ЧИСТЯЩАЯ ГОЛОВКА ЛЕЗВИЙНАЯ

Полезная модель относится к устройствам для очистки трубопроводов, а именно к очистке внутренней поверхности теплообменных труб от накипи и отложений.
Известен бур сферический твердосплавный БСТ. 1.40.000 [1, с.15]. Бур состоит из корпуса и жестко закрепленных на его торце через 120° относительно оси корпуса трех режущих пластин полукруглой формы.
Недостатками устройства является то, что бур работает с ограниченным диаметром трубы и возможны повреждения основного металла.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является шарошка раскидная ШР.2.46 [1, с.13].
Устройство состоит из корпуса и закрепленных подвижно на нем трех битах с шарошками. В конструкции корпуса выполнено три паза, имеющих поперечные отверстия для крепления бит, оси которых расположены перпендикулярно оси вращения инструмента. Оси бит расположены через 120° относительно оси корпуса инструмента. На одном конце бит имеются отверстия для крепления их на осях к корпусу, а на другом конце расположена шарошка, которая имеет коническую форму и состоит из набора звездочек различной геометрической формы. При вращении корпуса биты конусно (рупором) раскрываются на осях под действием центробежных сил до соприкосновения зубчатых очистных элементов с отложениями. Обкатываясь по отложениям, очистные элементы разрушают их путем многократного воздействия. Перемещение шарошки раскидной вдоль трубы, осуществляется за счет продольной подачи гибкого вала, на конце которого она устанавливается.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: чистящая головка, содержащая корпус с присоединительной поверхностью на одном торце, а на другом три паза с поперечными отверстиями, в которых закреплены биты на осях. На одном конце бит имеются отверстия для крепления их на осях к корпусу, а на другом конце расположен рабочий элемент.
Недостатком прототипа является невысокая надежность зубчатых очистных элементов, связанная с повышенным износом, а также невысокое качество очистки.
Сущность полезной модели заключается в том, что чистящая головка лезвийная содержит корпус с присоединительной поверхностью, имеющий три равномерно расположенных паза с поперечными отверстиями, где закреплены оси, каждая из которых несет биту с рабочим элементом, при этом рабочий элемент каждой биты выполнен в виде твердосплавной режущей пластины, жестко установленной в центральном пазу биты с углом наклона в пределах (20÷30)°, а угол заточки задней поверхности режущей пластины выбирается в зависимости от диаметра и материала обрабатываемой поверхности.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение срока службы за счет повышения надежности путем использования твердосплавных материалов, а также повышение производительности, обеспечиваемое конструктивными особенностями.
Поставленная цель достигается за счет того, что рабочий элемент каждой из бит выполнен в виде твердосплавной режущей пластины, жестко установленной в центральном пазу биты с углом наклона в пределах (20÷30)°, при этом угол заточки задней поверхности режущей пластины выбирается в зависимости от диаметра и материала обрабатываемой поверхности.
Разработанная конструкция лезвийной чистящей головки позволит увеличить срок эксплуатации, а также обеспечит повышение надежности за счет использования режущих пластин из твердосплавного материала. Стойкость режущих пластин из твердого сплава марки Т5К10 составляет около 100 мин, что значительно превышает срок службы рабочих элементов, ранее используемых.
По результатам компьютерного моделирования, теоретических и экспериментальных исследований установка режущей пластины в центральном пазу биты с углом наклона в пределах (20÷30)° позволяет увеличить производительность за счет максимального увеличения объема снимаемого материала (отложений) и повышения скорости осевого перемещения вдоль обрабатываемой поверхности.
Каждая чистящая головка предназначается для определенного диапазона диаметров труб. Поэтому, величина угла заточки задней поверхности режущей пластины связана с диаметром и материалом обрабатываемой поверхности. При назначении угла заточки следует учитывать, что при малых углах (ниже 10°) не обеспечивается процесс врезания, а при больших (свыше 40°) может быть допущено повреждение основного материала при очистке труб. Всвязи с этим, необходимо учитывать величину максимально допустимых возникающих давлений в процессе обработки (очистки) для каждого вида материала с учетом его физико-механических свойств, чтобы не допустить повреждения основного материала. Исследования проводились в лаборатории кафедры технологии машиностроения БГТУ им В.Г. Шухова.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фиг.1 представлена 3D-модель чистящей головки; на фиг.2 изображен разрез чистящей головки через ось корпуса; на фиг.3 - разрез по оси биты (Разрез А-А с фиг.2).
Чистящая головка состоит из корпуса 1 цилиндрической формы с присоединительной поверхностью 2, выполненной, например, в виде внутренней резьбовой поверхности на торце корпуса 1. На другом торце корпуса 1 выполнено три равномерно расположенных паза, имеющих поперечные отверстия для установки осей 3. Оси этих отверстий расположены перпендикулярно оси корпуса чистящей головки. Равномерное расположение пазов позволит исключить появление дисбаланса при вращении чистящей головки.
В пазах корпуса 1 на жестко закрепленных осях 3 расположены биты 4. На одном конце каждой биты 4 имеется отверстие для установки в него оси 3, а на другом - выполнен центральный паз, в котором закреплена (например, запаяна припоем) твердосплавная режущая пластина 5. Режущие пластины 5 могут располагаться на битах 4 с различным углом закрепления в центральном пазу. Угол закрепления выбирается в пределах (20-30)°.
Режущие пластины 5 могут иметь различную геометрическую форму, например полукруглую, что облегчает процесс заточки. Кроме того, в зависимости от диаметра обрабатываемой поверхности и материала, могут меняться углы заточки задней поверхности режущей кромки. Например, при очистке труб от накипи с внутренним диаметром от 44 до 54 мм из стали 10, угол заточки задней поверхности равный 25° обеспечит высокую производительность и неповреждаемость основного металла при скоростях резания ≤400 м/мин.
Для обеспечения вращательного движения чистящей головки предназначен промежуточный элемент, например гибкий вал, взаимодействующий с присоединительной поверхностью, и электродвигатель (условно не показаны).
Чистящая головка монтируется и работает следующим образом.
В пазы корпуса 1 устанавливаются и жестко закрепляются оси 3 с предварительно размещенными на них битами 4, имеющими возможность качания на осях 3. Режущие пластины 5 закрепляются в центральных пазах бит 4 до монтажа.
Чистящая головка соединяется с промежуточным элементом (например с гибким валом) посредством присоединительной поверхности 2, выполненной на торце корпуса 1, например, в виде внутренней резьбовой поверхности. В таком положении чистящая головка устанавливается на обрабатываемой поверхности, например во внутреннюю поверхность трубы, которая подлежит очистке.
От двигателя (условно не показан) к чистящей головке вращение передается через гибкий вал (условно не показан) и сопряженную с ним присоединительную поверхность 2 на торце корпуса 7.
В процессе вращения чистящей головки под действием центробежных сил и за счет свободной установки бит 4 на осях 3, биты 4 конусно (рупором) раскрываются до соприкосновения режущих пластин 5 с обрабатываемой поверхностью. Внедряясь в обрабатываемую поверхность, режущие пластины 5 снимают слой материала. При непрерывном перемещении чистящей головки вдоль обрабатываемой поверхности происходит удаление слоя материала по всей ее длине. По окончанию процесса обработки чистящая головка возвращается в исходное положение, например реверсом привода подачи. Таким образом, может очищаться внутренняя поверхность трубы, например, от слоя накипи и других отложений, либо может сниматься дефектный слой материала.
1. Каталог оборудования для очистки котлов и теплообменников от накипи и отложений / Научно-техническое предприятие «Сплавы-сервис». - Белгород, 2002. - 22 с.