PL244624B1 - Układ chłodząco-smarujący mechanicznych sprzęgieł podatnych skrętnie, zwłaszcza kulowych sprzęgieł rozruchowych - Google Patents

Abstract

Układ chłodząco-smarujący sprzęgieł podatnych skrętnie, zwłaszcza kulowych sprzęgieł rozruchowych charakteryzuje się tym, że posiada mocowany do tarczy sprzęgłowej (1) wirnik ruchu (2) cieczy chłodząco-smarującej przepływającej między tarczami sprzęgłowymi (1) i (9), między którymi znajdują się kule sprzęgające (10) oraz kierownicę dośrodkową (4), przy czym nieruchoma obudowa (5) i (12) wyposażona jest w żebra zewnętrzne i żebra wewnętrzne, a przez tarczę sprzęgłową (1) przeprowadzone są otwory przepływowe (6). Kierownica dośrodkowa (4) jest zintegrowana z nieruchomą obudową (5).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodząco-smarujący mechanicznych sprzęgieł podatnych skrętnie, zwłaszcza kulowych sprzęgieł rozruchowych.

Znane rozwiązania konstrukcyjne sprzęgieł opisane w pracach: Skoć A., Spałek J., Markusik S. „Podstawy konstrukcji maszyn”, tom 2, WNT W-wa 2008 oraz Podstawy konstrukcji maszyn, tom 3 pod redakcją Marka Dietricha. - Wydawnictwo Naukowe PWN, W-wa 2017 nie przewidują stosowania w sprzęgłach mechanicznych żadnych układów chłodzenia i smarowania. Jeśli chodzi o chłodzenie znane rozwiązania sprzęgieł bazują na naturalnym oddawaniu ciepła do otoczenia. W przypadku sprzęgieł rozruchowych o dużej podatności skrętnej, zwłaszcza pracujących przy częstych rozruchach pod dużym obciążeniem jest to zdecydowanie niewystarczające, prowadzi do nadmiernego wzrostu temperatury, zagrożenia pożarowego i poparzeń. Stosowane, np. w napędach przenośników w podziemnych kopalniach węgla kamiennego, sprzęgła hydrokinetyczne wyposażone są w korki topikowe, które po przekroczeniu dopuszczalnej temperatury medium w sprzęgle, ulegają wytopieniu i gorąca ciecz zawarta w sprzęgłach wypływa na zewnątrz. Sprzęgła przestają wtedy przenosić obciążenie, powodując wymuszony postój całego systemu maszynowego. Jest to trudne do zaakceptowania ze względów ekologicznych i groźby poparzenia obsługi. Ciecz ze sprzęgła dostaje się do wód złożowych, następnie jest wypompowywana do zbiorników powierzchniowych i w ostatecznym rachunku dostaje się do rzek silnie je zanieczyszczając.

Rozwiązanie według wynalazku dotyczy układu skutecznego chłodzenia i smarowania elementów metalowych sprzęgieł rozruchowych o dużej podatności skrętnej przeznaczonych do stosowania w układach napędowych tych maszyn roboczych, których rozruch musi odbywać się przy dużym obciążeniu startowym. Gdy te rozruchy odbywają się często lub/i obciążenie robocze zmienia się w szerokich granicach, w sprzęgłach w których podatność skrętna uzyskiwana jest w wyniku współpracy elementów metalowych może występować nadmierne generowanie ciepła, na które zmienia się praca tarcia poślizgowego i potoczystego współpracujących elementów.

Istota wynalazku to układ chłodząco-smarujący sprzęgieł podatnych skrętnie, zwłaszcza kulowych sprzęgieł rozruchowych charakteryzujący się tym, że posiada mocowany do tarczy sprzęgłowej wirnik ruchu cieczy chłodząco-smarującej przepływającej między tarczami sprzęgłowymi, między którymi znajdują się kule sprzęgające oraz kierownicę dośrodkową przy czym nieruchoma obudowa wyposażona jest w żebra zewnętrzne i żebra wewnętrzne, a przez tarczę sprzęgłową przeprowadzone są otwory przepływowe.

Kierownica dośrodkowa jest zintegrowana z nieruchomą obudową.

