RU2177096C1 - Swivel crank drive - Google Patents

Abstract

FIELD: drives of pipe line fittings. SUBSTANCE: proposed drive has output shaft with crank pair which is connected with output end of piston cylinder by means of axle and return stroke spring. Axle is made integral with guides for transversal motion relative to end of rod provided with hole where threaded member is located; this threaded member is engageable with tapped hole available in threaded axle guides for control of output shaft position. Besides that, piston cylinder of drive has piston mounted on rod which is movable along rod. To this end, threaded stud is received by this hole; bead of stud is engageable with piston and its threaded portion is engageable with tapped hole available at the end of rod; other end of stud has flats for wrench; nut is also provided for control of precompression of return stroke spring. Surface of piston engageable with surface of is provided with hole where locking member engageable with groove found on rod is fitted. Provision is made for turn of output shaft in drive. Piston stroke, output shaft torque and rate of operation at definite constant pressure of control medium remain constant. Provision is also made for control of precompression of return stroke spring, thus ensuring preset torque at output shaft. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности как привод для клапанов трубопроводной арматуры. The invention can be used in mechanical engineering, in particular as a drive for valves of pipe valves.

Известен поворотный кривошипный привод КПЛВ. 303386. 023, серийно выпускаемый ОАО Машиностроительная Корпорация "Сплав". Known rotary crank drive KPLV. 303386. 023, mass-produced by OJSC Alloy Engineering Corporation.

Привод содержит выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, и пружину обратного хода. Угол поворота выходного вала регулируется винтовыми упорами. The drive contains an output shaft with a crank pair connected by an axis to the output end of the piston cylinder rod, and a return spring. The angle of rotation of the output shaft is regulated by screw stops.

Недостатком привода является то, что один из винтовых упоров расположен в задней крышке поршневого цилиндра. Необходимость герметизации этого упора усложняет конструкцию привода. Кроме того, при настройке упора с изменением хода поршня меняется величина предварительного сжатия пружины обратного хода, а значит меняется величина крутящего момента на выходном валу, создаваемая пружиной обратного хода. А это, в свою очередь, меняет скорость срабатывания привода при неизменном значении давления управляющей среды. На практике чаще всего нужно осуществлять поворот задвижки клапана на определенный регулируемый угол при сохранении других параметров привода неизменными. The disadvantage of the drive is that one of the screw stops is located in the rear cover of the piston cylinder. The need to seal this stop complicates the design of the drive. In addition, when adjusting the stop with a change in the stroke of the piston, the value of the preliminary compression of the return spring changes, which means that the magnitude of the torque on the output shaft created by the return spring changes. And this, in turn, changes the actuator response speed at a constant pressure of the control medium. In practice, most often you need to rotate the valve gate at a certain adjustable angle while maintaining the other parameters of the actuator unchanged.

Известен поворотный кривошипный привод КПЛВ. 303386. 039, серийно выпускаемый ОАО Машиностроительная Корпорация "Сплав". Known rotary crank drive KPLV. 303386. 039, mass-produced by OJSC Alloy Engineering Corporation.

Привод содержит выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, пружину обратного хода, регулировочные шайбы, установленные на поршневом конце штока для регулировки величины предварительного сжатия пружины обратного хода (величины крутящего момента на выходном валу). The drive contains an output shaft with a crank pair connected via an axis to the output end of the piston cylinder rod, a return spring, adjusting washers mounted on the piston end of the rod to adjust the amount of pre-compression of the return spring (torque value on the output shaft).

