RU172361U1

RU172361U1 - PIPELINE CONTROL DRIVE ACTUATOR

Info

Publication number: RU172361U1
Application number: RU2016139815U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Мальцев
Original assignee: Виктор Николаевич Мальцев
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2017-07-05

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к арматуростроению и может быть использована в качестве привода для управления затвором трубопроводной арматуры (далее ТПА). Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве - повышение потребительских свойств привода управления запорным или регулирующим органом ТПА, заключающаяся в уменьшении времени цикла "открыто-закрыто" и усилия оператора или крутящего момента электропривода, необходимого для срыва запорного органа. Поставленная техническая задача решается тем, что привод трубопроводной арматуры, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля (стойки) с указателем положения запорного органа ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, при этом на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие винтовой канал в котором размещены шарики, а ходовая гайка в верхнем положении фиксируется относительно ходовой втулки крутящим моментом, превышающим крутящий момент холостого хода. Предложенный малогабаритный винтовой привод, встроенный в корпус стойки ТПА, является двухскоростным. Переключение режимов работы привода при открытии и закрытии ТПА происходит автоматически, за счет шариковых фиксаторов и не требует дополнительных переключателей или действий оператора.The utility model relates to mechanical engineering, namely to valve manufacturing and can be used as a drive to control the valve of pipe valves (hereinafter TPA). The technical problem to be solved in the proposed device is to increase the consumer properties of the control valve of the TPA shut-off or regulating body, which consists in decreasing the open-closed cycle time and the operator’s effort or the electric drive torque needed to break the shut-off element. The stated technical problem is solved in that the pipeline fittings drive, comprising a running sleeve mounted on bearings in the upper part of the yoke body (strut) with an indicator of the position of the locking element, controlling the running nut interacting with the spindle, while on the inner surface of the running sleeve and the outer surface of the running gear nuts, helical grooves are made in the same direction, forming a helical channel in which the balls are placed, and the running nut in the upper position is fixed relative to the moves second sleeve torque exceeding the torque idling. The proposed small screw drive, built into the housing of the TPA rack, is a two-speed one. Switching the drive operating modes when opening and closing the injection molding machine occurs automatically, due to ball clamps and does not require additional switches or operator actions.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к арматуростроению и может быть использована в качестве привода для управления затвором трубопроводной арматуры (далее ТПА).The utility model relates to mechanical engineering, namely to valve manufacturing and can be used as a drive to control the valve of pipe valves (hereinafter TPA).

Известен привод запорной ТПА, содержащий соединенный с корпусом арматуры, бугель, в нижней части которого размещено сальниковое уплотнение шпинделя арматуры, поджатое через втулку крышкой сальника, а в осевом отверстии верхней части ходовая гайка, установленная на подшипники и взаимодействующая со шпинделем через резьбовое соединение. Ходовая гайка управляется с помощью маховика или электропривода. При этом на ходовой втулке установлен указатель положения запорного органа с маркировкой "О" - открыто и "З" - закрыто (см. патент №2073158, C1, F16K 31/50, 1993 г., прототип).Known drive locking TPA, containing connected to the valve body, a yoke, in the lower part of which is located the packing of the valve spindle, pressed through the sleeve by the gland cover, and in the axial hole of the upper part of the running nut mounted on the bearings and interacting with the spindle through a threaded connection. The running nut is controlled by a flywheel or electric drive. At the same time, an indicator of the position of the locking element with the marking “O” is open and “Z” is closed on the running sleeve (see patent No. 2073158, C1, F16K 31/50, 1993, prototype).

