RU200160U1 - ELECTROMECHANICAL DRIVE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к следящим электромеханическим приводам для систем управления промышленными процессами в аэрокосмической, транспортной, строительной, сельскохозяйственной, пищевой, металлургической, обрабатывающей и других отраслях промышленности. Технической проблемой настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств в данной области техники и создание электромеханического привода, имеющего компактные размеры, обеспечивающего повышение надежности работы и долговечности, а также расположение центра масс по оси привода. Техническим результатом полезной модели является реализация указанного назначения. Технический результат достигается при использовании электромеханического привода, содержащего корпус с высокомоментным сервомотором на валу, редуктор, соосно связанный с линейной частью электромеханического привода, при этом привод содержит встроенный блок охлаждения, состоящий из тепловых трубок, отводящих тепловую мощность от высокомоментного сервомотора на радиатор охлаждения. 4 з.п. ф-лы, 2 фиг.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, electromechanical servo drives for control systems for industrial processes in aerospace, transport, construction, agricultural, food, metallurgical, manufacturing and other industries. The technical problem of the present utility model is the expansion of the arsenal of technical means in this field of technology and the creation of an electromechanical drive having a compact size, providing an increase in the reliability of operation and durability, as well as the location of the center of mass along the axis of the drive. The technical result of the utility model is the implementation of the specified purpose. The technical result is achieved by using an electromechanical drive containing a housing with a high-torque servo motor on the shaft, a gearbox coaxially connected to the linear part of the electromechanical drive, while the drive contains a built-in cooling unit, consisting of heat pipes that remove heat power from the high-torque servo motor to a cooling radiator. 4 p.p. f-crystals, 2 fig.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к следящим электромеханическим приводам для систем управления промышленными процессами в аэрокосмической, транспортной, строительной, сельскохозяйственной, пищевой, металлургической, обрабатывающей и других отраслях промышленности.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to servo electromechanical drives for control systems of industrial processes in aerospace, transport, construction, agricultural, food, metallurgical, manufacturing and other industries.

Часто для создания контролируемого усилия и перемещения в промышленных процессах используются приводы с гидроцилиндрами. Например, известен электрогидравлический следящий привод объемного регулирования (патент РФ №2347952, опубликовано 27.02.2009 г.), содержащий регулируемый насос, соединенный силовыми гидролиниями с гидромотором, включенные последовательно суммирующий усилитель и гидроусилитель, соединенный с полостями силовых цилиндров поворотного регулирующего органа насоса, и подключенные ко входам суммирующего усилителя датчики положения регулирующего органа насоса, давления в силовых гидролиниях, положения исполнительного органа и скорости гидромотора, выходной вал которого кинематически связан с исполнительным механизмом, при этом он снабжен датчиками температуры рабочей жидкости в силовых гидролиниях, датчиком температуры окружающей среды, процессором и связанным с датчиками температуры устройством задания и контроля температуры рабочей жидкости, а также компрессором с испарителем, конденсатором и вентилятором, регулируемым по скорости вращения, радиатором, проточным электронагревателем и распределительным устройством, причем проточный электронагреватель включен в одну из силовых гидролиний, а испаритель и радиатор через распределительное устройство включены параллельно в другую силовую гидролинию, испаритель выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора, конденсатор и радиатор установлены с Often hydraulic cylinder actuators are used to create controlled force and movement in industrial processes. For example, an electrohydraulic servo drive of volumetric control is known (RF patent No. 2347952, published on February 27, 2009), containing a variable pump connected by power hydraulic lines to a hydraulic motor, a summing amplifier and a hydraulic amplifier connected in series with the cavities of the power cylinders of the rotary regulating body of the pump, and connected to the inputs of the summing amplifier are sensors for the position of the pump regulating body, pressure in the power lines, the position of the actuator and the speed of the hydraulic motor, the output shaft of which is kinematically connected to the actuator, while it is equipped with temperature sensors of the working fluid in the power lines, an ambient temperature sensor, a processor and a device for setting and controlling the temperature of the working fluid associated with the temperature sensors, as well as a compressor with an evaporator, a condenser and a fan, variable speed, a radiator, an instantaneous electric heater and a distribution a convenient device, and the flow-through electric heater is included in one of the power hydraulic lines, and the evaporator and the radiator are connected in parallel to the other power hydraulic line through the switchgear, the evaporator is made with the possibility of heat exchange between the working fluid and the compressor refrigerant, the condenser and the radiator are installed with

