УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАВЕДЕНИЯ НА СТЫК СВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКИ

Полезная модель относится к области сварки поворотных кольцевых швов и может применяться в составе сварочных автоматов или робототехнических сварочных комплексов, а также в универсальных установках для дуговой сварки в среде защитных газов, используемых в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.
Известен автомат для дуговой сварки кольцевых швов колес транспортных средств в среде защитных газов, по патенту на полезную модель РФ №54849, МПК B23K 37/04 (2006.01), опубл. 27.07.2006, в котором устройство для настройки сварочной горелки представляет собой поворотный кронштейн, соединенный с приводом поворота (пневмоцилиндр), на котором закреплен двухкоординатный корректор, на подвижной площадке которого размещена штанга с жестко закрепленной горелкой. Причем штанга выполнена подвижной относительно корректора за счет клеммного соединения. Настройка горелки на стык производится двухкоординатным корректором при помощи вращения двух регулировочных винтов, а также перемещения штанги в клеммном соединении. Подвод и отвод горелки производится автоматически под действием пневмоцилиндра. Величина перемещения горелки определяется ограничителем хода, выполненного в виде двух упоров.
Недостатком этого механизма является отсутствие автоматизированного привода двухкоординатного корректора, что существенно усложняет сварку изделий, имеющих большие погрешности размеров и геометрической формы, для сварки которых требуется непрерывно корректировать положение горелки относительно сварного стыка в процессе горения сварочной дуги.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для наведения на стык сварочной горелки по патенту на полезную модель РФ №107708, МПК B23K 5/22 (2006.01), опубл. 27.08.2011 Бюл. №24, которое содержит соединенный с приводом поворота поворотный рычаг снабженный двухкоординатным корректором. Двухкоординатный корректор состоит из расположенных на противоположных концах поворотного рычага механизма линейного перемещения и подвижного шарнира. Подвижный шарнир состоит из закрепленных на поворотном рычаге электродвигателя и полой оси. Внутри полой оси расположен соединенный с валом электродвигателя винт, контактирующий с резьбовой поверхностью полого цилиндра установленного на полой оси с возможностью линейного перемещения. На полом цилиндре через подшипники закреплен двуплечий рычаг. Один конец двуплечего рычага выполнен в виде вилки, а на втором конце шарнирно закреплено клеммное соединение, в котором расположена штанга со сварочной горелкой. Механизм линейного перемещения состоит из закрепленного на поворотном рычаге корпуса, электродвигателя, ходового винта, направляющих скалок и гайки, на которой закреплена поперечная скалка с ползуном, установленным с возможностью одновременного скольжения по поверхностям поперечной скалки и вилки двуплечего рычага. Механизм поворота поворотного рычага выполнен в виде мотор-редуктора состоящего из электродвигателя и червячного редуктора с передаточным отношением, обеспечивающим условие самоторможения.
Это техническое решение позволяет производить корректировку положения горелки относительно сварного стыка в процессе горения сварочной дуги. Однако применение двух приводов обеспечивающих автоматические перемещения двуплечего рычага со сварочной горелкой по двум координатам усложняет конструкцию устройства, так как эти приводы и узлы, обеспечивающие их независимую работу, состоят из многозвенных механизмов с большим количеством пар трения. Усложнение конструкции приводит к увеличению массы и габаритных размеров устройства. Большое количество пар трения снижает надежность и ресурс работы устройства.
Техническим эффектом полезной модели является упрощение конструкции устройства для наведения на стык сварочной горелки.
Технический эффект достигается тем, что в устройстве содержащем поворотный рычаг, на одном конце которого с возможностью перемещения за счет клеммного зажима размещена штанга со сварочной горелкой, а другой конец соединен с приводом поворота выполненного в виде мотор-редуктора, включающего в себя электродвигатель и самотормозящуюся червячную передачу, вал червячного колеса мотор-редуктора выполнен со сквозным осевым отверстием, в котором с возможностью линейного перемещения установлен шток на одном конце, которого закреплен поворотный рычаг, а второй конец имеет резьбовую поверхность, контактирующую с резьбовой поверхностью ходового винта соединенного с валом дополнительного электродвигателя расположенного на одной оси со штоком и неподвижно закрепленного на червячном колесе мотор-редуктора.
Сопоставительный анализ с прототипом, позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что поворотный рычаг закреплен на штоке имеющем резьбовую поверхность и установленном в осевом отверстии вала червячного колеса мотор-редуктора с возможностью линейного перемещения. Также заявляемое устройство отличается тем, что мотор-редуктор снабжен дополнительным электродвигателем закрепленным неподвижно на червячном колесе мотор-редуктора соосно со штоком. При этом вал дополнительного электродвигателя соединен с ходовым винтом резьбовая поверхность, которого контактирует с резьбовой поверхностью штока.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства в рабочем положении, а также штриховыми линиями сварочная горелка в исходном положении; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Устройство содержит поворотный рычаг 1, сварочную горелку 2, штангу 3, клеммное соединение 4 и механизм перемещения 5 поворотного рычага 1. Механизм перемещения 5 состоит из корпуса 6, электродвигателя 7 соединенного с червячным валом 8, и червячного колеса 9 соединенного с валом 10 имеющем сквозное осевое отверстие и установленным в корпусе 6 на подшипниках 11. На червячном колесе 9 неподвижно закреплен электродвигатель 12. Вал электродвигателя 12 соединен с ходовым винтом 13, резьбовая поверхность которого контактирует с резьбовой поверхностью штока 14 установленного в осевом отверстии вала 10 с возможностью линейного перемещения. Линейное перемещение штока 14 обеспечивается при помощи скользящего шпоночного соединения 15. Поворотный рычаг 1 соединен со штоком 14 при помощи неподвижного фланцевого соединения 16.
