CS220060B1 - Dvoustupňový pohon, zejména šnekových vytlačovacích strojů - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je pohon výrobních strojů, zejména šnekových vytlačovacích strojů na zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí, sestavený z elektromotoru a dvoustupňové převodovky, která má převodové stupně funkčně spojeny s reverzačním obvodem elektromotoru.

V pohonech strojů, především výrobních strojů, je nutno velmi často řešit otázku redukce otáček hnacího elektromotoru na otáčky potřebné pro správnou činnost pracovního orgánu nebo mechanismu. K tomuto účelu se rovněž používají mechanické převody, složené z ozubených kol, umožňující stupňovitou změnu převodu. Je známa celá řada systémů, kterými se dosahuje velkého počtu převodových stupňů, odstupňovaných tak, aby vyhovovaly určitým podmínkám daným oblastí použití stroje. Vícestupňové převodovky jsou konstrukčně velmi složité, neboť jsou obvykle vícehřídelové, obsahují značný počet ozubených kol, včetně složitých řadicích a blokovacích mechanismů. Jejich výhodné použití spadá především do těch oborů, kde se využije jejich předností, to jest snadného dosažení velkého počtu převodových stupňů a rychlého přeřazení. Používají se tedy především v pohonech obráběcích strojů, kde charakter výroby a technologie obrábění vyžadují velmi časté řazení i v průběhu jednoho pracovního úseku, to jest především ve výrobě kusové a malosériové. Hlavními nevýhodami těchto převodovek je pak složitost a z ní vyplývající velké náklady při jejich výrobě, montáži a údržbě, dále nižší energetická účinnost způsobená tím, že se ozubená kola, která nejsou momentálně v záběru, zbytečně protáčí na hřídelích a jsou tak zdrojem mechanických ztrát, v jejichž důsledku se navíc ohřívá a opotřebovává mazací médium.

Je ovšem i široká oblast výrobních strojů, kde charakter a technologie výroby s velmi málo proměnlivými podmínkami nevyžaduje měnit otáčky pracovních mechanismů, respektive, kde se otáčky mění pouze v souvislosti s výrobou jiné součásti, nebo výrobku. Jsou to především výrobní stroje, používané v sériové a velkosériové výrobě. V těchto případech se všech výhod dříve uvedených převodovek plně nevyužije.

Další obdobnou oblastí jsou naopak výrobní stroje, u kterých technologie výroby, vlastnosti zpracovávaného materiálu a základní principy výroby, vyžadují tak časté měnění otáček a v tak jemném odstupňování, že této podmínce může vyhovět pouze pohon s plynulou regulací otáček, například Stejnosměrným motorem, řízeným tyristorovou regulací. V těchto pohonech se rovněž používají převodovky se stupňovitou změnou převodu, který tak umožňuje posouvání celého spektra otáček s plynulou regulací. Typickým příkladem jsou pohony vytlačovacích strojů na zpracování plastomerů a elastomerů. Převodovky těchto strojů mají malý počet stupňů, obvykle dva, výjimečně se vyskytují i třístupňové převodovky. Plynule regulovatelný pohon ve spojitosti se stupňovitou změnou převodu převodovky má velmi malou frekvenci řazení, což jest dáno jeho charakteristickými vlastnostmi. Přeřazení připadá prakticky v úvahu pouze tehdy, když se se změnou výrobku zároveň změní zpracovatelské podmínky natolik, že je nelze rozsahem plynulé regulace zvládnout. Je to například v případě změny zpracovávaného materiálu, majícího podstatně odlišné zpracovatelské vlastnosti proti předchozímu. Běžná doregulování technologicky optimálních pracovních otáček vytlačovacího šneku se provádí změnou otáček motoru.

Z uvedeného vyplývá, že se nutnost řazení u vytlačovacích strojů vyskytuje obvykle pouze jednou za několik pracovních směn.

Protože se pracovní frekvence otáček šneků pohybuje u běžných vytlačovacích strojů do 1,66 s^_1 a maximální frekvence otáček používaných elektromotorů je převážně v rozmezí 16,66 — 20 s^_1, vychází konstrukčně převodovky jako tříhřídelové až ětyřhřídelové. Je-li tříhřídelová nebo čtyřhřídelová dvoustupňová převodovka zkonstruována konvenčním způsobem, to znamená buď se dvěma přesuvnými ozubenými koly, respektive dvojkolím, nebo se dvěma koly ve stálém záběru a přesuvnou ozubenou spojkou, potom má buď šest, nebo osm ozubených kol. Je to tedy mechanismus pro daný účel poměrně složitý, výrobně a materiálově náročný, přičemž se ozubená kola, která nepřenášejí výkon, protáčí na svých hřídelích z důvodů nízké frekvence řazení po celou dobu životnosti převodovky naprázdno. Tento fakt je příčinou zbytečného opotřebovávání jednotlivých součástí, zvýšeného oteplování převodovky a celkově sníženého stupně účinnosti.