возможностью обдува вентилятором, при этом выход устройства задания и контроля температуры соединен с процессором, а последний - с приводом переключения распределительного устройства, приводом и переключателем скорости вентилятора, цепью включения/выключения электронагревателя и пусковым устройством компрессора.the possibility of blowing by a fan, while the output of the temperature setting and control device is connected to the processor, and the latter is connected to the switchgear switching drive, the fan speed drive and switch, the electric heater on / off circuit and the compressor starting device.

В гидроцилиндрах таких приводов используется рабочая жидкость, которая может быть токсична и горюча, а при постоянных утечках может вызвать загрязнение окружающей среды. При этом рабочая жидкость требовательна к чистоте и температуре, что влияет на рабочие параметры гидроцилиндра. Поэтому для работы гидроцилиндра в области точного маневрирования и высокой повторяемости возникают сложности.The hydraulic cylinders of such drives use a working fluid, which can be toxic and flammable, and with constant leaks can cause environmental pollution. At the same time, the working fluid is demanding on cleanliness and temperature, which affects the operating parameters of the hydraulic cylinder. Therefore, it is difficult to operate the hydraulic cylinder in the area of precise maneuvering and high repeatability.

Также использование таких приводов требует наличия громоздких гидростанций, работа которых сопровождается повышенным шумом, что требует дополнительных средств для его устранения (установки шумоизоляционных экранов, выделения отдельных помещений и т.д.).Also, the use of such drives requires the presence of bulky hydroelectric power stations, the operation of which is accompanied by increased noise, which requires additional means to eliminate it (installation of soundproof screens, allocation of separate rooms, etc.).

Альтернативой приводам с гидроцилиндрами являются приводы с электроцилиндрами.An alternative to hydraulic cylinder drives is electric cylinder drives.

Известна конструкция электромеханического привода (патент РФ №2604764, опубликовано 10.12.2016 г.), принятого за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, который содержит оправу, подвижный элемент в форме стержня, способный прямолинейно перемещаться относительно оправы вдоль продольной оси привода, и приводное устройство внутри оправы, служащее для перемещения подвижного элемента и представляющее собой средство, взаимодействующее с резьбовой частью подвижного элемента, чтобы образовать шариковинтовую передачу для регулирования положения подвижного элемента, при этом привод содержит одну рассеивающую механическую энергию структуру, расположенную на пути передачи усилий и имеющую деформируемую камеру с пористой матрицей и жидкостью, которая проникает в поры матрицы при воздействии внешнего давления.The known design of an electromechanical drive (RF patent No. 2604764, published on 12/10/2016), taken as the closest analogue to the claimed solution, which contains a frame, a movable element in the form of a rod, capable of rectilinear movement relative to the frame along the longitudinal axis of the drive, and a drive device inside the frame, which serves to move the movable element and is a means interacting with the threaded part of the movable element to form a ball screw for adjusting the position of the movable element, while the drive contains one structure dissipating mechanical energy located on the path of transfer of forces and having a deformable chamber with a porous matrix and a liquid that penetrates into the pores of the matrix when exposed to external pressure.

Рассмотренный электроцилиндр обеспечивает значительное снижение габаритов и веса, оставаясь при этом способным выдерживать высокие нагрузки. Однако работа электроцилиндра в данном случае также обеспечивается при наличии сжимаемой жидкости, что приводит к значительным шумовым эффектам. Кроме того, для обеспечения надежной работы электроцилиндра требуется подбор динамических характеристик рассеивающих энергию структур с максимально возможной точностью, что является неудобным и повышает трудозатраты.The considered electric cylinder provides a significant reduction in size and weight, while remaining capable of withstanding high loads. However, the operation of the electric cylinder in this case is also ensured in the presence of a compressible fluid, which leads to significant noise effects. In addition, to ensure reliable operation of the electric cylinder, it is necessary to select the dynamic characteristics of the structures dissipating energy with the highest possible accuracy, which is inconvenient and increases labor costs.

