ПРИВОД ПОВОРОТА Российский патент 2008 года по МПК B66C23/84 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах, предназначенных для осуществления поворотного движения в горизонтальной или вертикальной плоскости, в частности в устройствах для поворота поворотных платформ стреловых кранов, приводах поворота пусковых установок для оружия типа торпеды.

Известен привод поворота башенного крана по патенту RU 2232127 С1, В66С 23/84, 2004 г. Известный привод поворота содержит смонтированные на кронштейне, установленном на поворотной платформе крана, двигатель с тормозным устройством и редуктор. При этом двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым ободом, смонтированным на опорно-поворотном устройстве. Тормозное устройство выполнено с возможностью установки на нем рукоятки для разворота поворотной платформы вручную при транспортировке, эксплуатации и демонтаже.

Однако известный привод поворота не предполагает наличия предохранительного устройства для ограничения передаваемого момента и предохранения деталей от поломок при возможных перегрузках, превышающих допустимые по условиям прочности.

Также известно множество приводов (механизмом подъема), содержащих двигатель с редуктором и предохранительное устройство, установленное непосредственно на входном, высокооборотном валу редуктора (см., например, Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. Изд. 4-е. Учебник для вузов. М., «Высшая школа», 1972, с.199-214, рис.128 на с.213). В качестве предохранительного устройства известные приводы содержат дисковую фрикционную муфту.

Однако большой момент инерции предохранительного устройства, устанавливаемого непосредственно на входном высокооборотном валу редуктора, приводит к существенному увеличению момента инерции, приведенного к валу двигателя, что ухудшает динамические характеристики привода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является привод поворота дизель-электрического крана КДЭ-161, содержащий смонтированные на опорной и поворотной (подвижной) частях объекта двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу редуктора и зубчатое звено, при этом двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым звеном (Мужичков В.И., Редников В.А. Грузоподъемные краны на железнодорожном ходу: Учебник для техн. школ ж.-д. транспорта. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1978, с.284, рис.130).

Однако известный привод поворота имеет относительно невысокие динамические характеристики.

Задачей, решаемой изобретением, является создание привода поворота, обеспечивающего возможность улучшения динамических характеристик привода поворота и вместе с тем обеспечивающего безопасность работы в режиме ручного привода без использования муфт переключения и блокировок.

Указанная задача решается благодаря тому, что привод поворота, содержащий смонтированные на опорной и поворотной частях объекта двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу редуктора и зубчатое звено, при этом двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым звеном, согласно изобретению содержит дифференциальный механизм в виде планетарной передачи, имеющей эпициклическую шестерню, солнечную шестерню, водило и сателлиты. При этом солнечная шестерня соединена с валом двигателя, водило соединено с входным валом редуктора, а эпициклическая шестерня с помощью зубчатого зацепления кинематически связана с упомянутым фрикционным механизмом.

Вместе с этим в качестве фрикционного механизма привод поворота содержит фрикционную муфту, включающую фрикционные элементы, одни из которых закреплены неподвижно, а другие установлены на валу, который кинематически связан с помощью упомянутого зубчатого зацепления с эпициклической шестерней. При этом последний (т.е. вал) связан с поводком, снабженным элементом зацепления, выполненным с возможностью взаимодействия с соответствующим элементом зацепления съемной рукоятки, служащей для работы в режиме ручного привода. Фрикционная муфта выполнена с возможностью размыкания ее фрикционных элементов при работе в режиме ручного привода.

Кроме того, в качестве зубчатого звена привод поворота содержит зубчатый обод.

В другом варианте выполнения в качестве зубчатого звена привод поворота содержит зубчатый сектор.

Вместе с этим двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный и дифференциальный механизмы могут быть смонтированы на поворотной части объекта, а зубчатое звено - на опорной части объекта.

В другом варианте выполнения двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный и дифференциальный механизмы смонтированы на опорной части объекта, а зубчатое звено - на подвижной части объекта.

Зубчатое звено расположено в горизонтальной плоскости. При таком выполнении привод поворота обеспечивает поворотное движение в горизонтальной плоскости.

В другом варианте выполнения зубчатое звено расположено в вертикальной плоскости. При таком выполнении привод поворота обеспечивает поворотное движение в вертикальной плоскости.

Вместе с этим редуктор, фрикционный и дифференциальный механизмы размещены в едином корпусе.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает улучшение динамических и эксплуатационных характеристик привода поворота.

