в виде поршня и введен в силовой цилиндр, полость которого подключена к электроконтактному манометру и заполнена рабочей средой, а электрические контакты манометра могут быть включены в цепь исполнительных устройств системы управления двигателем или сигнализации по одной из общеизвестных схем.

Кроме того, в предлагаемом приводе упомянутая зубчатая рейка может быть установлена в направляющих корпуса на пружине осевого сжатия, рассчитанной на максимальной крутящий момент, при этом на рейке одной из торцевых кромок закреплена с возможностью перемещения вдоль рейки и фиксации в требуемом положении непрозрачная пластина (флажок), по разные стороны которой в зоне перемещения закреплены друг против друга источник и приемник излучения, а контактная система приемника излучения включена в цепь исполнительных устройств системы управления двигателем или сигнализации по одной из известных схем.

В этом варианте осуществления изобретения зубчатая рейка выполнена с продольным каналом, в котором установлен с возможностью перемещения и фиксации в нужном положении относительно рейки ползун, а непрозрачная пластина крепится на ползуне и выведена за пределы зубчатой рейки через продольную прорезь в стенке канала.

Действительно, предлагаемое принципиальное конструктивное выполнение привода инструмента обеспечивает перемещение зубчатой рейки пропорционально величине крутящего момента на выходном валу и срабатывание исполнительных устройств в системе управления двигателем или сигнализации при достижении крутящим моментом заданного значения, т.е. при определенном перемещении зубчатой рейки. Если выходным валом привода является водило планетарной передачи, а зубчатая рейка непосредственно взаимодействует с коронным колесом планетарной передачи, преобразование величины крутящего момента на выходном валу в пропорциональное перемещение рейки происходит практически без потерь и искажений, что повышает точность срабатывания исполнительных устройств. В зависимости от принятого варианта системы управления двигателем может быть обеспечена подача сигнала, автоматическое отключение, а при необходимости - реверсирование двигателя (в устройствах для развальцовки труб в трубных досках это имеет существенное значение) с выдержкой времени после отключения.

В первом из вариантов выполнения привода перемещения рейки - поршня вызывает повышение давления рабочей среды в силовом цилиндре, что регистрирует электроконтактный манометр, отградуированный в единицах крутящего момента, а при достижении его величиной установленного подвижным контактом значения произойдет замыкание контактов манометра, включенных в цепь исполнительных устройство в системе управления двигателя или сигнализации. Регулируемым упругим элементом, на который воздействует зубчатая рейка при своем перемещении через замкнутый объем рабочей среды силового цилиндра, в данном случае является упругая (подпружиненная) мембрана электроконтактного манометра.

Во втором варианте выполнения привода перемещения зубчатой рейки препятствует пружина осевого сжатия, усиление сжатия которой, а значит, и величина линейного перемещения зубчатой рейки, изменяются пропорционально изменению крутящего момента. Изменяя положение непрозрачной пластины по длине рейки, добиваются перекрытия светового луча от источника излучения к приемнику и срабатывания последнего при требуемой величине крутящего момента на выходном валу - шпинделе. Предлагаемый вариант регулировки и фиксации положения непрозрачной пластины по длине рейки не исключает использования других известных решений.

В принципе редуктор предлагаемого привода инструмента может иметь любое количество промежуточных звеньев для передачи крутящего момента от вала двигателя выходному валу - шпинделю, важно чтобы выходным звеном была планетарная передача для обеспечения высокой точности срабатывания исполнительных устройств при достижении заданного крутящего момента в системе управления двигателем. Тем не менее возможны конструктивные варианты выполнения привода, когда планетарная передача не будет выходным звеном.

На фиг. 1 показан вариант конструкции привода с выполнением одного конца зубчатой рейки в форме поршня, введенного в полость силового цилиндра, в продольном осевом разрезе;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, поясняющий конструкцию элементов привода и их взаимосвязь;
на фиг. 3 - вариант конструкции привода с установкой зубчатой рейки на пружине осевого сжатия;
на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3, поясняющий конструктивные элементы привода и их взаимное расположение.

