привод поворота

Формула изобретения

1. Привод поворота, содержащий смонтированные на опорной и поворотной частях объекта двигатель с тормозным устройством, редуктор и зубчатое звено, причем двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым звеном, отличающийся тем, что он дополнительно содержит идентичную коренную шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым звеном, при этом редуктор включает фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу редуктора, самотормозящуюся червячную передачу и первый и второй дифференциальные механизмы, каждый из которых выполнен в виде планетарной передачи, имеющей эпициклическую шестерню, солнечную шестерню, водило и сателлиты, причем одна из коренных шестерен закреплена на выполненном за одно целое с водилом первой планетарной передачи валу, ось которого геометрически совмещена с центральной осью последней, а другая коренная шестерня закреплена на установленном в корпусе редуктора валу, на котором закреплена шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, выполненной за одно целое с эпициклической шестерней первой планетарной передачи, при этом солнечная шестерня второй планетарной передачи соединена с валом двигателя, эпициклическая шестерня последней с помощью зубчатого зацепления кинематически связана с упомянутым фрикционным механизмом, причем солнечная шестерня первой планетарной передачи закреплена на валу, который кинематически связан с водилом второй планетарной передачи через упомянутую самотормозящуюся червячную передачу.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что двигатель с тормозным устройством и редуктор смонтированы на опорной части объекта, а зубчатое звено смонтировано на поворотной части объекта.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что двигатель с тормозным устройством и редуктор смонтированы на поворотной части объекта, а зубчатое звено - на опорной части объекта.

4. Привод по п.1, отличающийся тем, что в качестве зубчатого звена он содержит зубчатый обод.

5. Привод поворота по п.1, отличающийся тем, что в качестве зубчатого звена он содержит зубчатый сектор.

6. Привод по п.1, отличающийся тем, что в качестве фрикционного механизма он содержит фрикционную муфту, включающую фрикционные элементы, одни из которых закреплены неподвижно относительно корпуса редуктора, а другие установлены на валу, который кинематически связан с помощью упомянутого зубчатого зацепления с эпициклической шестерней второй планетарной передачи, при этом фрикционная муфта выполнена с возможностью размыкания ее фрикционных элементов при работе в режиме ручного привода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах, предназначенных для осуществления поворотного движения в горизонтальной или вертикальной плоскости, в частности, в устройствах для поворота поворотных платформ стреловых кранов, приводах поворота пусковых установок для оружия типа торпеды.

Известно множество приводов (механизмом подъема), содержащих двигатель с редуктором и предохранительное устройство, установленное непосредственно на входном, высокооборотном валу редуктора (см., например, Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. Изд. 4-е. Учебник для вузов. М.: «Высшая школа», 1972, с.199-214, рис.128 на с.213). В качестве предохранительного устройства известные привода содержат дисковую фрикционную муфту.

Однако большой момент инерции предохранительного устройства, устанавливаемого непосредственно на входном, высокооборотном валу редуктора, приводит к существенному увеличению момента инерции, приведенного к валу двигателя, что ухудшает динамические характеристики привода.

Известен привод поворота дизель-электрического крана КДЭ-161, содержащий смонтированные на опорной и поворотной (подвижной) частях объекта двигатель с тормозным устройством, редуктор, фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу редуктора и зубчатое звено, при этом двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым звеном (Мужичков В.И., Редников В.А. Грузоподъемные краны на железнодорожном ходу: Учебник для техн. школ ж.-д. транспорта. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1978, с.284, рис.130).

Однако известный привод поворота имеет относительно невысокие динамические характеристики.

Также известен привод поворота пусковой установки для оружия типа торпеды (Описание трехтрубного торпедного аппарата ТТА-53-57бис. - М.: Воениздат, 1964). Пусковая установка содержит основание (опорную часть), выполненное с возможностью закрепления на фундаменте корабля, поворотную часть, установленную на упомянутом основании с возможностью поворота и фиксации в заданных положениях относительно вертикальной оси, и привод поворота поворотной части. Привод поворота содержит самотормозящуюся червячную передачу, фиксирующую поворотную часть в положениях «по-походному», «загрузки» и «боевом», и электрический контакт цепи управления пусковой установкой, установленный на поворотной части, позволяющий производить выстрел только при угле стрельбы.

