ЭЛЕКТРОПРИВОД ОДНООБОРОТНЫЙ Российский патент 2022 года по МПК F16K31/05 

Изобретение относится к электроприводам, а именно к комбинированным средствам управления запорной арматурой, и может быть использовано на трубопроводах при транспортировке нефти, нефтепродуктов и газов, в химической и нефтехимической отраслях.

Известен привод запорно-регулирующей арматуры РЮД, защищенный патентом РФ №2108513, предназначенный для перемещения регулирующих органов в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств и оперативного ручного управления. Недостатками данного привода являются: ограниченные эксплуатационные возможности, не позволяющие определять текущее положение вала, непосредственно в месте эксплуатации привода визуально или дистанционно средствами внешних систем автоматического управления, а также не позволяющие (затрудняющие) использовать устройство ручного перемещения при противодействующем крутящем моменте на выходном валу привода более 200 Н*м; недостаточные надежность функционирования и отказоустойчивость при превышении момента (усилия) на выходном валу привода и устройстве ручного перемещения допустимых пределов, а также при превышении угла поворота выходного вала допустимых пределов; большие габаритные размеры, вес и материалоемкость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является взрывозащищенный электромеханизм трубопроводной арматуры, защищенный патентом РФ №2228478, предназначенный для управления однооборотными запорными кранами в магистралях газопроводов, нефтепроводов, в системах подачи топлива (природного газа или мазута), а также запорной арматурой для химических цехов тепловых электростанций. Недостатками данного устройства являются: ограниченные эксплуатационные возможности, не позволяющие определять текущее положение вала, непосредственно в месте эксплуатации привода визуально или дистанционно средствами внешних систем автоматического управления, а также не позволяющие (затрудняющие) использовать устройство ручного перемещения при противодействующем крутящем моменте на выходном валу привода более 200 Н*м; недостаточные надежность функционирования и отказоустойчивость при превышении момента (усилия) на выходном валу электромеханизма и ручного привода допустимых пределов, а также при превышении угла поворота выходного вала допустимых пределов.

Задача заявленного изобретения - создание электропривода однооборотного, который позволит повысить надежность функционирования и отказоустойчивость.

Задача решается следующим образом.

Электропривод однооборотный, состоящий из электродвигателя, предварительного редуктора, двухступенчатого планетарного редуктора, выходного вала, устройства ограничения крутящего момента, ручного привода с муфтой ограничения момента, блока кулачков и микропереключателей и необратимой муфты, в который дополнительно введены: блок управления и устройство ограничения сектора вращения выходного вала, состоящее из кулачка усиленного, первого и второго регулируемых механических упоров.

Кинематическая схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1.

