close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Редукторные электроприводы трубопроводной арматуры и приоритетные направления их развития..pdf

код для вставкиСкачать
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 1
УДК 621.833
П.Г. Сидоров, д-р техн. наук, проф., зав. каф, (4872) 33-23-80,
pmdm@tsu.tula.ru (Росиия, Тула, ТулГУ),
В.Я. Распопов, д-р техн. наук, проф., зав. каф., (4872) 35-19-59,
tgupu@yandex.ru (Росиия, Тула, ТулГУ),
А.В. Плясов, канд. техн. наук, доц. каф., (910) 150-64-07,
plyasov-a@yandex.ru (Росиия, Тула, ТулГУ),
А.В. Дмитриев, канд. техн. наук, глав. конструктор, (47545) 2-12-98,
progress@tntl.ru (Россия, Мичуринск, ОАО «Мичуринский завод «Прогресс»)
РЕДУКТОРНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ТРУБОПРОВОДНОЙ
АРМАТУРЫ И ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИХ РАЗВИТИЯ
Рассмотрены типовые серийные конструкции российских и зарубежных редукторных электроприводов для запорной арматуры, выполнен их сравнительный анализ по показателям технического уровня и качества и создан на стадиях проектирования и производства универсальный унифицированный электропривод нового поколения
на основе концепции: «Группу разной трубопроводной арматуры с разными диаметрами транспортных труб и давления в них и соответственно разными входными параметрами мощностного потока по скорости и моменту должен обслуживать один
универсальный унифицированный электропривод единого ресурсосберегающего габарита».
Ключевые слова: редукторный электропривод, трубопроводная арматура.
Первые серийные образцы редукторных электроприводов (ЭП) червячного типа для запорной трубопроводной арматуры (ТПА) мощностью
до 5 кВт создаются с шестидесятых годов прошлого столетия различными
зарубежными и отечественными фирмами: «AUMA» (Германия), «BIFFI»
(Италия), «ROTORK» (Англия), ЗАО «ИТЦ «Привод» (Россия, Тула), «Чебоксарский завод электромеханического оборудования» (Россия) и др.
Их достоинствами являются: плавность и бесшумность работы; относительно высокий коэффициент полезного действия (КПД) при ограниченных передаточных числах червячной передачи u ч п < 40 ; эффект вентильной проводимости мощности от червяка к червячному колесу при
обратном самоторможении; компактность и относительно невысокая
удельная металлоемкость (0,05...0,1) кг/Нм; хорошо разработанный инструментарий для проектирования и производства на стандартном станочном
оборудовании и др. Немаловажную роль играют техническая и технологическая возможности простого конструктивного выполнения выходного вала червячного колеса полым, а также простота передачи движущего момента через полый вал на вход запорной арматуры.
Дальнейший непрерывный рост энерговооруженности и расширение диапазонов нагрузок на ЭП червячного типа создал ряд трудностей по
их совершенствованию. Появились технические решения, в которых мо18
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
Разработка, испытания и эксплуатация
мент с червячного колеса передается на выходную коническую или цилиндрическую передачи с пустотелым выходным валом, то есть создаются
комбинированные червячно-цилиндрические или червячно-конические
мотор-редукторы.
Они позволили незначительно улучшить энерговооруженность
и расширить диапазоны изменения выходных параметров – крутящих
моментов и частот вращения ЭП, но потребовали конструктивного изменения, новой разбивки общего передаточного числа между входной
червячной и выходной цилиндрической или конической ступенями с целью уменьшения роли червячной ступени в воспроизведении общего постоянного передаточного числа редуктора. Все это обусловило в качестве силовых трансмиссий в ЭП применять новые зубчатые передачи:
планетарные [1], спироидные [2] и волновые [3] с гибким колесом или
промежуточными телами качения. Однако с внедрением и этих передач
проблема создания новых ЭП не теряет своей актуальности. Объясняется это тем, что большинство из названных силовых трансмиссий слабо
адаптируются к структуре ЭП нового поколения или не адаптируются
совсем. Привод по-прежнему проектируется по принципу: «Каждой технологической машине – свой автономный вариант». Отсюда большое
разнообразие конструкций автономных ЭП (около 300) в арматуростроении, сложность их проектирования, производства, эксплуатации и
обслуживания.
Настоящая работа рассматривает приводную технику, построенную на новом принципе, когда «Группа одинаковых или различных технологических машин с одинаковыми присоединительными формами
и размерами фланцев для ЭП, но разными вариантами параметров их
выходного мощностного потока по скорости и моменту обслуживается
одним универсальным унифицированным многооборотным ЭП с многовариантными кинематическими связями в одном габарите». Такая возможность появилась в связи с созданием новой разновидности зубчатых
передач – многопоточных с многопарными выпукло-вогнутыми контактами зубьев и асинфазными рабочими зацеплениями в силовых потоках
[4, 5]. Эти передачи уже на стадии проектирования гарантируют многовариантное исполнение в одном габарите, надежность, заданный ресурс работы и оптимальные габаритно-массовые показатели (удельная масса может быть снижена до qм = 0,01...0,03 кг/Нм и меньше при высоком КПД от 0,9
и выше), недосягаемые для других видов известных силовых трансмиссий.