Технической проблемой настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств в данной области техники и создание электромеханического привода, имеющего компактные размеры, обеспечивающего повышение надежности работы и долговечности, а также расположение центра масс по оси привода.The technical problem of the present utility model is the expansion of the arsenal of technical means in this field of technology and the creation of an electromechanical drive having a compact size, providing an increase in reliability and durability, as well as the location of the center of mass along the axis of the drive.

Техническим результатом полезной модели является реализация указанного назначения.The technical result of the utility model is the implementation of the specified purpose.

Технический результат достигается при использовании электромеханического привода, содержащего корпус с высокомоментным сервомотором на валу, редуктор, соосно связанный с линейной частью электромеханического привода, при этом привод содержит встроенный блок охлаждения, состоящий из тепловых трубок, отводящих тепловую мощность от высокомоментного сервомотора на радиатор охлаждения.The technical result is achieved by using an electromechanical drive containing a housing with a high-torque servo motor on the shaft, a gearbox coaxially connected to the linear part of the electromechanical drive, while the drive contains a built-in cooling unit, consisting of heat pipes that remove heat power from the high-torque servo motor to a cooling radiator.

Линейное расположение всех частей конструкции электромеханического привода позволяет получить функциональную и компактную конструкцию, которая при этом является максимально удобной при эксплуатации в случае частого монтажа и демонтажа привода. Также здесь возможно проведение контроля линейного перемещения привода по положению с высокой точностью и переход в режим работы по скорости и усилию.The linear arrangement of all parts of the electromechanical drive structure allows to obtain a functional and compact design, which at the same time is the most convenient for operation in case of frequent mounting and dismounting of the drive. It is also possible to control the linear movement of the actuator by position with high accuracy and switch to the mode of operation by speed and force.

В заявляемом решении используется высокомоментный сервомотор, установленный безредукторным способом на вал самой передачи, что позволяет увеличить КПД, уменьшить габариты и вес двигателя.In the proposed solution, a high-torque servo motor is used, installed in a gearless way on the shaft of the transmission itself, which allows increasing efficiency, reducing the size and weight of the engine.

Преимуществами бесщеточных моментных двигателей (высокомоментных сервомоторов) является малое количество изнашивающихся, ломающихся и трущихся деталей, что повышает его надежность и производительность, упрощает обслуживание, значительно снижает уровень шума и экономит электроэнергию. При этом высокомоментный сервомотор практически мгновенно развивает максимальную скорость оборотов и исключает искрообразование.The advantages of brushless torque motors (high torque servo motors) are fewer wearing, breaking and rubbing parts, which increases its reliability and performance, simplifies maintenance, significantly reduces noise and saves energy. At the same time, the high-torque servomotor develops its maximum speed almost instantly and eliminates sparking.

Наличие встроенного блока охлаждения, состоящего из тепловых трубок, отводящих тепловую мощность от высокомоментного сервомотора на радиатор охлаждения, позволяет обеспечить продолжительную работу, а также увеличить мощность высокомоментного сервомотора при конвективном охлаждении.The presence of a built-in cooling unit, consisting of heat pipes that transfer heat power from the high-torque servo motor to the cooling radiator, allows for long-term operation, as well as to increase the power of the high-torque servo motor in convective cooling.

Также в заявляемом решении отсутствуют дополнительные подвижные части, устройства для охлаждения сервомотора, устройства для передачи момента от сервомотора к линейной части (цилиндрические, конические, червячные редукторы и т.д.) достигается механическая надежность.Also in the claimed solution there are no additional moving parts, devices for cooling the servomotor, devices for transmitting torque from the servomotor to the linear part (cylindrical, bevel, worm gearboxes, etc.), mechanical reliability is achieved.

В частном случае, линейная часть заявляемого электромеханического привода представляет собой винт узла шариковинтовой передачи, связанный с валом редуктора и размещенный внутри штока на подшипниковых опорах. Такая шариковинтовая передача разработана специально для работы в условиях повышенных нагрузок и отличается высоким ресурсом и несложным техническим обслуживанием.In a particular case, the linear part of the inventive electromechanical drive is a ball screw assembly screw connected to the gearbox shaft and located inside the rod on bearing supports. This ball screw is specially designed to work under high loads and has a long service life and easy maintenance.

