ПИЛА ДЛЯ РЕЗКИ ПРОКАТА
SAW FOR ROLLED METAL CUTTING

Изобретение относится к устройствам для обработки металлов, в частности к устройствам для распиливания, и может быть использовано для резки проката.
Известны пилы для резки проката за счет накопленной на холостом ходу энергии вращающихся масс привода диска, установленного на валу, закрепленном на водиле, совершающем круговое движение в плоскости, перпендикулярной оси проката и кинематически связанным с центральным валом, см., например, SU №420414, US №4003282, SU №496657, FR №2302161.
Недостатки известных механизмов обусловлены тем, что рабочий механизм пилы представляет собой планетарный редуктор, внутри которого в одном корпусе расположена система зубчатых передач. Вращение диска и водила осуществляется от двух независимых двигателей. При этом диск вращается непрерывно, а водило совершает один оборот на каждый рез. Мощность привода вращения диска определяется соотношением требуемой для реза энергий и энергии, накопленной маховиками. Мощность привода водила определяется суммарным моментом инерции планетарного редуктора, включая маховики, систему зубчатых передач, валы, диск с планшайбами и корпус водила. Учитывая, что оси вращения маховиков располагаются эксцентрично относительно оси двигателя, вращающего диск, момент инерции вращающихся масс, приведенный к валу двигателя привода водила, весьма существенный. Все это приводит к снижению быстродействия и кпд устройства в целом.
Технической задачей изобретения является создание эффективной пилы для резки проката и расширение арсенала пил.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в том, что обеспечено увеличение быстродействия и повышение кпд за счет снижения момента инерции водила, поскольку привод режущего диска с маховиками и системой зубчатых передач установлен отдельно в стационарном корпусе таким образом, что центральная ось привода диска совпадет с осью вращения водила. В результате момент инерции вращающего водила существенно уменьшен и соответственно снижены расход энергии на рез и установленная мощность привода. Кроме того, обеспечены уменьшение габаритов механизма пилы и унификация двигателей, поскольку вращение диска с маховиками осуществляется несколькими двигателями с синхронизацией скоростей вращения.
Сущность изобретения состоит в том, что пила для резки проката содержит планетарный механизм с водилом, установленным с возможностью вращения на солнечном валу и кинематически связанным зубчатой передачей с приводным двигателем водила, а также периферийный вал, на котором закреплен режущий диск, причем солнечный вал установлен с возможностью вращения только вокруг своей оси, связан зубчатой передачей с периферийным валом планетарного механизма и соосно соединен с возможностью совместного вращения с валом инерционного аккумулятора энергии вращения.
Предпочтительно водило связано с приводным двигателем водила наружной зубчатой передачей, соединенной промежуточными зубчатыми передачами с этим двигателем, а инерционный аккумулятор энергии вращения выполнен в виде двух маховиков, соединенных с приводными двигателями маховиков и, через суммирующую зубчатую передачу, - с валом этого аккумулятора энергии вращения.
В предпочтительном варианте реализации инерционный аккумулятор энергии вращения выполнен в виде двух одинаковых маховиков, размещенных в стационарном корпусе и соединенных с одинаковыми приводными двигателями маховиков, а также, через симметричную суммирующую зубчатую передачу, - с валом инерционного аккумулятора энергии вращения.
При этом радиус вращения периферийного вала, на котором закреплен режущий диск, относительно солнечного вала выполнен меньшим радиуса режущего диска, планетарный механизм и зубчатые передачи двигателей размещены в, по меньшей мере, одном корпусе, двигатели маховиков выполнены синхронизированными, кроме того, пила снабжена системой автоматики, содержащей датчик углового положения водила и датчик числа оборотов диска, подключенные к блоку управления, соединенному с приводными двигателями.
На чертеже изображена кинематическая схема механизма пилы для резки проката.
Пила для резки проката содержит планетарный механизм с водилом 1, установленным с возможностью вращения на солнечном валу 5 и кинематически связанным наружной зубчатой передачей с колесами 6, 7 с приводным двигателем 10 водила 1, а также периферийный вал 3, на котором закреплен режущий диск 2. Солнечный вал 5 установлен с возможностью вращения только вокруг своей оси, связан зубчатой передачей 11 с периферийным валом 3 планетарного механизма и соосно соединен с возможностью совместного вращения с валом (не обозначен) инерционного аккумулятора энергии вращения. Плоскость режущего диска 2 перпендикулярна оси разрезаемой заготовки 16.