Недостатком привода является то, что регулировка осуществляется ступенчато, путем подбора и установки регулировочных шайб, что не удобно на практике. The disadvantage of the drive is that the adjustment is carried out in steps, by selecting and installing shims, which is not convenient in practice.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является привод по патенту ЕР 0383369 B1 от 03.11.93 г., МКИ F 16 К 31/163, содержащий выходной вал с кривошипно-шатунной парой, выполненной в виде двух рычагов, связанных посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра. Выходной вал привода соединен с задвижкой клапана и имеет возможность посредством двух рычагов открывать и закрывать клапан. Устройство позволяет осуществлять поворот задвижки клапана на определенный регулируемый угол при сохранении полного хода поршневого цилиндра. The closest analogue to the proposed device is a drive according to patent EP 0383369 B1 from 03.11.93, MKI F 16 K 31/163, containing an output shaft with a crank pair made in the form of two levers connected via an axis to the output end of the rod piston cylinder. The output shaft of the actuator is connected to the valve gate and has the ability to open and close the valve by means of two levers. The device allows you to rotate the valve by a certain adjustable angle while maintaining the full stroke of the piston cylinder.

Регулировка угла поворота осуществляется изменением положения оси малого рычага относительно паза, выполненного в большом рычаге, и, соответственно, изменением положения выходного вала привода связанного с задвижкой клапана. The angle of rotation is adjusted by changing the position of the axis of the small lever relative to the groove made in the large lever, and, accordingly, changing the position of the output shaft of the actuator associated with the valve latch.

Основными недостатками конструкции привода являются
наличие качающегося поршневого цилиндра, необходимость установки его посредством оси на специальном кронштейне и использование двух рычагов, один из которых должен быть больше другого не менее чем в два раза. При этом, чтобы осуществить регулировку угла поворота задвижки на какой-то заданный угол, нужно переместить относительно клапана весь механизм привода. Все это увеличивает габаритные размеры устройства и усложняет конструкцию, что ограничивает применение привода в труднодоступных и стесненных местах и значительно повышает его металлоемкость;
наличие большого количества подвижных, интенсивно изнашивающихся элементов конструкции приводит к увеличению люфтов, что отрицательно влияет на точность отработки приводом заданного угла поворота выходного звена и снижает надежность работы привода;
подача управляющей среды для данного привода должна обязательно осуществляться через гибкие элементы, что снижает надежность работы привода (особенно в условиях низких температур), ограничивает область применения и усложняет его конструкцию;
в процессе регулировки угла поворота выходного вала меняется плечо приложения силы и, соответственно, значительно изменяется крутящий момент на выходном валу, что является существенным недостатком, ограничивающим область применения привода.The main disadvantages of the drive design are
the presence of a swinging piston cylinder, the need to install it via an axis on a special bracket and the use of two levers, one of which should be at least twice as large as the other. At the same time, in order to adjust the angle of rotation of the valve to a predetermined angle, it is necessary to move the whole drive mechanism relative to the valve. All this increases the overall dimensions of the device and complicates the design, which limits the use of the drive in hard-to-reach and cramped places and significantly increases its metal consumption;
the presence of a large number of movable, intensively wearing structural elements leads to an increase in backlash, which negatively affects the accuracy of the drive working out a given angle of rotation of the output link and reduces the reliability of the drive;
the supply of the control medium for this drive must be carried out through flexible elements, which reduces the reliability of the drive (especially at low temperatures), limits the scope and complicates its design;
in the process of adjusting the angle of rotation of the output shaft, the shoulder of the application of force changes and, accordingly, the torque on the output shaft changes significantly, which is a significant drawback that limits the scope of the drive.

Техническая задача, которая ставилась при разработке данного изобретения, - обеспечение точной регулировки поворота выходного вала привода на заданный угол при снижении габаритных размеров и металлоемкости устройства, повышение его надежности и расширение области применения за счет уменьшения количества интенсивно изнашивающихся подвижных элементов и исключения гибких элементов для подачи управляющей среды. The technical task that was posed during the development of this invention is the provision of precise adjustment of the rotation of the drive output shaft to a given angle while reducing the overall dimensions and metal consumption of the device, increasing its reliability and expanding the scope by reducing the number of intensively wearing moving elements and eliminating flexible elements for feeding control environment.

Кроме того, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулировки величины крутящего момента и скорости срабатывания привода. In addition, the expansion of functionality by providing adjustment of the magnitude of the torque and the response speed of the drive.