Электропривод однооборотный содержит: электродвигатель 1; необратимую муфту 2; предварительный редуктор 3; двухступенчатый планетарный редуктор 4, первой ступенью которого является планетарная передача типа 3К 5, состоящая из солнечных колес 6, первого 7 и второго 8 корончатых колес, трех сателлитов 9, а второй ступенью - планетарная передача 10, состоящая из неподвижного корончатого колеса 11, солнечного колеса 12 и четырех сателлитов 13; выходной вал 14; устройство ограничения крутящего момента 15, состоящее из червяка 16, первой 17 и второй 18 реек, первого 19 и второго 20 торсионов, первого 21 и второго 22 зубчатых колес, первого 23 и второго 24 кулачков, первого 25 и второго 26 микропереключателей; ручной привод с муфтой ограничения момента 27, состоящий из ручки 28, муфты ограничения момента 29 и вала 30; блок кулачков и микропереключателей 31, состоящий из четырех кулачков 32, четырех микропереключателей 33 и вала 34; внешнюю систему электропитания и управления 35; блок управления 36; устройство ограничения сектора вращения выходного вала 37, состоящий из кулачка усиленного 38, первого регулируемого механического упора 39 и второго регулируемого механического упора 40. Выходной вал электродвигателя 1 соединен с входом необратимой муфты 2, выход которой через зубчатые колеса предварительного редуктора 3, солнечное колесо 6 и сателлиты 9 планетарной передачи типа 3К 5 соединен с первым 7 и вторым 8 корончатыми колесами, причем первое корончатое колесо 7 удерживается от вращения или движения червяком 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, а второе корончатое колесо 8 имеет соединение с солнечным колесом 12 планетарной передачи 10, солнечное колесо 12 через сателлиты 13 соединено с неподвижным корончатым колесом 11 и выходным валом 14, где выходной вал 14 имеет жесткую механическую связь с валом 34 блока кулачков и микропереключателей 31, червяк 16 устройства ограничения крутящего момента 15 соединен с одной стороны через первую рейку 17 и первое зубчатое колесо 21 с первым торсионом 19 и первым кулачком 23 устройства ограничения крутящего момента 15, ас другой стороны - через вторую рейку 18 и второе зубчатое колесо 22 с вторым торсионом 20 и вторым кулачком 24 устройства ограничения крутящего момента 15, в свою очередь первый кулачок 23 устройства ограничения крутящего момента 15 при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на первый микропереключатель 25 устройства ограничения крутящего момента 15, а второй кулачок 24 устройства ограничения крутящего момента 15 при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на второй микропереключатель 26 устройства ограничения крутящего момента 15, ручка 28 из состава ручного привода с муфтой ограничения момента 27 соединена через муфту ограничения момента 29 с валом 30 ручного привода с муфтой ограничения момента 27, который в свою очередь имеет жесткую механическую связь с червяком 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, кулачки 32 блока кулачков и микропереключателей 31 при достижении валом 34 определенных углов поворота имеют возможность воздействовать своими выступами на микропереключатели 33 блока кулачков и микропереключателей 31, электрические входы-выходы электродвигателя 1, первого 25 и второго 26 микропереключателей из состава устройства ограничения крутящего момента 15. Микропереключатели 33 из состава блока кулачков и микропереключателей 31 соединены с соответствующими выходами-входами блока управления 36, электрические входы-выходы микропереключателей 33 из состава блока кулачков и микропереключателей 31 также соединены с соответствующими выходами-входами внешней системы электропитания и управления 35, электрические входы-выходы блока управления 36 соединены с соответствующими выходами-входами внешней системы электропитания и управления 35, выходной вал 14 жестко связан с кулачком усиленным 38 устройства ограничения сектора вращения выходного вала 37, который при достижении определенного угла поворота своим выступом упирается в первый регулируемый механический упор 39 или второй регулируемый механический упор 40.

Заявляемое изобретение работает следующим образом.

Сигналы от внешней системы электропитания и управления 35 передаются на электродвигатель 1 через блок управления 36, который осуществляет подачу или отключение питающего напряжения электродвигателя 1. По сигналам от внешней системы электропитания и управления 35 электродвигатель 1 создает вращательное усилие, которое передается через необратимую муфту 2 и предварительный редуктор 3 на солнечное колесо 6 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. Первое корончатое колесо 7 планетарной передачи типа 3К 5 удерживается от вращения или движения червяком 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, поэтому вращение солнечного колеса 6 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 передается через сателлиты 9 и второе корончатое колесо 8 на солнечное колесо 12 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. Сателлиты 13, расположенные на водиле, перемещаются по неподвижному корончатому колесу 11 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4, и при отсутствии противодействующего момента на выходном валу 14 передают вращение солнечного колеса 12 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 на выходной вал 14, который начинает вращаться в направлении определяемом электродвигателем 1, при этом элементы устройства ограничения крутящего момента 15 находятся в неподвижном - исходном состоянии.

