ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК E05F15/12 

Область техники

Изобретение относится к приводному устройству согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

Подобные приводные устройства могут быть выполнены, как обычно, в виде толкающих шпиндельных (штоковых) приводов, шпиндельных ходовых приводов и тому подобного. В особенности приводное устройство может быть выполнено в виде привода для поворотных ворот, в котором с помощью привода, выполненного в виде редукторного двигателя, приводится в движение шпиндель для закрывания и открывания поворотных ворот. Подобные поворотные ворота, которые используются для закрывания въездов во двор и тому подобного, имеют большую площадь, равную по порядку величины нескольким квадратным метрам. Соответственно, подобные ворота создают большие поверхности, на которые воздействует ветер, вследствие чего на ворота могут оказываться большие силы. Также по причине внешних силовых воздействий на замыкающей кромке ворот могут воздействовать очень большие силы на привод.

В приводных устройствах этого вида известно, что при воздействии подобных сил следует выполнить аварийный останов, чтобы тем самым застопорить ворота и предотвратить движение ворот, которое может привести к опасности. Например, при наступлении сильных порывов ветра ворота, тем не менее, и дальше подвергаются воздействию внешних сил. Эти силы переносятся через ворота и шпиндель и могут привести к повреждениям привода.

Чтобы избежать подобных повреждений, привод рассчитывается на максимальную возникающую силу. В случае стандартных ворот, особенно поворотных ворот, возникают крайне высокие силы, которые обычно могут достигать до 50 кН. Рассчитанный на такую нагрузку привод имеет нежелательно большой размер и, тем самым, дорог в изготовлении.

Раскрытие изобретения

В основе изобретения лежит задача создания приводного устройства названного выше вида, которое при небольшом размере может быть экономично изготовлено и одновременно является невосприимчивым к внешним силам.

Для решения этой задачи предложено устройство с признаками п.1 формулы изобретения. Преимущественные варианты реализации и целесообразные варианты развития изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предложенное изобретением приводное устройство содержит шпиндель, приводимый в действие приводом, причем шпиндель служит для воздействия на исполнительный элемент. Предусмотрены жестко соединенные со шпинделем опорные средства, которые могут двигаться против упругой опоры. При воздействии на шпиндель сил, превышающих заданное максимальное значение, упругая опора упруго изгибается, а опорные средства надавливают на стационарный упор. Тем самым привод разъединяется от воздействия этих сил.

В предложенном изобретением приводном устройстве, тем самым, компоненты привода эффективно и надежно защищаются от внешних сил, воздействующих на исполнительный элемент.

Принцип механической защиты предложенного настоящим изобретением приводного устройства основан на том, что его шпиндель подвижен в осевом направлении благодаря упругой опоре. Упругие силы упругой опоры рассчитаны при этом так, что при воздействии на исполнительный элемент и, тем самым, на шпиндель внешних сил, которые больше определенного максимального значения, происходит упругий изгиб (прогиб) упругой опоры. Вследствие этого, опорное средство надавливает на упор (прижимается к упору). Благодаря соединению с силовым замыканием опорного средства с упором, эффективные внешние силы отводятся через упор, являющийся стационарной составной части приводного устройства, и, тем самым, более не воздействуют на компоненты привода. Таким образом, он защищен от повреждений. Упор преимущественно является составной частью корпуса, в котором встроен подшипник с упругой опорой. Этот корпус обладает требуемой стабильностью, чтобы производить полный отвод внешних сил и при этом не быть поврежденным самому. Так как корпус, необходимый для принятия компонентов приводного устройства, может быть одновременно использован и для создания упоров для опорных средств, то предложенное настоящим изобретением приводное устройство имеет экономичную и компактную конструкцию. Это преимущество усиливается еще и тем, что опорные средства могут быть просто и экономично изготовлены в виде опорных пластин, выполненных с возможностью размещения на шпинделе.

Существенное преимущество предложенного настоящим изобретением приводного устройства состоит в том, что в нем достигается защита как от толкающих (сжимающих) сил, так и от растягивающих сил, которые воздействуют на шпиндель. В особо преимущественном варианте реализации изобретения это достигается благодаря тому, что подшипник, в котором шпиндель установлен с возможностью вращения, опирается в продольном направлении шпинделя между двумя пружинными пакетами, образующими пружинную опору. Благодаря этой симметричной двусторонней упругой опоре подшипника шпиндель подвижно опирается одинаково при возникновении сжимающих и растягивающих сил в обоих продольных направлениях. В соответствии с двусторонней пружинной опорой в качестве опорных средств предусмотрены также две жестко соединенные со шпинделем опорные пластины, каждая из которых выполнена с возможностью направления на отдельный упор. Особенно преимущественно упоры выполнены торцами корпуса. Компоненты этого механического защитного устройства выполнены предпочтительно симметрично относительно плоскости симметрии, перпендикулярной к продольной оси шпинделя, и таким образом для защиты привода внешние толкающие и растягивающие силы могут быть идентичным образом отведены через корпус.