Uvedené nedostatky dvoustupňových převodovek odstraňuje dvoustupňový pohon, určený zejména pro vytlačovací stroje na zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí, sestávající se z převodovky, poháněné elektromotorem podle vynálezu, jejíž podstatou je základní tříhřídelový mechanismus pro změnu převodu, který je tvořen vstupní hřídelí s přesuvným pastorkem, zabírajícím v prvém stupni jednak s hlavním ozubeným kolem, zatímco ve druhém stupni s vedlejším ozubeným kolem, spojeným prostřednictvím hřídele s druhým pastorkem, který je rovněž v záběru s hlavním ozubeným kolem na výstupní hřídeli. Pro dosažení stálého smyslu otáčení hlavního hřídele při přeřazení je řadícím mechanismem přesuvného pastorku ovládán v převodovce umístěný první koncový spínač a druhý koncový spínač pro spínání a rozpínání reverzačního obvodu řídícího rozváděče elektromotoru.

Uvedeným uspořádáním se podstatně zjed220060 noáuší konstrukce dvoustupňové převodovky. Proti dosud známým řešením se ušetří dvě ozubená kola, což představuje relativně největší úsporu u tříhřídelové převodovky, která se používá nejčastěji. V tomto případě je přímo na vstupní hřídeli tříhřídelového mechanismu dle vynálezu umístěna řemenice, poháněná elektromotorem. Výstupní hřídel potom již bezprostředně pohání pracovní orgán, to jest například šnek vytlačovacího stroje. Je ovšem¹ možné použití uvedeného tříhřídelového mechanismu i ve vícehřídelové převodovce. Potom je buď vstupní hřídel mechanismu poháněna od předchozího hřídele převodovky, nebo výstupní hřídel mechanismu pohání další hřídel převodovky, respektive jsou možné obě kombinace.

Z kinematiky tříhřídelového mechanismu plyne nutnost změny smyslu otáčení vstupního hřídele při přepažení, to jest po přemístění přesuvného pastorku ze záběru s hlavním ozubeným kolem do záběrů s vedlejším ozubeným kolem v případě, že se žádá stále stejný smysl otáčení výstupního hřídele. Tento požadavek u běžných pohonů převažuje nad případy, kdy se s přeřazením zároveň požaduje změna smyslu otáčení výstupní hřídele. Proto řadicí mechanismus ovládá prostřednictvím vačky, umístěné na řadicí hřídeli, nebo pomocí narážek dva koncové spínače, které v krajních polohách přesuvného pastorku spínají a rozpínají elektrický reverzační obvod hnacího elektromotoru. Elektrická reverzace chodu motoru se provede známými způsoby zapojení příslušných obvodů podle druhu hnacího elektromotoru.

U výrobních strojů se vzhledem ke konstrukcím používaných převodovek provádí řazení jen za klidu stroje, nebol jinak by vzhledem k setrvačným hmotám mohlo dojít následkem rázů k poškození zubů. Proto s reverzací otáček elektromotoru nevzniknou žádné problémy, a to především v případech, pro které je konstrukce podle vynálezu určena, to jest pro výrobní stroje s malou frekvencí řazení.

V pohonech výrobních strojů, u kterých se zároveň s přeřazením žádá s ohledem na funkci pracovního orgánu, reverzace výstupních otáček z převodovky, odpadnou z pohonu jak koncové spínače, tak i elektrický reverzační obvod a celý pohon se ještě zjednoduší.

Dříve uvedeným řešením dvoustupňového pohonu se dosáhne řady výhod jak pro výrobce, tak i pro uživatele. Zmenšením počtu ozubených kol klesnou náklady na výrobu a montáž, sníží se spotřeba kvalitních ocelí na ozubená kola. U uživatele poklesnou náklady na údržbu a zároveň se změnší spotřeba energie v důsledku vyšší energetické účinnosti převodovky následkem menších pasivních odporů a opotřebení. Konstrukce podle vynálezu je vhodná zejména pro ty případy, kdy poměr celkových převodů při prvním převodovém stupni a druhém převodovém stupni vychází s ohledem na požadavky výrobní technologie tak, že celkový převod při prvém převodovém stup-í ni lze zvládnout na dvou hřídelích, zatímco celkový převod při druhém převodovém stupni vede na převodovku tříhřídelóvou.

Na připojených výkresech je schematicky zobrazeno příkladné provedení dvoustupňového pohonu. Na obr. 1 je kinematické schéma tříhřídelového mechanismu, včetně řadícího mechanismu, na obr. 2 je boční pohled na schematické uspořádání hřídelů ozubených kol. Obrázek 3 představuje celkové schéma zapojení dvoustupňového pohonu s tříhřídelovou převodovkou pro pohon vytlačovacího stroje.