На фиг.1 показана кинематическая схема привода поворота; на фиг.2 - устройство дифференциального механизма привода поворота, продольный разрез (двигатель условно не показан); на фиг.3 - устройство фрикционного механизма привода поворота, продольный разрез; на фиг.4 - расположение выступа (шипа) поводка, служащего для работы в режиме ручного привода, относительно ведущего диска в рабочем состоянии фрикционного механизма, разрез по А-А на фиг.3.

В варианте осуществления изобретения привод поворота содержит зубчатый обод (зубчатое звено) 1, который смонтирован на поворотной (подвижной) части 2, установленной через опорное устройство 3, выполненное, например, в виде роликового упорно-радиального подшипника с перекрещивающимися осями цилиндрических роликов, на опорной части 4. На последней также смонтированы двигатель (например, электродвигатель) 5 с тормозным устройством 6, редуктор 7, а также фрикционный 8 и дифференциальный 9 механизмы. В варианте осуществления изобретения редуктор 7, фрикционный и дифференциальный механизмы 8, 9 размещены в едином корпусе 10. Двигатель 5 кинематически соединен с входным валом 11 редуктора 7. Передача момента вращения от вала двигателя выполнена через дифференциальный механизм 9. На выходном валу 12 редуктора 7 закреплена коренная шестерня 13, находящаяся в зацеплении с зубчатым ободом (зубчатым звеном) 1. В варианте осуществления изобретения привод поворота обеспечивает поворотное движение в горизонтальной плоскости.

В других вариантах выполнения (на чертеже не показано) в качестве зубчатого звена 1 привод поворота может содержать зубчатый сектор, например, когда не требуется обеспечение полного поворота (т.е. вращения) поворотной части относительно вертикальной оси, или в варианте, когда привод обеспечивает поворотное движение (по существу - качание) в вертикальной плоскости и зубчатое звено располагается в вертикальной плоскости.

Возможен вариант выполнения, когда двигатель 5 с тормозным устройством 6, редуктор 7, фрикционный 8 и дифференциальный 9 механизмы смонтированы на опорной (неподвижной) части объекта, а зубчатый обод (зубчатое звено) 1 - на поворотной (подвижной) части объекта (на чертеже не показано).

Дифференциальный механизм 9 выполнен в виде планетарной передачи, имеющей эпициклическую шестерню 14, солнечную шестерню 15, водило 16 и сателлиты 17. Солнечная шестерня 15 соединена с валом 18 двигателя 5. Водило 16 соединено с входным валом 11 редуктора 7. В варианте выполнения в качестве фрикционного механизма 8 привод поворота содержит фрикционную муфту, включающую фрикционные элементы (диски) 19 и 20. Фрикционные элементы 19 закреплены в обойме 21, установленной неподвижно относительно корпуса 10. Фрикционные элементы 20 закреплены на втулке 22, установленной с помощью шлицевого соединения с возможностью продольного перемещения на валу 23. На последнем закреплена шестерня 24, находящаяся в зацеплении с шестерней 25, выполненной, например, за одно целое с эпициклической шестерней 14. Таким образом, эпициклическая шестерня 14 кинематически связана с фрикционным механизмом (фрикционной муфтой) 8. По существу эпициклическая шестерня 14 планетарной передачи удерживается тормозом (фрикционным механизмом), ограничивающим максимальный момент на входном валу 11 редуктора и тем самым выполняющим функцию предохранительного устройства.

Вал 23 одним концом связан с поводком 26, снабженным элементом 27 зацепления, выполненным с возможностью взаимодействия с соответствующим (ответным) элементом 28 зацепления съемной рукоятки 29, служащей для работы в режиме ручного привода.

