Устройство для перемещения затвора клапана

Настоящее изобретение относится к приводам. Устройство (10) для преобразования прямолинейного движения первого механического элемента во вращательное движение второго механического элемента содержит штифт (1), позволяющий установить соединение между двумя механическими элементами. Направляющий блок (3), вмещающий штифт (1) и имеющий наклонные наружные боковые поверхности (3'), имеет две направляющие накладки (5), содержащие соответствующие наклонные внутренние боковые поверхности (5'), соединенные с наклонными наружными боковыми поверхностями (3') направляющего блока (3). Также блок (3) имеет наружные боковые поверхности (5''), выполненные с возможностью соединения с соответствующими лопатками (9). Пружинный элемент (6) выполнен с возможностью приложения упругой силы (Fe) к направляющим накладкам (5) таким образом, чтобы направляющие накладки (5) скользили по направляющему блоку (3). Наклонные наружные боковые поверхности (3') направляющего блока (3) и наклонные внутренние боковые поверхности (5') направляющих накладок (5) имеют одинаковый угол наклона. Наружные боковые поверхности (5'') направляющих накладок (5) параллельны друг другу. Достигается уменьшение износа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству, преобразующему прямолинейное движение во вращательное. В частности, это устройство может предпочтительно использоваться для приводов с рычажным шотландским механизмом (англ. «Scotch yoke»).

Уровень техники

Как известно, в приводах для четвертьоборотных гидравлических или пневматических клапанов обычно применяется рычажный шотландский механизм для преобразования прямолинейного движения во вращательное на четверть оборота. Таким образом, привод с рычажным шотландским механизмом обеспечивает поворот клапана приблизительно на 90° при максимальном значении крутящего момента на концах траектории и самых низких его значениях в середине. Это свойство играет положительную роль для клапанов, которым при закрытом положении требуется высокий крутящий момент. Кроме того, приводы с шотландским механизмом обычно дешевы производстве по сравнению с другими приводами, особенно, когда они требуются для работы с высокими выходными крутящими моментами. Иными словами, можно сказать, что рычажный шотландский механизм весьма конкурентоспособен для больших клапанов.

На фиг. 1 представлена типичная конструкция кинематического шотландского механизма, причем рычажный шотландский механизм в соответствии с известным уровнем техники содержит шток 13, совершающий возвратно-поступательное прямолинейное движение, и кулису 11, вращающуюся вокруг собственной оси. Шток приводит кулису в движение с помощью устройства, направляющего блока 14, который преобразует прямолинейное движение штока 13 во вращательное движение кулисы 11 с максимальным углом поворота приблизительно 90°. Направляющий блок передает движение штока на кулису с помощью штифта, проходящего через его корпус, на котором установлены скользящие накладки 12, которые скользят в прорези кулисы.

Недостаток такой конструкции приводов с рычажным шотландским механизмом связан с тем, что на значительной части поворота на 90° сила, прикладываемая штоком, не перпендикулярна плечу кулисы (плечо кулисы совпадает с воображаемой линией, соединяющей ось вращения кулисы со штифтом блока, соединяющую шток с блоком). Это создает напряжение от поперечной нагрузки, создаваемой силами противодействия, приложенными под прямым углом к нажимному рычагу и торсионному валу. Эти боковые напряжения должны компенсироваться таким образом, чтобы предотвратить смещение штока и/или штифта блока.

В случае значительных боковых сил в сочетании с непрерывным скольжением штока во втулках происходит чрезмерный износ втулок, вплоть до разрушения этого элемента. Кроме того, боковые силы могут передаваться через втулки на другие элементы приводной группы, направляющие шток. Наконец, трение между втулками и штоком приводит к их нестабильным или неровным запускам и работе, таким образом делая использование привода с рычажным шотландским механизмом малопригодным для таких применений, как, например, регулирующие клапаны, которые требуют точных и строго контролируемых движений. Способом решения этой проблемы является использование дополняющего шток направляющего стержня 15, предотвращающего отклонение штока за счет несения поперечных нагрузок.

В приводах с рычажным шотландским механизмом штифт направляющего блока должен быть всегда абсолютно параллелен оси вращения кулисы.

