МЕХАНИЗМ ПРИВОДА УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2024 года по МПК F16H37/08 F16H48/00 F16D27/00 

Изобретение относится к электромеханическим приводам и может быть использовано в механизмах управления исполнительным органом.

В механизмах привода, предназначенных для управления исполнительным органом (переключателем, арретиром и т.п.) по условиям их применения, бывает необходимо реализовать разные режимы по скорости перемещения исполнительного органа. Например, перемещение исполнительного органа в сторону взведения (срабатывания) требуется осуществлять в замедленном режиме (т.е. с малой скоростью), а возвращение его в исходное положение - в ускоренном режиме (аварийное возвращение).

Известно управляющее устройство для переключателя (см. патент RU №2684405, опубликовано 09.04.2019 Б.И. №10), содержащее первый электродвигатель с редуктором, цепь управления электродвигателем с первым и вторым выключателями, входной вал и выходной элемент, стопорный механизм выходного элемента, первый и второй упоры, пружину. Введены второй электродвигатель с редуктором и цепь управления этим электродвигателем с третьим и четвертым выключателями, дифференциальный механизм, кинематически связанный с редукторами первого и второго электродвигателей и входным валом. Выходной элемент выполнен в виде зубчатой рейки, установленной с возможностью взаимодействия с зубчатым колесом входного вала. Стопорный механизм выходного элемента выполнен в виде зубцов рейки с возможностью взаимодействия с зубцами зубчатого колеса входного вала. Первый и второй упоры установлены с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой, соединенной с одним концом пружины, и под ее действием имеет возможность перемещения до первого упора, при этом другой конец пружины соединен со вторым упором. Первый, второй, третий и четвертый выключатели выполнены механическими с возможностью управления кулачками, установленными на входном валу. Механизм блокировки, выполненный в виде несбалансированной массы, имеет возможность взаимодействия с зубчатой рейкой. На каждом электродвигателе с редуктором установлен стопор, взаимодействующий с одним из зубчатых колес соответствующего редуктора.

Данное управляющее устройство для переключателя является наиболее близким по технической сущности к заявляемому механизму привода, и поэтому принято в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются:

- сложность алгоритма возвращения выходного элемента в виде зубчатой рейки из сработанного положения в исходное;

- не обеспечивает ускоренное аварийное возвращение зубчатой рейки в исходное положение;

- сложность конструкций вследствие применения специальных механизма блокировки и стопорного механизма для исключения нештатного перемещения зубчатой рейки;

- невысокая точность позиционирования зубчатой рейки в связи со сложностью настройки срабатывания выключателей, управляющих запуском и остановкой электродвигателей:

- при работе только одного из электродвигателей усилие, передаваемое на зубчатую рейку, ограничено той величиной нагрузки:, при которой, в силу особенности действия дифференциального механизма с двумя степенями свободы, вращение электродвигателя передается по мультипликативной кинематической цепи на неработающий электродвигатель, а зубчатая рейка при этом остается неподвижной.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание простого в управлении и конструктивном выполнении механизма привода управляющего устройства с повышенными функциональными возможностями.

Достигаемым техническим результатом при осуществлении заявляемого изобретения является повышение момента и снижение скорости выходного звена при перемещении его в рабочее положение, ускоренное аварийное возвращение выходного звена из его рабочего положения в исходное, высокая точность позиционирования выходного звена в исходном и рабочем положениях с обеспечением высокой функциональной надежности.

Для достижения технического результата в механизме привода управляющего устройства, содержащем два электродвигателя с редукторами, выходное звено, дифференциальный механизм с центральным валом, два упора, не менее двух механических переключателей с возможностью управления ими кулачком, возвратную пружину, новым является то, что дополнительно введены электромагнитная муфта, две самотормозящие червячные передачи и силовой редуктор с входным и выходным валами, при этом входной вал установлен соосно с центральным валом дифференциального механизма и кинематически соединен с. ним через электромагнитную муфту, включающую в себя электромагнит с двумя обмотками возбуждения, подпружиненный якорь, имеющий возможность осевого перемещения, две кулачковые полумуфты, одна из которых установлена на входном валу силового редуктора с возможностью передачи на него крутящего момента, а другая полумуфта жестко закреплена на якоре, который имеет ограничение от углового поворота относительно центрального вала дифференциального механизма, выходное звено выполнено в виде рычага и жестко закреплено на выходном валу силового редуктора с возможностью поворота между упорами, один конец возвратной пружины, которая представляет собой пружину кручения, соединен с корпусом, а другой - с выходным валом силового редуктора, каждый электродвигатель с редуктором кинематически связан с дифференциальным механизмом через одну из самотормозящих червячных передач, кулачок установлен на валу, кинематически связанном через зубчатые передачи с входным и выходным валами силового редуктора, при этом передаточное отношение между выходным и входным валами силового редуктора больше, чем передаточное отношение между валом кулачка и входным валом силового редуктора.