Фрикционная муфта 8 выполнена с возможностью размыкания фрикционных элементов 19 и 20 при работе в режиме ручного привода. Для этого в варианте осуществления изобретения вал 23 снабжен упором 30, взаимодействующим с тарельчатой опорой 31 и установленным с помощью шлицевого соединения на концевом участке вала 23, ведущим диском 32, имеющим конические гнезда (лунки) «а» для промежуточных шариков 33, и опорным диском 34 со стаканом 35 и цилиндрической пружиной 36, установленной внутри стакана 35 между корпусом последнего и тарельчатой опорой 31. Усилие поджатия пружины 36 регулируется гайкой 37. В варианте осуществления изобретения упор 30 выполнен, например, в виде разрезного кольца. Поводок 26 одновременно служит опорой вала 23 и имеет фланец «b», выполненный с расположенными равномерно по окружности, например, тремя цилиндрическими отверстиями под промежуточные шарики 33, и выступ (шип) «с», входящий в выемку «d», выполненную на ведущем диске 32. При отсутствии внешнего воздействия на поводок 26 промежуточные шарики 33, установленные в отверстиях фланца «b» поводка, находятся в соответствующих конусных отверстиях (лунках) «а», выполненных на ведущем диске 32, и имеют некоторую свободу перемещения (вдоль продольной оси соответствующих отверстий).

Привод поворота работает следующим образом.

В рабочем состоянии фрикционного механизма (предохранительного устройства) 8 цилиндрическая пружина 36, опираясь через тарельчатую опору 31 и разрезное кольцо (упор) 30 на вал 23, через корпус стакана 35 сжимает фрикционные элементы (диски) 19, 20, установленные соответственно на неподвижной обойме 21 и втулке 22, перемещаемой по шлицам вала 23. Усилие поджатия цилиндрической пружины 36 регулируется гайкой 37. Момент вращения, передаваемый от солнечной шестерни 15, на водило 16 вызывает соответствующий момент на эпициклической шестерне 14, который через шестерни 25 и 24 передается на вал 23 и удерживается фрикционным механизмом, наружные фрикционные элементы (диски) 19 которого имеют шлицевое соединение с обоймой 21, а внутренние фрикционные элементы (диски) 20 через втулку 21 - с валом 23. При достижении максимально допустимого момента (момента трения фрикционной муфты) вал 23 начинает проворачиваться, ограничивая тем самым момент вращения входного вала 11 редуктора 7.

При нормальных условиях эксплуатации, т.е. при определенных проектом обычных (безаварийных) условиях эксплуатации, момент сопротивления вращению поворотной части 2 с зубчатого обода 1 передается на коренную шестерню 13, закрепленную на выходном валу 12 редуктора 7. На входном валу 11 редуктора 7 возникает момент, который через планетарную передачу, включающую водило 16, сателлиты 17, эпициклическую шестерню 14, и солнечную шестерню 15, передается на вал 18 двигателя 5. При этом эпициклическая шестерня 14 остается неподвижной, т.к. при нормальной работе привода момент удержания эпициклической шестерни фрикционной муфтой (фрикционным механизмом) 8 с учетом зубчатой пары, включающей шестерни 24 и 25, больше момента срабатывания фрикционной муфты, приведенного к эпициклической шестерне. Таким образом, при нормальной работе привода поворота элементы фрикционной муфты 8 «выведены» из цепи привода и их моменты инерции не влияют на нормальную работу последнего.

При увеличении момента на валу 18 двигателя 5 (например, при избыточном для привода пусковом моменте) момент на эпициклической шестерне 14 оказывается больше момента затяжки фрикционной муфты 8 с учетом зубчатой пары, включающей шестерни 24 и 25. При этом происходит проворот вала 23 фрикционного механизма (фрикционной муфты) 8, таким образом, момент на входном валу 11 редуктора 7 не превышает допустимого значения.

Таким образом, благодаря уменьшению момента инерции, приведенного к валу двигателя, привод поворота обеспечивает повышение динамических характеристик.

