RU2239736C2

RU2239736C2 - Hydrostatic clutch

Info

Publication number: RU2239736C2
Application number: RU2002100929/11A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Бородина (RU); М.Б. Бородина; К.А. Булавин (RU); К.А. Булавин; В.Б. Крахт (RU); В.Б. Крахт; А.Г. Сопилкин (RU); А.Г. Сопилкин; Б.А. Шевченко (RU); Б.А. Шевченко
Original assignee: Бородина Марина Борисовна; Булавин Константин Алексеевич; Крахт Вячеслав Борисович; Сопилкин Алексей Георгиевич; Шевченко Борис Андреевич
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2004-11-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; motion transmitting devices; drives of heavily-loaded technological equipment.

SUBSTANCE: proposed hydrostatic clutch includes drive and driven members kinematically linked by means of cam mechanism and main hydraulic cylinder which is hydraulically connected with damper and hydraulic accumulator through controllable hydraulic distributor; provision is made for return of movable member of hydraulic distributor to initial position. Cam mechanism is provided with disk-type cam which is rigidly connected with driven clutch member. Clutch is additionally provided with at least one hydraulic cylinder. Fee ends of rods of main and additional hydraulic cylinders have opposite direction; they are located in guides; piston chambers of main and auxiliary hydraulic cylinders are hydraulically interconnected.

EFFECT: enhanced reliability and durability of clutch.

7 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным упругодемпфирующим муфтам для передачи вращения, и может быть использовано в приводах тяжелонагруженного оборудования.The invention relates to mechanical engineering, in particular to safety elastic-damping couplings for transmitting rotation, and can be used in drives of heavily loaded equipment.

Известна гидростатическая муфта (а.с. СССР, №994828, F 16 D 3/52, 1983 г.), содержащая две полумуфты с выступами на обращенных друг к другу поверхностях, соединенные посредством расположенных между ними двух групп гидроцилиндров с ползунами и демпферами, причем выступы полумуфт расположены концентрично, а полости гидроцилиндров соединены между собой через предохранительный клапан и через запорные вентили со сливом.Known hydrostatic coupling (AS USSR, No. 994828, F 16 D 3/52, 1983), containing two coupling halves with protrusions on facing each other surfaces, connected by means of two groups of hydraulic cylinders between them with sliders and dampers, moreover, the protrusions of the coupling halves are arranged concentrically, and the cavity of the hydraulic cylinders are interconnected via a safety valve and through shut-off valves with a drain.

К основному недостатку этой муфты можно отнести сложность и трудоемкость ее восстановления после выключения (срабатывания).The main disadvantage of this coupling can be attributed to the complexity and complexity of its recovery after shutdown (operation).

За прототип выбрана гидростатическая муфта по российскому патенту (заявка №2000127761 от 04.11.2000 г., фиг.7), содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством кулачкового механизма и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель, с системой управления по моменту на муфте, причем кулачок выполнен дисковым с внутренним профилем.For the prototype, a hydrostatic coupling according to the Russian patent was selected (application No. 2001017777 dated 04.11.2000, Fig. 7), containing two coupling halves kinematically connected by means of a cam mechanism and a hydraulic cylinder, the piston cavity of which is hydraulically connected to the damper and the hydraulic accumulator through a controlled valve, with torque control system on the clutch, and the cam is made disk with an internal profile.

Эта муфта обладает возможностью автоматического (или по команде оператора) восстановления после срабатывания и имеет более высокие эксплуатационные качества.This clutch has the ability to automatically (or at the command of the operator) recover after tripping and has higher performance.