В указанном выполнении механизма привода дополнительное введение силового редуктора, входной вал которого соединен с центральным валом дифференциального механизма через электромагнитную муфту, позволяет повысить момент на выходном звене и уменьшить скорость его перемещения при переводе в рабочее положение. В связи с этим, в последующем, при взаимодействии выходного звена с управляемым им нагруженным исполнительным органом снижается динамическое воздействие на механизм.

Дополнительно введенная электромагнитная муфта позволяет при подаче на нее питания разрывать кинематическую связь между центральным валом дифференциального механизма и входным валом силового редуктора путем расцепления полумуфт, чем обеспечивается ускоренное аварийное перемещение выходного звена (рычага) из рабочего положения в исходное (вместе с ним и управляемого им исполнительного органа) под действием возвратной пружины. При этом высокая надежность расцепления полумуфт обеспечивается электромагнитом с двумя обмотками возбуждения, питание которых осуществляется по двум разным каналам от двух независимых друг от друга источников.

Осуществление кинематической связи между каждым электродвигателем с редуктором и дифференциальным механизмом через самотормозящую червячную передачу позволяет с одной стороны повысить передаваемый на выходное звено момент и уменьшать скорость его перемещения, а с другой - удерживать выходное звено в любом его положении при отключенных электродвигателях как при действии на него возвратной пружины, так и при действиях на механизм внешних механических возмущающих факторов (вибраций, линейных и ударных воздействий), чем обеспечивается функциональная надежность механизма без применения специальных стопорных и блокирующих механизмов. При этом, в случае отказа одного из электродвигателей, благодаря наличию в его кинематической цепи самотормозящей червячной передачи, вращение от работающего электродвигателя к неработающему не передается, что является фактором повышающем функциональную надежность механизма.

Благодаря кинематической связи вала кулачка с выходным валом силового редуктора, на котором жестко закреплено выходное звено в виде рычаги, обеспечивается синхронный поворот кулачка и выходного звена, что позволяет по воздействию кулачка на соответствующий переключатель идентифицировать (определять) исходное и рабочее положения выходного звена. При этом на точность позиционирования выходного звена в его исходном и рабочем положениях в большей степени влияет погрешность настройки переключателей. Чем больше передаточное отношение между выходным и входным валами силового редуктора по сравнению с передаточным отношением между валом кулачка и входным валом силового редуктора, тем меньше влияние погрешности настройки переключателей на точность позиционирования выходного звена, поскольку меньшему углу поворота выходного звена соответствует больший угол поворота кулачка. Таким образом, указанное выполнение передаточных отношений способствует повышению точности позиционирования выходного звена и, как следствие, повышению функциональной надежности.

Пример практического осуществления заявляемого изобретения иллюстрируется кинематической схемой, представленной на фигуре.

Механизм привода управляющего устройства содержит электродвигатели 1 и 2 с редукторами соответственно 3 и 4, дифференциальный механизм 5 с центральным валом 6, силовой редуктор 7 с входным 8 и выходным 9 валами, электромагнитную муфту 10, включающую в себя электромагнит 11 с двумя обмотками возбуждения 12 и В, подпружиненный якорь 14, две кулачковые полумуфты 15 и 16. Полумуфта 15 установлена на входном валу 8 силового редуктора 7 с возможностью передачи на него крутящего момента, а полумуфта 16 закреплена на горце якоря 14. При этом якорь 14 имеет возможность осевого перемещения вдоль центрального вала 6 дифференциального механизма 5, однако, ограничен от углового поворота относительно этого же вала. Электродвигатель 1 с редуктором 3 имеет кинематическую связь с солнечным колесом 17 дифференциального механизма 5 через зубчатые колеса 18, 19 и червячную передачу 20, а электродвигатель 2 с редуктором 4 кинематически связан с корончатым колесом 21 дифференциального механизма 5 через червячную передачу 22 и зубчатые колеса 23, 24. Водило 25 дифференциального механизма 5 жестко связано с его центральным валом 6. На водило 25 установлено не менее одного сателлита 26. Одна из опор центрального вала 6 размещена в корпусе 27 механизма привода, а другая - в полумуфте 15.