Результат достигается тем, что в поворотном кривошипном приводе, содержащем выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, и пружину обратного хода, ось выполнена совместно с направляющими, с возможностью поперечного перемещения относительно выходного конца штока, имеющего отверстие, в котором расположен резьбовой элемент, взаимодействующий с резьбовым отверстием направляющих оси и возможностью регулировки положения выходного вала. Кроме того, поршень установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него за счет резьбовой шпильки, которая устанавливается в отверстии поршня и буртиком взаимодействует с поршнем, а резьбовой частью - с резьбовым отверстием в торце штока, а на другом конце шпильки выполнены лыски под ключ и установлена гайка с возможностью регулирования предварительного сжатия пружины обратного хода, при этом поверхность поршня, сопрягающаяся с поверхностью штока имеет отверстие, в котором установлен стопорный элемент, взаимодействующий с канавкой, выполненной на штоке. The result is achieved in that in a rotary crank drive containing an output shaft with a crank pair, connected through an axis to the output end of the piston cylinder rod, and a return spring, the axis is made together with the guides, with the possibility of lateral movement relative to the output end of the rod having the hole in which the threaded element is located, interacting with the threaded hole of the axle guides and the ability to adjust the position of the output shaft. In addition, the piston is mounted on the rod with the possibility of movement along it due to a threaded rod, which is installed in the piston bore and interacts with the piston flange, and the threaded part with the threaded hole in the rod end, and turnkey flats are made on the other end of the stud and installed a nut with the ability to control the pre-compression of the return spring, while the piston surface mating with the surface of the rod has a hole in which a locking element is installed that interacts with the groove first performed on the stock.

На фиг. 1 изображен поворотный кривошипный привод в разрезе. На фиг.2 - поворотный кривошипный привод, где изображен выходной вал, развернутый на угол α. На фиг. 3 - ось, выполненная совместно с направляющими, с возможностью поперечного перемещения относительно выходного конца штока, вид А на фиг. 1. На фиг.4 - устройство регулирования предварительного сжатия пружины обратного хода, вид Б на фиг.1. In FIG. 1 shows a sectional rotary crank drive. Figure 2 - rotary crank drive, which shows the output shaft, deployed at an angle α. In FIG. 3 - axis, made together with guides, with the possibility of lateral movement relative to the output end of the rod, view A in FIG. 1. In Fig.4 - a device for adjusting the preliminary compression of the return spring, view B in Fig.1.

Привод содержит выходной вал 1 с кривошипно-шатунной парой 2, связанной посредством оси 3 с выходным концом штока 4 поршневого цилиндра 5, пружину обратного хода 6, ось 3, выполненную совместно с направляющими 7, резьбовой элемент 8, расположенный в резьбовом отверстии направляющих 7 и закрепленный с возможностью осевого вращения в выходном конце штока 4, контровочную гайку 9, фиксирующую направляющие 7 и ось 3, после регулировки ее положения, расположенную в отверстии поршня 10, резьбовую шпильку 11 с буртиком 12, регулировочную гайку 13, фиксируемую контровочной шайбой 14, стопорный элемент 15, установленный в отверстии поршня 10, взаимодействующий с канавкой 16, выполненной на штоке 4. The drive contains an output shaft 1 with a crank pair 2, connected by an axis 3 to the output end of the rod 4 of the piston cylinder 5, a return spring 6, an axis 3 made in conjunction with the guides 7, a threaded element 8 located in the threaded hole of the guides 7 and fixed with the possibility of axial rotation in the output end of the rod 4, a lock nut 9, fixing the guides 7 and the axis 3, after adjusting its position, located in the bore of the piston 10, a threaded rod 11 with a collar 12, an adjusting nut 13, fixed a lock washer 14, a locking element 15 installed in the bore of the piston 10, interacting with a groove 16 made on the rod 4.

Привод работает следующим образом. The drive operates as follows.