При оценке конструкций редукторных ЭП необходимо учитывать
следующие факторы: потребность и ценовой диапазон изделий на рынке;
возможность производить качественно новую технику на действующем
серийном станочном оборудовании; наличие современного инструментария для проектирования и производства новой техники; желание произво19
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 1
дителей переходить на новый уровень производства; импортозамещение
техники; энерго- и ресурсосбережение и др.
В табл. 1 и 2 приводится сравнительная оценка мировой рыночной
продукции по некоторым показателям её технического уровня.
Таблица 1
Оценка приводной техники по удельной массе
Фирма –
производитель
Модель
электропривода
Тип редуктора
в электроприводе
Удельная
масса,
кг/Нм
ГЗ электропривод, Россия
ГЗ-А (-Б, В, Г, Д)
ГЗ-ВА (-ВБ)
ГЗ-ВВ (-ВГ,-ВД)
Червячный
0,05…0,1
Завод
электроприводов
«ТОМЗЕЛ», Россия
ЭПЦ15000/
20000/50000;
«Ангстрем»
Многопоточный планетарно-роликовый с
промежуточными телами качения
0,024…0,04
«ZPA Pecky»,
г. Печки,
Чешская республика
MODACT MOA;
MODACT MOA
OC
Двухпоточный планетарный
0,086…0,1
ЗАО «Тулаэлектропривод», Россия
ЭП4
(схема 41)
Червячный
0,113
AUMA, Германия
SA10.1
Червячный
0,045...0,07
ООО НПО «Сибирский
машиностроитель»,
Россия
Томприн
Волновой
трехрядный
роликовый
0,024…0,05
GREATORK, Китай
AVA и ZJ Series
Конический,
0,056
Червячный
Конический
Bernard, Tecofi,
Франция
SRA и ST Series
АБС, «ЗЭиМ»,
Чебоксары, Россия
ПЭМ-А,
ПЭМ-Б, ПЭМ-В
Комбинированный
MTV Series
Червячный
IB Series
Конический
ICON2000EC
Червячноцилиндрический
Rotork, Англия
Biffi, Италия
0,072
Червячный
20
0,092
0,09
0,191
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
Разработка, испытания и эксплуатация
Таблица 2
Прогнозируемый КПД приводной техники
в зависимости от типа и передаточного числа силовой трансмиссии
№
п/п
1
2
3
Вид зубчатой трансмиссии
в структуре привода
Цилиндрическая
(одно- или двухступенчатая)
Коническая
(одно- или двухступенчатая)
Гипоидная
(одно- или двухступенчатая)
u
КПД при передаточном числе с.т.
4
7
10
15
40
≥ 100
0,95
0,94
0,93
0,92
0,88
0,85
0,94
0,93
0,92
0,90
0,85
0,80
0,88
0,83
0,80
0,77
0,68
0,64
4
Червячная
0,78
0,75
0,72
0,66
0,45
0,25
5
Спироидная
0,86
0,83
0,79
0,68
0,45
0,24
6
Планетарная « 2k − h » в
трехсателлитном исполнении [3]
0,98
0,97
0,96
0,95
0,90
–
–
–
–
–
0,9
0,85
–
–
–
0,7
0,6
–
–
–
–
0,95
0,95
–
–
–
–
0,95
0,95
0,95
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0,7
0,7
–
–
–
–
0,64
0,64
0,95
–
0,43
0,85
0,44
0,44
0,95
–
0,24
0,8
0,24
0,24
0,94
0,15
7
8
9
Планетарная « 3k » в
трехсателлитном исполнении [3]
Однопоточная планетарная
передача типа « k − h − v » [3]
Многопоточная планетарнороликовая с промежуточными телами качения [5]
3k − 2 g − h
10
Многопоточная «
»
с многопарными контактами выпукло-вогнутых зубьев
в асинфазных потоках [1, 2]
11
Комбинированные:
– цилиндро-червячная
– цилиндро-планетарная
– червячно-цилиндрическая
– червячно-коническая
– цилиндро-многопоточная
– червячная двухступенчатая
21
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 1
Анализ приведенных материалов показывает, что ведущие разработчики ЭП ТПА получают конкурентоспособные показатели по удельной
массе исключительно за счет высокой нагруженности сопряженных профилей зубьев в высших кинематических парах, когда реальные контактные
напряжения достигают 1500…2000 МПа и более и возникает опасность
малоцикловых усталостных поломок зубьев, что недопустимо по соображениям безопасности магистралей [2]. В многооборотных ЭП нового поколения контактные напряжения в высших кинематических парах ни при
каких обстоятельствах не должны превышать 1000 МПа, а изгибные –
600 МПа. Это условие нельзя выполнить всеми известными ЭП, содержащими однопоточные силовые трансмиссии (см. табл. 1 и 2) [1 – 6].
