CC BY
43
УДК 621.7:589.011.46
С.С. Прокшин, канд. техн. наук, доц., (347) 272-63-07, okmim@ugatu.ac.ru (Республика Башкортостан, Уфа, Уфимский государственный авиационный технический университет),
Е.В. Шалобаев, канд. техн. наук, доц., (812)373-71-17, shalobaev47@mail.ru, С.С. Резников, канд. техн. наук, доц., (812)373-71-17, shalobaev47@mail.ru (Россия, Санкт-Петербург, Академия методов и техники управления, СПбНИУ ИТМО)
КРУПНОГАБАРИТНАЯ ПРИВОДНАЯ ТЕХНИКА ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
Предложена конструкция редуктора с соосной волновой зубчатой передачей с гибкими подшипниками, которая позволяет дополнительно уменьшить массогабаритные параметры электропривода запорной трубопроводной арматуры.
Ключевые слова: электропривод, редуктор, волновые передачи, гибкие подшипники.
В настоящее время развернулись широкие работы по модернизации действующих и строительству новых трубопроводов (большей частью нефте- и газопроводов), что вызвано не только их физическим и моральным износом, но и потребностью в новых, безопасных трубопроводах (особенно, если они прокладываются в водных акваториях, например, в акватории «Северный поток»).
Аварии на атомных электростанциях (АЭС), в частности японских, показали необходимость разработки новых подходов для проектирования надежных систем водопроводов для охлаждения реакторов АЭС) [1-7]. То же можно отметить и по результатам аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, когда при выходе из строя электропривода необходимо было использовать ручную систему.
Об актуальности проблемы говорит факт практически одновременного выхода в 2011 г. двух монографий, посвященных данной тематике [6, 8]. Достаточно много публикаций по рассмотренной проблеме, в которых обсуждаются как перспективы развития приводной техники [1, 9, 10], так и предлагаются те или иные технические решения проблемы [3, 78, 11-14].
Одной из задач, которую при этом необходимо решить, является создание современной инфраструктуры - комплекса взаимосвязанных структур, составляющих и обеспечивающих основу функционирования разнообразных трубопроводной системы.
Указанная инфраструктура включает в себя разнообразные запорные устройства вместе с электроприводами трубопроводной арматуры (ТПА).
Ведущие производители многооборотных электроприводов ТРА применяют в своих конструкциях различные схемы расположения осей
исполнительного двигателя и выходного звена электропривода, которые во многом обусловлены типом применяемого редуктора и исполнительного двигателя, а также требованиями экономики и эргономики [2].
Схема с пространственным расположением осей исполнительного двигателя и выходного звена электропривода широко применяется в конструкциях электроприводов таких фирм, как ГЗ «Электропривод», ОАО «Тулаэлектропривод» (Россия), «AUMA» (Германия), «ZPA Pecky» (Чешская республика), НПП «Механик» (Ижевск). Применение данной схемы обеспечивает минимальный размер по высоте, однако длина и ширина электропривода оказываются значительными [3-8].
Существенные качественные изменения электропривода могут быть реализованы применением волновых зубчатых передач (ВЗП) вместо обычных и планетарных схем. Недостатки ВЗП (относительно малый ресурс и ограниченный диапазон передаточных отношений 80... 200) компенсируются преимуществами по объемно-массовым характеристикам, КПД, отсутствию значительного мертвого хода, нетребовательностью к смазке и др. Подобная конструкция была реализована Тульским госуниверситетом совместно с ОАО «Мичуринский завод «Прогресс» при разработке многооборотного интеллектуального электропривода запорной ТПА с соосным (аксиальным) расположением осей [15] исполнительного двигателя и выходного звена электропривода 7МРЭП-110-00/280. Электропривод построен на базе многопоточного планетарного редуктора [14] и малогабаритного вентильного электродвигателя [16] с постоянными магнитами.
В работах [7, 13] приведены те или иные аспекты решения при проектировании электропривода с ВЗП, которые успешно прошли испытания на стадии опытных образцов. Выполнение указанных работ шло при участии Уфимского государственного авиационного технического университета. В данных работах шла речь о модернизации и оптимизации конструкции не только собственно зубчатых передач, но и их опор.
Целью данной работы является выработка дальнейших мер по повышению эффективности применения ряда конструктивных приемов, позволяющих уменьшить массогабаритные характеристики редуктора и в целом привода.
Кинематическая схема одной из реализованных конструкций представлена на рисунке.
Основные размеры колес ВЗП определяются по рекомендациям [17], однако ряд параметров, входящих в расчетные формулы, можно исключить, исходя из сложившейся практики расчета, ограничиваясь применением упрощенной формулы
где dk - конструктивный диаметр ВЗП, соответствующий цилиндру внутренней поверхности гибкого колеса, взаимодействующей с генератором; Тё - момент на гибком колесе, Нм; k - коэффициент, учитывающий механические свойства гибкого колеса, определяемый по формуле
к= 400 V 0,7-^ьа а -1, в зависимости от параметра (назначаемого в пределах 0,15...0,2) и предела выносливости материала а -1.
Кинематическая схема электропривода на базе волновой передачи
Размеры гибкого зубчатого колеса 4 назначаются в соответствии с рекомендациями [17]. Размер dk целесообразно выбирать в соответствии с выбранной конструкцией генератора.