Шотландский механизм традиционной конструкции состоит из центрального штифта, на котором закреплены две лопатки, в прорезях которых накладки направляющего блока соединяются с кареткой штока. В этой конструкции сквозное отверстие в направляющем блоке совместно с прорезями кулисы обеспечивает сохранение точного выравнивания штифта с осью вращения кулисы. Таким образом, очень важно, чтобы в соединении направляющих накладок блока и прорезей кулисы практически отсутствовали зазоры, которые могли бы вызвать нестабильное движение при вращении кулисы или реверсирование вращения. С другой стороны, невозможно получить элементы с нулевыми зазорами в соединении, поскольку любая механическая обработка содержит производственные допуски. Кроме того, на этапе сборки требуется зазор, хотя бы минимальный, между направляющими накладками блока и прорезями в кулисе. Но даже в том случае, если бы, гипотетически, было возможно получить безупречное соединение с нулевым зазором между прорезями и направляющими накладками блока, силы, образующиеся при передаче движения, создавали бы трение между механическими частями при движении, что могло бы привести к износу между направляющими накладками блока и седлами кулисы с прорезью.

Следовательно, существует потребность в устройстве, позволяющем устранить перечисленные недостатки и в частности независящем от зазоров в соединениях, имеющихся в новом устройстве, а также образовавшимся при эксплуатации в результате износа.

Раскрытие сущности изобретения

Таким образом, в соответствии с нестоящим изобретением, предложено устройство, преобразующее прямолинейное движение во вращательное, особенно подходящее для приводов с рычажным шотландским механизмом, причем это устройство содержит по меньшей мере одну направляющую накладку, выполненную таким образом, что зазоры могут быть скомпенсированы как в новом устройстве, так и образовавшиеся вследствие износа при эксплуатации привода.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложение устройства для преобразования прямолинейного движения во вращательное, как раскрыто в прилагаемой формуле изобретения. В зависимых пунктах прилагаемого изобретения раскрыты частные и наиболее предпочтительные аспекты изобретения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие преимущества настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 схематично представлен привод с шотландским механизмом в соответствии с известным уровнем техники.

На фиг. 2 представлен двумерный покомпонентный чертеж устройства в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

На фиг. 3 представлен трехмерный покомпонентный чертеж устройства в соответствии с этим вариантом осуществления.

На фиг. 4 представлен вид в аксонометрии сборки устройства по фиг. 1.

На фиг. 5 представлен фрагмент устройства по фиг. 1, демонстрирующий принцип работы этого устройства.

На фиг. 6 представлен другой фрагмент устройства по фиг. 1, демонстрирующий передачу движения от лопаток шотландского механизма.

Осуществление изобретения

Как можно видеть на фиг. 2-6, в соответствии с настоящим изобретением представлено устройство 10, позволяющее исключить все возможные зазоры в элементах, преобразующих прямолинейное движение во вращательное, и в частности между направляющими и лопатками шотландского механизма. Кроме того, устройство в соответствии с изобретением позволяет компенсировать возможные зазоры, образовавшиеся в результате износа при эксплуатации привода. Устранение зазоров обеспечивает высокую точность позиционирования и, следовательно, повышение его точности и повторяемости. Кроме того, устройство в соответствии с изобретением позволяет предотвратить случайные движения соединенного с приводом клапана, исключая изменения в положении клапана с последующим изменением характеристик главного потока через клапан, расхода и нагрузочных потерь.

На фиг. 2 и 3 представлен покомпонентный чертеж устройства 10, а на фиг. 4 представлено устройство после монтажа. Устройство 10 содержит штифт 1, который может поворачиваться в отверстии корпуса 2, выполненного в блоке 20 как одно целое со штоком двигателя известного типа, а потому не представленного на чертеже, или как одно целое с элементом, осуществляющим прямолинейное движение. На штифте шотландского механизма, на обоих его концах, как показано на фиг. 4, в той области, где штифт шотландского механизма соединяется с лопатками открытой кулисы, установлены дополнительные элементы, позволяющие, как это будет объяснено ниже, компенсировать возможные зазоры в соединении между штифтом и лопатками шотландского механизма, как имеющиеся в новом механизме, т.е. из-за погрешностей обработки детали, так и образовавшиеся в процессе эксплуатации привода, вследствие износа различных элементов. В частности, непосредственно на штифте установлен направляющий блок 3, содержащий внутреннее отверстие для корпуса этого штифта. Направляющий блок 3 отличается тем, что содержит наклонные боковые поверхности 3', которые соединяются с такими же наклонными поверхностями 5' двух направляющих накладок 5. Наружные боковые поверхности 3' направляющего блока 3 и внутренние боковые поверхности 5' направляющих накладок 5 имеют одинаковый наклон.

Предпочтительно, на направляющих накладках предусмотрены два металлических листа 4, покрытых самосмазывающимся материалом для снижения и уменьшения износа элементов.

Упругое средство 6, предпочтительно тарельчатая пружина, прикладывает силу к направляющим накладкам 5 таким образом, чтобы скомпенсировать возможные зазоры между устройством 10 и лопатками 9 шотландского механизма, образующими поверхность опоры устройства, как можно видеть на фиг. 6. Упругое средство 6 прикладывает силу к направляющим накладкам 5, поскольку оно заблокировано относительно штифта 1 шотландского механизма с помощью винта 8 с подходящей шайбой 7.