В соответствии с Постановлением правительства РФ №218 Тульским государственным университетом совместно с ОАО «Мичуринский
завод «Прогресс» разработан электропривод 7МРЭП-88-10/115-00.000 для
ТПА широкого применения с использованием в качестве силовой трансмиссии многопоточной планетарной зубчатой передачи типа « 3 k − 2 g − h »
[4]. На рис. 1 и 2 представлены общий вид и кинематические связи в многопоточном ЭП. В табл. 3 приводятся его технические характеристики.
Рис.1. Общий вид универсального унифицированного многопоточного
ЭП габарита В с присоединительными размерами 200 × 200 мм
22
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
Разработка, испытания и эксплуатация
Силовая трансмиссия по схеме « 3k − 2 g − h » благодаря асинфазно-
сти движений не имеет ограничений на величину выходных моментов
и скоростей и позволяет строить параметрические ряды по скорости и моменту в одном заданном габарите ( a w = 88 мм ) с многократным резервированием нагрузочного момента, что не обеспечивает ни одна однопоточная
трансмиссия [4, 5]. В табл. 4 приводятся технические характеристики многовариантного исполнения редуктора этого ЭП за счет применения сменных зубчатых звеньев быстроходной ступени при неизменной выходной
тихоходной передаче. КПД передачи больше или равен 0,9 для всех указанных в табл. 4 вариантов исполнения при модуле в рабочих зацеплениях
m = 1,0 мм .
Рис. 2. Кинематическая схема многооборотного ЭП
запорной арматуры с выдвижным шпинделем
23
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 1
Числа зубьев зубчатых звеньев в двух ступенях многопоточной передачи из условия асинфазности движений в потоках не имеют общих
множителей, при этом суммы чисел зубьев центральных колес двух ступеней равны между собой и кратны числу сателлитов по условию их простой
сборки [4, 5].
Таблица 3
Технические характеристики электропривода 7МРЭП-88-230.00.000
24
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
Разработка, испытания и эксплуатация
На рис. 3 для визуализации легкости, прочности и технологичности
конструкции многооборотного ЭП приводится конструкция его многопоточного редуктора для габарита В с присоединительным фланцем
200× 200 мм .
Таблица 4
Технические характеристики планетарного редуктора типа
«3k-2g-h»
Параметры
Ед.
изм.
Передаточное число
силовой трансмиссии
Исполнения
02/
03/
77
58
00/
230
01/
115
04/
46
05/
38
–
230
115
76,6
57,5
46
38,3
Передаточное число
ручного дублера
–
400
200
133
100
80
67
Номинальный крутящий
момент на выходе
Нм
3450
1725
1150
865
700
580
Максимальный кратковременный
момент на выходе
Нм
10000
4250
2800
2100
1700
1400
Номинальная частота вращения
выходного вала (гайки)
мин-1
8
16
25
32
40
50
Рис. 3. Двухступенчатый двенадцатипоточный мелкомодульный
планетарный редуктор типа «3k-2g-h» в разъемном корпусе
с открытой крышкой для многооборотного ЭП с присоединительным
фланцем к задвижке типа В 200*200мм
25
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 1
( ψ bd ≅ 0,3... 0,35 ), гарантирующих встраиваемость низших кинематических пар
третьего класса в венцы сателлитов.
Результаты расчетов по этим формулам для различных значений нагрузочных моментов и числа потоков при одинаковых параметрах зубчатых
звеньев и допускаемых напряжениях во всех случаях дают примерно одинаковые значения модулей, что свидетельствует о равнопрочности зубчатых
звеньев излому зубьев и питтинг-процессу [4], а главное о возможности
применения в высокомоментных приводах мелкомодульных зубчатых колес
с модулями зацеплений m = 0,6; 0,8; 1,0 по ГОСТ 9563-80. Отсюда также следует важный вывод о том, что только многопоточные силовые трансмиссии
благодаря коаксиальности входа и выхода не накладывают ограничений на
габариты мотор-редукторов. Все остальные силовые зубчатые трансмиссии
не обладают таким важным достоинством.
Универсальность и унификация многооборотных электроприводов
с многопоточными трансмиссиями « 3k − 2 g − h » подтверждается расчетным
параметрическим рядом выходных параметров по скорости и моменту в одном строго фиксированном габарите (см. табл. 4), который определяется
размерами присоединительного фланца на задвижке.