При появлении на выходном валу 14 противодействующего вращающего момента, который по величине превышает предварительно заданное значение, происходит остановка углового перемещения сателлитов 13 и солнечного колеса 12 второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. При этом первое корончатое колесо 7 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 проворачивается под действием вращательного усилия, создаваемого электродвигателем 1 и передаваемого через необратимую муфту 2 и предварительный редуктор 3 на солнечное колесо 6 и сателлиты 9 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4. Первое корончатое колесо 7 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 создает усилие в осевом направлении на червяк 16 из состава устройства ограничения крутящего момента 15, направленное вдоль оси вала 30. Направление этого усилия зависит от направления противодействующего вращающего момента на выходном валу 14.

Если червяк 16, перемещаясь вдоль оси вала 30, перемещает первую рейку 17, которая через первое зубчатое колесо 21 начинает закручивать первый торсион 19 и вместе с ним поворачивать первый кулачок 23, то со стороны первого торсиона 19 возникает момент, противодействующий закручиванию торсиона, который через первое зубчатое колесо 21 передается в виде усилия на первую рейку 17.

Если червяк 16, перемещаясь вдоль оси вала 30, перемещает вторую рейку 18, которая через второе зубчатое колесо 22 начинает закручивать второй торсион 20 и вместе с ним поворачивать второй кулачок 24, то со стороны второго торсиона 20 возникает момент, противодействующий закручиванию торсиона, который через второе зубчатое колесо 22 передается в виде усилия на вторую рейку 18.

Усилия, передаваемые на первую 17 или вторую 18 рейки со стороны соответствующих торсионов 19 или 20 всегда направлены на возвращение первой 17 или второй 18 реек и червяка 16 к исходному положению.

При противодействующем моменте на выходном валу 14, не превышающем по величине предварительно заданное значение, усилие, приложенное со стороны первого корончатого колеса 7 первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора 4 к червяку 16, уравновешивается противоусилием закрученного торсиона - первого 19 или второго 20, приложенного к червяку 16 через соответствующие зубчатое колесо и рейку - первое зубчатое колесо 21 и первую рейку 17 или второе зубчатое колесо 22 и вторую рейку 18.

Величина перемещения червяка 16, первой 17 или второй 18 рейки от своего исходного положения пропорциональна величине противодействующего момента на выходном валу 14.

Если противодействующий момент на выходном валу 14 не превышает максимально допустимого значения, то величина перемещения червяка 16, первой 17 или второй 18 рейки, а также закручивание соответствующего торсиона - первого 19 или второго 20, будут такими, что угол поворота соответствующего кулачка - первого 23 или второго 24, не достигнет значения, при котором срабатывает соответствующий микропереключатель -первый 25 или второй 26.

При достижении противодействующим моментом на выходном валу 14 максимально допустимого значения перемещение червяка 16, первой 17 или второй 18 рейки, а также закручивание соответствующего торсиона -первого 19 или второго 20, будут такими, что соответствующий кулачок -первый 23 или второй 24, своим выступом нажимает кнопку соответствующего микропереключателя - первого 25 или второго 26, что приводит к формированию и передаче во внешнюю систему электропитания и управления 35 сигнала на разрыв цепей питания и останов электродвигателя 1.

Сигналы на разрыв цепей питания и останов электродвигателя 1 сформированные первым 25 и вторым 26 микропереключателями из состава устройства ограничения крутящего момента 15 передаются в блок управления 36, который осуществляет отключение питающего напряжения электродвигателя 1.

Сигналы о текущем положении выходного вала 14 сформированные микропереключателями 33 из состава блока кулачков и микропереключателей 31 передаются во внешнюю систему электропитания и управления 35 и блок управления 36.

Сигналы на разрыв цепей питания и останов электродвигателя 1 сформированные микропереключателями 33 из состава блока кулачков и микропереключателей 31 передаются в блок управления 36, который осуществляет отключение питающего напряжения электродвигателя 1.