К недостаткам прототипа можно отнести высокие радиальные нагрузки между полумуфтами, так как используется один гидроцилиндр, и при резко изменяющемся моменте на ведомой полумуфте соответственно резко возрастет радиальная нагрузка в паре кулачок - толкатель (шток гидроцилиндра). Кроме того, при выходе штока гидроцилиндра из-за тангенциальной составляющей силы нормального давления в паре кулачок - шток гидроцилиндра существенно возрастает момент, изгибающий шток гидроцилиндра. В прототипе эти высокие нагрузки не имеют силового замыкания и будут восприниматься подшипниковыми узлами полумуфт и устройствами уплотнения поршня и штока гидроцилиндра, что снижает надежность и долговечность работы муфты.The disadvantages of the prototype include high radial loads between the coupling halves, since one hydraulic cylinder is used, and with a sharply changing moment on the driven coupling half, the radial load in the cam-pusher pair (hydraulic cylinder rod) will accordingly increase sharply. In addition, when the hydraulic cylinder rod exits due to the tangential component of the normal pressure force in the cam – cylinder pair, the moment that bends the hydraulic cylinder rod substantially increases. In the prototype, these high loads do not have a power circuit and will be perceived by the bearing assemblies of the coupling halves and the sealing devices of the piston and rod of the hydraulic cylinder, which reduces the reliability and durability of the coupling.

Целью изобретения является увеличение надежности и долговечности работы муфты.The aim of the invention is to increase the reliability and durability of the coupling.

Указанная цель достигается тем, что в гидростатической муфте, содержащей две полумуфты, кинематически связанные посредством кулачкового механизма и гидроцилиндра, который гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем кулачок выполнен плоским дисковым с внутренним профилем, согласно изобретению введены дополнительные гидроцилиндры с противоположным направлением штоков и направляющие для свободных концов штоков гидроцилиндров, причем поршневые полости дополнительных гидроцилиндров гидравлически связаны с поршневой полостью основного гидроцилиндра.This goal is achieved by the fact that in a hydrostatic coupling containing two coupling halves, kinematically connected by a cam mechanism and a hydraulic cylinder, which is hydraulically connected to the damper and the hydraulic accumulator through a controlled valve with a torque control system on the coupling, the cam is made flat disk with an internal profile, according to the invention introduced additional hydraulic cylinders with the opposite direction of the rods and guides for the free ends of the rods of the hydraulic cylinders, the piston cavities of the additional hydraulic cylinders are hydraulically connected to the piston cavity of the main hydraulic cylinder.

Введение в муфту дополнительных гидроцилиндров с противоположным направлением штоков обеспечивает силовое замыкание между полумуфтами, что полностью исключит высокие радиальные нагрузки между полумуфтами. Кроме того, введение направляющих для свободных концов штоков гидроцилиндров обеспечивает силовое замыкание тангенциальной составляющей силы нормального давления в паре кулачок - шток гидроцилиндра на ведомую полумуфту и связанный с ней корпус гидроцилиндра.The introduction of additional hydraulic cylinders with the opposite direction of the rods into the clutch provides a force circuit between the coupling halves, which completely eliminates high radial loads between the coupling halves. In addition, the introduction of guides for the free ends of the hydraulic cylinder rods provides a power closure of the tangential component of the normal pressure force in a pair of cam - hydraulic cylinder rods to the driven coupling half and the hydraulic cylinder body connected to it.

Только введение дополнительных гидроцилиндров и направляющих для свободных концов штоков гидроцилиндров позволяет исключить недостаток прототипа, существенно снизить радиальные усилия между полумуфтами и в гидроцилиндре, что повысит надежность и долговечность работы муфты.Only the introduction of additional hydraulic cylinders and guides for the free ends of the hydraulic cylinder rods allows us to eliminate the disadvantage of the prototype, significantly reduce the radial forces between the coupling halves and in the hydraulic cylinder, which will increase the reliability and durability of the coupling.

В простейшем случае дополнительный гидроцилиндр может быть один, и конструктивно расположение дополнительного гидроцилиндра относительно основного может быть различным.In the simplest case, the additional hydraulic cylinder can be one, and structurally the location of the additional hydraulic cylinder relative to the main one can be different.