Проведенный анализ продукции присутствующих на мировом рынке
фирм-производителей ЭП ТПА позволяет отметить следующие факторы, характеризующие технический уровень выпускаемых редукторных ЭП.
1. Фирмы, достаточно давно работающие на мировом рынке, в силу
традиций используют в качестве силовых трансмиссий червячные передачи.
Модернизация трансмиссий связана, как правило, с применением комбинаций червячной передачи с цилиндрической, планетарной или конической
и опасным повышением допускаемых напряжений в контактных парах зубьев до 1500…2000 МПа и более с целью минимизации габаритов и массы, что
недопустимо для ТПА и особенно после событий на АЭС в Чернобыле
(СССР) и Фокусимо (Япония).
2. Фирмы, созданные в последние десятилетия, выпускают редукторы
со спироидными или волновыми передачами с промежуточными телами качения. Однако этот факт связан не столько с улучшением технических характеристик этих передач, сколько со снижением контактных напряжений
в парах зубьев до 1000…1500 МПа и иногда с научными интересами разработчиков такой продукции, в целом уступающей по показателям технического уровня многопоточным ЭП с асинфазными многопарными выпукловогнутыми зацеплениями в структуре.
3. ЭП с планетарной передачей типа « 3k − 2 g − h », созданный Тульским государственным университетом совместно с ОАО «Мичуринский завод «Прогресс», выгодно отличается от выпускаемых редукторных ЭП коаксиальным расположением входа и выхода, что не накладывает ограничений
на форму и габариты присоединительных фланцев ЭП, закрывая весь ряд их
типоразмеров пятью габаритами: квадратных фланцев АК, Б, В, Г, Д по
ГОСТ 22309-73 или цилиндрических фланцев F10, F12, F25, F30 и F35 по
ISO 5210.
28
Российские электроприводы трубопроводной арматуры.
Разработка, испытания и эксплуатация
4. Универсальность и унификация такого ЭП подтверждена соответствующими расчетами и испытаниями [6].
5. Совместная работа Тульского государственного университета
и ОАО «Мичуринский завод «Прогресс» по созданию ЭП нового поколения
для ТПА общего назначения позволяет значительно снизить затраты на освоение его производства, поскольку НИОКР проведена с ориентацией на
существующую серийную технологическую базу и оснастку и имеющиеся
рабочие и инженерно-технические кадры.
Список литературы
1. Планетарные передачи: справочник / В.Н. Кудрявцев [и др.]; под
общей ред. В.Н. Кудрявцева и Ю.Н. Кирдяшева. М.; Л.: Машиностроение,
1977. 536 с.
2. Гольфарб В.И., Трубачев Е.С. Что делать и чего не делать при выборе и проектировании редукторов ТПА // Арматуростроение. 2010. № 1.
С. 52-57.
3. Геращенко А.Н., Постников В.А., Самсонович С.Л. Пневматические, гидравлические и электрические приводы летательных аппаратов на
основе волновых исполнительных механизмов: учебник. М.: Изд-во МАИПРИНТ, 2010. 548 с.
4. Сидоров П.Г., Пашин А.А., Плясов А.В. Многопоточные зубчатые
трансмиссии: теория и методология проектирования / под общей ред.
П.Г.Сидорова. М.: Машиностроение, 2011. 340 с.
5. Двухступенчатая планетарная передача: Патент на изобретение
№2402707 РФ, МПК F16H.
6. Многооборотный электропривод для управления запорной арматурой трубопроводного транспорта. / Р.В. Алалуев [и др.] // Арматуростроение. 2012. № 2. С. 54-59.
P.G. Sidorov, V.Ya. Raspopov, A.V. Plyasov, A.V. Dmitriev
GEARED ELECTRIC DRIVES of PIPELINE ARMATURE AND THE
PRIORITY DIRECTIONS OF THEIR DEVELOPMENT
Typical serial designs of the Russian and foreign geared electric drives for pipeline
armature are observed, their comparative analysis on technological level and quality parameters is made and the universal unified electric drive of new generation on the basis of the
concept is created at design stages and manufactures: «Group of different pipeline armature
with different diameters of transport pipes and pressures in them and accordingly different
input parameters of a powerful stream on speed and the moment one universal unified electric
drive uniform should serve a resource of a saving up gabarit».
Key words: the electric drive, multiline transmission, a toothed wheel, the carrier, the
satellite, a planetary wheelwork, a spindle, a pipe-line transport, a dimensional row, the
wedge gate valve, replaceable gear satellites.
Получено 3.12.12
29
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
1 730 Кб
Теги
приоритетный, электроприводу, трубопроводного, редукторных, направления, арматура, pdf, развития
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа