Поворотный кривошипный привод

 

Привод предназначен для использования в качестве привода трубопроводной арматуры. Привод содержит выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, пружину обратного хода. Ось выполнена совместно с направляющими, с возможностью поперечного перемещения относительно конца штока, имеющего отверстие, в котором расположен резьбовой элемент, взаимодействующий с резьбовым отверстием в направляющих оси и возможностью регулирования положения выходного вала. Кроме того, поршневой цилиндр привода содержит поршень, установленный на штоке, который может иметь возможность перемещения вдоль штока. Для этого в отверстии поршня размещена резьбовая шпилька, буртиком взаимодействующая с поршнем, а резьбовой частью - с резьбовым отверстием в торце штока, а на другом конце шпильки выполнены лыски под ключ и установлена гайка с возможностью регулирования предварительного сжатия пружины обратного хода. Поверхность поршня, сопрягающаяся с поверхностью штока, имеет отверстие, в котором установлен стопорный элемент, взаимодействующий с канавкой, выполненной на штоке. В приводе обеспечивается регулирование угла поворота выходного вала. При этом сохраняется неизменным ход поршня, крутящий момент на выходном валу и скорость срабатывания при определенном постоянном давлении управляющей среды. Привод имеет возможность регулирования величины предварительного сжатия пружины обратного хода, что обеспечивает заданный крутящий момент на выходном валу. Технический результат - повышение надежности. 1 з. п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности как привод для клапанов трубопроводной арматуры.

Известен поворотный кривошипный привод КПЛВ. 303386. 023, серийно выпускаемый ОАО Машиностроительная Корпорация "Сплав".

Привод содержит выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, и пружину обратного хода. Угол поворота выходного вала регулируется винтовыми упорами.

Недостатком привода является то, что один из винтовых упоров расположен в задней крышке поршневого цилиндра. Необходимость герметизации этого упора усложняет конструкцию привода. Кроме того, при настройке упора с изменением хода поршня меняется величина предварительного сжатия пружины обратного хода, а значит меняется величина крутящего момента на выходном валу, создаваемая пружиной обратного хода. А это, в свою очередь, меняет скорость срабатывания привода при неизменном значении давления управляющей среды. На практике чаще всего нужно осуществлять поворот задвижки клапана на определенный регулируемый угол при сохранении других параметров привода неизменными.

Известен поворотный кривошипный привод КПЛВ. 303386. 039, серийно выпускаемый ОАО Машиностроительная Корпорация "Сплав".

Привод содержит выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, пружину обратного хода, регулировочные шайбы, установленные на поршневом конце штока для регулировки величины предварительного сжатия пружины обратного хода (величины крутящего момента на выходном валу).

Недостатком привода является то, что регулировка осуществляется ступенчато, путем подбора и установки регулировочных шайб, что не удобно на практике.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является привод по патенту ЕР 0383369 B1 от 03.11.93 г., МКИ F 16 К 31/163, содержащий выходной вал с кривошипно-шатунной парой, выполненной в виде двух рычагов, связанных посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра. Выходной вал привода соединен с задвижкой клапана и имеет возможность посредством двух рычагов открывать и закрывать клапан. Устройство позволяет осуществлять поворот задвижки клапана на определенный регулируемый угол при сохранении полного хода поршневого цилиндра.

Регулировка угла поворота осуществляется изменением положения оси малого рычага относительно паза, выполненного в большом рычаге, и, соответственно, изменением положения выходного вала привода связанного с задвижкой клапана.