Водило 1 связано с приводным двигателем 10 водила зубчатой передачей 6, 7, соединенной промежуточными зубчатыми передачами 8, 9 с этим двигателем 10. Инерционный аккумулятор энергии вращения выполнен в виде двух одинаковых маховиков 13, соединенных с одинаковыми синхронизированными приводными двигателями 14 маховиков 13 и, через симметричную суммирующую зубчатую передачу 12, - с валом этого аккумулятора энергии вращения.
Радиус вращения периферийного вала 3, на котором с помощью планшайб 4 закреплен режущий диск 2, относительно солнечного вала 5 выполнен меньшим радиуса режущего диска 2. Т.е. валы 3 и 5 установлены таким образом, что межцентровое расстояние между валами 3 и 5 меньше радиуса режущего диска 2, но больше максимального размера заготовки 16. Поскольку момент инерции водила 1 пропорционален квадрату радиуса вращения относительно вала 5, радиус вращения водила 1 должен быть минимально возможным для снижения момента инерции. Кроме того, чем меньше радиус вращения водила 1, тем меньше габариты пилы. С другой стороны, радиус вращения водила 1 должен обеспечивать разрезание заготовки 16, то есть быть больше ее размера. Поскольку диск 2 установлен на валу 3 посредством планшайб 4, разность радиусов диска 2 и планшайб 4 также должна быть больше размера заготовки 16. Таким образом, радиус диска 2 должен быть больше радиуса вращения водила 1 хотя бы на радиус планшайб 4.
Зубчатые передачи 8, 9, 12 и маховики 13 размещены в данном случае в изолированном объеме стационарного корпуса 15. Зубчатые передачи 6, 7, 11 и планетарный механизм с водилом 1 и валом 5 размещены в изолированном объеме стационарного корпуса 17. Корпуса 15 и 17 могут быть конструктивно соединены (выполнены заодно). Число ступеней зубчатых передач 6, 7, 8 и 9 определяется конструктивно исходя из соотношения заданных скоростей вращения водила 1 и двигателя 10.
Пила снабжена системой автоматики (не изображена), содержащей блок управления, датчик углового положения водила 1 и датчик числа оборотов диска 2, подключенные к блоку управления, соединенному с электроприводами двигателей 10, 14, которые могут быть исполнены в виде отдельных блоков. В качестве двигателей 10 и 14 могут использоваться мотор-редукторы. Датчик углового положения водила 1 может быть установлен на любом из валов зубчатых передач 8, 9 или двигателя 10. Датчик числа оборотов диска 2 может быть установлен на любом из валов 5 или двигателей 14.
Диаметр режущего диска 2 зависит от размера сечения разрезаемой заготовки 16 и может находиться, например, в диапазоне от 1000 до 3500 мм. Максимальный габарит сечения разрезаемой заготовки 16 может составлять, например, до 700 мм при соответствующем максимальном диаметре диска 2 и определяется исходя из кинематических и силовых параметров пилы.
В конструкции пилы не накладывается принципиальных ограничений на количество маховиков 13 и двигателей 14.
Пила для резки проката работает следующим образом.
При запуске пилы водило 1 устанавливается в исходное положение таким образом, чтобы режущий диск 2 находился на максимальном удалении от заготовки 16. Для этого включается двигатель 10 привода водила 1, управляемый системой автоматики пилы, получающей информацию об угловом положении водила 1 относительно корпуса 17 посредством датчика углового положения, формирующего сигнал достижения исходного положения. При повороте водила 1 вал 3 совершает планетарное движение относительно центрального вала 5. Таким образом осуществляется подача диска 2 в направлении резания. При этом режущий диск 2 вращается вокруг оси вала 3 и вместе с ним вокруг центрального вала 5.
Затем включаются двигатели 14 привода вращения режущего диска 2. Двигатели 14 приводят во вращение маховики 13 через систему зубчатых передач 12 центральный вал 5, зубчатую пару 11 с валом 3, на котором посредством планшайб 4 закреплен режущий диск 2, который накапливает энергию, требуемую для реза заготовки 16, с помощью вращающихся маховиков 13 и двигателей 14.
