RU97471U1

RU97471U1 - ELECTRIC DRIVE WITH MANUAL DOUBLE

Info

Publication number: RU97471U1
Application number: RU2010113837/06U
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Становской; Сергей Матвеевич Казакявичюс; Татьяна Андреевна Ремнева; Владимир Михайлович Кузнецов; Александр Викторович Становской
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет"
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2010-09-10

Abstract

1. Электропривод с ручным дублером, содержащий электродвигатель, редуктор и ручной дублер, а также элемент механического переключения привода на электрическое или ручное управление, отличающийся тем, что редуктор выполнен цилиндрическим с эксцентриково-циклоидальным зацеплением колес, меньшее из которых имеет один зуб, рабочие участки которого в любом торцовом сечении очерчены дугами эксцентрично смещенных окружностей, а рабочие участки зубьев большего колеса в тех же торцовых сечениях очерчены сопрягающимися с окружностями участками циклоидальных кривых. ! 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что колеса редуктора выполнены с винтовыми криволинейными зубьями. !3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что колеса редуктора составлены из повернутых относительно друг друга и жестко скрепленных венцов с прямыми зубьями. ! 4. Электропривод по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что элемент переключения выполнен в виде подпружиненной двусторонней шлицевой муфты, имеющей возможность осевого перемещения для соединения входного вала редуктора с валом ручного дублера или валом электродвигателя. 1. An electric drive with a manual backup containing an electric motor, gearbox and manual backup, as well as an element for mechanical switching of the drive to electric or manual control, characterized in that the gearbox is cylindrical with an eccentric-cycloidal gearing of the wheels, the smaller of which has one tooth, the working sections which in any end section are outlined by arcs of eccentrically displaced circles, and the working sections of the teeth of the larger wheel in the same end sections are outlined by sections mating with circles and cycloidal curves. ! 2. The drive according to claim 1, characterized in that the gear wheels are made with helical curved teeth. ! 3. The drive according to claim 1, characterized in that the gear wheels are composed of rotated relative to each other and rigidly bonded rims with straight teeth. ! 4. The drive according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the switching element is made in the form of a spring-loaded double-sided spline coupling having axial movement to connect the input shaft of the gearbox with the shaft of the handwheel or the shaft of the electric motor.

Description

Полезная модель относится к электроприводам, в частности к комбинированным средствам управления запорной арматурой (задвижками, клапанами, кранами и т.п.) с помощью электродвигателя и вручную, и может быть использовано на трубопроводах при транспортировке нефти и нефтепродуктов, в химической и нефтехимической отраслях, в системах промышленного и коммунального водоснабжения и водоотведения.The utility model relates to electric drives, in particular to combined means of controlling shutoff valves (valves, valves, valves, etc.) using an electric motor and manually, and can be used on pipelines for the transportation of oil and oil products, in the chemical and petrochemical industries, in industrial and municipal water supply and sanitation systems.

Известен электромоторный привод с ручным дублером RU 2103582, относящийся к приводам с механическим переключением привода с электрического на ручное управление и наоборот. Привод выполнен на основе червячного редуктора, в котором червячный вал снабжен скользящей двухсторонней кулачковой муфтой для поочередного принудительного зацепления либо с кулачками зубчатого колеса, связанного с валом электродвигателя, либо с кулачками маховика ручного дублера. Муфта может перемещаться вдоль червячного вала либо с помощью внешнего валика кулачкового механизма, либо при воздействии на него выступа на зубчатом колесе электродвигателя. Основным недостатком привода является использование червячной передачи, имеющей низкий кпд (менее 50%) и большие габариты.Known electric motor drive with manual backup RU 2103582, related to drives with mechanical switching of the drive from electrical to manual control and vice versa. The drive is made on the basis of a worm gear, in which the worm shaft is equipped with a sliding two-way cam clutch for alternate forced engagement either with the cams of the gear wheel connected to the motor shaft or with the cams of the handwheel of the handwheel. The clutch can be moved along the worm shaft either with the help of an external roller of the cam mechanism, or when exposed to a protrusion on the gear wheel of the electric motor. The main disadvantage of the drive is the use of a worm gear having a low efficiency (less than 50%) and large dimensions.