Другой преимущественный вариант реализации приводного устройства по настоящему изобретению состоит в том, что при упругом изгибе (прогибе) упругой опоры опорные средства прилегают к упорам с фрикционным замыканием. Благодаря этому предотвращается также нежелательный перенос крутящих моментов от шпинделя на компоненты привода при наступлении механической перегрузки.

Так как в приводном устройстве по настоящему изобретению как возникающие толкающие (сжимающие) силы, так и растягивающие силы, которые превышают заданное максимальное значение, могут отводиться через стационарные компоненты приводного устройства и, тем самым, не воздействуют на компоненты привода, привод должен рассчитываться уже не на максимально возникающие силы, а рассчитываться на свою номинальную мощность с помощью подходящей предписанной величины максимального значения, то есть подходящим расчетом параметров упругих сил упругой опоры. На тот случай, когда приводное устройство используется для приведения в действие поворотных ворот или тому подобного, это означает уменьшение на порядок максимальных сил, на которые должен быть рассчитан привод. В соответствии с этим, может быть существенно уменьшен размер привода, что приводит к существенному снижению затрат на изготовление приводного устройства.

Приводное устройство, рассчитанное таким образом, эксплуатируется в его нормальном режиме для приведения в действие исполнительного элемента, в особенности для открывания и закрывания поворотных ворот. При возникновении крутящих моментов, превышающих номинальный момент привода, по соображениям безопасности происходит аварийный останов, который в случае исполнительного элемента в виде поворотных ворот приводит к стопорению поворотных ворот. Если затем, например, по причине порывов ветра на поворотные ворота и, тем самым, на шпиндель воздействуют внешние толкающие или растягивающие силы, превышающие максимальное значение, заданное упругой опорой, которое предпочтительно примерно соответствует номинальному усилию привода, то благодаря упругому прогибу упругой опоры срабатывает направление перегрузки, предложенное настоящим изобретением. Тем самым, опорное средство прилегает к упору и отводит через него внешние силы.

В особо преимущественном варианте реализации удерживающий момент привода существенно больше, чем его номинальный момент. Удерживающий момент определяет при этом самоторможение привода, то есть удерживающий момент определяет граничное значение внешнего крутящего момента, при котором привод, находящийся в состоянии покоя, снова запускается и начинает вращаться. Благодаря предложенному изобретением выбору параметров, за счет того, что удерживающий момент больше, чем номинальный момент привода, причем номинальный момент одновременно соответствует максимальному значению, заданному упругой опорой, гарантируется, что при возникновении внешних толкающих (сжимающих) сил или растягивающих сил опорное средство надавливает на упор. Вследствие этого, привод фиксируется и защищен прежде, чем удерживающий момент привода будет превышен. С помощью приводного устройства, предложенного настоящим изобретением, надежно предотвращается, тем самым, нежелательное, возможно даже опасное, обратное движение привода, приведенного в положение аварийного останова, при возникновении внешних сил.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение поясняется при помощи варианта реализации, представленного на чертеже.

Осуществление изобретения

Чертеж показывает приводное устройство 1, с помощью которого в качестве исполнительного элемента открываются и закрываются поворотные ворота. Приводное устройство 1 содержит электрический привод, выполненный в виде редукторного двигателя, причем электрический привод встроен в корпусе 2 двигателя. Корпус 2 двигателя опирается на консоли, которая состоит из стержневых элементов 3, зафиксированных на основании 4. На днище основания 4 выходит присоединяемая деталь 5 из стали, с помощью которой приводное устройство 1 крепится на стойке ворот или тому подобном.

С помощью привода приводится в действие шпиндель 6, выполненный в виде резьбового шпинделя. При этом шпиндель 6 с помощью привода приводится во вращательное движение вокруг продольной оси шпинделя 6. В зависимости от направления вращения шпинделя 6 поворотные ворота открываются или закрываются. Параллельно шпинделю 6, приводимому в движение, проходит другой резьбовой шпиндель 7, на котором расположен концевой выключатель 8 для контроля конечного положения поворотных ворот.