Дополнительный гидроцилиндр может быть установлен параллельно основному гидроцилиндру в плоскости кулачка. При этом получается наиболее компактная конструкция муфты, но несколько возрастают усилия в кинематических парах свободный конец штока гидроцилиндра - направляющие.An additional hydraulic cylinder can be installed parallel to the main hydraulic cylinder in the plane of the cam. In this case, the most compact design of the coupling is obtained, but the efforts in the kinematic pairs slightly increase the free end of the hydraulic cylinder rod - guides.

Дополнительный гидроцилиндр может иметь общий корпус с основным гидроцилиндром. При этом конструкция муфты наиболее простая, но несколько возрастают радиальные размеры муфты.The additional hydraulic cylinder may have a common housing with the main hydraulic cylinder. At the same time, the design of the coupling is the simplest, but the radial dimensions of the coupling slightly increase.

Дополнительный гидроцилиндр может быть установлен параллельно основному гидроцилиндру по оси муфты и введен дополнительный кулачок, установленный параллельно основному, причем шток дополнительного гидроцилиндра кинематически связан с профилем дополнительного кулачка.An additional hydraulic cylinder can be installed parallel to the main hydraulic cylinder along the axis of the clutch and an additional cam installed parallel to the main one is introduced, the rod of the additional hydraulic cylinder kinematically connected with the profile of the additional cam.

При этом конструкция муфты также простая, но появляется момент от пары сил нормального давления в кинематических парах кулачок - шток гидроцилиндра, который будет восприниматься подшипниковыми узлами полумуфт. При этом нагрузки на подшипниковые узлы существенно ниже, чем в прототипе, и полностью исключить их позволяют следующие два варианта конструкции с двумя и тремя дополнительными гидроцилиндрами.At the same time, the coupling design is also simple, but there is a moment from a pair of normal pressure forces in the kinematic pairs of the cam - the hydraulic cylinder rod, which will be perceived by the bearing assemblies of the coupling halves. In this case, the load on the bearing assemblies is significantly lower than in the prototype, and the following two design options with two and three additional hydraulic cylinders can completely eliminate them.

В первом варианте можно ввести два дополнительных кулачка, расположенных по обе стороны от основного кулачка, а штоки двух дополнительных гидроцилиндров кинематически связаны с дополнительными кулачками. При этом целесообразно для более равномерного распределения усилий в системе площади поршней дополнительных гидроцилиндров принять в два раза меньше площади поршня основного гидроцилиндра.In the first embodiment, you can enter two additional cams located on both sides of the main cam, and the rods of the two additional hydraulic cylinders are kinematically connected with additional cams. In this case, it is advisable for a more uniform distribution of forces in the system of the area of the pistons of the additional hydraulic cylinders to take two times less than the area of the piston of the main hydraulic cylinder.

Во втором варианте можно ввести три дополнительных кулачка, размещенных параллельно основному кулачку, и три дополнительных гидроцилиндра, штоки которых кинематически связаны с соответствующими кулачками, причем штоки внутренних и наружных гидроцилиндров направлены в противоположные стороны.In the second embodiment, you can enter three additional cams placed parallel to the main cam, and three additional hydraulic cylinders, the rods of which are kinematically connected with the corresponding cams, and the rods of the inner and outer hydraulic cylinders are directed in opposite directions.

В двух последних вариантах полностью исключаются незамкнутые радиальные нагрузки, но несколько возрастают осевые размеры муфты.In the latter two versions, open radial loads are completely eliminated, but the axial dimensions of the coupling slightly increase.

Выбор числа дополнительных гидроцилиндров и их размещение относительно основного гидроцилиндра определяются налагаемыми ограничениями и условиями компоновки муфты в конкретном приводе технологического оборудования.The choice of the number of additional hydraulic cylinders and their placement relative to the main hydraulic cylinder are determined by the imposed restrictions and conditions for the layout of the coupling in a particular drive of technological equipment.