Известен электропривод с ручным дублером RU 2239116, выполненный на основе редуктора с промежуточными телами качения (редуктор с ПТК). Входной вал редуктора кинематически связан с валом электродвигателя посредством первичного редуктора, представляющего собой шестерню на валу двигателя и зубчатое колесо с торцевыми зубьями на входном валу редуктора. Ручной дублер включает вал и рукоятку для его вращения и снабжен средством для принудительного соединения вала ручного дублера с входным валом редуктора. Средство принудительного соединения представляет собой торцевые кулачки на соединяемых валах, зацепляющиеся при осевом перемещении вала ручного дублера. Возврат ручного дублера в исходное положение происходит за счет взаимодействия двух полумуфт (подвижной и неподвижной) с криволинейными кулачками. Указанный привод имеет более высокий кпд (достигающий 80%), чем предыдущий, обусловленный применением редуктора с промежуточными телами качения, а также значительно меньшие габариты. Однако редуктор с ПТК имеет невысокую надежность, и является достаточно сложным и дорогим.Known electric drive with manual backup RU 2239116, made on the basis of a gearbox with intermediate rolling elements (gearbox with PTK). The input shaft of the gearbox is kinematically connected to the motor shaft by means of a primary gearbox, which is a gear on the motor shaft and a gear wheel with end teeth on the input shaft of the gearbox. The handwheel includes a shaft and a handle for its rotation and is equipped with a means for forcing the handwheel shaft to be connected to the input shaft of the gearbox. The means of forced connection is the end cams on the connected shafts that engage with the axial movement of the shaft of the handwheel. The manual doubler is returned to its original position due to the interaction of two coupling halves (movable and stationary) with curved cams. The specified drive has a higher efficiency (reaching 80%) than the previous one, due to the use of a gearbox with intermediate rolling bodies, as well as significantly smaller dimensions. However, the gearbox with PTK has a low reliability, and is quite complex and expensive.

За прототип выберем электропривод с ручным дублером по патенту RU 56542. Этот привод выполнен также на базе редуктора с ПТК и отличается от предыдущего только компоновкой основных узлов. Привод содержит электродвигатель, редуктор с промежуточными телами качения, ручной дублер и элемент механического переключения привода с электрического управления на ручное. Входной вал редуктора кинематически связан с валом электродвигателя. Переключение привода производится посредством принудительного соединения вала ручного дублера с валом двигателя. Устройство соединения представляет собой зубчатое колесо, посаженное на вал ручного дублера и имеющее возможность осевого перемещения вместе с валом. При осевом перемещении это зубчатое колесо входит в зацепление с колесом, посаженным на валу электродвигателя. На валу ручного дублера установлена пружина сжатия, возвращающая вал ручного дублера в исходное выключенное положение. Привод обладает теми же недостатками, что и предыдущий, которые обусловлены сложностью и дороговизной используемого редуктора с ПТК и его невысокой надежностью.For the prototype, we choose an electric drive with a manual backup according to patent RU 56542. This drive is also based on a gearbox with PTC and differs from the previous one only in the layout of the main components. The drive contains an electric motor, a gearbox with intermediate rolling bodies, a handwheel and an element for mechanical switching of the drive from electric to manual control. The input shaft of the gearbox is kinematically connected with the shaft of the electric motor. The drive is switched by forcing the handwheel shaft to the motor shaft. The connection device is a gear wheel mounted on the shaft of a handwheel and having the possibility of axial movement together with the shaft. During axial movement, this gear wheel engages with a wheel mounted on an electric motor shaft. A compression spring is installed on the shaft of the handwheel, which returns the shaft of the handwheel to its original off position. The drive has the same drawbacks as the previous one, which are due to the complexity and high cost of the gearbox used with PTC and its low reliability.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение нагрузочной способности привода в тех же габаритах, повышение кпд и надежности.The technical result of the proposed utility model is to increase the load capacity of the drive in the same dimensions, increase efficiency and reliability.