Для работы в режиме ручного привода на хвостовик поводка 26 устанавливают съемную рукоятку 29. При вращении съемной рукоятки 29, т.е. при приложении к поводку 26 момента вращения, поводок 26 «выкатывает» промежуточные шарики 33 из гнезд (лунок) «а» ведущего диска 32. Промежуточные шарики 33, взаимодействуя с опорными поверхностями ведущего диска 32 и опорного диска 34, отжимают подпружиненный стакан 35 от втулки 22. Размыкаются фрикционные элементы (диски) 19 и 20 фрикционной муфты. В результате размыкания фрикционных элементов вал 23 освобождается от фиксации относительно корпуса 10. Таким образом, при работе в режиме ручного привода фрикционная муфта автоматически отключается в начале вращения поводка 26 за счет сжатия пружины 36 стаканом 35, который перемещается телами вращения (промежуточными шариками) 33, «выкатываемыми» из лунок (гнезд) «а» ведущего диска 32. После вращение поводка 26 посредством выступа (шипа) «с», взаимодействующего со стенкой выемки «d», передается ведущему диску 32, установленному с помощью шлицевого соединения на концевом участке вала 23, а следовательно, и валу 23. Начинает вращаться шестерня 24, передавая движение через шестерню 25 на эпициклическую шестерню 14 планетарной передачи и далее через входной вал 11 редуктора 7 - на коренную шестерню 13. При этом вал 18, на котором закреплена солнечная шестерня 15, удерживается двигателем 5 или тормозным устройством 6. Ограничение момента вращения в режиме ручного привода осуществляется, например, шариковым сдающим устройством съемной рукоятки 29 (на чертеже не показано). По окончании работы в режиме ручного привода стакан 35 и поводок 26 с помощью цилиндрической пружины 36 вновь занимают исходное положение и элементы (диски) 19, 20 вступают во фрикционное взаимодействие. В результате этого вал 23 тормозится и тем самым удерживает эпициклическую шестерню 14 планетарной передачи от вращения. Таким образом, благодаря конструктивному совмещению устройства ручного привода с устройством ограничения передаваемого момента привод поворота обеспечивает безопасность работы в режиме ручного привода, не требуя дополнительных устройств переключения и блокировок, что улучшает эксплуатационные характеристики.

Таким образом, благодаря особенности исполнения привода поворота изобретение позволяет создать привод поворота, обеспечивающий улучшение динамических характеристик. Кроме того, при обеспечении безопасности работы в режиме ручного привода изобретение не требует дополнительных устройств переключения и блокировок, что упрощает устройство привода поворота и улучшает эксплуатационные характеристики.

Изобретение может быть использовано в устройствах, предназначенных для осуществления поворотного движения в горизонтальной или вертикальной плоскости. Привод поворота содержит смонтированные на опорной и поворотной (подвижной) частях объекта двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу редуктора и дифференциальный механизм. Двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым звеном. Дифференциальный механизм выполнен в виде планетарной передачи, имеющей эпициклическую шестерню, солнечную шестерню, водило и саттелиты. Солнечная шестерня соединена с валом двигателя, водило соединено с входным валом редуктора, а эпициклическая шестерня с помощью зубчатого зацепления кинематически связана с упомянутым фрикционным механизмом. Обеспечивается улучшение динамических и эксплуатационных характеристик привода поворота. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Привод поворота, содержащий смонтированные на опорной и поворотной частях объекта двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу редуктора и зубчатое звено, при этом двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым звеном, отличающийся тем, что он содержит дифференциальный механизм в виде планетарной передачи, имеющей эпициклическую шестерню, солнечную шестерню, водило и саттелиты, при этом солнечная шестерня соединена с валом двигателя, водило соединено с входным валом редуктора, а эпициклическая шестерня с помощью зубчатого зацепления кинематически связана с упомянутым фрикционным механизмом.2. Привод по п.1, отличающийся тем, что в качестве фрикционного механизма он содержит фрикционную муфту, включающую фрикционные элементы, одни из которых закреплены неподвижно, а другие установлены на валу, который кинематически связан с помощью упомянутого зубчатого зацепления с эпициклической шестерней, при этом последний связан с поводком, снабженным элементом зацепления, выполненным с возможностью взаимодействия с соответствующим элементом зацепления съемной рукоятки, служащей для работы в режиме ручного привода, причем фрикционная муфта выполнена с возможностью размыкания ее фрикционных элементов при работе в режиме ручного привода.3. Привод по п.1, отличающийся тем, что в качестве зубчатого звена он содержит зубчатый обод.4. Привод поворота по п.1, отличающийся тем, что в качестве зубчатого звена он содержит зубчатый сектор.5. Привод по п.1, отличающийся тем, что двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный и дифференциальный механизмы смонтированы на поворотной части объекта, а зубчатое звено на опорной части объекта.6. Привод по п.1, отличающийся тем, что двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный и дифференциальный механизмы смонтированы на опорной части объекта, а зубчатое звено на поворотной части объекта.7. Привод по п.1, отличающийся тем, что зубчатое звено расположено в горизонтальной плоскости.8. Привод по п.1, отличающийся тем, что зубчатое звено расположено в вертикальной плоскости.9. Привод по п.1, отличающийся тем, что редуктор, фрикционный и дифференциальный механизмы размещены в едином корпусе.