В поршневую полость поршневого цилиндра 5 подают под давлением управляющую среду. Давление среды воспринимается поршнем 10 и посредством кривошипно-шатунной пары 2 передается как крутящий момент на выходной вал 1, связанный с задвижкой клапана и совершающий угловое перемещение. A control medium is supplied under pressure to the piston cavity of the piston cylinder 5. The pressure of the medium is perceived by the piston 10 and, by means of a crank pair 2, is transmitted as torque to the output shaft 1, which is connected to the valve valve and performs angular movement.

Регулировка угла поворота выходного вала 1 на заданный угол α осуществляется путем перемещения оси 3 относительно выходного конца штока 4 на величину а. Для этого ослабляют контровочную гайку 9 и вращают резьбовой элемент 8, по стержню которого перемещаются направляющие 7, выполненные совместно с осью 3. После регулировки положения выходного вала 1 контровочную гайку 9 затягивают, фиксируя от перемещения ось 3. The angle of rotation of the output shaft 1 at a given angle α is adjusted by moving the axis 3 relative to the output end of the rod 4 by a. To do this, loosen the lock nut 9 and rotate the threaded element 8, along the shaft of which the guides 7 are made, made together with the axis 3. After adjusting the position of the output shaft 1, the lock nut 9 is tightened, fixing the axis 3 from movement.

Пружина обратного хода 6 в начальном положении находится в предварительно сжатом виде и передает на выходной вал 1 установленный наименьший крутящий момент, который гарантирует изготовитель продукции потребителю. Предварительное сжатие пружины должно обеспечивать равенство на выходном валу наименьшего крутящего момента в прямом (под действием управляющей среды) и обратном (под действием пружины) направлении хода поршня при заданном давлении управляющей среды. Согласно ГОСТу пружины по первой группе точности имеют на контролируемые силы допускаемые отклонения ± 5%, что вызывает значительный разброс по крутящему моменту от изделия к изделию. Указанные обстоятельства вызывают необходимость регулирования величины предварительного сжатия пружины обратного хода для обеспечения заданных величин (параметров) минимального крутящего момента и скорости срабатывания привода при заданном давлении управляющей среды. Усилие со стороны пружины 6 на поршень 10 не должно быть больше или меньше определенной величины, поскольку это в первом случае уменьшает скорость срабатывания привода в прямом направлении (под действием управляющей среды), и во втором случае (если усилие от пружины меньше нормы) скорость срабатывания тоже может оказаться недостаточной в обратном направлении. Изменение величины предварительного сжатия пружины позволяет регулировать скорость срабатывания привода. The return spring 6 in the initial position is pre-compressed and transmits to the output shaft 1 the set minimum torque that the manufacturer guarantees to the consumer. Pre-compression of the spring should ensure equality on the output shaft of the least torque in the forward (under the influence of the control medium) and reverse (under the action of the spring) direction of the piston stroke at a given pressure of the control medium. According to GOST, springs according to the first group of accuracy have tolerances of ± 5% for controlled forces, which causes a significant spread in torque from product to product. These circumstances make it necessary to control the amount of precompression of the return spring to provide the specified values (parameters) of the minimum torque and actuator response speed at a given pressure of the control medium. The force from the side of the spring 6 to the piston 10 should not be more or less than a certain value, since in the first case it reduces the actuator speed in the forward direction (under the influence of the control medium), and in the second case (if the force from the spring is less than normal), the operation speed may also be insufficient in the opposite direction. Changing the amount of pre-compression of the spring allows you to adjust the actuating speed of the drive.

Регулировка предварительного сжатия пружины 6 осуществляется поочередным вращением шпильки 11 и гайки 13. После этого гайку 13 затягивают до упора поршня 10 в буртик 12 и контрят при помощи шайбы 14. Диапазон регулировки ограничивается длинной канавки 16, в которой расположен стопорный элемент 15. Adjustment of the pre-compression of the spring 6 is carried out by rotating the stud 11 and the nut 13 one after another. After that, the nut 13 is tightened against the piston 10 against the shoulder 12 and is checked with the washer 14. The adjustment range is limited by the long groove 16, in which the locking element 15 is located.