Устройство может работать как в ручном режиме управления, так и в автоматическом
Корпус 6 устройства устанавливается или на неподвижное основание, или на различные механизмы перемещения, в зависимости от назначения оборудования, в котором оно используется. Расположение сварочной горелки 2 относительно свариваемого изделия 17 настраивается при помощи перемещения штанги 3 в клеммном соединении 4.
При ручном режиме, наблюдение за горением сварочной дуги и расположением сварочной горелки 2 относительно сварного стыка производится визуально, а включение и реверс электродвигателей 7,12 производится при помощи ручного нажатия кнопок на пульте управления (на фиг. не показан), который может располагаться в любом удобном для оператора месте.
В начале цикла сварки включается электродвигатель 7, который поворачивает червячное колесо 9, вал 10, электродвигатель 12, ходовой винт 13, шток 14, и поворотный рычаг 1 с горелкой 2 от исходного положения до рабочего. В данном устройстве используются шаговые электродвигатели, поэтому необходимый угол поворота определяется или оператором визуально или задается электронным блоком управления (на фиг. не показан), при этом угол поворота соответствует заданному количеству шагов электродвигателя 7. Зажигается сварочная дуга и включается вращение изделия 17. В процессе вращения возможно увеличение или уменьшение дугового зазора, в зависимости от погрешности формы свариваемого изделия 17, а также смещение сварного стыка в осевом направлении от предустановленного положения сварочной горелки 2, в зависимости от величины торцевого биения сварного стыка. Величина дугового зазора корректируется включением и реверсом электродвигателя 7, который поворачивает поворотный рычаг 1 с горелкой 2 на необходимую величину. Осевое смещение сварного стыка корректируется включением и реверсом электродвигателя 12, который, вращая ходовой винт 13, перемещает шток 14 вдоль оси вала 10. Таким образом, предлагаемая конструкция устройства позволяет корректировать положение сварочной горелки относительно сварного стыка по двум координатам как раздельно, так и одновременно. После окончания сварки электродвигатель 7 включают в обратном направлении и возвращают сварочную горелку 2 в исходное положение.
При автоматическом режиме работы электронный блок управления двигателями 7 и 12 подключают к оптико-электронной системе слежения за стыком и к электронной системе автоматической регулировки напряжения дуги (АРНД). Оптико-электронная система обеспечивает контроль и корректировку положения сварочной горелки 2 относительно стыка в осевом направлении, а система АРНД поддерживая заданное значение напряжения горения дуги обеспечивает корректировку положения сварочной горелки 2 в радиальном направлении. Цикл сварки происходит автоматически. Включается электродвигатель 7. Сварочная горелка 2 перемещается в рабочее положение. Зажигается сварочная дуга и включается вращение изделия 17. В процессе сварки оптико-электронная система контролирует и корректирует положение горелки 2 в осевом направлении при помощи включения и реверса электродвигателей 12, а система АРНД автоматически контролирует и корректирует положение горелки 2 относительно сварного стыка в радиальном направлении при помощи включения и реверса электродвигателей 7. В конце цикла сварки отключаются сварочная дуга и вращение изделия 17, горелка 2 отводится в исходное положение, освобождая пространство для снятия сваренного изделия и установки следующего.
Заявляемая полезная модель была опробована при стыковой сварке труб диаметром от 21 до 219 мм, а также при сварке указанных труб с фланцами различных толщин и диаметров. При малых диаметрах труб, и соответственно, малых отклонениях формы сварного стыка, корректировка положения горелки в процессе горения дуги практически не требовалась. При этом угол поворота поворотного рычага от рабочего положения до исходного не превышал 15 градусов, так как постановка изделия под сварку и съем готового изделия, производились в горизонтальном направлении. При сварке труб диаметром 219 мм, угол вращения поворотного рычага составил 90 градусов, так как постановка и съем изделия производились в вертикальном направлении при помощи подъемно-транспортных устройств. Корректировка положения горелки в вертикальном направлении производилась автоматически, а корректировка положения горелки в горизонтальном направлении производилась оператором в ручном режиме при непрерывном визуальном контроле. При этом отклонения от теоретического диаметра труб и торцевое биение стыка достигали 4 мм.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет существенно упростить конструкцию устройства для наведения на стык сварочной горелки, что позволяет уменьшить размеры и массу всего устройства. Уменьшение количества пар трения, входящих в состав устройства, повышает надежность и ресурс его работы. Уменьшение размеров устройства позволяет производить сварку в труднодоступных местах, что расширяет технологические возможности установок для автоматической сварки. Снижение массы устройства приводит к уменьшению мощности механизмов предназначенных для его перемещения.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».