Привод инструмента (фиг. 1) содержит разъемный корпус 1, в котором смонтирован двигатель (любого типа - не показан), выходной вал 2 которого кинематически связан (или выполнен заодно целое) с центральной шестерней 3 планетарной передачи, входящей в зацепление с сателлитами 4, которые осями 5 закреплены в водиле 6. Вал водила 6 (в данном варианте конструктивного исполнения) служит выходным валом - шпинделем, на котором монтируется соответствующий инструмент, например механическая вальцовка (не показан). Сателлиты 4 находятся в зацеплении с внутренним зубчатым венцом 7 коронного колеса 8 планетарной передачи, установленного с возможностью независимого осевого поворота (вращения) в редукторном отсеке корпуса 1. Коронное колесо 8 имеет внешний зубчатый венец 9, которым входит в зацепление с зубчатой рейкой 10, установленной в отдельной камере (фиг. 2) редукторного отсека корпуса 1, выполненной в форме цилиндра 11. Один конец зубчатой рейки 10 выполнен в форме поршня, снабжен кольцевыми уплотнительными элементами 12 и отделяет в цилиндре 11 герметизированную полость 13, заполненную рабочей средой, например маслом, и подключенную через штуцер 14 к электроконтактному манометру (не показан).

Работа привода инструмента в этом варианте конструктивного исполнения заключается в следующем.

На электроконтактном манометре изменением положения подвижного контакта устанавливают заданную допустимую максимальную нагрузку на выходном валу водила 6 в единицах крутящего момента и закрепляют на выходном валу соответствующий инструмент, например механическую вальцовку (не показано). При включении двигателя его выходной вал 2 придет во вращение, вызывая вращение связанной с ним центральной шестерни 3 планетарной передачи и через входящие в зацепление с ней сателлиты 4 вращение водила 6 с закрепленным на его выходном валу инструментом. Во время холостого хода при отсутствии нагрузки на выходном валу 6 (или крайне малом ее значении, определяемом потерями в подшипниках) коронное колесо 8 оказывается заторможенным зубчатой рейкой 10, перемещению которой препятствует сопротивление подпружиненной мембраны электроконтактного манометра, передаваемого через рабочую среду в полости 13 цилиндра 11. При появлении нагрузки на выходном валу 6 крутящий момент через коронное колесо 8 будет передан зубчатой рейке 10 в виде осевого усилия соответствующей величины, которое будет изменяться пропорционально изменению нагрузки. Под действием этого усилия зубчатая рейка 10 начнет перемещаться (с поворотом коронного колеса 8), вытесняя рабочую среду из полости 13 цилиндра 11, что вызовет соответствующее перемещение мембраны электроконтактного манометра и его стрелки, которая покажет на шкале прибора величину нагрузки на выходном валу 6. Когда величина нагрузки достигнет заданного (установленного) значения, стрелка манометра замкнет подвижный контакт. В зависимости от принятой схемы включения контактов манометра может быть обеспечена подача сигнала на отключение двигателя, автоматическое его отключение или, при необходимости, автоматическое реверсирование двигателя (с выдержкой времени после его отключения).

В этом варианте конструктивного исполнения привода инструмента обеспечивается точная регистрация момента достижения заданного крутящего момента на выходном валу 6 или автоматическое управление двигателем без дополнительных регулировок регистрирующего прибора. Величину допустимого крутящего момента в этом варианте конструкции привода можно устанавливать ступенчато или изменять плавно - в зависимости от конструкции электроконтактного манометра. Однако наличие отдельного прибора - электроконтактного манометра - и промежуточной рабочей среды несколько усложняет конструкцию привода инструмента и его обслуживание.

Несколько измененная конструкция привода инструмента в части регистрации момента достижения заданного допустимого крутящего момента на выходном валу и автоматического управления двигателем представлена на фиг. 3 и 4.

Отличия привода инструмента в этом варианте его конструктивного исполнения заключается в следующем. Зубчатая рейка 10 установлена на пружине 15 осевого сжатия, рассчитанной на максимальный крутящий момент, создаваемый приводом. В зубчатой раме 10 выполнен продольный канал 16, в котором на пружине 17 установлен ползун 18. Упорный винт 19 позволяет изменять положение ползуна 18 в канале, т.е. по длине зубчатой рейки 10. В стенке канала 16 зубчатой рейки 10 выполнена продольная радиальная прорезь, совмещенная с радиальной прорезью в цилиндре 11, выходящей в камеру 20 с внешней стороны цилиндра 11, и через эти прорези проходит непрозрачная пластина (флажок) 21, закрепленная одной кромкой на ползуне 18. В камере 20 по разные стороны пластины 21 в зоне ее перемещения закреплены друг против друга источник 22 и приемник 23 излучения, подключенные к автономному источнику питания (не показан), а рабочие контакты приемника 23 излучения включены в систему сигнализации или автоматического управления двигателем по одной из известных схем. Камера 20 закрыта крышкой 24.

