Запобіжна пружна муфта

Пропонуємий винахід належить до запобіжних муфт, які з'єднують співвісні вали машин, агрегатів тощо, і може використовуватись в машинобудівній галузі в машинах, де треба передати обертаючий момент з одного валу на другий та припинити передачу цього моменту при виникненні аварійних ситуацій. Із загальнотехнічної літератури відомо, що в машинобудуванні застосовують запобіжні муфти різних конструкцій: муфти зі зрізним елементом у вигляді штифта, кулачкові муфти, муфти з кульками, муфти фрикційні (див., наприклад, Дунаев П.Ф. "Конструирование узлов и деталей машин", М.,"Высшая школа", 1971, стр.225-317; Чернавский С.А. и др. "Проектирование механических передач", М., "Машиностроение", 1967, стр.612-613; Иосилевич Г.Б. и др. "Прикладная механика", М., "Высшая школа", 1989, стр.241-249). Ці відомі запобіжні муфти розраховані тільки на обмеження числового значення передаваємого обертаючого моменту, хоча аварійна ситуація може виникнути до випадку перевищення навантаження на зрізний штифт над його міцністю і привести до небажаних наслідків або до руйнування агрегата. Характерною ознакою цих відомих запобіжних муфт є неможливість керувати процесом роз'єднання зв'язку в муфтах під час роботи агрегата. Кероване спрацювання запобіжної пружної муфти по команді системи контролю за роботою агрегата забезпечують конструкції запобіжних пружних муфт по заявкам номер 2002042723 від 05.04.2002р., номер 2002075697, від 10.07.2002р. номер 2003032049 від 07.03.2003р. Відмінними від вказаних вище запобіжних муфт характерними конструктивними ознаками цих керованих муфт є наявність в них спрацьовуючого по команді системи контролю за роботою агрегату запобіжного пристрою, що з'єднує диск і маточину однієї з півмуфт в кінематичну ланку, складовими якого є силовий елемент у вигляді кільцевої вставки або у вигляді накладок - пластин, стиснуті в робочому стані силовим елементом пружини виштовхувальні, розміщені і закріплені в заглибленнях в диску або в маточині, деталі закріплення силового елемента до диску і маточини, спрацьовуючий по команді вибуховий виріб. При аварійній ситуації система контролю за роботою агрегата подає команду на вибуховий виріб, який при спрацюванні розриває або силовий елемент, або розривний болт - деталь закріплення силового елемента до диска, а пружини виштовхувальні відокремлюють силовий елемент або його частину від диска, що забезпечує роз'єднання кінематичного ланцюга агрегата. Найбільш близьким аналогом пропонуємого винаходу за сукупністю конструктивних ознак і одержанню технічного результату є запобіжна пружна муфта по заявці номер 2003032049 від 07.03.2003 p. Характерними конструктивними ознаками вказаної муфти є такі ознаки: - наявність двох з'єднаних між собою пружними елементами півмуфт, одна з яких закріплюється на валу привод a, а друга - на валу агрегат a; - одна з півмуфт виконана збірною з двох з'єднаних між собою діаметрально протилежно розташованими силовими накладками деталей, одна з яких - диск забезпечує приєднання цієї півмуфти до другої півмуфти пружними елементами, а друга деталь - маточина забезпечує встановлення півмуфти на валу агрегата або привода; - кожна силова накладка має вигляд пластини, яка закріплена одним кінцем до шарніра на маточині, а другим кінцем до диска розривним болтом, який містить в собі спрацьовуючий по команді від системи контролю за роботою агрегата вибуховий виріб; - наявність стиснутих в робочому стані силовими накладками пружин, які розміщені і закріплені в заглибленнях на диску. При роботі в складі агрегату в момент виникнення аварійної ситуації спрацьовують по команді системи контролю за роботою агрегату розривні болти, і стиснуті пружини відштовхують силові накладки від диска і маточини, що забезпечує розрив кінематичного ланцюга агрегату. Завдяки шарнірам силові накладки не відриваються від маточини. Недоліками цієї відомої конструкції запобіжної муфти є такі ознаки: - необхідність застосовувати пружини з великими виштовхувальними силами і, як наслідок, з великим діаметром в агрегатах великої потужності; - необхідність доповнювати конструкцію диску додатковими міцними конструктивними елементами для закріплення пружин як в робочому стані, так і після спрацювання запобіжного пристрою; - небажане навантаження розривного болта додатковою - від стиснутої пружини розтягувальною силою, що викликає нераціональну необхідність зміцнювати корпус розривного болта і тим самим, як наслідок, потребує збільшувати масу вибухової речовини для розриву корпуса цього болта, що підвищує рівень небезпеки вибухового пристрою розривного болта і муфти в цілому; - наявність постійно присутнього небезпечного фактора, обумовленого силою стиснутих пружин, що створює небезпечну можливість випадкового відштовхування з великою силою, особливо в потужних агрегатах, силових накладок при випадкових спрацюваннях розривних болтів під час їх електричних перевірок в процесі складання муфти і при технічному обслуговуванні під час експлуатації агрегату; - небезпечність технологічного процесу закріплення силових накладок до диска, яку створює дія на них сил стиснутих пружин. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення технічних якостей запобіжної пружної муфти розглянутої вище конструкції шляхом заміни стиснутої в робочому стані виштовхувальної пружини разом з конструктивними елементами її закріплення до диска півмуфти таким виштовхувальним пристроєм, який у порівнянні з виштовхувальною пружиною при не меншій, ніж у неї, потужності має невеликі габарити і вагу, дозволить спростити конструкцію диска півмуфти, зменшити його масу, спростити технологічний процес закріплення до диска силових накладок, а також підвищити рівень безпеки складання і експлуатації запобіжної муфти в цілому. Рішення вказаної задачі досягнуто такими конструктивними заходами: - виконанням в кожній силовій накладці на тому кінці, яким вона взаємодіє з диском півмуфти, циліндричного отвору, розташованого над диском; - розміщенням у вказаному отворі виштовхувача у вигляді циліндричного поршня зі штоком; - розміщенням над виштовхувачем і закріпленням до силової накладки кришки з центральним отвором; - закріпленням в центральному отворі кришки спрацьовуючого по команді системи контролю за роботою агрегата піротехнічного виробу, який при спрацюванні генерує газ високого тиску, що приводить в дію виштовхувач. Суттєвими ознаками пропонованого винаходу є такі ознаки: - наявність двох з'єднаних між собою пружними елементами півмуфт, одна з яких закріплюється на валу привода, а друга - на валу агрегата; - одна з півмуфт виконана збірною з двох з'єднаних між собою діаметрально протилежно розташованими силовими накладками деталей, одна з яких - диск забезпечує приєднання цієї півмуфти до другої півмуфти пружними елементами, а друга деталь - маточина забезпечує встановлення півмуфти на валу агрегату; - кожна силова накладка має вигляд пластини, яка закріплена одним кінцем до шарніра на маточині, а другим кінцем - до диска розривним болтом, який містить в собі спрацьовуючий по команді системи контролю за роботою агрегата вибуховий виріб; - наявність виштовхувачів, кожен з яких має вигляд поршня зі штоком і розташований в середині циліндричного отвору, виконаному в кінці кожної силової накладки над диском; - наявність розміщеної над кожним виштовхувачем і закріпленої до силової накладки кришки з центральним отвором; - закріплення в центральному отворі кожної кришки спрацьовуючого по команді системи контролю за роботою агрегата піротехнічного виробу, який при спрацюванні генерує в порожнину між кришкою і поршнем газ високого тиску, що приводить в дію виштовхувач. Суттєвими і основними відмінними від прототипу ознаками пропонованого винаходу є наявність в силових накладках: - циліндричного отвору, виконаного в кінці кожної силової накладки над диском; - виштовхувачів, кожен з яких має вигляд поршня зі штоком і розташований в середині циліндричного отвору, виконаному в кінці кожної силової накладки над диском; - розміщеної над кожним виштовхувачем і закріпленої до силової накладки кришки з центральним отвором; - закріпленого в центральному отворі кожної кришки спрацьовуючого по команді системи контролю за роботою агрегата піротехнічного виробу, який при спрацюванні генерує в порожнину між кришкою і поршнем газ високого тиску, що приводить в дію виштовхувач. Виконання в кожній силовій накладці в кінці над диском циліндричного отвору, застосування і розміщення на кожній силовій накладці: - виштовхувача у вигляді поршня зі штоком, який розташований в середині циліндричного отвору; - кришки з центральним отвором, закріпленої до силової накладки над виштовхувачем; - закріпленого в центральному отворі кришки спрацьовуючого по команді системи контролю за роботою агрегата піротехнічного виробу, який при спрацюванні генерує в порожнину між кришкою і поршнем газ високого тиску, що приводить в дію виштовхувач дозволяє отримати новий технічний результат: - спростити конструкцію муфти і зменшити її вагу завдяки відмові від виштовхувальних пружин - особливо в агрегатах великої потужності; - спростити конструкцію диска півмуфти і зменшити його вагу за рахунок відмови від конструктивних елементів закріплення виштовхувальних пружин; - спростити технологію закріплення силових накладок до диска завдяки можливості застосування тільки універсальних інструментів і відмові від спеціальних технологічних пристроїв для стиснення пружин; - підвищити рівень безпеки складання і експлуатації муфти завдяки відмові від виштовхувальних пружин і зменшенню маси вибухівки в розривних болтах. Для пояснення суті і роботи винаходу додаються креслення (див.