МАШИНА ДЛЯ СТЫКОВОЙ ПРЕССОВОЙ СВАРКИ ТРУБ
MACHINE FOR COMPRESSION BUTT WELDING OF TUBES

Изобретение относится к области стыковой прессовой сварки и может использоваться в различных областях промышленности и строительства при сварке трубчатых деталей различного назначения и конфигурации.
Известна машина для стыковой сварки (а.с. №740436, БИ №22 от 15.06.1980 г.), содержащая подвижный и неподвижный корпуса, соединяющие их направляющие, цилиндры осадки, стойки и станины. В каждом из корпусов находиться центрирующий зажимной механизм. Конструкция их идентична. В каждом скобообразном корпусе имеется скобообразное полукольцо, которое проворачивается при помощи гидроцилиндров. Полукольцо имеет с внутренней стороны выборки с радиусами, центр которых расположен на одинаковом расстоянии от центра машины, обеспечивающие при повороте кольца усилия, воздействующие на вкладыш башмаков, сохраняя угол действия силы на вкладыш в пределах 10°…12°, выдвигая их по радиальным пазам к оси машины, тем самым выполняется зажатие и центровка изделия. Кольцо, при обратном движении, выборками, которые находятся на внешней поверхности, воздействует на специальные упоры башмаков, отводя их в исходное положение.
Имеют место такие недостатки конструкции этой машины.
1. Центрирующее устройство предназначено для центровки прутков и при центровке труб возможна их деформация и ухудшение центровки.
2. Скобообразный корпус имеет небольшую жесткость, что ведет к увеличению его веса и также ухудшает центровку деталей.
3. Большие потери в приводе зажатия на силы трения потому, что скобообразное кольцо одновременно трется внешней поверхностью по корпусу и внутренней поверхностью по вкладышам башмаков под полным усилием зажатия.
4. Сложный механизм возврата в исходное положение.
Недостатками механизма центровки по а.с. №251719 (БИ №25 от 07.07.1984 г.), который состоит из раскрывающихся корпусов, являются те же причины, что и по а.с. №740436 - то есть недостаточная жесткость, большая масса, большие потери на трение - полукольца при движении под нагрузкой зажатия трутся по внутренней поверхности корпусов и своими вкладышами о скосы башмаков.
В конструкции по а.с. №361050 (БИ №1 от 1973 г.) недостатки те же, что и в рассмотренных ранее механизмах центровки - единственным преимуществом является большая жесткость устройства, так как имеется неразъемный кольцевой корпус.
Зажимное центрирующее устройство для стыкосварочной машины по а.с. №231041 (БИ №35 от 15.11.1968 г.) принято за прототип, которое состоит из подвижной и неподвижной колонн, качающихся цилиндров привода кольца, которое расположено в середине их корпусов и центруется по внутренней поверхности корпусов. В кольцо запрессованы цилиндрические вкладыши, боковая поверхность которых выступает за пределы внутренней поверхности кольца и при повороте кольца контактирует с разноугольными скосами зажимных башмаков, выдвигая их по радиальным направляющим корпуса к трубе. Скос с большим углом предназначен для быстрого подвода башмака к трубе, а на скосе с меньшим углом развивается усилие, необходимое для создания усилия зажатия. Башмаки имеют возможность радиально перемещаться в радиальных пазах корпусов.
Кроме того, в корпусах колонн установлены разноплечие рычаги, которые проворачиваются вокруг осей, закрепленных в корпусах. Одно плечо рычага взаимодействует со специальными выступами кольца, а второе плечо входит в прорезь башмака и возвращает башмак в исходное положение при повороте кольца в обратную сторону.
Подвижная и неподвижная колонны связаны между собой четырьмя направляющими, к тому же на концах направляющих, которые проходят через подвижную колонну, установлены поршни механизма оплавления и осадки цилиндры которых закреплены на подвижной колонне.
Так как всю силу зажатия воспринимает кольцо, то под ее действием возможна деформация кольца и увеличение силы трения его по корпусу колонны. Это является большим недостатком предложенной конструкции потому, что повышается усилие привода.