Входной вал 8 силового редуктора 7 кинематически связан через зубчатые колеса 28, 29, 30 и зубчатый сектор 31 с его выходным валом 9, на котором жестко закреплено выходное звено в виде рычага 32, взаимодействующего непосредственно с исполнительным органом (на фигуре не показан). При этом рычаг 32 имеет возможность поворота между упорами 33 и 34. Выходной вал 9 заневолен возвратной пружиной 35, представляющей собой пружину кручения, один конец которой закреплен на валу 9, а другой связан с корпусом механизма. Входной вал 8 через зубчатые колеса 36 и 37 связан также с валом 38, на котором установлен кулачок 39 с возможностью взаимодействия с переключателями 40 и 41 при нахождении рычага 32 соответственно в исходном и рабочем положениях.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении рычаг 32, являющийся выходным звеном механизма привода, прижат к упору 33 действием возвратной пружины 35, Полумуфта 16 на торце подпружиненного якоря 14 и полумуфта 15 на консоли входного вала 8 силового редуктора 7 сцеплены между собой, обеспечивая замыкание кинематической цепи между центральным валом 6 дифференциального механизма 5 и входным валом 8 силового редуктора 7.

При этом контакты переключателя 40, находящегося во взаимодействии с кулачком 39 замкнуты, что свидетельствует о нахождении рычага 32 в исходном положении.

В условиях действия внешних механических возмущающих факторов (удар, вибрационные и линейные ускорения) рычаг 32 удерживается в исходном положении благодаря наличию в кинематических цепях между электродвигателями 1, 2 и дифференциальным механизмом 5 самотормозящих червячных передач 20 и 22, которые, при сцепленных между собой полумуфтах 15 и 16, исключают передачу вращения от выходного вала 9 с рычагом 32 к электродвигателям.

Приведение рычага 32 в рабочее положение может быть осуществлено как при работе одновременно двух электродвигателей 1 и 2, так и при работе любого одного из них. Причем управление электродвигателями 1 и 2 осуществляется по двум независимым друг от друга цепям питания. При работе одновременно обоих электродвигателей 1 и 2 их вращение передается дифференциальным механизмом 5, обладающим двумя степенями свободы, на его центральный вал 6 и далее через замкнутые полумуфты 15 и 16 и силовой редуктор 7 на рычаг 32 и на кулачок 39.

На начальном этапе вращения кулачка 39 его действие на переключатель 40 прекращается, и контакты последнего размыкаются.

При достижения рычага 32 в рабочее положение кулачок 39, воздействуя на переключатель 41, замыкает его контакты. Замкнутые контакты переключателя 41 с одной стороны свидетельствуют о нахождении рычага 32 в рабочем положении, а с другой - формируют сигнал для отключения питания электродвигателей 1 и 2 с последующей их остановкой. Вращение вала 9 с рычагом 32 сопровождается закручиванием возвратной пружины 35, при котором создается момент, направленный на возвращение рычага 32 в исходное положение. Однако, рычаг 32, после отключения электродвигателей 1 и 2, сохранит свое рабочее положение, поскольку самотормозящие червячные передачи в кинематических цепях препятствуют передаче вращения со стороны выходного вала 9 к электродвигателям 1 и 2, т.е. выполняют функцию стопорного механизма для всей кинематики, включая рычаг 32.

В случае отказа одного из электродвигателей 1 или 2 солнечное колесо 17 или корончатое колесо 21 блокируется самотормозящей червячной передачей соответственно 20 или 21, находящейся в кинематической цепи между неработающим электродвигателем и соответствующим колесом дифференциального механизма 5. При этом дифференциальный механизм превращается в простой планетарный механизм с одной степенью свободы. При работе одного из электродвигателей 1 или 2 его вращение передается по кинематической цепи на незаблокированное солнечное колесо 17 или корончатое колесо 21 и далее через водило 25 с сателлитом 26 на центральный вал 6.

Причем вращение от работающего электродвигателя к неработающему электродвигателю не передается.

В дальнейшем по приведению рычага 32 в рабочее положение кулачок 39, воздействуя на переключатель 41, замыкает его контакты, что является сигналом для отключения работающего электродвигателя 1 или 2.