К недостаткам данной конструкции привода относятся низкий КПД резьбового соединения ходовая гайка-шпиндель, что приводит к необходимости прикладывать большой крутящий момент при управлении ТПА и односкоростной режим работы, а следовательно длительный по времени цикл "открыто-закрыто", так как привод рассчитан на максимальный крутящий момент необходимый для страгивания (срыва) запорного органа и преодоление сил трения покоя между запорным органом и уплотнительными полями затвора, а так же в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель и сальниковом уплотнении, что значительно увеличивает время дальнейшего управления ТПА, когда требуется значительно меньший крутящий момент, необходимый только для преодоления сил трения в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель, сальниковом уплотнении и сопротивления проводимой среды.The disadvantages of this drive design include the low efficiency of the threaded connection of the running nut-spindle, which leads to the need to apply a large torque when controlling the injection molding machine and a single-speed operation mode, and therefore a long open-close cycle, since the drive is designed for maximum torque the moment necessary for stragging (disruption) of the locking member and overcoming the rest friction forces between the locking member and the sealing fields of the shutter, as well as in the threaded connection of the running nut - spindle and stuffing box packing, which significantly increases the time for further control of the injection molding machine, when a significantly lower torque is required, which is necessary only to overcome the friction forces in the threaded joint of the running nut - spindle, stuffing box packing and resistance of the medium.

Известен также привод запорной арматуры, содержащий корпус, размещенные в нем шпиндель, резьбовую втулку шпинделя, взаимодействующие с ней рычаги и маховик, состоящий из ступицы с отверстиями и сопряженной с ней втулки с резьбой и воздействующий на нее фиксатор, который выполнен шариковым (см. патент №934091, F16K 31/50, F16H 25/20, 1980 г.).Also known is a drive of shutoff valves, comprising a housing, a spindle housed therein, a threaded spindle bushing, levers interacting with it, and a flywheel consisting of a hub with holes and a threaded bushing mating with it and a latch acting on it that is made of a ball (see patent No. 934091, F16K 31/50, F16H 25/20, 1980).

Недостатками данного привода являются ограниченные возможности его применения, в основном это запорные вентили и низкий КПД соединений резьбовых втулок-шпиндель.The disadvantages of this drive are the limited possibilities of its application, mainly shut-off valves and low efficiency of the connections of threaded bushings-spindle.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве - повышение потребительских свойств привода управления запорным или регулирующим органом ТПА, заключающееся в уменьшении времени цикла "открыто-закрыто" и усилия оператора или крутящего момента электропривода необходимого для срыва запорного органа.The technical problem to be solved in the proposed device is to increase the consumer properties of the control valve of the TPA shut-off or regulatory body, which consists in decreasing the open-closed cycle time and the operator’s effort or the electric drive torque required to break the shut-off body.

Поставленная техническая задача решается тем, что привод ТПА, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля (стойки) с указателем положения запорного органа, ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, при этом на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие винтовой канал, в котором размещены шарики, а ходовая гайка в верхнем положении фиксируется относительно ходовой втулки крутящим моментом, превышающим крутящий момент холостого хода.The stated technical problem is solved in that the TPA drive, comprising a spindle mounted on bearings in the upper part of the yoke body (strut) with an indicator of the position of the locking member, controls the spindle nut interacting with the spindle, while on the inner surface of the spindle sleeve and the outer surface of the spindle nuts, helical grooves are made in the same direction, forming a helical channel in which the balls are placed, and the running nut in the upper position is fixed relative to the running sleeve by a torque m ment exceeding torque idling.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен совмещенный разрез привода ТПА с шариковинтовой передачей (далее ШВП) в открытом положении (левая сторона разреза) и в закрытом положении (правая сторона разреза).The essence of the technical solution is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a combined section of a TPA drive with a ballscrew (hereinafter referred to as ballscrew) in the open position (left side of the section) and in the closed position (right side of the section).