Кроме того, недостатком являются большие потери при трении вкладышей кольца о скосы башмака.
Также недостатком является сложный механизм отведения башмаков в исходное положение, а само отведение не является точным. Это приводит к увеличению габаритов колонн и колец, что значительно увеличивает массу колонн.
Большим недостатком также является переход через ребро между скосами башмаков с разными углами. Это приводит к скачкообразному ходу башмаков и повышенному износу как вкладышей кольца, так и скосов башмака.
Кроме того, обслуживание машины при ремонте является сложным. Например, замена манжеты в цилиндре оплавления и осадки потребует разборки машины.
В основу предложенного изобретения поставлена задача повышения точности центровки и зажатия свариваемых труб, уменьшения потерь на трение в приводе центровки и зажатия, уменьшения массы машины и упрощения ее конструкции. За счет этого повышается качество сварки, производительность труда и надежность работы машины.
Поставленная задача достигается тем, что машина для стыковой прессовой сварки труб содержит станину, подвижную и неподвижную колонны, размещенные на направляющих штоках, которые закреплены на стойках гайками, механизмы центровки и зажатия, каждый из которых содержит зажимное кольцо, зажимные башмаки и размещенные в своих корпусах гидроцилиндры зажатия и центровки, гидроцилиндры оплавления и осадки. Зажимные кольца и зажимные башмаки механизмов центровки и зажатия размещены в корпусах подвижной и неподвижной колонн. Машина дополнительно содержит ползуны и оси, запрессованные в штоки гидроцилиндров зажатия и центровки, а каждый механизм центровки и зажатия дополнительно содержит серьги, оси, запрессованные в зажимное кольцо, и оси, запрессованные в зажимные башмаки, при этом зажимное кольцо выполнено с выступами на его внешней поверхности и кольцевыми выточками на внутреннем диаметре, а корпуса колонн выполнены состоящими из двух полукорпусов, в которых выполнены выступы, по наружному диаметру которых своими выточками, на внутреннем диаметре, центруется зажимное кольцо, и радиальные пазы, в которых с возможностью радиального перемещения к центральной оси машины и обратно размещены зажимные башмаки. Зажимное кольцо выполнено с возможностью поворота вокруг продольной оси машины под воздействием ползунов, контактирующих с выступами на внешней поверхности зажимного кольца и выполненных с возможностью покачивания вокруг осей, запрессованных в штоки гидроцилиндров зажатия и центровки. Корпуса гидроцилиндров зажатия и центровки жестко закреплены на внешней поверхности корпусов колонн, выполненных цилиндрическими, а зажимное кольцо посредством запрессованных в него осей соединено с одним концом серег, расположенных в кольцевой проточке кольца, второй конец которых соединен с зажимными башмаками посредством запрессованных в них осей с возможностью проворота на них.
Предложенная конструкция машины для стыковой прессовой сварки труб обеспечивает повышение точности центровки и зажатия труб за счет того, что зажимное кольцо своими выточками на внутреннем диаметре центрируется по внешнему диаметру выступов корпусов и исключается возможность заклинивания кольца в корпусе при его деформации от усилий зажатия (кольцо воспринимает все усилие зажатия). Использование в машине для стыковой прессовой сварки труб серег, которые связаны осями с одного конца с зажимным кольцом, а с другого - с зажимными башмаками, уменьшает потери на трение в приводе центровки и зажатия, за счет уменьшения угла трения в 2…3 раза относительно прототипа. В предложенной конструкции машины для стыковой прессовой сварки труб отсутствует специальный механизм отведения башмаков в исходное положение потому, что эту функцию выполняют те же самые серьги, которые осуществляют зажатие, а это упрощает ее конструкцию и значительно уменьшает габариты машины в радиальном направлении и, как следствие, ее массу.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
- на фиг.1 изображен продольный разрез машины;
- на фиг.2 изображен поперечный разрез А-А механизма центровки и зажатия.