Плавное возвращение рычага 32 в исходное положение осуществляется реверсивным вращением обоих электродвигателей 1 и 2 или одного из них в случае отказа другого. При этом по достижению рычага 32 в исходное положение кулачок 39 замыкает контакты переключателя 40, и двигатели 1 и 2 отключатся или отключится один работающий электродвигатель, если другой не работает. Замкнутые контакты включателя извещают так же и об исходном положении рычага 32.

Ускоренное (аварийное) возвращение рычага 32 в исходное положение осуществляется путем разрыва кинематической цепи между центральным валом 6 дифференциального механизма 5 и входным валом 8 силового редуктора 7. Для этого на обмотки возбуждения 12 и 13 электромагнита 11 подается питание по двум независимым цепям от независимых друг от друга источников или на одну из обмоток 12 или 13 в случае неисправности одной из них или неисправности одной из цепей питания. Наведенное обмотками 12 и 13 или одной из них 12 или 13 магнитное поле притягивает подпружиненный якорь 14 с полумуфтой 15 к электромагниту 11. При этом полумуфта 16, расцепляясь от полумуфты 15, разрывает кинематическую цепь между центральным валом 6 и входным валом 8. Далее возвратная пружина 35, вращая силовой редуктор практически без усилия, ускоренно возвращает рычаг 32 и кулачок 39 в исходное положение.

Замкнутые под воздействием кулачка 39 контакты переключателя 40 формируют сигнал на снятие питания с обмоток возбуждения 12 и 13. После этого подпружиненный якорь 14 возвращается в исходное положение, а полумуфта 16, сцепляясь с полумуфтой 15, восстановит кинематическую связь между центральным валом 6 дифференциального механизма 5 и входным валом 8 силового редуктора 7.

Действующие макетные образцы электропривода с использованием заявляемого изобретения подтвердили его промышленную применимость и достижение указанного выше технического результата.

Изобретение относится к машиностроению. Механизм привода управляющего устройства содержит два электродвигателя с редукторами, выходное звено, дифференциальный механизм с центральным валом, два упора, не менее двух механических переключателей, возвратную пружину, электромагнитную муфту, две самотормозящие червячные передачи и силовой редуктор. Входной вал силового редуктора соединен с центральным валом дифференциального механизма через электромагнитную муфту, включающую в себя электромагнит с двумя обмотками возбуждения, подпружиненный якорь, две кулачковые полумуфты, одна из которых установлена на входном валу силового редуктора, а другая полумуфта жестко закреплена на якоре. Выходное звено выполнено в виде рычага и жестко закреплено на выходном валу силового редуктора с возможностью поворота между упорами. Один конец возвратной пружины, которая представляет собой пружину кручения, соединен с корпусом, а другой - с выходным валом силового редуктора. Каждый электродвигатель связан с дифференциальным механизмом через самотормозящую червячную передачу. Кулачок установлен на валу, связанном с входным и выходным валами силового редуктора. Передаточное отношение между валами силового редуктора больше, чем передаточное отношение между валом кулачка и входным валом силового редуктора. Обеспечивается повышение эксплуатационных характеристик и высокая функциональная надежность. 1 ил.

Механизм привода управляющего устройства, содержащий два электродвигателя с редукторами, выходное звено, дифференциальный механизм с центральным валом, два упора, не менее двух механических переключателей с возможностью управления ими кулачком, возвратную пружину, отличающийся тем, что дополнительно введены электромагнитная муфта, две самотормозящие червячные передачи и силовой редуктор с входным и выходным валами, при этом входной вал установлен соосно с центральным валом дифференциального механизма и кинематически соединен с ним через электромагнитную муфту, включающую в себя электромагнит с двумя обмотками возбуждения, подпружиненный якорь, имеющий возможность осевого перемещения, две кулачковые полумуфты, одна из которых установлена на входном валу силового редуктора с возможностью передачи на него крутящего момента, а другая полумуфта жестко закреплена на якоре, который имеет ограничение от углового поворота относительно центрального вала дифференциального механизма, выходное звено выполнено в виде рычага и жестко закреплено на выходном валу силового редуктора с возможностью поворота между упорами, один конец возвратной пружины, которая представляет собой пружину кручения, соединен с корпусом, а другой - с выходным валом силового редуктора, каждый электродвигатель с редуктором кинематически связан с дифференциальным механизмом через одну из самотормозящих червячных передач, кулачок установлен на валу, кинематически связанном через зубчатые передачи с входным и выходным валами силового редуктора, при этом, передаточное отношение между выходным и входным валами силового редуктора больше, чем передаточное отношение между валом кулачка и входным валом силового редуктора.