Привод соединен со шпинделем 6 через муфту 9. Альтернативно этому может быть предусмотрено прочное соединение с геометрическим замыканием шпинделя 6 с приводом. Муфта 9 содержит колпак 10 муфты, который насажен на сегмент 11 вала, причем сегмент 11 вала входит в корпус 2 двигателя. Для этого колпак 10 муфты имеет центральное отверстие, в которое вводится сегмент 11 вала. В свободный конец сегмента вала ввинчен болт 11а с подкладной шайбой 11b. Этот болт 11а служит для фиксации положения муфты 9 на сегменте 11 вала. На колпак 10 муфты опирается рычаг 12. Поворотом рычага 12 колпак 10 вала может двигаться на сегменте 11 вала в его продольном направлении. В качестве следующей компоненты муфта 9 содержит держатель 13 муфты, на котором закреплена фрикционная прокладка 14. Воздействием на рычаг 12 муфта 9 может быть открыта. Для этого рычаг 12 поворачивается так, что происходит разъединение муфты 9, то есть колпак 10 муфты двигается с корпусом 2 двигателя в отрицательном направлении по оси х, и колпак 10 муфты более не соединен с фрикционной прокладкой 14. Закрывание муфты 9 происходит пружинами F, которые надавливают колпак 10 муфты на держатель 13 муфты с фрикционной прокладкой 14.

Шпиндель 6 расположен с возможностью вращения в подшипнике, выполненном в виде шарикоподшипника 15. Шарикоподшипник 15 встроен в корпус, образующий подшипниковый корпус 16. Как видно из чертежа, подшипниковый корпус 16 имеет проходящее в осевом направлении центральное отверстие, в которое введен шпиндель 6. Подшипниковый корпус 16 жестко соединен с консолью и создает цельный блок, стационарно опирающийся на нее. Подшипниковый корпус 16 содержит обшивку 17 корпуса, проходящую по периметру, а на торцевых сторонах - плоские стенки 18а, b корпуса. Торцевые стенки 18а, b корпуса проходят в плоскости, ориентированной перпендикулярно продольной оси шпинделя 6.

На продольном конце шпинделя 6 предусмотрена полость 19, в которую может быть помещена контргайка для дополнительной фиксации шпинделя 6. К торцу подшипникового корпуса 16, обращенному от корпуса 2 двигателя, примыкает другой корпусной элемент 20, который в осевом направлении пронизан шпинделем 6 и резьбовым шпинделем 7. В корпусном элементе 20 находится концевой выключатель.

Как видно из чертежа, шарикоподшипник 15 опирается в своем осевом направлении между пружинными пакетами 21a, b, которые образуют упругую пружинную опору. При этом каждый пружинный пакет 21a, b находится между торцом шарикоподшипника 15 и внутренней стороной торцевой корпусной стенки 18a, b подшипникового корпуса 16. С помощью этой пружинной опоры шпиндель 6 расположен подвижно в осевом направлении в подшипниковом корпусе 16.

При этом на шпинделе 6 привинчены две опорные шайбы 22а, b. Каждая из опорных шайб 22а, b имеет хвостовик 23а, b, содержащий кругло-цилиндрическое отверстие, через которое проходит шпиндель 6. С помощью хвостовика 23а, b опорная шайба 22а, b привинчена к шпинделю 6. К хвостовику 23а, b каждой опорной шайбы 22а, b примыкает круглый шайбовый сегмент 24а, b, который образует другую составную часть опорной шайбы 22а, b. Круглые сегменты 24а, b проходят в плоскостях, ориентированных перпендикулярно продольной оси шпинделя 6. На чертеже позиция шпинделя 6 представлена без внешнего воздействия силы. В этом состоянии круглые сегменты 24а, b опорных шайб 22а, b лежат на небольшом расстоянии от прямых внешних сторон торцевых корпусных стенок 18а, b подшипникового корпуса 16. Как далее видно из чертежа, хвостовик 23а, b каждой опорной шайбы 22а, b имеет заплечик 25а, b. Эти заплечики 25а, b создают прилегающие поверхности, с помощью которых хвостовик 23а, b опорной шайбы 22а, b прилегает к торцу шарикоподшипника 15. Что касается выполнения прилегающих поверхностей круглых шайбовых сегментов 24а, b на корпусных стенках 18а, b и выполнения хвостовиков 23а, b, то опорные шайбы 22а, b выполнены идентично и образуют с пружинным пакетом 21а, b и шарикоподшипником 15 расположение, обладающее зеркальной симметрией относительно серединной плоскости подшипникового корпуса 16. Дополнительно, на опорной шайбе 22а, обращенной к корпусу 2 двигателя, предусмотрен держатель 13 муфты, выполненный цельно с ней.