На фиг.1 схематично показана конструкция муфты с дополнительным гидроцилиндром, установленным параллельно основному гидроцилиндру в плоскости кулачка; на фиг.2 - разрез по А-А муфты на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б муфты на фиг.2; на фиг.4 - дополнительный гидроцилиндр имеет общий корпус с основным гидроцилиндром; на фиг.5 - муфта с дополнительным гидроцилиндром, установленным параллельно основному гидроцилиндру по оси муфты; на фиг.6 - муфта с двумя дополнительньми гидроцилиндрами; на фиг.7 - муфта с тремя дополнительными гидроцилиндрами; на фиг.8 - упрощенная схема гидросистемы муфты.Figure 1 schematically shows the design of the coupling with an additional hydraulic cylinder mounted parallel to the main hydraulic cylinder in the plane of the cam; figure 2 is a section along aa coupling of figure 1; figure 3 is a section along BB of the coupling of figure 2; figure 4 - additional hydraulic cylinder has a common housing with the main hydraulic cylinder; figure 5 - coupling with an additional hydraulic cylinder mounted parallel to the main hydraulic cylinder along the axis of the coupling; figure 6 - coupling with two additional hydraulic cylinders; figure 7 - coupling with three additional hydraulic cylinders; on Fig - a simplified diagram of the hydraulic system of the coupling.

Гидростатическая муфта содержит ведущую 1 (фиг.1) и ведомую 2 полумуфты. С ведомой полумуфтой 2 жестко связан дисковый кулачок 3 с внутренним профилем, а в ведущей полумуфте 1 закреплены два гидроцилиндра 4 (основной и дополнительный) с противоположным направлением штоков 5. Через ролики 6 штоки 5 кинематически связаны с профилем кулачка 3 (штоки 5 выполняют роль толкателей кулачкового механизма). Оси 7 роликов 6 удлинены (фиг.2) и на их концах размещены по два ролика 8, которые входят в направляющие 9 (фиг.2, 3), которые выполнены в дисках 10, жестко связанных с ведущей полумуфтой 1. Поршневая полость гидроцилиндров 4 гидравлически связана попеременно с демпфером 11 (фиг.8) и гидроаккумулятором 12 через управляемый гидрораспределитель 13. Система управления по моменту на муфте 14 обеспечивает связь подвижного элемента гидрораспределителя 13, например, со штоком гидроцилиндра 4 и обеспечивает возвращение в исходное положение подвижного элемента гидрораспределителя 13 автоматически или по команде оператора.The hydrostatic coupling contains a leading 1 (figure 1) and a driven 2 coupling halves. A disk cam 3 is rigidly connected to the driven half-coupling 2 with an internal profile, and two hydraulic cylinders 4 (main and additional) are fixed in the leading half-coupling 1 with the opposite direction of the rods 5. Through the rollers 6, the rods 5 are kinematically connected with the profile of the cam 3 (rods 5 act as pushers cam mechanism). The axis 7 of the rollers 6 are elongated (figure 2) and at their ends are placed two rollers 8, which are included in the guides 9 (figure 2, 3), which are made in disks 10, rigidly connected to the leading coupling half 1. The piston cavity of the hydraulic cylinders 4 hydraulically alternately connected with the damper 11 (Fig. 8) and the hydraulic accumulator 12 through a controlled valve 13. The torque control system on the coupling 14 provides a link between the movable element of the valve 13, for example, with the rod of the hydraulic cylinder 4 and ensures the return of the movable element idroraspredelitelya 13 automatically or by the operator.

Устройство работает следующим образом. В рабочем состоянии подвижный элемент гидрораспределителя 13 находится в положении, как показано на фиг.8, что обеспечивает гидравлическую связь поршневых полостей гидроцилиндров 4 с демпфером 11. При возрастании момента на муфте полумуфты 1 и 2 (фиг.1) относительно проворачиваются и кулачок 3 через ролики 6 воздействует на штоки основного и дополнительного гидроцилиндров 4. Давление в поршневых полостях гидроцилиндров повышается и часть рабочей жидкости перетекает в демпфер 11 до тех пор, пока не установится равновесное состояние. Таким образом осуществляется демпфирование неравномерных и пиковых нагрузок со стороны технологического оборудования на привод.The device operates as follows. In working condition, the movable element of the hydraulic valve 13 is in the position, as shown in Fig. 8, which provides hydraulic connection of the piston cavities of the hydraulic cylinders 4 with the damper 11. With increasing torque on the coupling, the coupling halves 1 and 2 (Fig. 1) are relatively rotated and the cam 3 through rollers 6 acts on the rods of the main and additional hydraulic cylinders 4. The pressure in the piston cavities of the hydraulic cylinders rises and part of the working fluid flows into the damper 11 until an equilibrium state is established. Thus, damping of uneven and peak loads from the technological equipment to the drive is carried out.

