Гидростатическая муфта

 

Гидростатическая муфта относится к области машиностроения, в частности к устройствам для передачи вращения, и может быть использована в приводах тяжелонагруженного технологического оборудования. Гидростатическая муфта содержит ведущую и ведомую полумуфты, кинематически связанные посредством кулачкового механизма и основного гидроцилиндра. Основной гидроцилиндр гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, также обеспечивающей возвращение в исходное положение подвижного элемента гидрораспредилителя. Кулачок кулачкового механизма выполнен дисковым с внутренним профилем и жестко связан с ведомой полумуфтой. В муфту введен по крайней мере один дополнительный гидроцилиндр. Свободные концы штоков основного и дополнительного гидроцилиндров противоположно направлены и размещены в направляющих, а поршневые полости основного и дополнительного гидроцилиндров гидравлически связаны между собой. Техническим результатом является увеличение надежности и долговечности работы муфты. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным упругодемпфирующим муфтам для передачи вращения, и может быть использовано в приводах тяжелонагруженного оборудования.

Известна гидростатическая муфта (а.с. СССР, №994828, F 16 D 3/52, 1983 г.), содержащая две полумуфты с выступами на обращенных друг к другу поверхностях, соединенные посредством расположенных между ними двух групп гидроцилиндров с ползунами и демпферами, причем выступы полумуфт расположены концентрично, а полости гидроцилиндров соединены между собой через предохранительный клапан и через запорные вентили со сливом.

К основному недостатку этой муфты можно отнести сложность и трудоемкость ее восстановления после выключения (срабатывания).

За прототип выбрана гидростатическая муфта по российскому патенту (заявка №2000127761 от 04.11.2000 г., фиг.7), содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством кулачкового механизма и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель, с системой управления по моменту на муфте, причем кулачок выполнен дисковым с внутренним профилем.

Эта муфта обладает возможностью автоматического (или по команде оператора) восстановления после срабатывания и имеет более высокие эксплуатационные качества.

К недостаткам прототипа можно отнести высокие радиальные нагрузки между полумуфтами, так как используется один гидроцилиндр, и при резко изменяющемся моменте на ведомой полумуфте соответственно резко возрастет радиальная нагрузка в паре кулачок - толкатель (шток гидроцилиндра). Кроме того, при выходе штока гидроцилиндра из-за тангенциальной составляющей силы нормального давления в паре кулачок - шток гидроцилиндра существенно возрастает момент, изгибающий шток гидроцилиндра. В прототипе эти высокие нагрузки не имеют силового замыкания и будут восприниматься подшипниковыми узлами полумуфт и устройствами уплотнения поршня и штока гидроцилиндра, что снижает надежность и долговечность работы муфты.

Целью изобретения является увеличение надежности и долговечности работы муфты.

Указанная цель достигается тем, что в гидростатической муфте, содержащей две полумуфты, кинематически связанные посредством кулачкового механизма и гидроцилиндра, который гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем кулачок выполнен плоским дисковым с внутренним профилем, согласно изобретению введены дополнительные гидроцилиндры с противоположным направлением штоков и направляющие для свободных концов штоков гидроцилиндров, причем поршневые полости дополнительных гидроцилиндров гидравлически связаны с поршневой полостью основного гидроцилиндра.

Введение в муфту дополнительных гидроцилиндров с противоположным направлением штоков обеспечивает силовое замыкание между полумуфтами, что полностью исключит высокие радиальные нагрузки между полумуфтами. Кроме того, введение направляющих для свободных концов штоков гидроцилиндров обеспечивает силовое замыкание тангенциальной составляющей силы нормального давления в паре кулачок - шток гидроцилиндра на ведомую полумуфту и связанный с ней корпус гидроцилиндра.

Только введение дополнительных гидроцилиндров и направляющих для свободных концов штоков гидроцилиндров позволяет исключить недостаток прототипа, существенно снизить радиальные усилия между полумуфтами и в гидроцилиндре, что повысит надежность и долговечность работы муфты.

В простейшем случае дополнительный гидроцилиндр может быть один, и конструктивно расположение дополнительного гидроцилиндра относительно основного может быть различным.

Дополнительный гидроцилиндр может быть установлен параллельно основному гидроцилиндру в плоскости кулачка. При этом получается наиболее компактная конструкция муфты, но несколько возрастают усилия в кинематических парах свободный конец штока гидроцилиндра - направляющие.

Дополнительный гидроцилиндр может иметь общий корпус с основным гидроцилиндром. При этом конструкция муфты наиболее простая, но несколько возрастают радиальные размеры муфты.

Дополнительный гидроцилиндр может быть установлен параллельно основному гидроцилиндру по оси муфты и введен дополнительный кулачок, установленный параллельно основному, причем шток дополнительного гидроцилиндра кинематически связан с профилем дополнительного кулачка.

При этом конструкция муфты также простая, но появляется момент от пары сил нормального давления в кинематических парах кулачок - шток гидроцилиндра, который будет восприниматься подшипниковыми узлами полумуфт. При этом нагрузки на подшипниковые узлы существенно ниже, чем в прототипе, и полностью исключить их позволяют следующие два варианта конструкции с двумя и тремя дополнительными гидроцилиндрами.

В первом варианте можно ввести два дополнительных кулачка, расположенных по обе стороны от основного кулачка, а штоки двух дополнительных гидроцилиндров кинематически связаны с дополнительными кулачками. При этом целесообразно для более равномерного распределения усилий в системе площади поршней дополнительных гидроцилиндров принять в два раза меньше площади поршня основного гидроцилиндра.

Во втором варианте можно ввести три дополнительных кулачка, размещенных параллельно основному кулачку, и три дополнительных гидроцилиндра, штоки которых кинематически связаны с соответствующими кулачками, причем штоки внутренних и наружных гидроцилиндров направлены в противоположные стороны.

В двух последних вариантах полностью исключаются незамкнутые радиальные нагрузки, но несколько возрастают осевые размеры муфты.

Выбор числа дополнительных гидроцилиндров и их размещение относительно основного гидроцилиндра определяются налагаемыми ограничениями и условиями компоновки муфты в конкретном приводе технологического оборудования.

На фиг.1 схематично показана конструкция муфты с дополнительным гидроцилиндром, установленным параллельно основному гидроцилиндру в плоскости кулачка; на фиг.2 - разрез по А-А муфты на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б муфты на фиг.2; на фиг.4 - дополнительный гидроцилиндр имеет общий корпус с основным гидроцилиндром; на фиг.5 - муфта с дополнительным гидроцилиндром, установленным параллельно основному гидроцилиндру по оси муфты; на фиг.6 - муфта с двумя дополнительньми гидроцилиндрами; на фиг.7 - муфта с тремя дополнительными гидроцилиндрами; на фиг.8 - упрощенная схема гидросистемы муфты.

Гидростатическая муфта содержит ведущую 1 (фиг.1) и ведомую 2 полумуфты. С ведомой полумуфтой 2 жестко связан дисковый кулачок 3 с внутренним профилем, а в ведущей полумуфте 1 закреплены два гидроцилиндра 4 (основной и дополнительный) с противоположным направлением штоков 5. Через ролики 6 штоки 5 кинематически связаны с профилем кулачка 3 (штоки 5 выполняют роль толкателей кулачкового механизма). Оси 7 роликов 6 удлинены (фиг.2) и на их концах размещены по два ролика 8, которые входят в направляющие 9 (фиг.2, 3), которые выполнены в дисках 10, жестко связанных с ведущей полумуфтой 1. Поршневая полость гидроцилиндров 4 гидравлически связана попеременно с демпфером 11 (фиг.8) и гидроаккумулятором 12 через управляемый гидрораспределитель 13. Система управления по моменту на муфте 14 обеспечивает связь подвижного элемента гидрораспределителя 13, например, со штоком гидроцилиндра 4 и обеспечивает возвращение в исходное положение подвижного элемента гидрораспределителя 13 автоматически или по команде оператора.

Устройство работает следующим образом. В рабочем состоянии подвижный элемент гидрораспределителя 13 находится в положении, как показано на фиг.8, что обеспечивает гидравлическую связь поршневых полостей гидроцилиндров 4 с демпфером 11. При возрастании момента на муфте полумуфты 1 и 2 (фиг.1) относительно проворачиваются и кулачок 3 через ролики 6 воздействует на штоки основного и дополнительного гидроцилиндров 4. Давление в поршневых полостях гидроцилиндров повышается и часть рабочей жидкости перетекает в демпфер 11 до тех пор, пока не установится равновесное состояние. Таким образом осуществляется демпфирование неравномерных и пиковых нагрузок со стороны технологического оборудования на привод.

Если момент на муфте превышает допустимый, то система управления по моменту на муфте 14 обеспечивает вращение подвижного элемента гидрораспределителя 13 в крайнее положение. При этом демпфер 11 отсекается от гидросистемы и к ней подключается гидроаккумулятор 12, рабочее давление в котором в этот момент значительно ниже, чем в поршневых полостях гидроцилиндров 4. Остатки рабочей жидкости из гидроцилиндров 4 перетекают в гидроаккумулятор 12, поршни со штоками 5 гидроцилиндров 4 занимают крайне положение, ролики 6 выходят из контакта с кулачком 3, что обеспечивает размыкание полумуфт 1 и 2.

Автоматически или по команде оператора система управления 14 обеспечивает возвращение в исходное положение подвижного элемента гидрораспределителя 13. Демпфер 11 соединяется с поршневыми полостями гидроцилиндров 4, их штоки 5 занимают исходное положение и муфта приходит в исходное состояние, то есть самовосстанавливается.

Вариант гидростатической муфты на фиг.4 отличается от вышеописанного только тем, что дополнительный гидроцилиндр имеет общий корпус с основным гидроцилиндром. Устройство работает аналогично вышеописанному (на фиг.1-3).

Вариант гидростатической муфты на фиг.5 отличается от вышеописанного только тем, что дополнительный гидроцилиндр установлен параллельно основному гидроцилиндру по оси муфты и введен дополнительный кулачок 15, установленный параллельно основному кулачку 3, причем шток дополнительного гидроцилиндра кинематически связан с профилем дополнительного кулачка 15 и направляющими 9. Устройство работает аналогично вышеописанному на фиг.1-3.

Вариант гидростатической муфты на фиг.6 отличается от вышеописанного (на фиг.5) тем, что два дополнительных гидроцилиндра 16 и 17 установлены параллельно основному гидроцилиндру 4 по оси муфты и введены два дополнительных кулачка 15 и 18, установленные параллельно основному кулачку 3 в полумуфте 2, причем штоки дополнительных гидроцилиндров 16 и 17 кинематически связаны с профилями дополнительных кулачков 15 и 18 и направляющими 9. Для более равномерного распределения усилий в системе площади поршней дополнительных гидроцилиндров 16 и 17 целесообразно принять в два раза меньше площади поршня основного гидроцилиндра 4. Устройство работает аналогично вышеописанному на фиг.1-3.

Вариант гидростатической муфты на фиг.7 отличается от вышеописанного (на фиг.5) только тем, что три дополнительных гидроцилиндра 16, 17 и 19 установлены параллельно основному гидроцилиндру 4 по оси муфты и введены три дополнительных кулачка 15, 18 и 20, установленные параллельно основному кулачку 3, причем штоки дополнительных гидроцилиндров кинематически связаны с соответствующими профилями дополнительных кулачков и с направляющими 9. Штоки внутренних 4, 17 и наружных 16, 19 гидроцилиндров направлены в противоположные стороны. Устройство работает аналогично вышеописанному на фиг.1-3.

Формула изобретения

1. Гидростатическая муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, кинематически связанные посредством кулачкового механизма и основного гидроцилиндра, основной гидроцилиндр гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, также обеспечивающей возвращение в исходное положение подвижного элемента гидрораспредилителя, причем кулачок кулачкового механизма выполнен дисковым с внутренним профилем и жестко связан с ведомой полумуфтой, отличающаяся тем, что в муфту введен по крайней мере один дополнительный гидроцилиндр, свободные концы штоков основного и дополнительного гидроцилиндров противоположно направлены и размещены в направляющих, а поршневые полости основного и дополнительного гидроцилиндров гидравлически связаны между собой.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный гидроцилиндр один и он установлен параллельно основному гидроцилиндру в плоскости кулачка.

3. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный гидроцилиндр один и имеет общий корпус с основным гидроцилиндром.

4. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что введен дополнительный кулачок, установленный параллельно основному, а дополнительный гидроцилиндр установлен параллельно основному гидроцилиндру по оси муфты, причем шток его кинематически связан с дополнительным кулачком.

5. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что введены два дополнительных кулачка, расположенных по обе стороны от основного кулачка, а дополнительных гидроцилиндров два, штоки которых кинематически связаны с дополнительными кулачками.

6. Муфта по п.5, отличающаяся тем, что площади поршней дополнительных гидроцилиндров в два раза меньше площади поршня основного гидроцилиндра.

7. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что введены три дополнительных кулачка, размещенных параллельно основному кулачку, и три дополнительных гидроцилиндра, штоки которых кинематически связаны с соответствующими кулачками, причем штоки внутренних и наружных гидроцилиндров направлены в противоположные стороны.

РИСУНКИ