Привод ТПА содержит ходовую втулку 1, на верхней части которой, выполненной в виде входного элемента (для электропривода - кулачковой муфты, для ручного привода - шестигранника), устанавливается электропривод или маховик. На внутренней поверхности цилиндрической части ходовой втулки 1 выполнена винтовая канавка 2, которая взаимодействует с помощью шариков 3 с ответной и одинаково направленной винтовой канавкой 4, выполненной на наружной поверхности ходовой гайки 5, взаимодействующей через резьбовое соединение 6 со шпинделем 7. Шарики 3 размещаются в одинаково направленных винтовых канавках 2 и 4, образующих винтовую линию по периметру цилиндрической поверхности примыкания ходовой втулки 1 и ходовой гайки 5. Ходовая втулка 1 установлена в корпусе бугеля 8 на подшипниках 9 и фиксируется в осевом направлении гайкой 10. Количество шариков 3 (соответственно витков, заполненных шариками), определяется расчетом и зависит от максимального крутящего момента, передаваемого ШВП. Ходовая втулка 1 выполнена удлиненной для размещения дополнительных свободных витков, необходимых для перемещения шариков при работе ШВП.The TPA drive contains a running sleeve 1, on the top of which, made in the form of an input element (for an electric drive - a cam clutch, for a manual drive - a hexagon), an electric drive or a flywheel is installed. A helical groove 2 is made on the inner surface of the cylindrical part of the running sleeve 1, which interacts with balls 3 with a reciprocal and equally directed helical groove 4, made on the outer surface of the running nut 5, interacting through a threaded connection 6 with the spindle 7. The balls 3 are placed in the same way directional helical grooves 2 and 4, forming a helical line around the perimeter of the cylindrical abutment surface of the running sleeve 1 and the running nut 5. The running sleeve 1 is installed in the yoke 8 bearings 9 and is fixed axially by nut 10. The number of balls 3 (respectively, turns filled with balls) is determined by calculation and depends on the maximum torque transmitted by the ballscrew. The running sleeve 1 is elongated to accommodate additional free turns necessary to move the balls during ball screw operation.

В исполнении "под электропривод" на верхний торец корпуса бугеля 8 монтируется фланец 11 для установки электропривода, а верхняя часть ходовой втулки 1 выполняется в виде ответной части кулачковой муфты 12. В верхней части ходовой втулки 1 расположены регулируемые шариковые фиксаторы 13, а в верхней части ходовой гайки 5 соответствующая проточка 14 для удерживания в верхнем положении с заданным крутящим моментом ходовой гайки 5 относительно ходовой втулки 1.In the "electric drive" version, a flange 11 is mounted on the upper end of the yoke body 8 for installing the electric drive, and the upper part of the running sleeve 1 is made in the form of a mating part of the cam clutch 12. In the upper part of the running sleeve 1 are adjustable ball locks 13, and in the upper part lead nut 5 corresponding groove 14 for holding in the upper position with a given torque of the lead nut 5 relative to the lead sleeve 1.

В исполнении "под маховик" (не показано) на верхней части ходовой втулки 1 установливается кожух с указателем положения запорного органа ТПА и маркировкой "О" - открыто и "3" - закрыто, относительно которых по верхнему торцу шпинделя 7 считываются положения запорного органа.In the "under the flywheel" version (not shown) on the upper part of the running sleeve 1, a casing is installed with an indication of the position of the TPA shut-off element and the marking "O" - open and "3" - closed, relative to which the positions of the shut-off element are read out on the upper end of the spindle 7.

Привод работает следующим образом:The drive works as follows:

При открытии ТПА для страгивания (срыва) запорного органа крутящий момент от электропривода или оператора передается ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1, шарики 3, входящие с ней в зацепление начнут обкатываться по винтовому каналу, образованному винтовыми канавками 2, 4 и за счет смещения винтовой линии будут перемещаться в осевом направлении вверх. При этом ходовая гайка 5, находясь в зацеплении с резьбой шпинделя 6, охватывая и оставаясь неподвижной относительно его, при обкатывании шариков 3 перемещается только в осевом направлении вместе со шпинделем вверх, перемещая при этом запорный орган ТПА. Крутящий момент, приложенный к приводу ТПА и передаваемый первой силовой ступенью, должен обеспечить страгивание запорного органа.When the injection molding machine is opened for straining (disruption) of the locking member, the torque from the electric drive or the operator is transmitted to the driving sleeve 1. When the driving sleeve 1 is rotated, the balls 3 coming into engagement with it will begin to run in a screw channel formed by screw grooves 2, 4 and due to helix offsets will move axially up. In this case, the running nut 5, being in engagement with the thread of the spindle 6, embracing and remaining stationary relative to it, when rolling the balls 3 moves only in the axial direction together with the spindle up, while moving the locking member of the injection molding machine. The torque applied to the TPA drive and transmitted by the first power stage should ensure the locking member is strained.