Взаимодействующие с пружинной опорой опорные шайбы 22а, b, а также служащие в качестве упоров для опорных шайб 22а, b торцевые корпусные стенки 18а, b образуют механическую защиту от перегрузки, причем эта механическая защита от перегрузки при возникающих внешних сжимающих или растягивающих силах на шпиндель 6 предотвращает повреждение привода.

Механическая защита от перегрузки срабатывает, когда растягивающие силы или сжимающие силы, воздействующие на шпиндель 6, превышают максимальное значение, заданное выбором параметров пружинных пакетов 21а, b. Так как пружинные пакеты 21а с обеих сторон шарикоподшипника 15 в рассматриваемом случае выполнены идентично, максимальное значение возникающих сжимающих сил и растягивающих сил имеет одинаковую величину. Максимальное значение подогнано к номинальной силе привода. Выполненный в виде редукторного двигателя привод имеет удерживающий момент, который существенно больше его номинального момента.

При обыкновенном режиме работы приводного устройства 1 шпиндель 6 с помощью привода приводится во вращательное движение, вследствие чего поворотные ворота открываются или закрываются. При этом опорные шайбы 22а, b расположены своими круглыми шайбовыми сегментами 24а, b на расстоянии от торцевых корпусных стенок 18а, b подшипникового корпуса 16, и, таким образом, шпиндель 6 может вращаться приводом.

При оказании на поворотные ворота и шпиндель 6 силы, которая превышает номинальную силу привода, с целью предотвращения опасных ситуаций производится останов, то есть привод стопорится, а поворотные ворота останавливаются. Вследствие порывов ветра и тому подобного, также и в случае остановленных поворотных ворот на поворотные ворота и, тем самым, на шпиндель 6 могут воздействовать существенные силы. При воздействии на шпиндель 6 подобных растягивающих или толкающих сил вступает в действие механическое защитное устройство для защиты компонентов привода.

Принцип действия этого защитного устройства поясняется сперва для случая растягивающих сил, действующих на шпиндель 6. Эти растягивающие силы действуют в случае конструкции, представленной на чертеже, в положительном направлении оси х. Эти растягивающие силы способствуют осевому движению шпинделя 6 в положительном направлении оси х. Вследствие этого движения шпинделя 6 заплечик 25а опорной шайбы 22а надавливает на шарикоподшипник 15, благодаря чему пружинный пакет 21b, лежащий далее в направлении воздействия силы, упруго прогибается. Благодаря упругому прогибу пружинного пакета 21b опорная шайба 22а прижимается своим круглым шайбовым сегментом 24а к корпусной стенке 18а в качестве упора. Тем самым возникает соединение с силовым и фрикционным замыканием между опорной шайбой 22а и корпусной стенкой 18а. Это приводит к тому, что возникающие растягивающие силы не переносятся на компоненты привода, а отводятся через подшипниковый корпус 16 и консоль. Таким образом, привод полностью защищается от возникающих растягивающих сил. Так как опорная шайба 22а с фрикционным замыканием прилегает к корпусной стенке 18а, образующей упор, то предотвращается также перенос крутящих моментов на привод.

Так как удерживающий момент привода существенно больше, чем его номинальный момент, которому соответствует также максимальное значение, заданное пружинными пакетами 21а, b, то гарантируется, что опорная шайба 22а уже при крутящих моментах, которые намного меньше удерживающего момента, надежно прилегает к упору, выполненному корпусной стенкой 18а. Выполненное таким образом соединение с силовым замыканием между опорной шайбой 22а и упором на подшипниковом корпусе 16 предотвращает, тем самым, нежелательный запуск привода, так как возникающие внешние крутящие моменты никогда не могут превысить удерживающий момент, определяющий самоторможение привода.

При возникновении толкающих сил, действующих в отрицательном направлении оси х, шпиндель 6 соответственно передвигается в отрицательном направлении оси х. Вследствие этого заплечик 25b хвостовика 23b опорной шайбы 22b воздействует на шарикоподшипник 15, вследствие чего в этом случае пружинный пакет 21а упруго прогибается. По причине упругого прогиба пружинного пакета 21а, в этом случае опорная шайба 22b надавливает круглым шайбовым сегментом 24b на упор, выполненный корпусной стенкой 18b. Благодаря этому действующие силы снова отводятся через подшипниковый корпус 16 и консоль, а компоненты привода экранируются от воздействующих сил.