Если момент на муфте превышает допустимый, то система управления по моменту на муфте 14 обеспечивает вращение подвижного элемента гидрораспределителя 13 в крайнее положение. При этом демпфер 11 отсекается от гидросистемы и к ней подключается гидроаккумулятор 12, рабочее давление в котором в этот момент значительно ниже, чем в поршневых полостях гидроцилиндров 4. Остатки рабочей жидкости из гидроцилиндров 4 перетекают в гидроаккумулятор 12, поршни со штоками 5 гидроцилиндров 4 занимают крайне положение, ролики 6 выходят из контакта с кулачком 3, что обеспечивает размыкание полумуфт 1 и 2.If the torque on the coupling exceeds the permissible, then the torque control system on the coupling 14 provides rotation of the movable element of the valve 13 to the extreme position. In this case, the damper 11 is cut off from the hydraulic system and the accumulator 12 is connected to it, the working pressure at which is much lower at that moment than in the piston cavities of the hydraulic cylinders 4. The remaining fluid from the hydraulic cylinders 4 flows into the hydraulic accumulator 12, the pistons with rods 5 of the hydraulic cylinders 4 occupy extremely position, the rollers 6 come out of contact with the cam 3, which ensures the opening of the coupling halves 1 and 2.

Автоматически или по команде оператора система управления 14 обеспечивает возвращение в исходное положение подвижного элемента гидрораспределителя 13. Демпфер 11 соединяется с поршневыми полостями гидроцилиндров 4, их штоки 5 занимают исходное положение и муфта приходит в исходное состояние, то есть самовосстанавливается.Automatically or at the command of the operator, the control system 14 provides a return to the initial position of the movable element of the hydraulic distributor 13. The damper 11 is connected to the piston cavities of the hydraulic cylinders 4, their rods 5 occupy the initial position and the clutch comes to its original state, that is, it self-restores.

Вариант гидростатической муфты на фиг.4 отличается от вышеописанного только тем, что дополнительный гидроцилиндр имеет общий корпус с основным гидроцилиндром. Устройство работает аналогично вышеописанному (на фиг.1-3).The embodiment of the hydrostatic coupling in FIG. 4 differs from the above only in that the additional hydraulic cylinder has a common housing with the main hydraulic cylinder. The device operates similarly to the above (Fig.1-3).

Вариант гидростатической муфты на фиг.5 отличается от вышеописанного только тем, что дополнительный гидроцилиндр установлен параллельно основному гидроцилиндру по оси муфты и введен дополнительный кулачок 15, установленный параллельно основному кулачку 3, причем шток дополнительного гидроцилиндра кинематически связан с профилем дополнительного кулачка 15 и направляющими 9. Устройство работает аналогично вышеописанному на фиг.1-3.The variant of the hydrostatic coupling in Fig. 5 differs from the above only in that the additional hydraulic cylinder is installed parallel to the main hydraulic cylinder along the axis of the coupling and an additional cam 15 is inserted parallel to the main cam 3, and the rod of the additional hydraulic cylinder is kinematically connected with the profile of the additional cam 15 and the guides 9. The device operates similarly to that described in figures 1-3.