Особенность конструкции привода инструмента в этом варианте определяет и особенность его работы. Как и в описанном выше первом варианте конструкции, усилие от действия крутящего момента на выходном валу 6 через коронное колесо 8 передается зубчатой рейке 10, опирающейся на пружину 15. В зависимости от величины крутящего момента на выходном валу 11 происходят соответствующий поворот коронного колеса 8, линейное перемещение зубчатой рейки 10 и осевое сжатие пружины 15. Перемещение зубчатой рейки 10 происходит с одновременным перемещением непрозрачной пластины 21, положение которой на рейке 10 по длине последней устанавливается заранее при тарировке привода. С повышением нагрузки на шпинделе до заданного максимального значения пластины 21 начинает перекрывать поток излучения от источника 22 к приемнику 23 и при достижении заданного значения обеспечивает полное перекрытие. При этом происходит срабатывание приемника 23, чем обеспечивается подача сигнала в систему управления на автоматическое отключение двигателя или его реверсирование - в зависимости от принятой схемы управления двигателем.

Этот вариант конструктивного выполнения привода предлагает необходимость измерения порога срабатывания приемника 23 излучения изменением положения непрозрачной пластины 21 с ползуном 18 с помощью упорного винта 19 в соответствии с требуемым значением допустимого крутящего момента на выходном валу 6. Достигается это выполнением тарировки привода каждый раз при переходе на новые параметры срабатывания, но может быть обеспечено установкой шкалы в зоне перемещения пластины 21, отградуированной в единицах крутящего момента при сборке прибора. В последнем случае необходима периодическая проверка соответствия установленных на шкале значений крутящего момента и фактических их значений на выходном валу 6 контрольной тарировкой. Тарировка привода в обоих описанных выше вариантах его осуществления может производится по известным методикам и с использованием известных средств, предназначенных для тарировки аналогичных известных устройств. Однако заявитель располагает более совершенной и простой методикой и средствами тарировки, составляющими предмет "ноу-хау".

Таким образом, предлагаемый привод инструмента обладает простотой в конструктивном отношении и высокой точностью срабатывания, что обеспечивает высокое качество выполняемых операций и гарантированную надежность при сравнительной простоте в эксплуатации и обслуживании привода.

Привод инструмента предназначен для обеспечения подачи сигнала и управления двигателем при достижении на выходном валу заданного крутящего момента. Привод инструмента включает двигатель, редуктор с планетарной передачей и зубчатую рейку. Коронное колесо планетарной передачи установлено с возможностью относительного поворота вокруг своей оси и снабжено внешним зубчатым венцом, входящим в зацепление с зубчатой рейкой. Зубчатая рейка подвижна в продольном направлении и взаимодействует с упругим элементом и исполнительным устройством в системе управления двигателем. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Привод инструмента, например, для развальцовки труб в трубных досках, затяжки гаек (резьбовых соединений) и т.п., включающий двигатель и редуктор с планетарной передачей в качестве одного из его звеньев, кинематически связанный с выходным валом (шпинделем), отличающийся тем, что коронное колесо планетарной передачи в корпусе установлено с возможностью относительного поворота вокруг своей оси и снабжено внешним зубчатым венцом, входящим в зацепление с подвижной в продольном направлении зубчатой рейкой, взаимодействующей с упругим элементом и исполнительным устройством, включенным в систему управления двигателем или сигнализации. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что планетарная передача является выходным звеном редуктора. 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что один конец зубчатой рейки выполнен в виде поршня и введен в цилиндр, полость которого подключена к электроконтактному манометру и заполнена рабочей средой, а контакты манометра включены в цепь исполнительных устройств системы управления двигателем или сигнализации. 4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что зубчатая рейка установлена в корпусе на пружине осевого сжатия и на рейке одной из торцевых кромок закреплена с возможностью перемещения вдоль рейки и фиксации в требуемом положении непрозрачная пластина (флажок), по разные стороны которой в крайнем положении зубчатой рейки и начальном положении пластины закреплены друг напротив друга источник и приемник излучения, подключенные к автономному источнику питания, а контактная система приемника излучения включена в цепь исполнительных устройств (в системе управления двигателем или сигнализации). 5. Привод по п. 3, отличающийся тем, что зубчатая рейка выполнена с продольным каналом, в котором установлен с возможностью перемещения и фиксации в нужном положении ползун, а непрозрачная пластина закреплена на ползуне и через продольную прорезь в стенке канала выведена за пределы зубчатой рейки.