Для достижения указанного результата электропривод, как и прототип, содержит электродвигатель, ручной дублер, редуктор и элемент механического переключения привода с электрического управления на ручное. В отличие от прототипа редуктор привода выполнен цилиндрическим с эксцентриково-циклоидальным зацеплением колес, меньшее из которых имеет один зуб. Рабочие участки зуба в любом торцовом сечении очерчены дугами эксцентрично смещенных окружностей. Рабочие участки зубьев большего колеса в тех же торцовых сечениях очерчены участками циклоидальных кривых, сопрягающихся с эксцентрично смещенными окружностями. Эксцентриково-циклоидальное зацепление колес описано в статье (Становской и др. Новый вид зацепления колес с криволинейными зубьями. Справочник. Инженерный журнал №9, 2008, стр.34-39) а также в патенте RU 2338105 и международной заявке WO 2009/008767. Оно характеризуется тем, что при малых габаритах колес может обеспечить высокое передаточное отношение в одной ступени и высокую нагрузочную способность.To achieve the specified result, the electric drive, like the prototype, contains an electric motor, a manual backup, a gearbox and an element for mechanical switching of the drive from electric to manual control. Unlike the prototype, the drive gearbox is cylindrical with eccentric-cycloidal gearing of the wheels, the smaller of which has one tooth. The working areas of the tooth in any end section are outlined by arcs of eccentrically displaced circles. The working sections of the teeth of the larger wheel in the same end sections are outlined by sections of cycloidal curves mating with eccentrically displaced circles. Eccentric-cycloidal gearing of wheels is described in the article (Stanovskaya et al. A new type of gearing of wheels with curved teeth. Handbook. Engineering Journal No. 9, 2008, pages 34-39) as well as in patent RU 2338105 and international application WO 2009/008767. It is characterized by the fact that with small dimensions of the wheels it can provide a high gear ratio in one stage and a high load capacity.

Эксцентриково-циклоидальное зацепление имеет два варианта конструктивного воплощения: в виде зацепления колес с винтовыми криволинейными зубьями или зацепления составных колес. Составные колеса образованы жестко скрепленными одинаковыми венцами, повернутыми друг относительно друга.Eccentric-cycloidal engagement has two variants of structural embodiment: in the form of engagement of wheels with helical curved teeth or engagement of composite wheels. Composite wheels are formed by rigidly bonded identical crowns, rotated relative to each other.

В одном из вариантов реализации электропривода элемент механического переключения привода с электрического управления на ручное выполнен в виде подпружиненной двусторонней шлицевой муфты, имеющей возможность осевого перемещения для соединения входного вала редуктора с валом электродвигателя или с валом ручного дублера.In one embodiment of the electric drive, the element of mechanical switching of the drive from electric control to manual is made in the form of a spring-loaded double-sided spline coupling having axial displacement for connecting the input shaft of the gearbox with the motor shaft or with the shaft of a handwheel.

Полезная модель иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1 приведен осевой разрез привода с редуктором из составных колес. На фиг.2 показан вид на зацепление колес этого редуктора. На фиг.3 показано зацепление колес с винтовыми криволинейными зубьями, используемое в другом варианте электропривода.The utility model is illustrated by graphic materials, where Fig. 1 shows an axial section of a drive with a reducer of composite wheels. Figure 2 shows a view of the gearing of the wheels of this gearbox. Figure 3 shows the engagement of the wheels with helical curved teeth used in another embodiment of the electric drive.

Электропривод содержит электродвигатель 1. В данном конкретном варианте конструкции привода использован двигатель с полым валом 2, посаженным на подшипниках 3 в корпусе привода. Внутри вала двигателя проходит входной вал 4 редуктора 5. Входной вал 4 редуктора выполнен за одно целое с однозубым цилиндрическим колесом 6. Это колесо составлено из 6 одинаковых прямозубых венцов 7, повернутых друг относительно друга на равные углы и жестко скрепленных друг с другом. Профиль зуба каждого из венцов 7 очерчен окружностью 8, эксцентрично смещенной относительно оси вращения колеса 001 (см. фиг.2). В конкретной конструкции жесткое крепление венцов 7 обеспечено изготовлением их из одной заготовки в виде единой детали, представляющей собой коленчатый вал с 6 равномерно разнесенными по окружности коленами. Входной вал 4 редуктора установлен на подшипниках 9 в корпусе привода и на подшипниках 10 в полом вале 2 двигателя 1. Второе колесо 11 редуктора 5 составлено из венцов 12, жестко скрепленных между собой шпильками 13. Каждый из венцов 12 имеет прямые зубья 14, профили которых в торцовом сечении очерчены циклоидальной кривой 15 (см. фиг.2). Следует отметить, что форму указанных кривых могут иметь только рабочие участки зубьев колес 6 и 11. Остальные участки зубьев могут иметь любую непересекающуюся друг с другом форму.The electric drive comprises an electric motor 1. In this particular embodiment of the drive, a motor with a hollow shaft 2 mounted on bearings 3 in the drive housing is used. Inside the motor shaft passes the input shaft 4 of the gearbox 5. The input shaft 4 of the gearbox is made in one piece with a single-tooth cylindrical wheel 6. This wheel is composed of 6 identical spur gears 7, rotated relative to each other at equal angles and rigidly bonded to each other. The tooth profile of each of the crowns 7 is outlined by a circle 8, eccentrically offset relative to the axis of rotation of the wheel 001 (see figure 2). In a specific design, the rigid fastening of the crowns 7 is ensured by making them from one workpiece in the form of a single part, which is a crankshaft with 6 elbows evenly spaced around the circumference. The input shaft 4 of the gearbox is mounted on bearings 9 in the drive housing and on the bearings 10 in the hollow shaft 2 of the engine 1. The second wheel 11 of the gearbox 5 is composed of crowns 12, rigidly fastened together by studs 13. Each of the crowns 12 has straight teeth 14, the profiles of which in the end section are outlined by a cycloidal curve 15 (see figure 2). It should be noted that the shape of these curves can only have working sections of the teeth of the wheels 6 and 11. The remaining sections of the teeth can have any shape that does not intersect with each other.

Входной вал 4 редуктора 5 соединяется с валом электродвигателя 2 с помощью муфты 16, имеющей двусторонние шлицы 17 и 18, входящие в зацепление со шлицами 19 внутри полого вала 2 и шлицами 20 на входном валу 4 редуктора 5. Привод снабжен ручным дублером, который представляет собой рукоятку 21 с валом 22, который выполнен с шестигранным отверстием 23 для соединения с соответствующим шестигранником на торце входного вала 4 редуктора 5. Для того чтобы при соединении вала 22 ручного дублера с валом 4 редуктора последний не был связан с электродвигателем, муфта 16 выступает над торцом вала 4 и имеет возможность продольного перемещения. При посадке рукоятки 21 с валом 22 гнездом 23 на шестигранник в торце вала 4 муфта 16 сдвигается вниз и размыкает связь между валом 2 двигателя и входным валом 4 редуктора 5. Фиксацию муфты в этом положении осуществляет шариковая защелка 24. Пружина 25 служит для возврата муфты в исходное положение. Для предотвращения попадания осадков внутрь привода торцы вала 4 и муфты 16 закрыты свинчивающимся колпачком 26. Цифрой 27 обозначен кожух для прохождения штока задвижки, которые на фиг.1 не показаны. Следует отметить, что элемент механического переключения привода на электрическое или ручное управление в приводе не ограничивается приведенным здесь примером. Он может иметь и любую другую конструкцию.The input shaft 4 of the gearbox 5 is connected to the shaft of the electric motor 2 by means of a coupling 16 having double-sided splines 17 and 18, which mesh with the splines 19 inside the hollow shaft 2 and the splines 20 on the input shaft 4 of the gearbox 5. The drive is equipped with a manual override, which is a a handle 21 with a shaft 22, which is made with a hexagonal hole 23 for connecting with the corresponding hexagon on the end of the input shaft 4 of the gearbox 5. In order to prevent the latter from being connected to the motor 4 of the gearbox shaft 4, the coupling 16 protrudes above the end of the shaft 4 and has the possibility of longitudinal movement. When landing the handle 21 with the shaft 22 of the socket 23 on the hexagon in the end of the shaft 4, the clutch 16 is shifted down and disconnects the connection between the motor shaft 2 and the input shaft 4 of the gear 5. The clutch is locked in this position by a ball latch 24. The spring 25 serves to return the clutch to initial position. To prevent precipitation from entering the actuator, the ends of the shaft 4 and the clutch 16 are closed by a screw cap 26. The number 27 indicates the casing for the valve stem to pass, which are not shown in Fig. 1. It should be noted that the element of mechanical switching of the drive to electric or manual control in the drive is not limited to the example given here. It can have any other design.

Выше описан привод, редуктор которого выполнен с эксцентриково-циклоидальным зацеплением составных колес, составленных из жестко скрепленных друг с другом венцов с прямыми зубьями. Однако возможно использование и другого варианта эксцентриково-циклоидального зацепления колес с винтовыми зубьями, которое отдельно показано на фиг.3.The drive is described above, the gearbox of which is made with eccentric-cycloidal gearing of composite wheels composed of rims with straight teeth rigidly fastened to each other. However, it is possible to use another version of the eccentric-cycloidal gearing of the wheels with helical teeth, which is separately shown in Fig.3.

Здесь также входной вал 4 редуктора выполнен за одно целое с однозубым цилиндрическим колесом 28. Это колесо представляет собой винтовой эксцентрик, рабочие участки профиля зуба которого в любом торцовом сечении очерчены дугами окружности 29, эксцентрично смещенной относительно оси вращения колеса OO1. Профиль зуба в нерабочих участках может иметь любую, непересекающуюся с зубьями второго колеса форму. В частности, на фиг.3 профиль зуба полностью очерчен эксцентрично смещенной окружностью. Второе колесо 30 редуктора 5 представляет собой колесо с криволинейными винтовыми зубьями 31. Рабочие участки профиля зуба этого колеса в любом торцовом сечении очерчены участками циклоидальной кривой 32. Нерабочие участки зубьев могут иметь любую непересекающуюся друг с другом форму. В частном случае, изображенном на фиг.3, профили зубьев 32 в любом торцовом сечении имеют форму эквидистанты гипоциклоиды.Here, the input shaft 4 of the gearbox is made in one piece with a single-tooth cylindrical wheel 28. This wheel is a screw eccentric, the working sections of the tooth profile of which in any end section are outlined by arcs of a circle 29 eccentrically offset relative to the axis of rotation of the wheel OO1. The tooth profile in non-working areas can have any shape that does not intersect with the teeth of the second wheel. In particular, in FIG. 3, the tooth profile is completely defined by an eccentrically offset circle. The second wheel 30 of the gearbox 5 is a wheel with curved helical teeth 31. The working sections of the tooth profile of this wheel in any end section are outlined by the sections of the cycloidal curve 32. The non-working sections of the teeth can have any shape that does not intersect with each other. In the particular case depicted in figure 3, the tooth profiles 32 in any end section are in the form of equidistant hypocycloids.

Работает электропривод следующим образом. При управлении его от электродвигателя муфта 16 находится в верхнем положении. При этом ее внутренние шлицы 17 обеспечивают соединение муфты со шлицами 20 на входном валу редуктора, а внешние шлицы 18 сцеплены со шлицами 24 на валу 2 электродвигателя, обеспечивая кинематическую связь вала 2 двигателя со входным валом 4 редуктора. При включении электродвигателя 1 начинает вращаться входной вал 4 редуктора, вращая его однозубое колесо 6. Составные венцы 7 однозубого колеса имеющие форму эксцентриков взаимодействуют с составными венцами 12 колеса 11. При повороте колеса 6 на один оборот, колесо 11 поворачивается на 1 угловой шаг, т.е. передаточное отношение редуктора 5 равно числу зубьев колеса 11. Для колес, изображенных на фиг.2 передаточное отношение составляет 12. Для получения такого же передаточного отношения в одноступенчатом редукторе с эвольвентным зацеплением при минимальном числе зубьев меньшего колеса равным 8, большее колесо должно было бы иметь 96 зубьев. Очевидно, что в тех же габаритах привода размеры эвольвентного зуба будут во много раз меньше, чем циклоидальные зубья в предлагаемом приводе. Следовательно, в несколько раз меньше будет и нагрузочная способность редуктора. При одинаковых нагрузочных способностях привод с эвольвентным зацеплением будет иметь значительно большие габариты, чем предлагаемый.The drive operates as follows. When controlling it from an electric motor, the coupling 16 is in the upper position. At the same time, its internal splines 17 provide coupling of the coupling with the splines 20 on the input shaft of the gearbox, and the external splines 18 are engaged with the splines 24 on the shaft 2 of the electric motor, providing a kinematic connection of the motor shaft 2 with the input shaft 4 of the gearbox. When the electric motor 1 is turned on, the input shaft 4 of the gearbox begins to rotate, rotating its single-tooth wheel 6. The composite crowns 7 of the single-tooth eccentric wheel interact with the composite crowns 12 of the wheel 11. When turning the wheel 6 by one revolution, the wheel 11 rotates by 1 angular step, t .e. the gear ratio of the gearbox 5 is equal to the number of teeth of the wheel 11. For the wheels depicted in figure 2, the gear ratio is 12. To obtain the same gear ratio in a single-stage gearbox with involute gearing with a minimum number of teeth of the smaller wheel equal to 8, the larger wheel would have to have 96 teeth. Obviously, in the same dimensions of the drive, the dimensions of the involute tooth will be many times smaller than the cycloidal teeth in the proposed drive. Consequently, the load capacity of the gearbox will be several times less. With the same load capacity, the involute gear drive will have significantly larger dimensions than the proposed one.

При переключении привода на ручное управление, Оператор откручивает и снимает защитный колпачок 26, и надевает на шестигранный торец вала 4 рукоятку 21 ручного дублера. При этом муфта 16 принудительно сдвигается вниз, разрывая кинематическую связь электродвигателя со входным валом 4 редуктора. Положение муфты 16 фиксируется шариковой защелкой 24. Входной вал 4 редуктора 5 вращается оператором вручную, вызывая вращение колеса 11 и бугельной гайки штока задвижки (на фиг.1 не показанной). При снятии рукоятки 21 под действием пружины 25 втулка снимается с шариковой защелки и возвращается в верхнее положение, вновь соединяя вал 2 электродвигателя со входным валом 4 редуктора.When switching the drive to manual control, the Operator unscrews and removes the protective cap 26, and puts on the hexagonal end of the shaft 4 the handle 21 of the manual understudy. In this case, the coupling 16 is forcedly shifted down, breaking the kinematic connection of the electric motor with the input shaft 4 of the gearbox. The position of the coupling 16 is fixed by a ball latch 24. The input shaft 4 of the gearbox 5 is rotated manually by the operator, causing the rotation of the wheel 11 and the yoke of the valve stem (not shown in FIG. 1). When you remove the handle 21 under the action of the spring 25, the sleeve is removed from the ball latch and returns to the upper position, again connecting the shaft 2 of the motor with the input shaft 4 of the gearbox.

Редуктор, зацепление колес которого показано на фиг.2 работает аналогично, только в зацеплении появляются осевые составляющие силы, которые нужно учитывать при выборе подшипников.The gearbox, the gearing of the wheels of which is shown in FIG. 2, works similarly, only in the gearing do axial components of the force appear, which must be taken into account when choosing bearings.

Claims

1. An electric drive with a manual backup, comprising an electric motor, gearbox and manual backup, as well as an element for mechanically switching the drive to electric or manual control, characterized in that the gearbox is cylindrical with an eccentric-cycloidal gearing of the wheels, the smaller of which has one tooth, the working sections which in any end section are outlined by arcs of eccentrically displaced circles, and the working sections of the teeth of the larger wheel in the same end sections are outlined by sections mating with circles and cycloidal curves.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the gear wheels are made with helical curved teeth.

3. The drive according to claim 1, characterized in that the gear wheels are composed of rotated relative to each other and rigidly bonded rims with straight teeth.

4. An electric drive according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the switching element is made in the form of a spring-loaded double-sided spline coupling having axial movement to connect the input shaft of the gearbox with the shaft of the handwheel or the shaft of the electric motor.