В случаях:

- первоначальной настройки конечных положений выходного вала 14 - определения положения выходного вала 14 соответствующего состоянию «Открыто» и положения выходного вала 14 соответствующего состоянию «Закрыто»;

- перемещения выходного вала 14 с помощью ручки 28 из состава ручного привода с муфтой ограничения момента, когда отсутствует электропитание на первом 25 и/или втором 26 микропереключателях из состава устройства ограничения крутящего момента 15, а также когда отсутствует электропитание на микропереключателе 33 из состава блока кулачков и микропереключателей 31;

- отказов первого 25 и/или второго 26 микропереключателей из состава устройства ограничения крутящего момента 15, а также микропереключателей 33 из состава блока кулачков и микропереключателей 31, при достижении выходным валом 14 предельно допустимых положений, кулачок усиленный 38 устройства ограничения сектора вращения выходного вала 37 своим выступом упирается в первый 39 или во второй 40 регулируемый механический упор, что приводит к остановке вращательного движения выходного вала 14. Вращением первого 39 или второго 40 регулируемых механических упоров устройства ограничения сектора вращения выходного вала 37 обеспечивается регулировка предельно допустимых положений выходным валом 14.

При уменьшении момента на выходном валу 14 соответствующий торсион - первый 19 или второй 20, соответствующий кулачок - первый 23 или второй 24, соответствующая рейка - первая 17 или вторая 18, червяк 16 вращаются (перемещаются) в направлении к исходному положению. В исходном положении они находятся только при отсутствии противодействующего момента на выходном валу 14.

Необратимая муфта 2 реализует передачу вращательного усилия только в направлении от электродвигателя 1 к предварительному редуктору 3, а также обеспечивает запрет на произвольное перемещение выходного вала 14 и удержание выходного вала 14 от движения при обесточенном электродвигателе 1.

Выходной вал 14 жестко связан с валом 34 блока кулачков и микропереключателей 31, проходящим через отверстия в солнечном колесе 12 и в солнечном колесе 6 двухступенчатого планетарного редуктора 4, поэтому поворот выходного вала 14 сопровождается поворотом кулачков 32 в блоке кулачков и микропереключателей 31. При достижении определенных положений кулачки 32 нажимают на кнопки соответствующих микропереключателей 33, сигнализируя о текущем положении выходного вала 14, либо формируя и передавая во внешнюю систему электропитания и управления 35 и блок управления 36 сигналы на разрыв цепей питания и останов электродвигателя 1.

В случае возникновения необходимости в повороте выходного вала 14 при обесточенном электродвигателе 1, силами обслуживающего персонала, осуществляющего эксплуатацию электропривода, создается необходимое вращательное усилие на ручке 28 из состава ручного привода с муфтой ограничения момента 27, которое передается через муфту ограничения момента 29 и вал 30 на червяк 16, через первое корончатое колесо 7, сателлиты 9 и второе корончатое колесо 8 планетарной передачи типа ЗК 5, солнечное колесо 12 и сателлиты 13 планетарной передачи 10 на выходной вал 14, который начинает вращаться в направлении определяемом направлением движения ручки 28.

При превышении на выходном валу 14 предельно допустимого значения вращающего момента, создаваемого вращением ручки 28 из состава ручного привода с муфтой ограничения момента 27, муфта ограничения момента 29 пробуксовывает.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, благодаря устройству ограничения сектора вращения выходного вала, обеспечивает защиту электропривода от разрушения из-за превышения выходным валом диапазона допустимых положений при отсутствии электропитания на электроприводе и/или отказе микропереключателей, что повышает надежность функционирования и отказоустойчивость электропривода.