В сравнении с прототипом в разработанной конструкции привода не используется кронштейн и ось для установки поршневого цилиндра. Размеры рычагов кривошипно-шатунного механизма сопоставимы по величине, что уменьшает габаритные размеры и металлоемкость привода. А также отсутствуют соединения с повышенным износом, приводящим к образованию люфтов, такие как ось для закрепления цилиндра, паз в большом рычаге, в котором перемещается ось малого рычага, и гибкие элементы для подвода управляющей среды, что повышает надежность работы привода. Кроме того, расширяются функциональные возможности за счет обеспечения регулировки величины крутящего момента и скорости срабатывания привода. Compared with the prototype, the developed drive design does not use a bracket and an axis for installing a piston cylinder. The sizes of the levers of the crank mechanism are comparable in size, which reduces the overall dimensions and metal consumption of the drive. Also, there are no connections with increased wear leading to the formation of backlash, such as an axis for securing the cylinder, a groove in the large lever in which the axis of the small lever moves, and flexible elements for supplying a control medium, which increases the reliability of the drive. In addition, functionality is expanded by providing adjustment of the magnitude of the torque and the response speed of the drive.

Данная конструкция привода прошла испытания на ОАО "Спецпромарматура" В. Новгород. Испытания подтвердили работоспособность заявленной конструкции привода, надежность его работы и удобство проведения регулировок крутящего момента и скорости срабатывания, что достигается изменением величины предварительного сжатия пружины обратного хода, а не за счет изменения давления управляющей среды. This drive design has been tested at JSC "Spetspromarmatura" V. Novgorod. Tests have confirmed the operability of the claimed drive design, the reliability of its operation and the convenience of adjusting the torque and response speed, which is achieved by changing the value of the preliminary compression of the return spring, and not by changing the pressure of the control medium.

Таким образом, разработанная конструкция привода позволяет осуществить поворот выходного вала на определенный регулируемый угол при сохранении других параметров привода неизменными, что расширяет область применения и дает дополнительные преимущества при эксплуатации, а за счет упрощения конструкции повышает надежность работы привода. Thus, the developed drive design allows the output shaft to be rotated by a certain adjustable angle while keeping the other drive parameters unchanged, which expands the scope and provides additional operational advantages, and, due to the simplification of the design, increases the reliability of the drive.

Claims (2)

1. Поворотный кривошипный привод, содержащий выходной вал с кривошипно-шатунной парой, связанной посредством оси с выходным концом штока поршневого цилиндра, и пружину обратного хода, отличающийся тем, что ось выполнена совместно с направляющими, с возможностью поперечного перемещения относительно выходного конца штока, имеющего отверстие, в котором расположен резьбовой элемент с возможностью регулировки положения выходного вала при взаимодействии с резьбовым отверстием направляющих оси. 1. A rotary crank drive comprising an output shaft with a crank pair, connected through an axis to the output end of the piston cylinder rod, and a return spring, characterized in that the axis is made together with the guides, with the possibility of lateral movement relative to the output end of the rod having the hole in which the threaded element is located with the ability to adjust the position of the output shaft when interacting with the threaded hole of the axle guides. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что поршень установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него за счет резьбовой шпильки, которая устанавливается в отверстии поршня и буртиком взаимодействует с поршнем, а резьбовой частью взаимодействует с резьбовым отверстием в торце штока, а на другом конце шпильки выполнены лыски под ключ и установлена гайка с возможностью регулирования предварительного сжатия пружины обратного хода, при этом поверхность поршня, сопрягающаяся с поверхностью штока, имеет отверстие, в котором установлен стопорный элемент, взаимодействующий с канавкой, выполненной на штоке. 2. The drive according to claim 1, characterized in that the piston is mounted on the rod with the possibility of movement along it due to a threaded rod that is installed in the piston bore and interacts with the piston flange, and the threaded part interacts with the threaded hole in the rod end, and at the other end of the stud, turnkey flats are made and a nut is installed with the possibility of adjusting the pre-compression of the return spring, while the piston surface mating with the surface of the rod has an opening in which the stop a single element interacting with a groove made on the stem.

Images