В частном случае, редуктор представляет собой планетарно-цевочный редуктор.In a particular case, the gearbox is a planetary pinion gearbox.

В частном случае выполнения, радиатор охлаждения выполнен в виде алюминиевого оребрения корпуса.In a particular case of execution, the cooling radiator is made in the form of aluminum body fins.

В частном случае, корпус имеет уплотнительный блок, служащий дополнительной опорой и защищающий корпус от попадания грязи и масла. Уплотнительный блок может представлять собой высококачественные грязе- и маслосъемные кольца.In a particular case, the housing has a sealing block that serves as an additional support and protects the housing from dirt and oil. The seal block can be high quality dirt and oil scraper rings.

В частном случае, корпус электромеханического привода имеет коммуникационный блок для сбора и передачи данных на верхний уровень автоматизации.In a particular case, the body of an electromechanical drive has a communication unit for collecting and transmitting data to the upper level of automation.

В частном случае, шток электромеханического привода имеет блок антиротации, препятствующий его повороту. При этом данный блок не требует внешних направляющих.In a particular case, the rod of the electromechanical actuator has an anti-rotation block that prevents it from turning. Moreover, this block does not require external guides.

В частном случае, высокомоментный сервомотор имеет встроенный датчик положения, который представляет собой многооборотный энкодер с высоким разрешением.In a particular case, a high torque servo motor has a built-in position sensor, which is a high resolution multiturn encoder.

В частном случае, высокомоментный сервомотор имеет встроенный датчик температуры.In a particular case, a high-torque servo motor has a built-in temperature sensor.

На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого электромеханического привода.FIG. 1 shows the design of the claimed electromechanical drive.

На фиг. 2 представлен внешний вид заявляемого электромеханического привода.FIG. 2 shows the appearance of the inventive electromechanical drive.

Электромеханический привод состоит из корпуса 1 с коммутационным блоком 2, размещенного внутри корпуса 1 сервомотора 3, планетарно-цевочного редуктора 4, наружный корпус которого жестко закреплен в корпусе 1 электроцилиндра. Сервомотор 3 приводит во вращение быстроходный вал планетарно-цевочного редуктора 4. Тихоходный вал редуктора 4 посредством кулачковой муфты 5 соединен с винтом 6 узла шариковинтовой передачи, размещенного в подшипниковых опорах 7 и 8 корпуса 1. Эксцентрики быстроходного вала редуктора 4 через сателлиты связаны с тихоходным валом редуктора 4. Винт 6 размещен внутри штока 9, за счет которого преобразуется вращательное движение сервомотора 3 в поступательное движение штока 9. В корпусе 1 установлены уплотнительный The electromechanical drive consists of a housing 1 with a switching unit 2, located inside the housing 1 of a servomotor 3, a planetary pinion gearbox 4, the outer housing of which is rigidly fixed in the housing 1 of the electric cylinder. Servo motor 3 rotates the high-speed shaft of the pinion gear 4. The low-speed shaft of the gearbox 4 is connected by means of a cam clutch 5 to the screw 6 of the ball screw assembly located in the bearing supports 7 and 8 of the housing 1. The eccentrics of the high-speed shaft of the gearbox 4 are connected to the low-speed shaft via satellites reducer 4. The screw 6 is located inside the rod 9, due to which the rotational movement of the servo motor 3 is converted into the translational movement of the rod 9. In the housing 1, a sealing

блок 10, который служит дополнительной опорой, а также блок антиротации 11 от поворота штока 9 вокруг оси электроцилиндра и радиатор охлаждения 12. На корпусе 1 жестко закреплены радиатор 13 и тепловые трубки 14. Шток 9 установлен с возможностью перемещения вдоль оси уплотнительного блока 10. Система пассивного конвективного охлаждения, включая радиаторы 12 и 13, а также тепловые трубки 14, увеличивает продолжительность работы сервомотора 3.block 10, which serves as an additional support, as well as a block of anti-rotation 11 from the rotation of the rod 9 around the axis of the electric cylinder and a cooling radiator 12. The radiator 13 and heat pipes 14 are rigidly fixed to the housing 1. The rod 9 is mounted with the ability to move along the axis of the sealing block 10. System passive convective cooling, including radiators 12 and 13, as well as heat pipes 14, increases the duration of the servo motor 3.