После страгивания запорного органа и уменьшения усилия на шпинделе 7, шарики 3 сделав заданное конструктивно количество оборотов смещают ходовую гайку 5 по оси вверх до соприкосновения ее с верхним торцом ходовой втулки 1 и блокируются от дальнейшего вращения. При этом шариковые фиксаторы 13, расположенные в верней части ходовой втулки 1, входят в зацепление с соответствующей проточкой 14, выполненной в верхней части ходовой гайки 5, фиксируя таким образом ходовую втулку 1 относительно ходовой гайки 5 заданным крутящим моментом. После этого крутящий момент от внешнего привода будет передаваться на ходовую втулку 1, шарики 3 и ходовую гайку 5, которые, находясь в заблокированном положении, вращаются вокруг шпинделя 7 как одно целое, при этом крутящий момент передается непосредственно на резьбовое соединение 6 ходовой гайки 5 со шпинделем 7. В этом режиме работы привода увеличивается скорость осевого перемещения шпинделя 7 и, соответственно, запорного органа, т.к. шаг резьбового соединения ходовой гайки 5 со шпинделем 7 задается конструктивно значительно больше, чем шаг ШВП. Таким образом, привод работает последовательно в двухскоростном режиме. Затвор открыт.After stragging the locking element and reducing the force on the spindle 7, the balls 3 having made a predetermined number of turns constructively displace the spindle nut 5 in an upward axis until it contacts the upper end of the spindle sleeve 1 and are blocked from further rotation. In this case, the ball retainers 13 located in the upper part of the running sleeve 1 are engaged with the corresponding groove 14 made in the upper part of the running nut 5, thereby fixing the running sleeve 1 relative to the running nut 5 with a given torque. After that, the torque from the external drive will be transmitted to the driving sleeve 1, balls 3 and the driving nut 5, which, being in the locked position, rotate around the spindle 7 as a whole, while the torque is transmitted directly to the threaded connection 6 of the driving nut 5 with spindle 7. In this mode of operation of the drive increases the speed of the axial movement of the spindle 7 and, accordingly, the locking element, because the pitch of the threaded connection of the driving nut 5 with the spindle 7 is structurally set significantly larger than the ball screw pitch. Thus, the drive operates sequentially in two-speed mode. The shutter is open.

При закрытии ТПА привод работает в обратном порядке. Внешний крутящий момент вначале передается через ходовую втулку 1, шарики 3 и ходовую гайку 5, которые, находясь в заблокированном положении, вращаются вокруг шпинделя 7 как одно целое, на резьбовое зацепление 6 и напрямую перемещает запорный орган с увеличенной скоростью до соприкосновения уплотнительных полей запорного органа с ответными полями седел. При дальнейшем увеличении усилия на шпинделе 7 ходовая гайка 5 под действием крутящего момента, превышающего крутящий момент холостого хода и, соответственно, превышающего усилие сжатия пружин шариковых фиксаторов 13, разблокируется с ходовой втулкой 1и перестает вращаться вокруг шпинделя 7. При этом крутящий момент начинает передаваться только ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1, шарики 3, входящие с ней в зацепление начнут обкатываться по винтовому каналу, образованному винтовыми канавками 2, 4, и за счет смещения винтовой линии будут перемещаться в осевом направлении вниз. При этом ходовая гайка 5, находясь в зацеплении с резьбой шпинделя 7 и оставаясь неподвижной относительно его, перемещается в осевом направлении вниз вместе со шпинделем 7 и, соответственно, перемещая вниз запорный орган ТПА до ее полного закрытия. Затвор закрыт.When closing the injection pump, the drive operates in the reverse order. External torque is first transmitted through the spindle sleeve 1, balls 3 and the spindle nut 5, which, being in the locked position, rotate around the spindle 7 as a whole, to the threaded gear 6 and directly moves the locking element with increased speed until the sealing fields of the locking element come into contact with mating saddle fields. With a further increase in the force on the spindle 7, the running nut 5 under the action of a torque exceeding the idle torque and, accordingly, exceeding the compressive force of the ball retainer springs 13, is unlocked with the running sleeve 1 and ceases to rotate around the spindle 7. In this case, the torque starts to be transmitted only the driving sleeve 1. When the driving sleeve 1 rotates, the balls 3 that engage with it will begin to run in along the screw channel formed by the screw grooves 2, 4, and due to the displacement of the helix will move axially down. In this case, the running nut 5, being in engagement with the thread of the spindle 7 and remaining stationary relative to it, moves axially downward with the spindle 7 and, accordingly, moving down the TPA locking member until it is completely closed. The shutter is closed.