Машина для стыковой прессовой сварки труб содержит подвижную колонну 1, неподвижную колонну 2, стойки 3 и 4, которые связаны между собой направляющими штоками 5, закрепленными на стойках гайками, станину 6, гидроцилиндры оплавления и осадки 7, механизмы центровки и зажатия с кольцами зажатия 8, серьгами 9, зажимными башмаками 10 и гидроцилиндрами привода зажатия 11.
Колонны 1 и 2 состоят из 2-х полукорпусов 12 и 13, собранных на болтах. В полости проточки полукорпусов расположено кольцо зажатия 8 так, что его внешние выступы 27 выходят за диаметр полукорпусов. В полукорпусах сделаны радиальные пазы, в которых размещены зажимные башмаки 10 с возможностью радиального перемещения. Зажимное кольцо 8 центруется своим выточками 28 на внутреннем диаметре по наружному диаметру выступов 29 в полукорпусах. В кольцевой проточке кольца расположены серьги 9, связанные с кольцом осями 14, запрессованными в кольцо. Серьги имеют возможность покачиваться на этих осях. Вторые концы серег соединены с зажимными башмаками 10 осями 15, которые запрессованы в башмак таким образом, что серьги могут покачиваться вокруг них.
Гидроцилиндр привода зажатия 11 жестко закреплен на цилиндрической поверхности колонн и состоит из цельного корпуса с расточками разного диаметра на его концах, в которых расположены поршни 17 (большего диаметра) и 18, соединенные между собой штоками 19 с запрессованной в них осью 20, на концах которой, с возможностью проворота, закреплены ползуны 21. Башмаки 10 оборудованы сменными вкладышами 22, которые меняют в зависимости от внешнего диаметра свариваемых труб 23.
Кроме того, на подвижной колонне 1 установлен ролик 24, закрепленный на нижнем гидроцилиндре привода зажатия, который выставляется прокладкой 25 так, что контактирует с балкой 26 станины 6. Прокладка 25 подбирается по толщине таким образом, чтобы компенсировать прогиб направляющих 5 под действием веса подвижной и неподвижной колонн.
Машина действует следующим образом. Чтобы установить подвижную 1 колонну в исходное положение, в штоковую полость гидроцилиндров оплавления и осадки 7 подают рабочую жидкость под рабочим давлением, а поршневую полость соединяют со сливом. Цилиндр, вместе с корпусом 1, перемещается до своего упора в поршень.
Свариваемые трубы 23 устанавливают в подвижной 1 и неподвижной 2 колоннах с зазором. При подаче рабочей жидкости в поршневые полости 16 гидроцилиндров привода зажатия 11 их штока 19 перемешаются. Через оси 20 и ползуны 21 штоки 19 воздействуют на внешние выступы зажимного кольца 8, чтобы провернуть его. При провороте зажимное кольцо 8 через серьги 9 перемещает зажимные башмаки 10, с закрепленными на них сменными вкладышами 22, к осям свариваемых труб 23. Происходит их центровка и зажатие.
Затем штоковые полости гидроцилиндров оплавления и осадки 7 соединяют со сливом, а в поршневые полости подают рабочую жидкость. Свариваемые трубы 23 перемещаются до упора друг в друга. Соединив поршневые полости гидроцилиндров оплавления и осадки 7 со сливом и подав в штоковые полости рабочую жидкость, выполняют операцию отскока, обеспечивая устойчивое горение дуги между торцами труб. После нагрева труб выполняют операцию осадки. Для этого в поршневые полости гидроцилиндров оплавления и осадки 7 подают рабочую жидкость, а штоковые полости соединяют со сливом.
После сварки в поршневые полости гидроцилиндров привода зажатия 11 с поршнями 18 подают рабочую жидкость. Происходит разжатие сваренных труб. Машина подготовлена к следующему сварочному циклу.
Использование машины в различных областях промышленности позволит получать высококачественные сварные соединения за счет повышения точности центровки и зажатия труб, уменьшения потерь на трение в приводе центровки и зажатия, уменьшения массы машины и упрощения ее конструкции, что облегчает работу оператора, повышает производительность труда и надежность работы машины.