При кулачковом генераторе 1 с центральным отверстием большого диаметра необходимо согласовать dk с наружным диаметром В стандартного гибкого подшипника по ГОСТ 23179-68. Длина по оси, ширина зубчатого венца и толщина оболочки гибкого колеса 4 определяются по формулам в соответствии с рекомендациями [17]:
Ь = (0,4.0,6) dk, Ь = Чbd dk, 5 = (0,012.0,014) с1к.
Конструктивные размеры, определяющие форму гибкого колеса в продольном сечении (Я - радиус галтели при зубчатом венце гибкого колеса и С - длина по оси от свободного торца до зубчатого венца), принимаются в соответствии со следующими рекомендациями: Я = (10.20) т (т- модуль зацепления); С = (0,5.0,3) Ь.
Фаска Е, выполняемая под углом в (в интервале 5.10°), назначается таким образом, чтобы толщина гибкого колена на свободном конце находилась в переделах 0,5.0,8 мм, исключая заострение по этому торцу.
103
Геометрический расчет зацепления гибкого колеса с эпициклом 5 осуществляется с использованием методики [17].
Диаметр базирования эпицикла определяется из условия жесткости по отношению к воздействию радиальных нагрузок, возникающих в зацеплении. Опыт использования данной конструкции показывает, что установка эпицикла с натягом в корпус, как правило, изготавливаемый из алюминиевых сплавов, а также использование бандажированных конструкций, не обеспечивают должного эффекта. Недостаточная радиальная жесткость эпицикла - основная причина т.н. «проскока» гибкого колеса.
В заключение отметим, что выполнены ряд проектов электропривода с ВЗП и успешно испытаны опытные образцы, обеспечивающих номинальные моменты Тё = 15000 Нм и Тё = 1200 Нм. Кроме того, разработан малогабаритный привод с Тё = 300 Нм. При этом значения удельного момента находятся в интервале 22.. .65 Нм/кг.
В частности, приводы с червячной передачей фирмы ЯОТОКК и приводы типа ЭВИМТА допускают удельный момент 9,4.19 Н-м/кг, тогда как предлагаемые приводы с ВЗП и гибкими подшипниками - 100... 120 Н-м/кг, то есть имеет десятикратное преимущество.
Данная работа по приводной технике трубопроводной арматуре выполняется при финансировании Министерства образования и науки РФ и полностью соответствует общей тенденции модернизации отечественной техники [18].
Список литературы
1. Йонатис Р.Р. Перспективные требования к модернизации трубопроводной арматуры для АЭС // Арматуростроение. 2004. №1. С.13-15.
2. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры: промышленная трубопроводная. Конструирование трубопроводной арматуры. Изд. 5-е. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 416 с.
3. Гольдфарб В.И., Трубачев Е.С. Что делать и чего не делать при выборе и проектировании редукторов ТПА // Арматуростроение. 2010. №1. С. 30-35.
4. Каталог продукции. Приводы трубопроводной арматуры. Ижевск: НПП «Механик», 2008. 23 с.
5. Мозжечков В. А. Третье поколение тульских электроприводов для атомных станций - серия ЭП4 // Арматуростроение, 2010. №2. С.82-85.
6. Спироидные редукторы трубопроводной арматуры / под общ. ред. В.И.Гольдфарба. М.: Вече, 2011. 222 с.
7. Волновая зубчатая передача в электроприводах трубопроводной арматуры / В.К. Итбаев [и др.] // Вестник СГАУ им. С.П.Королева. 2009.
№4. С.123-127.
8. Многооборотные электроприводы трубопроводной арматуры / под ред. В.Я.Распопова. Тула: 2011. 322 с.
9. Мозжечков В. А. Общие тенденции развития электроприводов трубопроводной арматуры // Арматуростроение. 2009. №6. С.46-52.
10. Перспективы развития приводной техники для трубопроводной арматуры / В.И. Гольдфарб [и др.] // Арматуростроение. 2005. №6. С. 43-45.
11. Хохряков В.Г. Электропривод нового поколения для запорно-регулировочной арматуры // Арматуростроение. 2004. №4. С.32-33.
12. Новые функциональные возможности и «интеллектуальные» свойства электроприводов серии ЭПВ / А.Б. Виноградов [и др.] // Силовая электроника. 2008. №3. С. 53-56.
13. Прокшин С.С., Шалобаев Е.В. Особенности конструирования крупногабаритного электропривода на основе волновых зубчатых передач // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2011. №4. С.64-67.
14. Многопоточные зубчатые передачи: структура, образование, кинематические и силовые связи, классификация и перспективы применения / П.Г. Сидоров [и др.] // Приводная техника. 2010. №4. С.25-30.
15. Шалобаев Е.В., Монахов Ю.С. Оптимизация габаритов соосных схем редукторов // Материалы межвузовской конференции: XXXII неделя науки СПбГУ. 24-29 ноября 2003 г. / СПбГУ, 2004. С.113-115.
16. Овчинников В.Е. Вентильные электродвигатели и привод на их основе. СПб.: Корона-век, 2007. 336 с.
17. Иванов М.И. Волновые зубчатые передачи. М.: Высшая школа, 1981. 184 с.
18. Шалобаев Е.В. Модернизированные редукторы отечественного производства // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010. № 6/2. С. 105-115.
S.S. Prokshin, E.V. Shalobaev, S.S. Reznikov
LARGE DRIVE TECHNOLOGY OF PIPELINE VALVES
The design of the gear box with soosnoj wave gear with flexible bearings, which allows you to further reduce size andparameters of electric hydraulic control valves is proposed.
Key words: electric drive, reducer, wave transmission, flexible bearings.
Получено 18.10.11