Вариант гидростатической муфты на фиг.6 отличается от вышеописанного (на фиг.5) тем, что два дополнительных гидроцилиндра 16 и 17 установлены параллельно основному гидроцилиндру 4 по оси муфты и введены два дополнительных кулачка 15 и 18, установленные параллельно основному кулачку 3 в полумуфте 2, причем штоки дополнительных гидроцилиндров 16 и 17 кинематически связаны с профилями дополнительных кулачков 15 и 18 и направляющими 9. Для более равномерного распределения усилий в системе площади поршней дополнительных гидроцилиндров 16 и 17 целесообразно принять в два раза меньше площади поршня основного гидроцилиндра 4. Устройство работает аналогично вышеописанному на фиг.1-3.The variant of the hydrostatic coupling in Fig. 6 differs from the above (in Fig. 5) in that two additional hydraulic cylinders 16 and 17 are installed parallel to the main hydraulic cylinder 4 along the axis of the coupling and two additional cams 15 and 18 are introduced, installed parallel to the main cam 3 in the coupling half 2 moreover, the rods of the additional hydraulic cylinders 16 and 17 are kinematically connected with the profiles of the additional cams 15 and 18 and the guides 9. For a more uniform distribution of forces in the piston area system of the additional hydraulic cylinders 16 and 17 but take half the area of the piston of the main cylinder 4. The device works similarly to the above 1-3.

Вариант гидростатической муфты на фиг.7 отличается от вышеописанного (на фиг.5) только тем, что три дополнительных гидроцилиндра 16, 17 и 19 установлены параллельно основному гидроцилиндру 4 по оси муфты и введены три дополнительных кулачка 15, 18 и 20, установленные параллельно основному кулачку 3, причем штоки дополнительных гидроцилиндров кинематически связаны с соответствующими профилями дополнительных кулачков и с направляющими 9. Штоки внутренних 4, 17 и наружных 16, 19 гидроцилиндров направлены в противоположные стороны. Устройство работает аналогично вышеописанному на фиг.1-3.The variant of the hydrostatic coupling in Fig. 7 differs from the above (Fig. 5) only in that three additional hydraulic cylinders 16, 17 and 19 are installed parallel to the main hydraulic cylinder 4 along the axis of the coupling and three additional cams 15, 18 and 20 are installed, installed parallel to the main cam 3, and the rods of the additional hydraulic cylinders are kinematically connected with the corresponding profiles of the additional cams and with the guides 9. The rods of the inner 4, 17 and outer 16, 19 of the hydraulic cylinders are directed in opposite directions. The device operates similarly to that described in figures 1-3.

Claims

1. A hydrostatic coupling containing a driving and driven half coupling kinematically connected by means of a cam mechanism and a main hydraulic cylinder, the main hydraulic cylinder is hydraulically connected to the damper and the hydraulic accumulator via a controlled valve with a torque control system on the coupling, which also ensures that the movable valve is returned to its original position. the cam of the cam mechanism is made disk with an internal profile and is rigidly connected to the driven coupling half, characterized the fact that at least one additional hydraulic cylinder is inserted into the coupling, the free ends of the rods of the main and additional hydraulic cylinders are oppositely directed and placed in the guides, and the piston cavities of the main and additional hydraulic cylinders are hydraulically interconnected.

2. The coupling according to claim 1, characterized in that the additional hydraulic cylinder is one and it is installed parallel to the main hydraulic cylinder in the plane of the cam.

3. The coupling according to claim 1, characterized in that the additional hydraulic cylinder is one and has a common housing with the main hydraulic cylinder.

4. The clutch according to claim 1, characterized in that an additional cam is installed parallel to the main one, and an additional hydraulic cylinder is installed parallel to the main hydraulic cylinder along the axis of the clutch, and its rod is kinematically connected to the additional cam.

5. The coupling according to claim 1, characterized in that two additional cams are introduced located on both sides of the main cam, and two additional hydraulic cylinders, the rods of which are kinematically connected with the additional cams.

6. The coupling according to claim 5, characterized in that the area of the pistons of the additional hydraulic cylinders is two times less than the area of the piston of the main hydraulic cylinder.

7. The clutch according to claim 1, characterized in that three additional cams are inserted parallel to the main cam, and three additional hydraulic cylinders, the rods of which are kinematically connected with the respective cams, the rods of the inner and outer hydraulic cylinders directed in opposite directions.