Основными недостатками конструкции привода являются наличие качающегося поршневого цилиндра, необходимость установки его посредством оси на специальном кронштейне и использование двух рычагов, один из которых должен быть больше другого не менее чем в два раза. При этом, чтобы осуществить регулировку угла поворота задвижки на какой-то заданный угол, нужно переместить относительно клапана весь механизм привода. Все это увеличивает габаритные размеры устройства и усложняет конструкцию, что ограничивает применение привода в труднодоступных и стесненных местах и значительно повышает его металлоемкость; наличие большого количества подвижных, интенсивно изнашивающихся элементов конструкции приводит к увеличению люфтов, что отрицательно влияет на точность отработки приводом заданного угла поворота выходного звена и снижает надежность работы привода; подача управляющей среды для данного привода должна обязательно осуществляться через гибкие элементы, что снижает надежность работы привода (особенно в условиях низких температур), ограничивает область применения и усложняет его конструкцию; в процессе регулировки угла поворота выходного вала меняется плечо приложения силы и, соответственно, значительно изменяется крутящий момент на выходном валу, что является существенным недостатком, ограничивающим область применения привода.

Техническая задача, которая ставилась при разработке данного изобретения, - обеспечение точной регулировки поворота выходного вала привода на заданный угол при снижении габаритных размеров и металлоемкости устройства, повышение его надежности и расширение области применения за счет уменьшения количества интенсивно изнашивающихся подвижных элементов и исключения гибких элементов для подачи управляющей среды.

Кроме того, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулировки величины крутящего момента и скорости срабатывания привода.

Результат достигается тем, что в поворотном кривошипном приводе, содержащем выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, и пружину обратного хода, ось выполнена совместно с направляющими, с возможностью поперечного перемещения относительно выходного конца штока, имеющего отверстие, в котором расположен резьбовой элемент, взаимодействующий с резьбовым отверстием направляющих оси и возможностью регулировки положения выходного вала. Кроме того, поршень установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него за счет резьбовой шпильки, которая устанавливается в отверстии поршня и буртиком взаимодействует с поршнем, а резьбовой частью - с резьбовым отверстием в торце штока, а на другом конце шпильки выполнены лыски под ключ и установлена гайка с возможностью регулирования предварительного сжатия пружины обратного хода, при этом поверхность поршня, сопрягающаяся с поверхностью штока имеет отверстие, в котором установлен стопорный элемент, взаимодействующий с канавкой, выполненной на штоке.

На фиг. 1 изображен поворотный кривошипный привод в разрезе. На фиг.2 - поворотный кривошипный привод, где изображен выходной вал, развернутый на угол α. На фиг. 3 - ось, выполненная совместно с направляющими, с возможностью поперечного перемещения относительно выходного конца штока, вид А на фиг. 1. На фиг.4 - устройство регулирования предварительного сжатия пружины обратного хода, вид Б на фиг.1.

Привод содержит выходной вал 1 с кривошипно-шатунной парой 2, связанной посредством оси 3 с выходным концом штока 4 поршневого цилиндра 5, пружину обратного хода 6, ось 3, выполненную совместно с направляющими 7, резьбовой элемент 8, расположенный в резьбовом отверстии направляющих 7 и закрепленный с возможностью осевого вращения в выходном конце штока 4, контровочную гайку 9, фиксирующую направляющие 7 и ось 3, после регулировки ее положения, расположенную в отверстии поршня 10, резьбовую шпильку 11 с буртиком 12, регулировочную гайку 13, фиксируемую контровочной шайбой 14, стопорный элемент 15, установленный в отверстии поршня 10, взаимодействующий с канавкой 16, выполненной на штоке 4.

Привод работает следующим образом.

В поршневую полость поршневого цилиндра 5 подают под давлением управляющую среду. Давление среды воспринимается поршнем 10 и посредством кривошипно-шатунной пары 2 передается как крутящий момент на выходной вал 1, связанный с задвижкой клапана и совершающий угловое перемещение.

Регулировка угла поворота выходного вала 1 на заданный угол α осуществляется путем перемещения оси 3 относительно выходного конца штока 4 на величину а. Для этого ослабляют контровочную гайку 9 и вращают резьбовой элемент 8, по стержню которого перемещаются направляющие 7, выполненные совместно с осью 3. После регулировки положения выходного вала 1 контровочную гайку 9 затягивают, фиксируя от перемещения ось 3.