Под управлением системы автоматики пилы диск 2 раскручивается до номинальных оборотов. Скорость вращения диска 2 выбирается с учетом технологических особенностей операций резания и обычно достигает величины окружной скорости диска 2, например от 80 до 120 м/с. Достижение заданной скорости вращения диска 2 фиксируется системой автоматики пилы посредством датчика оборотов. Поскольку используются одинаковые двигатели 14 и маховики 13, а зубчатые передачи 12 имеют одинаковый коэффициент передачи, двигатели 14 должны вращаться с одинаковой скоростью. Их синхронизация осуществляется системой автоматики пилы. После достижения заданной скорости диска 2 двигатели 14 переводятся в режим поддержания постоянной скорости.
После установки водила 1 в исходное положение и достижения заданной скорости вращения диска 2 пила готова к резу. Если заготовка 16 и зафиксирована в требуемом для реза положении, система автоматики пилы разрешает рез. Подача на рез осуществляется поворотом водила 1 через системы зубчатых передач 6, 7, 8 и 9 от двигателя 10.
После получения команды на рез система автоматики пилы начинает разгон водила 1 посредством двигателя 10. Для определения скорости подачи, которая может быть задана в пределах, например, до 1,5-2 м/с, система автоматики использует показания датчика угла поворота водила, например инкрементного преобразователя угловых перемещений. Разгон водила 1 завершается до момента достижения угла поворота, при котором диск 2 начнет контактировать с заготовкой. После достижения заданной скорости система автоматики переводит двигатель 10 в режим поддержания постоянной скорости.
После начала реза скорость вращения диска 2 начинает уменьшаться, поскольку накопленная маховиками 13 энергия затрачивается на работу по разрезанию заготовки 16. Масса маховиков 13 зависит от требуемой работы резания и может достигать нескольких тонн.
Скорость подачи водила 1 поддерживается двигателем 10. Поскольку скорость подачи составляет более 1 м/с, то разрезание заготовки 16, например диаметром 500 мм, будет выполнено менее чем за 0,5 сек.
После выхода диска 2 из зоны контакта с заготовкой 16 водило 1 необходимо затормозить и установить в исходное положение. Для этого система автоматики пилы посредством датчика угла поворота водила 1 определяет угол, при котором следует начать торможение двигателя 10. Для гарантированного торможения водила 1 и фиксации его в исходном положении двигатель 10 может быть снабжен тормозом.
Таким образом, двигатель 10 выполняет разгон и торможение водила 1 при каждом резе, и его мощность зависит от приведенного момента инерции вращающегося водила 1. Внутри корпуса 17 в движении водила 1 участвуют только зубчатые передачи 6, 7 и 11. Маховики 13 и зубчатые передачи 12, размещенные в корпусе 15, во вращении водила 1 не участвуют. В результате инерционный аккумулятор энергии вращения, т.е. значительные массы маховиков 13 и зубчатых передач 12, исключен из состава вращающихся для выполнения подачи вокруг вала 5 вместе с водилом 1 деталей, что приводит к уменьшению мощности, требуемой для выполнения подачи диска 2 с водилом 1. Это позволяет существенно уменьшить мощность двигателя 10 по сравнению с известными пилами и добиться значительной экономии энергии.
При резе происходит просадка скорости вращения диска 2 вместе с маховиками 13, которая восстанавливается до номинального значения двигателями 14 во время паузы между резами. Разгон диска 2 и маховиков 13 до номинальной скорости вращения система автоматики пилы при помощи двигателей 14 начинает одновременно с началом торможения водила 1. После установки водила 1 в исходное положение и достижения диском 2 номинальной скорости вращения пила готова к следующему резу.
Требуемое время цикла зависит от технологии производства и определяется темпом перемещения и фиксации заготовок 16 в позиции реза.
Эффективность всей технологической линии определяется временем реза и готовности пилы к следующему резу. Использование описываемой конструкции пилы позволяет увеличить быстродействие и повысить кпд, тем самым уменьшить затраты энергии на рез и сократить время цикла. Таким образом, создаются предпосылки для увеличения производительности технологических линий. Уменьшенные габариты пилы упрощают задачу ее встраивания в действующие агрегаты при их реконструкции.