Układ chłodząco-smarujący posiada pierścienie zabezpieczające.

Wirnik ruchu korzystnie zintegrowany jest z pierścieniem zabezpieczającym (3).

Układ według wynalazku służy do zmniejszenia pracy tarcia oraz do efektywnego chłodzenia sprzęgieł.

Cele te osiągnięte zostały przez zastosowanie cieczy chłodząco-smarującej krążącej wewnątrz sprzęgieł w obiegu zamkniętym. Układ według wynalazku zastosowany może być w wielu rodzajach sprzęgieł podatnych, szczególnie predysponowany jest do wykorzystania w rozruchowych jedno- i wielostopniowych sprzęgłach kulowych o dużej podatności skrętnej do ich chłodzenia i smarowania w czasie eksploatacji w układach napędowych o trudnym rozruchu.

Układ chłodząco-smarujący sprzęgieł według wynalazku eliminuje zagrożenia wynikające z nadmiernego wzrostu temperatury elementów sprzęgieł oraz służy wydatnemu polepszeniu trwałości eksploatacyjnej sprzęgieł, w których jest wykorzystywany. Układ ten predysponowany jest do zastosowania w kulowych sprzęgłach rozruchowych w układach napędowych maszyn, których rozruchy odbywają się często i pod dużymi obciążeniami. Może być stosowany tak w sprzęgłach kulowych jednostopniowych jak i wielostopniowych. Może być też wykorzystany w innych rodzajach sprzęgieł mechanicznych.

Układ chłodząco-smarujący sprzęgieł podanych według wynalazku w przykładzie wykonania dla jednostopniowego sprzęgła kulowego przedstawia rysunek, na którym fig. 1 to przekrój wzdłużny sprzęgła z uwidocznieniem elementów układu chodząco-smarującego, fig. 2 to przekrój w płaszczyźnie A-A, fig. 3 to przekrój cząstkowy w płaszczyźnie B-B przez kierownicę dośrodkową, fig. 4 to przekrój w płaszczyźnie C-C z uwidocznieniem kanałów umożliwiających przepływ cieczy a fig. 5 to przekrój w płaszczyźnie D-D przez układ łopatek wirnika o wzdłużnym przepływie cieczy chłodzące-smarującej.

Do tarczy sprzęgłowej 1 mocowany jest wirnik 2 o osiowym przepływie cieczy, korzystnie zintegrowany z pierścieniem zabezpieczającym 3. Wirnik 2 ten wymusza obieg cieczy chłodząco-smarującej w czasie pracy sprzęgła. Wypływająca pod ciśnieniem ciecz z wirnika 2 kierowana jest do wlotu nieruchomej kierownicy dośrodkowej 4, korzystnie zintegrowanej z nieruchomą obudową 5. Po wyjściu z kierownicy dośrodkowej 4 ciecz otworami 6 przepływa do przestrzeni sprzęgła położonej najbliżej osi obrotu, smarując i chłodząc toczne łożysko stożkowe 7 i tuleję łożyska ślizgowego 8. Następnie ciecz przepływa szczeliną między tarczami sprzęgłowymi 1 i 9, chłodzi i smaruje kule sprzęgające 10 i wypływając szczeliną między pierścieniami zabezpieczającymi 3 i 11 dostaje się do strefy ssawnej wirnika 2, tworząc w ten sposób zamknięty obieg. Ruch cieczy ilustrują strzałki na fig. 1. Ciepło odebrane przez ciecz od współpracujących elementów sprzęgła przekazywane jest do nieruchomej obudowy 5, skąd w wyniku konwekcji i promieniowania oddawane jest do otoczenia, co ułatwiają wzdłużne żebra zewnętrzne na obudowie 5a. Żebra wewnętrzne 5b oprócz wspomagania wymiany ciepła, służą stabilizacji strumienia cieczy przed stroną ssawną wirnika 2. Krążąca w obiegu zamkniętym ciecz chłodząco-smarująca zmniejsza opory ruchu ruchomych części sprzęgła, smarując powierzchnie tarcia, zmniejszając współczynniki tarcia poślizgowego i potoczystego, minimalizując zużycie elementów, a ew. produkty zużycia usuwa ze strefy tarcia. Produkty te osadzane są na wewnętrznej stronie nieruchomej obudowy 5, skąd okresowo mogą być usuwane.