В исполнении "под маховик" верхний торец шпинделя 7, перемещается от отметки "З" до отметки "О" на кожухе указателя положения запорного органа. Затвор открыт.In the execution "under the flywheel" the upper end of the spindle 7, moves from the mark "Z" to the mark "O" on the casing of the position indicator of the locking element. The shutter is open.

Таким образом, предложенный малогабаритный двухскоростной винтовой привод встроенный в корпус бугеля (стойки) позволяет не только уменьшить время цикла "открыто-закрыто", но и максимальный крутящий момент при открытии и закрытии запорного органа ТПА, что достигается за счет применения ШВП, имеющей значительно больший КПД по сравнению с применяемой в существующих конструкциях резьбовой парой. Использование ШВП без обводного канала и замкнутой цепочки шариков обусловлено коротким рабочим ходом, т.к. ШВП работает только при "срыве" или "дожиме" запорного органа в седлах ТПА. При дальнейшем вращении заблокированной ШВП работает только вторая скоростная ступень, когда крутящий момент передается непосредственно через резьбовое соединение 6 ходовой гайки 5 на шпиндель 7, которое выполняется с увеличенным шагом, что позволит, соответственно увеличить скорость перемещения запорного органа на холостом ходу. Так как крутящий момент холостого хода значительно меньше (в 5-10 раз) максимального момента, низкое КПД резьбового соединения ходовой гайки 5 и шпинделя 6, применяемого в существующих конструкциях ТПА повсеместно, практически не повлияет на время управления ТПА.Thus, the proposed small-sized two-speed screw drive built into the yoke body (uprights) allows not only to reduce the open-closed cycle time, but also the maximum torque when opening and closing the TPA shut-off element, which is achieved through the use of a ball screw having a significantly larger Efficiency in comparison with the threaded pair used in existing designs. The use of ballscrews without a bypass channel and a closed chain of balls is caused by a short stroke, because Ballscrews work only with a “breakdown” or “booster” of a locking member in the seats of a TPA. With the further rotation of the locked ball screw, only the second high-speed stage operates, when the torque is transmitted directly through the threaded connection 6 of the driving nut 5 to the spindle 7, which is performed with an increased step, which will accordingly increase the speed of movement of the locking element at idle. Since the idle torque is significantly less (5-10 times) the maximum torque, the low efficiency of the threaded connection of the driving nut 5 and spindle 6, which is used everywhere in existing TPA designs, will practically not affect the TPA control time.

Переключение режимов работы привода при открытии и закрытии ТПА происходит автоматически, за счет шариковых фиксаторов и не требует дополнительных переключателей или действий оператора. Такой режим работы привода ТПА позволяет оператору, при вращении маховика или при работе установленного электропривода, автоматически получить две скорости перемещения шпинделя в соответствии с действующими силами сопротивления запорному органу.Switching the drive operating modes when opening and closing the injection molding machine occurs automatically, due to ball clamps and does not require additional switches or operator actions. This mode of operation of the TPA drive allows the operator, when the flywheel is rotating or during operation of the installed electric drive, to automatically obtain two spindle speeds in accordance with the acting resistance forces of the locking member.

Claims

Привод трубопроводной арматуры, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля с указателем положения запорного органа ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, отличающийся тем, что на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие винтовой канал в котором размещены шарики, а ходовая гайка фиксируется в верхнем положении относительно ходовой втулки крутящим моментом, превышающим крутящий момент холостого хода.Pipe fittings drive, comprising a running sleeve mounted on bearings in the upper part of the yoke body with an indicator of the position of the locking element, controlling the running nut interacting with the spindle, characterized in that the grooves of the same direction are made on the inner surface of the running sleeve and the outer surface of the running nut, forming the screw channel in which the balls are placed, and the running nut is fixed in the upper position relative to the running sleeve with a torque exceeding the twist torque is idling.