фіг.), на яких зображено: на фіг.1 - загальний вигляд подовжнього перетину запобіжної пружної муфти в робочому стані; на фіг.2 - загальний вигляд поперечного перетину частини силової накладки в місці розміщення виштовхувального пристрою до його спрацювання; на фіг.3 - загальний вигляд поперечного перетину частини силової накладки в місці розміщення виштовхувального пристрою після його спрацювання; на фіг.4 - загальний вигляд збоку запобіжної пружної муфти після спрацювання розривних болтів і виштовхувачів. Запропонована запобіжна пружна муфта складається з двох півмуфт - півмуфти 1 і півмуфти 2, з'єднаних між собою пружними елементами 3. Півмуфта 2 містить командні запобіжні пристрої, складовими кожного з них є: - силова накладка 4, яка за допомогою шарніра 5 закріплена одним кінцем до маточини 6 півмуфти 2, а другим кінцем за допомогою спрацьовуючого по команді системи контролю за роботою агрегата розривного болта 7 - до диску 8 півмуфти 2. Диск 8 забезпечує зв'язок півмуфти 2 з півмуфтою 1, маточина 6 може бути закріплена на валу 9 агрегату, півмуфта 1 - на валу 10 привода агрегата, наприклад електродвигуна; - виштовхувач 11, розміщений на тому кінці силової накладки 4, яким вона взаємодіє з диском 8 півмуфти 2. Основними складовими виштовхувача 11 є: - поршень зі штоком 12, розміщений в циліндричному отворі 13, виконаному в силовій накладці 4 над диском 8 і закріплений в робочому стані агрегату зрізним штифтом 14, при цьому шток виконується такої довжини, щоб забезпечити відокремлення силової накладки 4 від диска 8 і маточини 6; - кришка 15 з центральним отвором, яка закріплена до силової накладки 4 над поршнем 12; - піротехнічний виріб 16, закріплений в центральному отворі кришки 15, який при спрацюванні по команді системи контролю за роботою агрегата генерує газ високого тиску в порожнину 17 над поршнем 12. Піротехнічний виріб 16, наприклад піропатрон, може мати конструкції, які описані у книзі "Вспомогательные системы ракетно-космической техники»,перевод с английского под редакцией Тишунина И.В., М., «Мир», 1970, стр.115-133. Ця книга свідчить про високі технічні показники таких піротехнічних виробів. Розміщення розривного болта 7 відносно виштовхувача 11 може бути і іншим від зображеного на фіг.1 і фіг.2. Спосіб використання винаходу полягає в наступному: - півмуфту 2, зібрану з основних вказаних вище комплектуючих - деталей 4, 5, 6, 7, 8, 12, 14, 15, 16, закріплюють на валу 9; - півмуфту 1 закріплюють на валу 10, після чого півмуфти 1 і 2 з'єднують між собою в єдину муфту пружними елементами 3; - до розривних болтів 7 і піротехнічних виробів 16 приєднують провідники командних сигналів від системи контролю за роботою агрегата, наприклад, електричні кабелі (на фіг. не зображенні). В зібраному стані муфта передає обертаючий момент з вала 9 на вал 10, або навпаки. При аварійній ситуації система контролю за роботою агрегата подає команди на розривні болти 7 і піротехнічні вироби 16 виштовхувачів 11. Розривні болти 7 при цьому розриваються і зв'язок між силовими накладками 4 і диском 8 втрачається, а піротехнічні вироби 16 за долі секунди генерують в порожнини 17 над поршнями 12 газ високого тиску, що створює робочу силу, діючу на поршні 12. Під тиском цієї сили штифти 14 зрізаються, штоки поршнів 12 натискають на диск 8 з силою, імпульс якої забезпечує відходження силових накладок 4 від диска 8 і маточини 6. Додаткова діюча на силові накладки 4 відцентрова сила також сприяє відходженню їх від диска 8 і маточини 6 з обертанням в шарнірах 5. При цьому маточина 6 і диск 8 втрачають зв'язок між собою. Цим повністю забезпечується втрата зв'язку між півмуфтами 1 і 2 та валами 9 і 10. Виготовлення запропонованого пристрою можливе без будь-яких труднощів на тих самих підприємствах, які виготовляють муфти. Піротехнічні вироби, наприклад, піропатрони, виготовляють серійно спеціалізовані підприємства і широко застосовують в ракетно-космічній техніці в якості імпульсного джерела енергії газів високого тиску. Відновлення робочого стану пропонуємої запобіжної муфти відбувається простою заміною спрацьованих розривних болтів, піротехнічних виробів і зрізних штифтів новими розривними болтами, піротехнічними виробами і зрізними штифтами без використання спеціального обладнання. Пропонуємий винахід передбачається застосувати в приводі вентиляторів на гірничо-збагачувальному комбінаті залізних руд.