Sprzęgło kulowe swoją maksymalną podatność skrętną uzyskuje, gdy kule sprzęgające 10 znajdują się na zewnętrznej średnicy tarcz, jak na fig. 1. Przemieszczając się tocznie po spiralnych rowkach 15a i 15b obu tarcz 1 i 9, kule mogą zajmować skrajne wewnętrzne położenie, wówczas pełny kątowy zakres podatności skrętnej sprzęgła jednostopniowego wynosi 2a (fig. 2). Krążąca pod ciśnieniem ciecz chłodząco-smarująca pełni dodatkową rolę wspomagając przemieszczanie się kul sprzęgających na pozycję wyjściowa, tj. na maksymalnej średnicy tarcz dzięki różnicy ciśnień cieczy między wewnętrzną stroną kul a ich stroną zewnętrzną. Różnica ciśnień cieczy sprzyja wynoszeniu kul na zewnętrzną pozycję wspomagając działanie siły odśrodkowej działającej na kule przy wirowaniu sprzęgła. Opisane działanie cieczy ujawnia się szczególnie silnie na etapie wybiegu układu napędowego bezpośrednio po wyłączeniu silnika. Wirujące jeszcze jakiś czas tarcze sprzęgła na wybiegu generują różnicę ciśnień, a kule sprzęgające nie przenoszą już wtedy obciążenia i dlatego łatwiej mogą być przemieszczane na pozycję wyjściową pod działaniem różnicy ciśnień cieczy i siły odśrodkowej. Po zatrzymaniu układu napędowego, sprzęgło kulowe dzięki opisanemu działaniu dysponuje pełną podatnością skrętną, pożądaną przy kolejnym rozruchu. Dodatkową zaletą układu chłodząco-smarującego jest to, że wirujące części sprzęgła osłonięte są nieruchomą obudową, co polepsza warunki bezpieczeństwa użytkowania sprzęgieł.

Jako ciecz chłodząco-smarującą może być użyty olej o małej lepkości. Dla zastosowań, w których użycie oleju jest niepożądane ze względów bezpieczeństwa pożarowego, jak ma to miejsce, np. w napędach maszyn górnictwa podziemnego i w szeregu innych sytuacjach, możliwe jest zastosowanie emulsji wodno-olejowej o niewielkiej zawartości oleju i emulgatorów, cechującej się całkowitą niepalnością. Może to być, np. emulsja stosowana powszechnie w górniczej obudowie zmechanizowanej. Napełnianie i uzupełnianie cieczy odbywa się przez otwór zamykany króćcem wlewowym 13. Usuwanie cieczy następuje po wyjęciu zaślepki 14.

Claims (4)

1. Układ chłodząco-smarujący sprzęgieł podatnych skrętnie, zwłaszcza kulowych sprzęgieł rozruchowych znamienny tym, że posiada mocowany do tarczy sprzęgłowej (1) wirnik ruchu (2) cieczy chłodząco-smarującej przepływającej między tarczami sprzęgłowymi (1) i (9), między którymi znajdują się kule sprzęgające (10) oraz kierownicę dośrodkową (4), przy czym nieruchoma obudowa (5) i (12) wyposażona jest w żebra zewnętrzne (5a) i żebra wewnętrzne (5b), a przez tarczę sprzęgłową (1) przeprowadzone są otwory przepływowe (6).

2. Układ chłodząco-smarujący sprzęgieł według zastrz. 1 znamienny tym, że kierownica dośrodkowa (4) jest zintegrowana z nieruchomą obudową (5).

3. Układ chłodząco-smarujący sprzęgieł według zastrz. 1 znamienny tym, że posiada pierścienie zabezpieczające (3) i (11).

4. Układ chłodząco-smarujący sprzęgieł według zastrz. 1 znamienny tym, że wirnik ruchu (2) korzystnie zintegrowany jest z pierścieniem zabezpieczającym (3).