Результат интеллектуальной деятельности: ДВУХСКОРОСТНОЙ РУЧНОЙ ПРИВОД ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

Изобретение относится к устройствам механических средств управления зубчатой передачей, в частности, к приводам трубопроводной запорной арматуры и может быть полезно в области нефтегазового машиностроения.

Из уровня техники известен двухскоростной ручной привод запорной трубопроводной арматуры (RU 2343329 C2, МПК F16К 31/53, опубл. 10.01.2009), который содержит корпус, крышку, жестко связанную с маховиком, планетарный механизм и переключатель скорости, выполненный в виде поворотного рычага, взаимодействующего с пазами на водиле и фланце солнечной шестерни планетарного механизма.

Недостатками привода являются его сложность, обусловленная наличием большого числа зубчатых колес и сложного в изготовлении переключателя скорости, а также невозможность автоматического переключения скорости планетарного механизма с жесткими элементами, что требует выполнения специальной операции переключения.

Из уровня техники известен также привод для запорной и регулирующей арматуры (RU 2413114 C2, МПК F16K 31/53, опубл. 27.02.2011), который содержит корпус, крышку, маховик, планетарный механизм, состоящий из ведущей вал-шестерни, сателлитов с внешними зубьями, неподвижного центрального колеса с внутренними зубьями и ведомого вала - водила, переключатель скорости, выполненный в виде ведущей вал-шестерни с шестигранником на торце и соответствующим ему шестигранным переходником, жестко соединенным с ведомым валом - водилом планетарного механизма, а также фиксаторы положения переключателя скорости, выполненные в виде подпружиненных шариков.

Недостатками этой конструкции также являются ее сложность, связанная с наличием большого числа зубчатых колес, фиксаторов положения переключателя скорости и невозможность автоматического переключения скорости планетарного механизма.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан ручной привод запорной трубопроводной арматуры (RU 2659681 C2, МПК F16К 31/53, опубл. 03.07.2018], содержащий корпус, крышку, маховик и планетарный механизм, выполненный состоящим из установленного неподвижно в его корпусе центрального колеса с внешними зубьями и сателлита с внутренними зубьями и продольным пазом на внутренней поверхности ступицы, связанного посредством гибких элементов-стержней с ведомым валом и посаженного на цилиндрический ролик, расположенный в продольном пазу ведущего вала.

Недостатком конструкции является большой осевой размер привода, что связано с выполнением гибких элементов в виде стержней постоянного сечения, имеющих большую длину, необходимую для обеспечения требуемой податливости при заданной прочности.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является уменьшение осевого размера привода при автоматическом переключении скорости планетарного механизма.

Для решения поставленной задачи в двухскоростном ручном приводе запорной арматуры, содержащем корпус, крышку, маховик и планетарный механизм, выполненный состоящим из установленного неподвижно в его корпусе центрального колеса с внешними зубьями и сателлита с внутренними зубьями и продольным пазом на внутренней поверхности ступицы, связанного посредством гибких элементов с ведомым валом и посаженного на цилиндрический ролик, расположенный в продольном пазу ведущего вала. Отличает привод от аналогов то, что гибкие элементы выполнены с переменным сечением в виде балок равного сопротивления.

Снижение осевого размера привода достигается выполнением гибких элементов в виде балок равного сопротивления, имеющих при одинаковых напряжениях изгиба во всех их сечениях более высокую деформацию, что позволяет обеспечить требуемое радиальное смещение сателлита при меньшей длине гибких элементов.

Конструкция привода поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид двухскоростного ручного привода запорной арматуры в разрезе при передаточном отношении планетарного механизма i равном единице; на фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид двухскоростного ручного привода запорной арматуры в разрезе при передаточном отношении планетарного механизма равном где Z_g - число зубьев сателлита, Z_b - число зубьев неподвижного колеса; на фиг. 4 - вид по Б-Б на фиг. 3, на фиг. 5 - общий вид гибкого элемента (пунктиром показана образующая поверхности гибкого элемента в виде балки равного сопротивления, сплошной линией - образующая конической поверхности гибкого элемента).

Двухскоростной ручной привод запорной арматуры устроен следующим образом.

Он состоит из корпуса 1, крышки 2, маховика 3 и планетарного механизма, состоящего из неподвижного центрального колеса 4 (колесо b), сателлита 5 (сателлит g), ступицы сателлита 6, цилиндрического ролика 7, ведущего вала 8, гибких элементов 9, ведомого вала 10 и подшипника скольжения 11.

Крышка 2 выполнена за одно с неподвижным центральным колесом 4, имеющим внешние зубья. Сателлит 5 выполнен с внутренними зубьями. Ступица сателлита 6 содержит центральное цилиндрическое отверстие, продольный цилиндрический паз в нем и отверстия, число которых равно числу гибких элементов 9, а диаметр - диаметру гибких элементов 9 у их торцовой части. Ведущий вал 8 выполнен с продольным цилиндрическим пазом, радиус которого равен радиусам ролика 7 и продольного паза ступицы сателлита 6, а диаметр посадочной поверхности меньше диаметра центрального отверстия ступицы сателлита 6 на два межосевых расстояния планетарной передачи. Глубина продольного цилиндрического паза ступицы сателлита 6 равна межосевому расстоянию планетарной передачи. Глубина продольного цилиндрического паза ведущего вала 8 несколько больше глубины продольного цилиндрического паза ступицы сателлита 6. Ведомый вал 10 содержит отверстия, число которых равно числу гибких элементов 9, а диаметр - диаметру гибких элементов 9 у их основания.

Сателлит 5 жестко соединен со ступицей сателлита 6. Ролик 7 вставлен в продольный цилиндрический паз ведущего вала 8. Гибкие элементы 9 вставлены в отверстия ступицы сателлита 6 по скользящей посадке, а в отверстия ведомого вала 10 - с натягом. Ведомый вал 10 установлен посредством подшипника скольжения 11 в корпусе 1.

Сборка двухскоростного ручного привода запорной арматуры осуществляется в следующей последовательности.

В корпус 1 сажается подшипник скольжения 11, в котором располагается ведомый вал 10. Сателлит 5 устанавливается и закрепляется на ступице сателлита 6. В отверстия ведомого вала 10 вставляются гибкие элементы 9. Ступица сателлита 6 сажается отверстиями на гибкие элементы 9. Ролик 7 вставляется в продольный цилиндрический паз ведущего вала 8. Ведущий вал 8 вводится в посадочное отверстие ведомого вала 10 так, чтобы ролик 7 вошел в продольный цилиндрический паз ступицы сателлита 6. Крышка 2 сажается одновременно на ведущий вал 8 и в корпус 1 и закрепляется в нем. Затем на ведущий вал 8 сажается и закрепляется на нем маховик 3.

Для повышения уровня технологичности механизма гибкие элементы 9 могут быть выполнены коническими.

Двухскоростной ручной привод запорной арматуры работает следующим образом.

При открытии задвижки для страгивания запорного органа арматуры (не показан) вращение от маховика 3 передается ведущему валу 8 и установленному в нем ролику 7, который давит на кромку продольного цилиндрического паза ступицы сателлита 6 и смещает сателлит 5 в радиальном направлении. При этом ролик 7 выходит из продольного цилиндрического паза ступицы сателлита 6, гибкие элементы 9 деформируются, сателлит 5 входит в зацепление с неподвижным центральным колесом 4 и при дальнейшем вращении маховика 3 и жестко связанного с ним ведущего вала 8 движение передается через сателлит 5, ступицу сателлита 6 и гибкие элементы 9 ведомому валу 10 и связанному с ним исполнительному механизму запорного органа (не показан) с увеличением крутящего момента. После страгивания запорного органа крутящий момент снижается, вращение маховика 3 и связанного с ним ведущего вала 8 до положения, когда ролик 7 встанет напротив продольного цилиндрического паза ступицы сателлита 6, приводит к тому, что гибкие элементы 9 выправляются, ступица сателлита 6 садится продольным цилиндрическим пазом на ролик 7, выводя сателлит 5 из зацепления с неподвижным центральным колесом 4, и движение от маховика 3 и ведущего вала 8 передается непосредственно ведомому валу 10 и исполнительному механизму с передаточным отношением, равным единице, что увеличивает скорость перемещения запорного органа.

При закрытии задвижки вращательное движение от маховика 3 передается непосредственно ведомому валу 10 и исполнительному механизму с передаточным отношением, равным единице, до соприкосновения запорного органа с корпусными деталями арматуры (не показаны). При дальнейшем вращении маховика 3 момент на ведущем валу 8 возрастает до тех пор пока ролик 7 не выйдет из продольного цилиндрического паза ступицы сателлита 6, приводя к деформации гибкие элементы 9 и вхождению сателлита 5 в зацепление с неподвижным центральным колесом 4. Передача вращательного движения после этого происходит с увеличением крутящего момента, обеспечивая полное закрытие запорного органа. При этом, так как гибкие элементы 9 выполнены в виде балок равного сопротивления, деформация их и смещение сателлита 6 на величину межосевого расстояния планетарного механизма происходит при меньшей по сравнению с цилиндрическими стержнями их длине.

Выполнение гибких элементов 9 коническими позволяет повысить уровень технологичности привода, не оказывая существенного отрицательного влияния на его осевой размер по сравнению с приводом, содержащим гибкие элементы 9 в виде балок равного сопротивления.