Однако известный привод поворота имеет невысокую нагрузочную способность.

Наиболее близким по технической сущности с заявляемым изобретением является привод поворота башенного крана по патенту RU 2232127 С1, В66С 23/84, 2004 г. Известный привод поворота содержит смонтированные на кронштейне, установленном на поворотной платформе крана, двигатель с тормозным устройством и редуктор. При этом двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым ободом, смонтированным на опорно-поворотном устройстве. Тормозное устройство выполнено с возможностью установки на нем рукоятки для разворота поворотной платформы вручную при транспортировке, эксплуатации и демонтаже.

Однако известный привод поворота не предполагает наличия предохранительного устройства для ограничения передаваемого момента и предохранения деталей от поломок при возможных перегрузках, превышающих допустимые по условиям прочности.

Задачей, решаемой изобретением, является создание привода поворота, обеспечивающего повышение нагрузочной способности, возможность снижения массогабаритных показателей и, вместе с тем, обеспечивающего улучшение динамических характеристик привода поворота.

Указанная задача решается благодаря тому, что привод поворота, содержащий смонтированные на опорной и поворотной частях объекта двигатель с тормозным устройством, редуктор и зубчатое звено, причем двигатель соединен с входным валом редуктора, на выходном валу которого закреплена коренная шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым звеном, согласно изобретению дополнительно содержит идентичную коренную шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым звеном. При этом редуктор включает фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу редуктора, самотормозящуюся червячную передачу и первый и второй дифференциальные механизмы. Каждый из дифференциальных механизмов выполнен в виде планетарной передачи, имеющей эпициклическую шестерню, водило и сателлиты. Одна из коренных шестерен закреплена на выполненном за одно целое с водилом первой планетарной передачи валу, ось которого геометрически совмещена с центральной осью последней. Другая коренная шестерня закреплена на установленном в корпусе редуктора валу, на котором закреплена шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, выполненной за одно целое с эпициклической шестерней первой планетарной передачи. Солнечная шестерня второй планетарной передачи соединена с валом двигателя. Эпициклическая шестерня второй планетарной передачи с помощью зубчатого зацепления кинематически связана с упомянутым фрикционным механизмом. Солнечная шестерня первой планетарной передачи закреплена на валу, который кинематически связан с водилом второй планетарной передачи через упомянутую самотормозящуюся червячную передачу.

Вместе с этим двигатель с тормозным устройством и редуктор смонтированы на опорной части объекта, а зубчатое звено смонтировано на поворотной части объекта.

Кроме того, двигатель с тормозным устройством и редуктор могут быть смонтированы на поворотной части объекта, а зубчатое звено может быть смонтировано на опорной части объекта.

В варианте выполнения привод поворота в качестве зубчатого звена содержит зубчатый обод.

В другом варианте привод поворота в качестве зубчатого звена содержит зубчатый сектор.

Вместе с этим привод поворота в качестве фрикционного механизма содержит фрикционную муфту, включающую фрикционные элементы, одни из которых закреплены неподвижно относительно корпуса редуктора, а другие - установлены на валу, который кинематически связан с помощью упомянутого зубчатого зацепления с эпициклической шестерней второй планетарной передачи. При этом фрикционная муфта выполнена с возможностью размыкания ее фрикционных элементов при работе в режиме ручного привода.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает повышение надежности эксплуатации. Это достигается благодаря тому, что заявленное изобретение при минимизации массогабаритных показателей элементов привода поворота позволяет обеспечить передачу повышенного момента вращения поворотной части. Вместе с этим изобретение обеспечивает улучшение динамических и эксплуатационных характеристик привода поворота.