Контроль температуры осуществляется встроенными в сервомотор 3 датчиками температуры. Через электрические подключения коммутационного блока 2 с помощью датчика обратной связи 15 осуществляется точное управление сервомотором 3.Temperature control is carried out by 3 temperature sensors built into the servomotor. Through the electrical connections of the switching unit 2, using the feedback sensor 15, the servo motor 3 is precisely controlled.

Электроцилиндр устанавливается в опорные, силовые конструкции испытательных стендов посредством узла крепления 16 (проушина, цапфа, фланец, вилка) и резьбового переходника 17 штока 9.The electric cylinder is installed in the supporting, load-bearing structures of test stands by means of a fastening unit 16 (eyelet, trunnion, flange, fork) and a threaded adapter 17 of the rod 9.

Принцип работы электроцилиндра заключается в следующем.The principle of operation of the electric cylinder is as follows.

Электроцилиндр предназначен для создания контролируемого усилия и перемещения в промышленных процессах, посредством преобразования вращательного движения в поступательное. Он применяется в испытательных стендах, регулировании и маневрировании объектов.The electric cylinder is designed to create controlled force and movement in industrial processes, by converting rotary motion into translational motion. It is used in test benches, regulation and maneuvering of objects.

С помощью системы управления через электрические подключения коммутационного блок 2 и датчика обратной связи 15 производится вращение ротора сервомотора 3 вокруг своей оси, который связан с быстроходным валом планетарно-цевочного редуктора 4. Тихоходный вал этого редуктора 4 вращает полумуфту кулачковой муфты 5 и с помощью шпонки полумуфты кулачковой муфты 5 передает момент на полумуфту винта 6 шариковинтовой передачи. Гайка шариковинтовой передачи преобразует вращательное движение винта 6 в поступательное перемещение штока 9 электроцилиндра. Направление движения задает уплотнительный блок 10 с направляющими и уплотнительными кольцами.With the help of the control system, through the electrical connections of the switching unit 2 and the feedback sensor 15, the rotor of the servomotor 3 rotates around its axis, which is connected to the high-speed shaft of the planetary pinion gear 4. The low-speed shaft of this gearbox 4 rotates the half-clutch of the cam clutch 5 and using the key of the half-coupling the cam clutch 5 transmits the moment to the half-clutch of the ball screw 6. The ball screw nut converts the rotational movement of the screw 6 into the translational movement of the rod 9 of the electric cylinder. The direction of movement is set by the sealing block 10 with guides and sealing rings.

Гайка ШВП жестко связана с ползуном (на рис. не указан) и стремиться повернуть его вокруг оси. От поворота ползуна внутри корпуса линейной части установлен блок антиротации 11 - встроенная система от поворота штока 9. Во время вращения винта 6 ползун скользит вдоль корпуса линейной части.The ball screw nut is rigidly connected to the slider (not shown in the figure) and strive to turn it around the axis. From the rotation of the slider inside the body of the linear part, an anti-rotation unit 11 is installed - an integrated system from the rotation of the rod 9. During the rotation of the screw 6, the slider slides along the body of the linear part.

Во время работы сервомотора 3 происходит нагрев корпуса 1. За счет использования в качестве радиатора охлаждения 12 алюминиевого оребренного корпуса тепло распределяется равномерно по всей его площади. Для улучшения конвективного охлаждения на корпус 1 жестко установлены тепловые трубки 14, которые быстро передают тепло от нагретого корпуса 1 на радиатор охлаждения 12 по принципу замкнутого испарительного-конденсаторного цикла.During operation of the servomotor 3, the housing 1 heats up. Due to the use of an aluminum finned housing as a cooling radiator 12, the heat is distributed evenly over its entire area. To improve convective cooling, heat pipes 14 are rigidly installed on the housing 1, which quickly transfer heat from the heated housing 1 to the cooling radiator 12 according to the principle of a closed evaporative-condensing cycle.