В процессе эксплуатации привода возможные зазоры из-за износа также компенсируются устройством благодари перемещению направляющих накладок 5, т.е. скольжению наклонных поверхностей 5' направляющих накладок по соответствующим наклонным поверхностям 3' направляющего блока 3. Т.е., вследствие этого, компенсация зазоров в соединении приводит к увеличению расстояния А между наружными боковыми поверхностями 5'' направляющих накладок 5, которые всегда остаются параллельными друг другу, сохраняя беззазорное соединение с лопатками шотландского механизма.

Как можно видеть на фиг. 5, необратимое движение между наклонными поверхностями 5' направляющих накладок 5 и соответствующими наклонными поверхностями направляющего блока 3 под действием силы Fe, приложенной упругим средством 6, обеспечивает как вертикальное t, так и горизонтальное s перемещение листов 4, устраняющее все зазоры между частями с механической передачей.

Этот вариант осуществления раскрыт в виде примера, и ясно, что можно устранить зазоры в соединении между направляющими накладками штифта шотландского механизма и лопатками шотландского механизма также и противоположным способом, т.е. путем уменьшения расстояния между поверхностями лопаток шотландского механизма.

Помимо раскрытых выше вариантов осуществления может существовать множество других вариантов. Кроме того, эти варианты осуществления приведены только в качестве примера и никоим образом не ограничивают сущности изобретения, области его применения и конфигурации. Напротив, даже если приведенное выше описание позволяет специалисту в данной области осуществить настоящее изобретение по меньшей мере в соответствии с одним из вариантов осуществления, ясно, что множество вариантов раскрытых элементов могут быть получены без отклонения от сущности изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения и/или ее технико-юридическими эквивалентами.

1. Устройство (10) для шотландского механизма для преобразования прямолинейного движения первого механического элемента во вращательное движение второго механического элемента, содержащее:

- штифт (1), выполненный с возможностью осуществления соединения между указанным первым механическим элементом и указанным вторым механическим элементом;

- направляющий блок (3), содержащий внутреннее отверстие, выполненное с возможностью вмещения штифта (1), и наклонные наружные боковые поверхности (3');

- две направляющие накладки (5), содержащие соответствующие наклонные внутренние боковые поверхности (5'), соединенные с наклонными наружными боковыми поверхностями (3') направляющего блока (3), и наружные боковые поверхности (5''), выполненные с возможностью соединения с соответствующими лопатками (9) шотландского механизма, и

- упругое средство (6), выполненное с возможностью приложения упругой силы (Fe) к направляющим накладкам (5) таким образом, чтобы наклонные внутренние боковые поверхности (5'') направляющих накладок (5) скользили по соответствующим наклонным наружным боковым поверхностям (3') направляющего блока (3),

причем устройство отличается тем, что

- наклонные наружные боковые поверхности (3') направляющего блока (3) и наклонные внутренние боковые поверхности (5') направляющих накладок (5) имеют одинаковый угол наклона;

- расстояние (А) между наружными боковыми поверхностями (5'') направляющих накладок (5) зависит от взаимного положения наклонных внутренних боковых поверхностей (5') направляющих накладок (5) и соответствующих наклонных наружных боковых поверхностей (3') направляющего блока (3), и

- наружные боковые поверхности (5'') направляющих накладок (5) параллельны друг другу.

2. Устройство (10) по п. 1, отличающееся тем, что на направляющих накладках (5) предусмотрены два металлических листа (4), покрытых самосмазывающимся материалом.

3. Устройство (10) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанные металлические листы выполнены с возможностью осуществления как вертикального (t), так и горизонтального (s) перемещения, которые зависят от взаимного положения наклонных внутренних боковых поверхностей (5') направляющих накладок (5) и соответствующих наклонных наружных боковых поверхностей (3') направляющего блока (3).

4. Устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что указанные наклонные внутренние боковые поверхности (5') направляющих накладок (5) и указанные соответствующие наклонные наружные боковые поверхности (3') направляющего блока (3) являются коническими поверхностями.

5. Устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что указанное упругое средство (6) является тарельчатой пружиной.

6. Устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что упругое средство (6) постоянно соединено со штифтом (1) шотландского механизма с помощью съемного соединительного средства.

7. Привод с рычажным шотландским механизмом, содержащий нажимной стержень, выполненный с возможностью осуществления возвратно-поступательного прямолинейного движения, и торсионный вал и отличающийся тем, что содержит устройство (10) для преобразования прямолинейного движения первого механического элемента во вращательное движение второго механического элемента в соответствии с любым из предшествующих пунктов.