На фиг.1 показана кинематическая схема привода поворота; на фиг.2 - устройство дифференциального механизма редуктора привода поворота, установленного со стороны входного вала редуктора, продольный разрез; на фиг.3 - устройство дифференциального механизма и самотормозящейся червячной передачи редуктора привода поворота, продольный разрез; на фиг.4 - устройство фрикционного механизма привода поворота, продольный разрез; на фиг.5 - расположение выступа (шипа) поводка, служащего для работы в режиме ручного привода, относительно ведущего диска в рабочем состоянии фрикционного механизма, разрез по А-А на фиг.4; на фиг.6 показана пусковая установка для оружия типа торпеды, положение «по-походному», общий вид; на фиг.7 - то же, вид в плане (ТПК условно не показаны).

В варианте осуществления изобретения привод поворота содержит зубчатый обод (зубчатое звено) 1, находящийся в зацеплении с двумя идентичными коренными шестернями 2 и 3. Зубчатый обод смонтирован на поворотной (подвижной) части 4, установленной через опорное устройство 5, выполненное, например, в виде роликового упорно-радиального подшипника с перекрещивающимися осями цилиндрических роликов, на опорной части 6. На последней также смонтированы двигатель (например, электродвигатель) 7 с тормозным устройством 8 и редуктор 9. Электродвигатель 7 через муфту 10 соединен с входным валом 11 редуктора. Редуктор 9 включает фрикционный механизм 12 для ограничения максимального крутящего момента на входном валу 11 редуктора, самотормозящуюся червячную передачу, содержащую червячное колесо 13 с червяком 14, и два дифференциальных механизма. Последние выполнены в виде планетарных передач соответственно 15 и 16. Планетарная передача 15 содержит эпициклическую шестерню (иными словами - внешнее зубчатое колесо планетарной передачи) 17, солнечную шестерню 18, водило 19 и сателлиты 20. Планетарная передача (т.е. дифференциальный механизм) 15 осуществляет распределение усилий (моментов вращения) между коренными шестернями 2 и 3. Внешние нагрузки воспринимаются соединенным с водилом 19 планетарной передачи 15 червяком 14 самотормозящейся червячной передачи и далее не передаются. Планетарная передача 16 содержит эпициклическую шестерню 21, солнечную шестерню 22, водило 23 и сателлиты 24. Коренная шестерня 2 закреплена на выполненном за одно целое с водилом 19 планетарной передачи 15 валу 25, ось 26 которого геометрически совмещена с центральной осью планетарной передачи 15. Коренная шестерня 3 закреплена на установленном в корпусе 27 редуктора 9 валу 28, на котором закреплена шестерня 29, находящаяся в зацеплении с шестерней 30, выполненной за одно целое с эпициклической шестерней 17 (т.е. выполненной за одно целое с находящимся в зацеплении с сателлитами внешним зубчатым колесом планетарной передачи) планетарной передачи 15. Солнечная шестерня 22 планетарной передачи 16 через вал 11 и муфту 10 соединена с валом 31 электродвигателя 7. Фрикционный механизм 12 установлен на валу 32, на котором закреплена шестерня 33, находящаяся в зацеплении с шестерней 34, выполненной, например, за одно целое с эпициклической шестерней 21. Таким образом, эпициклическая шестерня 21 планетарной передачи 16 кинематически связана с фрикционным механизмом 12. По существу эпициклическая шестерня 21 планетарной передачи 16 удерживается тормозом (фрикционным механизмом), ограничивающим максимальный момент на входном валу 11 редуктора 9 и тем самым выполняющим функцию предохранительного устройства. Солнечная шестерня 18 планетарной передачи 15 через вал 35, червячное колесо 13, червяк 14 и вал 36 кинематически связана с водилом 23 планетарной передачи 16. В варианте осуществления изобретения привод поворота обеспечивает поворотное движение в горизонтальной плоскости.

В других вариантах выполнения (не показано) в качестве зубчатого звена 1 привод поворота может содержать зубчатый сектор, например, когда не требуется обеспечение полного поворота (т.е. вращения) поворотной части относительно вертикальной оси или в варианте, когда привод обеспечивает поворотное движение (по существу , качание) в вертикальной плоскости и зубчатое звено располагается в вертикальной плоскости.

Возможен вариант выполнения, когда двигатель 7 с тормозным устройством 8 и редуктор 9 смонтированы на опорной (неподвижной) части объекта, а зубчатый обод (зубчатое звено) 1 - на поворотной (подвижной) части объекта (не показано).

В варианте выполнения в качестве фрикционного механизма 12 привод поворота содержит фрикционную муфту, включающую фрикционные элементы (диски) 37 и 38. Фрикционные элементы 37 закреплены в обойме 39, установленной неподвижно относительно корпуса 27 редуктора 9. Фрикционные элементы 38 закреплены на втулке 40, установленной с помощью шлицевого соединения с возможностью продольного перемещения на валу 32. Вал 32 одним концом связан с поводком 41, снабженным элементом 42 зацепления, выполненным с возможностью взаимодействия с соответствующим (ответным) элементом 43 зацепления съемной рукоятки 44, служащей для работы в режиме ручного привода.

Фрикционная муфта 12 выполнена с возможностью размыкания фрикционных элементов 37 и 38 при работе в режиме ручного привода. Для этого в варианте осуществления изобретения вал 32 снабжен упором 45, взаимодействующим с тарельчатой опорой 46 и установленным с помощью шлицевого соединения на концевом участке вала 32, ведущим диском 47, имеющим конические гнезда (лунки) «а» для промежуточных шариков 48, и опорным диском 49 со стаканом 50 и цилиндрической пружиной 51, установленной внутри стакана 50 между корпусом последнего и тарельчатой опорой 46. Усилие поджатая пружины 51 регулируется гайкой 52. В варианте осуществления изобретения упор 45 выполнен, например, в виде разрезного кольца. Поводок 41 одновременно служит опорой вала 32 и имеет фланец «b», выполненный с расположенными равномерно по окружности, например, тремя цилиндрическими отверстиями под промежуточные шарики 48, и выступ (шип) «с», входящий в выемку «d», выполненную на ведущем диске 49. При отсутствии внешнего воздействия на поводок 41 промежуточные шарики 48, установленные в отверстиях фланца «b» поводка, находятся в соответствующих конусных отверстиях (лунках) «а», выполненных на ведущем диске 47, и имеют некоторую свободу перемещения (вдоль продольной оси соответствующих отверстий).

В варианте осуществления изобретения привод поворота служит в качестве привода поворота пусковой установки (ПУ) для оружия типа торпеды. Поворотная часть 4 ПУ выполнена с возможностью установки на ней объединенных в блок (иными словами, пакет или модуль) транспортно-пусковых контейнеров (ТПК) с торпедами (антиторпедами). На опорной части 6 внутри корпуса последней установлен электрический контакт (по существу, путевой выключатель) 53 цепи управления пусковой установки с возможностью взаимодействия в крайних угловых положениях поворотной части 4 с переустанавливаемыми упорами 54, установленными на поворотной части 4. В варианте выполнения переустанавливаемые упоры выполнены в виде пальцев, а поворотная часть 4 выполнена с расположенными по длине окружности (т.е. на различных углах) отверстиями (гнездами) с возможностью установки в них переустанавливаемых упоров (пальцев) 54. В варианте осуществления изобретения гнезда выполнены на подвижном кольце подшипника 5. Благодаря такому исполнению путем простой переустановки пальцев 54 обеспечивается приспособляемость ПУ для правового и левого бортов надводного корабля и задается угол поворота поворотной опоры, соответствующий «боевому» положению ПУ (т.е. углу пуска торпед). При этом единый путевой выключатель 53 обеспечивает выдачу сигнала на остановку привода поворота как в положении ПУ «по-походному», так и на любых заданных углах пуска.

Привод поворота работает следующим образом.

При включении электродвигателя 7 привода поворота ПУ момент вращения передается от электродвигателя через планетарную передачу 16 и самотормозящуюся червячную передачу на солнечную шестерню 18 планетарной передачи 15, находящуюся в зацеплении с сателлитами 20. Окружное усилие, прикладываемое к сателлитам 20, уравновешивается реакцией окружных усилий на водиле 19 и эпициклической шестерне 17, которые образуют на них моменты вращения, направленные в разные стороны. Момент вращения эпициклической шестерни 17 через шестерни 30 и 29 передается на коренную шестерню 3, а момент вращения водила 19 передается непосредственно на коренную шестерню 2. Коренные шестерни 2 и 3 вращаются в одном направлении с равной скоростью, т.к. входят в зацепление с одним зубчатым ободом 1. Передаточное отношение зубчатой пары, включающей шестерни 29 и 30, подбирается с учетом силового передаточного отношения привода поворота в зависимости от направления (прямое - со стороны электродвигателя и обратное - со стороны зубчатого обода) максимальной нагрузки с целью обеспечения одинаковой нагрузки на обе коренные шестерни 2 и 3, чем достигаются минимальные габариты привода поворота при увеличенных нагрузках от размещаемого на пусковой установке блока (пакета) ТПК.

При подходе поворотной части 4 ПУ к «боевому» положению электрический контакт (путевой выключатель) 53 взаимодействует с переустанавливаемым упором 54, установленным в положение, соответствующее заданному для данного надводного корабля «боевому» положению ПУ (т.е. заданному углу пуска), и выдает сигнал на остановку привода поворота. Пусковая установка готова для производства пуска торпеды (антиторпеды).

При возврате ПУ в положение «по-походному» после включения электродвигателя 7 привода поворота переустанавливаемый упор 54 отходит от электрического контакта (путевого выключателя) 53 цепи управления ПУ и под действием пружинного нуль-установителя (не показано) происходит возврат (установка) электрического контакта (путевого выключателя) 53 в исходное положение.

При подходе поворотной части 4 пусковой установки к положению «по-походному» другой перестанавливаемый упор 54 воздействует на электрический контакт (путевой выключатель) 53, который выдает сигнал на остановку электродвигателя 7 привода поворота. При срабатывании электрического контакта (путевого выключателя) 53 отключается электродвигатель 7 и вступает в работу его тормозное устройство 8. Дальнейший поворот ограничен жестким упором соответствующего переустанавливаемого упора (пальца) 54 в ответный элемент на поворотной части (не показано). При срабатывании путевого выключателя информация о положении поворотной части ПУ поступает в систему управления.

Фрикционный механизм для ограничения максимального крутящего момента на входном валу 11 редуктора 9 работает следующим образом.

В рабочем состоянии фрикционного механизма (предохранительного устройства) 12 цилиндрическая пружина 51, опираясь через тарельчатую опору 46 и разрезное кольцо (упор) 45 на вал 32, через корпус стакана 50 сжимает фрикционные элементы (диски) 37, 38, установленные соответственно на неподвижной обойме 39 и втулке 40, перемещаемой по шлицам вала 32. Усилие поджатия цилиндрической пружины 51 регулируется гайкой 52. Момент вращения, передаваемый от солнечной шестерни 22 на водило 23, вызывает соответствующий момент на эпициклической шестерне 21, который через шестерни 34 и 33 передается на вал 32 и удерживается фрикционным механизмом, наружные фрикционные элементы (диски) 37 которого имеют шлицевое соединение с обоймой 39, а внутренние фрикционные элементы (диски) 38 через втулку 40 - с валом 32. При достижении максимально допустимого момента (момента трения фрикционной муфты) вал 32 начинает проворачиваться, ограничивая тем самым момент вращения входного вала 11 редуктора 9.

При нормальных условиях эксплуатации, т.е. при определенных проектом обычных (безаварийных) условиях эксплуатации, момент сопротивления вращению поворотной части 4 с зубчатого обода 1 передается на коренные шестерни 2 и 3, закрепленные соответственно на выходном валах 25 и 28 редуктора 9. На входном валу 11 редуктора 9 возникает момент, который через планетарную передачу 16, включающую водило 23, сателлиты 24, эпициклическую шестерню 21, и солнечную шестерню 22, и далее через вал 11 и муфту 10, передается на вал 31 электродвигателя 7. При этом эпициклическая шестерня 21 остается неподвижной, т.к. при нормальной работе привода момент удержания эпициклической шестерни 21 фрикционной муфтой (фрикционным механизмом) 12 с учетом зубчатой пары, включающей шестерни 33 и 34, больше момента срабатывания фрикционной муфты, приведенного к эпициклической шестерне. Таким образом, при нормальной работе привода поворота элементы фрикционной муфты 12 «выведены» из цепи привода и их моменты инерции не влияют на нормальную работу последнего.

При увеличении момента на валу 31 электродвигателя 7 (например, при избыточном для привода пусковом моменте) момент на эпициклической шестерне 21 оказывается больше момента затяжки фрикционной муфты 12 с учетом зубчатой пары, включающей шестерни 33 и 34. При этом происходит проворот вала 32 фрикционного механизма (фрикционной муфты) 12, таким образом, момент на входном валу 11 редуктора 9 не превышает допустимого значения.

Таким образом, благодаря уменьшению момента инерции, приведенного к валу электродвигателя, привод поворота обеспечивает повышение динамических характеристик.

При отключенном электропитании поворот поворотной части объекта может производиться в режиме ручного привода.

Для работы в режиме ручного привода на хвостовик поводка 41 устанавливают съемную рукоятку 44. При вращении съемной рукоятки 44, т.е. при приложении к поводку 41 момента вращения, поводок 41 «выкатывает» промежуточные шарики 48 из гнезд (лунок) «а» ведущего диска 47. Промежуточные шарики 48, взаимодействуя с опорными поверхностями ведущего диска 47 и опорного диска 49, отжимают подпружиненный стакан 50 от втулки 40. Размыкаются фрикционные элементы (диски) 37 и 38 фрикционной муфты. В результате размыкания фрикционных элементов вал 32 освобождается от фиксации относительно корпуса 27 редуктора. Таким образом, при работе в режиме ручного привода фрикционная муфта 12 автоматически отключается в начале вращения поводка 41 за счет сжатия пружины 51 стаканом 50, который перемещается телами вращения (промежуточными шариками) 48, «выкатываемыми» из лунок (гнезд) «а» ведущего диска 47. После вращение поводка 41 посредством выступа (шипа) «с», взаимодействующего со стенкой выемки «d», передается ведущему диску 47, установленному с помощью шлицевого соединения на концевом участке вала 32, а следовательно, и валу 32. Начинает вращаться шестерня 33, передавая движение через шестерню 34 на эпициклическую шестерню 21 планетарной передачи 16 и далее через сателлиты 24, водило 23, вал 36, червяк 14 и червячное колесо 13 на планетарную передачу 15 и далее на коренные шестерни 2 и 3. При этом вал 11, на котором закреплена солнечная шестерня 22, удерживается электродвигателем 7 или тормозным устройством 8. Ограничение момента вращения в режиме ручного привода осуществляется, например, шариковым сдающим устройством съемной рукоятки 44 (не показано). По окончании работы в режиме ручного привода стакан 50 и поводок 41 с помощью цилиндрической пружины 51 вновь занимают исходное положение, и элементы (диски) 37, 38 вступают во фрикционное взаимодействие. В результате этого вал 32 тормозится и тем самым удерживает эпициклическую шестерню 21 планетарной передачи 16 от вращения. Таким образом, благодаря конструктивному совмещению устройства ручного привода с устройством ограничения передаваемого момента привод поворота обеспечивает безопасность работы в режиме ручного привода, не требуя дополнительных устройств переключения и блокировок, что улучшает эксплуатационные характеристики.

Таким образом, благодаря особенности выполнения привода поворота заявляемое изобретение при минимизации массогабаритных показателей элементов привода поворота позволяет обеспечить передачу повышенного момента вращения поворотной части, что особенно важно для привода поворота пусковой установки с пакетом ТПК, которая находится под воздействием повышенных инерционных, весовых и опрокидывающих нагрузок. Вместе с этим изобретение позволяет создать привод поворота, обеспечивающий улучшение динамических характеристик. Кроме того, при обеспечении безопасности работы в режиме ручного привода изобретение не требует дополнительных устройств переключения и блокировок, что упрощает устройство привода поворота и улучшает эксплуатационные характеристики.