Заявляемая конструкция электромеханического привода является оптимальной заменой известным гидравлическим сервоприводам:The inventive design of an electromechanical drive is an optimal replacement for known hydraulic servo drives:

- обладает экологичностью и пожаробезопасностью; дает возможность полностью отказаться от применения гидравлического масла и оборудования, работающего под давлением;- has environmental friendliness and fire safety; makes it possible to completely eliminate the use of hydraulic oil and equipment working under pressure;

- имеет удобную интеграцию в вышестоящие АСУ ТП, поддерживает современные аналоговые и цифровые коммуникационные стандарты;- has convenient integration into higher-level APCS, supports modern analog and digital communication standards;

- имеет низкий уровень шума по сравнению с шумными маслонаполненными установками и компрессорами гидро- и пневмосистем;- has a low noise level in comparison with noisy oil-filled installations and compressors of hydraulic and pneumatic systems;

является компактной и линейной, поэтому не требует использования отдельных помещений;is compact and linear, therefore does not require the use of separate rooms;

- является простой в монтаже и обслуживании, не предполагает снятия с рабочего агрегата;- is easy to install and maintain, does not involve removal from the working unit;

- позволяет с высокой точностью контролировать линейное перемещение по положению, а также переходить в режим по скорости и усилию;- allows you to control with high accuracy the linear movement by position, as well as switch to the mode by speed and force;

- может иметь модульную конструкцию с широким выбором вариантов компоновки за счет комбинации отдельных узлов.- can have a modular design with a wide choice of layout options due to the combination of individual units.

Заявляемая конструкция электромеханического привода может быть использована в ряде высокоответственных областей промышленности с режимом работы 24/7/365;The inventive design of an electromechanical drive can be used in a number of highly important industrial areas with a 24/7/365 operation;

- испытательных стендах для авиационной и ракетно-космической техники;- test benches for aviation and rocket and space technology;

- регулировании паровых и гидравлических турбин в энергетике; - маневрировании затворами гидротехнических сооружений.- regulation of steam and hydraulic turbines in the power industry; - maneuvering gates of hydraulic structures.

Таким образом, заявляемое решение позволяет получить не самотормозящий электроцилиндр, обеспечивающий удобство в эксплуатации и простоту интеграции в вышестоящие АСУ ТП, обладающий высокой надежностью и точностью в работе и низким уровнем шума.Thus, the proposed solution allows you to obtain a non-self-braking electric cylinder that provides ease of use and ease of integration into higher-level APCS, which has high reliability and accuracy in operation and low noise level.

Claims (5)

1. Электромеханический привод, характеризующийся тем, что содержит корпус с высокомоментным сервомотором на валу, редуктор, соосно связанный с линейной частью электромеханического привода, при этом привод содержит встроенный блок охлаждения, состоящий из тепловых трубок, отводящих тепловую мощность от высокомоментного сервомотора на радиатор охлаждения.1. Electromechanical drive, characterized in that it contains a housing with a high-torque servo motor on the shaft, a gearbox coaxially connected to the linear part of the electromechanical drive, while the drive contains a built-in cooling unit, consisting of heat pipes that remove heat power from the high-torque servo motor to the cooling radiator. 2. Электромеханический привод по п. 1, характеризующийся тем, что линейная часть электромеханического привода представляет собой винт узла шариковинтовой передачи, связанный с валом редуктора и размещенный внутри штока на подшипниковых опорах.2. An electromechanical drive according to claim 1, characterized in that the linear part of the electromechanical drive is a ball screw assembly screw connected to the gearbox shaft and located inside the rod on bearing supports. 3. Электромеханический привод по п. 3, характеризующийся тем, что радиатор охлаждения выполнен в виде алюминиевого оребрения корпуса.3. Electromechanical drive according to claim 3, characterized in that the cooling radiator is made in the form of aluminum body ribs. 4. Электромеханический привод по п. 1, характеризующийся тем, что корпус имеет коммуникационный блок.4. The electromechanical drive according to claim 1, characterized in that the housing has a communication unit. 5. Электромеханический привод по п. 1, характеризующийся тем, что шток электромеханического привода имеет блок антиротации, препятствующий его повороту вокруг оси электромеханического привода.5. An electromechanical drive according to claim 1, characterized in that the rod of the electromechanical drive has an anti-rotation unit that prevents it from rotating around the axis of the electromechanical drive.

Images