Приводное устройство со шпинделем, приводимым в действие приводом и служащим для воздействия на исполнительный элемент. В устройстве предусмотрены жестко соединенные со шпинделем опорные средства, выполненные с возможностью движения против упругой опоры. При воздействии на шпиндель сил, превышающих заданное максимальное значение, упругая опора упруго изгибается, а опорные средства прижимаются к стационарному упору. Вследствие этого привод разъединяется под воздействием указанных сил. Заявленное изобретение обеспечивает создание приводного устройства, имеющего небольшой размер, в котором компоненты привода эффективно и надежно защищены от внешних сил, воздействующих на привод. 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Приводное устройство со шпинделем, приводимым в действие приводом и служащим для воздействия на исполнительный элемент, отличающееся тем, что предусмотрены жестко соединенные со шпинделем (6) опорные средства, выполненные с возможностью движения против упругой опоры, причем при воздействии на шпиндель (6) сил, превышающих заданное максимальное значение, упругая опора упруго изгибается, а опорные средства прижимаются к стационарному упору, вследствие чего привод разъединяется под воздействием указанных сил.

2. Приводное устройство по п.1, отличающееся тем, что при воздействии сжимающих или растягивающих сил, превышающих заданное максимальное значение, соответственное опорное средство прижимается к упору.

3. Приводное устройство по п.2, отличающееся тем, что каждое опорное средство выполнено с возможностью прижима к упору с фрикционным замыканием, вследствие чего предотвращается передача перегрузочных крутящих моментов на привод.

4. Приводное устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что предусмотрен стационарный корпус, через который в осевом направлении проходит шпиндель (6), причем в корпусе предусмотрен подшипник для установки в него с возможностью вращения шпинделя (6).

5. Приводное устройство по п.4, отличающееся тем, что подшипник выполнен в виде шарикоподшипника (15).

6. Приводное устройство по п.4, отличающееся тем, что подшипник в осевом направлении оперт между двумя пружинными пакетами (21a, b), образующими пружинную опору, вследствие чего шпиндель (6) подвижен в осевом направлении.

7. Приводное устройство по п.6, отличающееся тем, что на переднем и заднем в осевом направлении торце подшипника насажено одним своим краем по одному пружинному пакету (21a, b).

8. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый пружинный пакет (21a, b) вторым своим краем прилегает на внутренней стороне корпусной стенки (18a, b) к торцу корпуса.

9. Приводное устройство по п.8, отличающееся тем, что внешние стороны корпусных стенок (18a, b) образуют на торцах корпуса упоры для опорных средств.

10. Приводное устройство по п.9, отличающееся тем, что внешние стороны корпусных стенок (18a, b) образуют плоские поверхности прилегания для опорных средств.

11. Приводное устройство по одному из пп.1-3, 5-10, отличающееся тем, что в качестве опорных средств предусмотрены две опорные шайбы (22a, b), жестко соединенные со шпинделем (6).

12. Приводное устройство по п.11, отличающееся тем, что каждая опорная шайба (22a, b) имеет круглый сегмент (24a, b), проходящий в плоскости, ориентированной перпендикулярно продольной оси шпинделя (6), и выполненный с возможностью направления на один из упоров.

13. Приводное устройство по п.10 или 12, отличающееся тем, что каждая опорная шайба (22a, b) содержит хвостовик (23a, b), с помощью которого опорная шайба (22a, b) закреплена на шпинделе (6) и к которому примыкает круглый сегмент (24a, b).

14. Приводное устройство по п.13, отличающееся тем, что хвостовик (23a, b) каждой опорной шайбы (22a, b) имеет заплечик (25a, b), который прилегает к торцу подшипника.

15. Приводное устройство по п.11, отличающееся тем, что опорные шайбы (22a, b), упоры и пружинные пакеты (21a, b) образуют конструкцию, зеркально-симметричную относительно плоскости симметрии, перпендикулярной продольной оси шпинделя (6).

16. Приводное устройство по п.14 или 15, отличающееся тем, что при воздействии силы, превышающей максимальное значение и действующей в продольном направлении шпинделя (6), одна из опорных шайб (22a, b) вследствие ее соединения через заплечик (25a, b) с подшипником упруго прогибает пружинный пакет (21a, b), лежащий напротив этой опорной шайбы (22a, b), до тех пор, пока круглый шайбовый сегмент (24a, b) этой опорной шайбы (22a, b) не будет прилегать к соответствующему упору.

17. Приводное устройство по одному из пп.1-3, 5-10, 12, 14, 15, отличающееся тем, что привод выполнен в виде редукторного двигателя.

18. Приводное устройство по одному из пп.1-3, 5-10, 12, 14, 15, отличающееся тем, что удерживающий момент привода существенно выше, чем его номинальный крутящий момент.

19. Приводное устройство по одному из пп.1-3, 5-10, 12, 14, 15, отличающееся тем, что исполнительным элементом являются ворота.