Základní tříhřídelový mechanismus (obr. 1) dvoustupňového pohonu se sestává z přesuvného pastorku 1, který se otáčí a posouvá po vstupní hřídeli 2. Při prvním převodovém stupni zabírají zuby přesuvného pastorku 1 v jeho první poloze do zubů hlavního ozubeného kola 3, které se otáčí s výstupní hřídelí 4. Při druhém převodovém stupni se přesuvný pastorek 1 vysune řadicí vidlicí 5 ze záběru s hlavním ozubeným kolem 3 a zasune ve své druhé poloze do záběru s vedlejším ozubeným kolem 6, které se otáčí na hřídeli 7, na níž je rovněž umístěn a s ní spojen druhý pastorek 8, jehož zuby zabírají rovněž se zuby hlavního ozubeného kola 3. Způsob spojení vedlejšího ozubeného kola 6 se hřídelí 7 závisí na velikosti mezery mezi hlavním ozubeným kolem 3 a vedlejším ozubeným kolem 6. U převodovek pro malé výkony, které mají úzká ozubená kola, je možné uvedenou mezeru provést větší, než je šířka přesuvného pastorku 1. V tomto případě je vedlejší ozubené kolo 6 pevně spojeno s hřídelí 7, neboť při přesouvání přesuvného pastorku 1 nedojde v žádné poloze k nežádoucímu současnému záběru s hlavním ozubeným kolem 3 a vedlejším ozubeným kolem 6.

U převodovek pro velké výkony není obvykle možné z dispozičních důvodů provést šířku mezery mezi hlavním ozubeným kolem 3 a vedlejším ozubeným kolem 6 větší, než šířku přesuvného pastorku 1, neboť šířka ozubených kol je z pevnostních důvodů velká. V tomto případě je vedlejší ozubené kolo uloženo na hřídeli 7 otočně a přenos kroutícího momentu se provede například výsuvnou ozubenou spojkou 9, která se zapíná pomocnou řadicí vidlicí 10. Řadicí mechanismus je potom vytvořen tak, aby k zapnutí výsuvné ozubené spojky 9 při zasouvání přesuvného pastorku 1 do záběru s vedlejším ozubeným kolem 6 došlo až tehdy, kdy přesuvný pastorek 1 vyjde zcela ze záběru s hlavním ozubeným kolem 3.

Obrázky 1, 2, 3 se vztahují právě k tomuto případu. Řadicí vidlice 5 a pomocná řadicí vidlice 10 jsou přesouvány otočnou řadicí pákou 11, která je spojena s vačkou 12.

V krajních polohách otočné řadicí páky 11, které odpovídají prvnímu a druhémiu stupni, spíná vačka 12 první koncový spínač 13 prvního stupně a druhý koncový spínač 14 druhého stupně. Z bočního pohledu na obrázku 2 je zřejmé uspořádání vstupního hřídele 2, výstupního hřídele 4 a hřídele 7. Středy jednotlivých hřídelů vytváří trojúhelník, jehož jednotlivé strany odpovídají osovým vzdálenostem mezi hlavním ozubeným kolem 3 a přesuvným pastorkem 1, mezi hlavním ozubeným kolem 3 a druhým pastorkem 8 a mezi vedlejším ozubeným kolem 6 a přesuvným pastorkem 1.

Celkové uspořádání a zapojení dvoustupňového pohonu s nejjednodušším provedením převodovky pro pohon vytlačovacího stroje, to jest tříhřídelovou převodovkou, je na obrázku 3. Na vstupní hřídel 2 a hřídeli elektromotoru 15 je v tomto případě umístěn řemenový převod 16. Otočná řadicí páka 11 s vačkou 12 spíná v krajních polohách první koncový spínač 13 a druhý koncový spínač 14, které jsou propojeny elektrickým vedením 17 s reverzačním obvodem řídicího rozváděče 18. Elektromotor 15 je napájen z řídicího rozváděče 18, který podle druhu elektromotoru obsahuje například buď elektrické obvody pro řízení chodu elektromotoru při konstantních otáčkách, nebo v případě regulovaného stejnosměrného motoru obsahuje také usměrňovač a regulátor otáček.

Claims (2)

1. Dvoustupňový pohon, zejména šnekových vytlačovacích strojů, sestávající se z převodovky poháněné elektromotorem, vyznačující se tím, že základní tříhřídelový mechanismus převodovky (19) pro změnu převodu je tvořen vstupní hřídelí (2) s přesuvným pastorkem (1), zabírajícím v prvém Stupni jednak s hlavním ozubeným kolem (3), zatímco ve druhém stupni s vedlejším ozubeným kolem (6), spojeným prostřednicvynalezu tvím hřídele (7) s druhým pastorkem (8), který je rovněž v záběru s hlavním ozubeným kolem (3) na výstupní hřídeli (4).

2. Dvoustupňový pohon podle bodu 1, vyznačený tím, že řadicím mechanismem přesuvného pastorku (1) je ovládán v převodovce (19) umístěný první koncový spínač (13) a druhý koncový spínač (14) pro spínání a rozpínání reverzačního obvodu řídicího rozváděče (18) elektromotoru (15).