Пружина обратного хода 6 в начальном положении находится в предварительно сжатом виде и передает на выходной вал 1 установленный наименьший крутящий момент, который гарантирует изготовитель продукции потребителю. Предварительное сжатие пружины должно обеспечивать равенство на выходном валу наименьшего крутящего момента в прямом (под действием управляющей среды) и обратном (под действием пружины) направлении хода поршня при заданном давлении управляющей среды. Согласно ГОСТу пружины по первой группе точности имеют на контролируемые силы допускаемые отклонения ± 5%, что вызывает значительный разброс по крутящему моменту от изделия к изделию. Указанные обстоятельства вызывают необходимость регулирования величины предварительного сжатия пружины обратного хода для обеспечения заданных величин (параметров) минимального крутящего момента и скорости срабатывания привода при заданном давлении управляющей среды. Усилие со стороны пружины 6 на поршень 10 не должно быть больше или меньше определенной величины, поскольку это в первом случае уменьшает скорость срабатывания привода в прямом направлении (под действием управляющей среды), и во втором случае (если усилие от пружины меньше нормы) скорость срабатывания тоже может оказаться недостаточной в обратном направлении. Изменение величины предварительного сжатия пружины позволяет регулировать скорость срабатывания привода.

Регулировка предварительного сжатия пружины 6 осуществляется поочередным вращением шпильки 11 и гайки 13. После этого гайку 13 затягивают до упора поршня 10 в буртик 12 и контрят при помощи шайбы 14. Диапазон регулировки ограничивается длинной канавки 16, в которой расположен стопорный элемент 15.

В сравнении с прототипом в разработанной конструкции привода не используется кронштейн и ось для установки поршневого цилиндра. Размеры рычагов кривошипно-шатунного механизма сопоставимы по величине, что уменьшает габаритные размеры и металлоемкость привода. А также отсутствуют соединения с повышенным износом, приводящим к образованию люфтов, такие как ось для закрепления цилиндра, паз в большом рычаге, в котором перемещается ось малого рычага, и гибкие элементы для подвода управляющей среды, что повышает надежность работы привода. Кроме того, расширяются функциональные возможности за счет обеспечения регулировки величины крутящего момента и скорости срабатывания привода.

Данная конструкция привода прошла испытания на ОАО "Спецпромарматура" В. Новгород. Испытания подтвердили работоспособность заявленной конструкции привода, надежность его работы и удобство проведения регулировок крутящего момента и скорости срабатывания, что достигается изменением величины предварительного сжатия пружины обратного хода, а не за счет изменения давления управляющей среды.

Таким образом, разработанная конструкция привода позволяет осуществить поворот выходного вала на определенный регулируемый угол при сохранении других параметров привода неизменными, что расширяет область применения и дает дополнительные преимущества при эксплуатации, а за счет упрощения конструкции повышает надежность работы привода.

Формула изобретения

1. Поворотный кривошипный привод, содержащий выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, и пружину обратного хода, отличающийся тем, что ось выполнена совместно с направляющими, с возможностью поперечного перемещения относительно выходного конца штока, имеющего отверстие, в котором расположен резьбовой элемент с возможностью регулировки положения выходного вала при взаимодействии с резьбовым отверстием направляющих оси.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что поршень установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него за счет резьбовой шпильки, которая устанавливается в отверстии поршня и буртиком взаимодействует с поршнем, а резьбовой частью взаимодействует с резьбовым отверстием в торце штока, а на другом конце шпильки выполнены лыски под ключ и установлена гайка с возможностью регулирования предварительного сжатия пружины обратного хода, при этом поверхность поршня, сопрягающаяся с поверхностью штока, имеет отверстие, в котором установлен стопорный элемент, взаимодействующий с канавкой, выполненной на штоке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4