Электропривод однооборотный относится к области электроприводов, а именно к комбинированным средствам управления запорной арматурой, и может быть использован на трубопроводах при транспортировке нефти, нефтепродуктов и газов, в химической и нефтехимической отраслях. Технический результат - повышение надежности функционирования и отказоустойчивости, достигается тем, что в устройство, содержащее электродвигатель 1, предварительный редуктор 3, двухступенчатый планетарный редуктор 4, выходной вал 14, устройство ограничения крутящего момента 15, ручной привод с муфтой ограничения момента 27, блок кулачков и микропереключателей 31 и необратимую муфту 2, дополнительно введены блок управления 36 и устройство ограничения сектора вращения выходного вала 37. 1 ил.

Электропривод однооборотный, содержащий: электродвигатель, необратимую муфту; предварительный редуктор; двухступенчатый планетарный редуктор, первой ступенью которого является планетарная передача типа 3К, состоящая из солнечного колеса, первого и второго корончатых колес, трех сателлитов, а второй ступенью - планетарная передача, состоящая из неподвижного корончатого колеса, солнечного колеса и четырех сателлитов; выходной вал; устройство ограничения крутящего момента, состоящее из червяка, первой и второй реек, первого и второго торсионов, первого и второго зубчатых колес, первого и второго кулачков, первого и второго микропереключателей; ручной привод с муфтой ограничения момента, состоящий из ручки, муфты ограничения момента и вала; блок кулачков и микропереключателей, состоящий из кулачков, микропереключателей и вала, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок управления и устройство ограничения сектора вращения выходного вала, состоящее из кулачка усиленного, первого и второго регулируемых механических упоров, где выходной вал электродвигателя соединен с входом необратимой муфты, выход которой через зубчатые колеса предварительного редуктора, солнечное колесо и сателлиты первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора - планетарной передачи типа ЗК, соединен с первым и вторым корончатыми колесами первой ступени двухступенчатого планетарного редуктора - планетарной передачи типа ЗК, причем первое корончатое колесо удерживается от вращения червяком из состава устройства ограничения крутящего момента, а второе корончатое колесо имеет соединение с солнечным колесом из состава второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора - планетарной передачи, солнечное колесо из состава второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора -планетарной передачи, через сателлиты соединено с неподвижным корончатым колесом второй ступени двухступенчатого планетарного редуктора - планетарной передачи и выходным валом, выходной вал имеет жесткую механическую связь с валом блока кулачков и микропереключателей, червяк устройства ограничения крутящего момента соединен с одной стороны через первую рейку и первое зубчатое колесо с первым торсионом и первым кулачком устройства ограничения крутящего момента, а с другой стороны - через вторую рейку и второе зубчатое колесо с вторым торсионом и вторым кулачком устройства ограничения крутящего момента, в свою очередь первый кулачок устройства ограничения крутящего момента при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на первый микропереключатель устройства ограничения крутящего момента, а второй кулачок устройства ограничения крутящего момента при достижении определенного угла поворота имеет возможность воздействовать своим выступом на второй микропереключатель устройства ограничения крутящего момента, ручка из состава ручного привода с муфтой ограничения момента соединена через муфту ограничения момента с валом ручного привода с муфтой ограничения момента, который в свою очередь имеет жесткую механическую связь с червяком из состава устройства ограничения крутящего момента, кулачки блока кулачков и микропереключателей при достижении валом определенных углов поворота имеют возможность воздействовать своими выступами на микропереключатели блока кулачков и микропереключателей, электрические входы-выходы электродвигателя, первого и второго микропереключателей из состава устройства ограничения крутящего момента, а также микропереключателей из состава блока кулачков и микропереключателей, соединены с соответствующими выходами-входами блока управления, а электрические входы-выходы микропереключателей из состава блока кулачков и микропереключателей также соединены с соответствующими выходами-входами внешней системы электропитания и управления, где электрические входы-выходы блока управления соединены с соответствующими выходами-входами внешней системы электропитания и управления, выходной вал также жестко связан с кулачком усиленным устройства ограничения сектора вращения выходного вала, который при достижении определенного угла поворота своим выступом имеет возможность упираться в первый регулируемый механический упор или второй регулируемый механический упор.