ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ СТЕНД ДЛЯ СБОРКИ И СВАРКИ ТОРЦЕВЫХ СТЕН ПОЛУВАГОНА

Полезная модель относится к сварочному оборудованию, в частности, к стендам для сборки в положение для сварки крупногабаритных изделий и их автоматической сварки в нормальном и обратном положениях, преимущественно крупногабаритных изделий в виде торцевых стен полувагонов, и может быть использована на вагоностроительных и на вагоноремонтных предприятиях при изготовлении, модернизации и капитальном ремонте грузовых вагонов.
Известен двухпозиционный стенд для сборки и сварки торцевых стен полувагона (см. Распорский В.П., Кононов Н.М. Механизированные установки для сварки полувагонов // Сварка. - №4, 2006. - С.6-8.), состоящий из смонтированных на основании стенда для сборки и сварки в нормальном положении, стенда для сборки и сварки в обратном положении, каждый из которых выполнен в виде рамы с закрепленными на ней базирующими и прижимными элементами, и двух порталов с расположенными на них пневматическими прижимами и сварочным оборудованием, каждый из которых выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси соответствующего стенда. Портал, выполненный с возможностью перемещения вдоль продольной оси стенда для сборки и сварки в нормальном положении выполнен с одной кареткой, а портал, выполненный с возможностью перемещения вдоль продольной оси стенда для сборки и сварки в обратном положении - с двумя каретками. На каждой каретке закреплены по одному сварочному полуавтомату с механической системой слежения за швом и механизмом для подачи сварочной проволоки. Порталы выполнены с возможностью одновременной автоматической сварки двух продольных швов и перемещения по направляющим вдоль стенда с маршевой скоростью 450 м/час и рабочими скоростями при сварке в нормальном положении - от 12 до 120 м/час и в обратном положении - от 50 до 100 м/час. Стенды расположены на некотором расстоянии друг от друга. Перегрузка торцевой стенки с одного стенда на другой осуществляется цеховыми подъемно-транспортными средствами, например, мостовым краном. Операции по прихватке профилей каркаса изделия, сварке пространственных швов в узлах соединения профилей каркаса и приварке накладных деталей выполняется вручную сварочными полуавтоматами на стенде для сварки в нормальном положении. Управление пневматическими приводами базирующих и прижимных элементов на стендах, приводами и пневматическими прижимами на порталах, приводами кареток и сварочными автоматами осуществляется в автоматическом режиме системой управления.
Недостатком известного стенда является относительно высокая трудоемкость сборки и сварки, обусловленная наличием неавтоматизированных операций по передаче изделий между стендами и сварке пространственных швов. Это приводит к увеличению затрат на изготовление полувагонов и не позволяет в полной мере обеспечить современный уровень требований к организации производства и технологии изготовления полувагонов на вагоностроительных и на вагоноремонтных предприятиях.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции двухпозиционного стенда для сборки и сварки торцевых стен полувагонов, в котором за счет введения в его конструкцию кантователя, иного конструктивного исполнения портала для сварки в нормальном положении и иной взаимосвязи между стендами при перегрузке торцевой стены, а также за счет усовершенствования системы управления обеспечивается существенное повышение уровня автоматизации выполнения технологических операций и, как следствие, сокращение трудоемкости сборки и сварки торцевых стен полувагонов. Одновременно это позволяет обеспечить современные требования как к организации производства и технологии изготовления полувагонов на вагоностроительных и вагоноремонтных предприятиях, так и безопасности технологического оборудования.
Поставленная задача решается тем, что на двухпозиционном стенде для сборки и сварки торцевых стен полувагонов, состоящем из смонтированных на основании стенда для сборки и сварки в нормальном положении, стенда для сборки и сварки в обратном положении, каждый из которых выполнен в виде рамы с закрепленными на ней базирующими и прижимными элементами с приводами, порталов с расположенными на них пневматическими прижимами и сварочным оборудованием, каждый из которых выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси соответствующего стенда посредством ходовых тележек с приводами, и системы управления, при этом один из порталов содержит каретку с приводом для ее перемещения в поперечном направлении относительно стенда для сборки и сварки в обратном положении, на которой закреплено сварочное оборудование в виде сварочной горелки и копирного устройства с приводом для их вертикального перемещения и механизма для подачи сварочной проволоки, а система управления выполнена с возможностью управления приводами базирующих и прижимных элементов, пневматическими прижимами, приводами ходовых тележей порталов, приводом для перемещения каретки, приводом для вертикального перемещения сварочной горелки и копирного устройства и механизмом для подачи сварочной проволоки, согласно полезной модели между упомянутыми стендами расположен кантователь, содержащий поворотные рычаги и привод для их перемещения, выполненный с возможностью взаимодействия поворотных рычагов в их крайних положениях с рамами упомянутых стендов, второй портал содержит сварочное оборудование в виде сварочного робота со сварочной горелкой, выполненного с возможностью сварки прямолинейных и пространственных швов и содержащего привод для его перемещения в поперечном направлении относительно стенда для сборки и сварки в нормальном положении, при этом по меньшей мере один из поворотных рычагов кантователя содержит захват с приводом, сварочная горелка и копирное устройство, закрепленные на каретке первого портала, содержат привод для их поворота, а система управления выполнена с возможностью управления в автоматическом режиме приводом для перемещения поворотных рычагов, приводом захвата, приводом для перемещения сварочного робота и упомянутым приводом для поворота сварочной горелки и копирного устройства.
Для сокращения трудоемкости сборки и сварки торцевых стен полувагонов сварочный робот выполнен с шестью степенями подвижности и содержит устройство для поиска шва и корректировки траектории перемещения сварочной горелки при выполнении сварочных операций.
Для повышения безопасности технологического оборудования система управления выполнена с возможностью блокирования включения кантователя при нештатном положении порталов относительно соответствующих стендов, нештатном положении базирующих и прижимных элементов на стендах, нештатном положении поворотных рычагов на кантователе и падении давления ниже заданной величины в системе пневматических приводов, а также блокирования перемещения порталов при нештатном положении кантователя, нештатном положении пневматических прижимов на порталах и падении давления ниже заданной величины в системе пневматических приводов.
Совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемой полезной модели позволяет существенно повысить уровень автоматизации выполнения технологических операций и сократить трудоемкость сборки и сварки торцевых стен полувагонов. Введение в конструкцию заявляемого стенда кантователя, расположенного между стендами для сборки и сварки в нормальном и обратном положениях, позволяет автоматизировать операции по передаче торцевой стены с одного стенда и за счет этого сократить трудоемкость выполнения этой операции. Оборудование второго портала сварочным роботом, выполненным с возможностью сварки прямолинейных и пространственных швов и перемещения в поперечном направлении относительно стенда, позволяет исключить ручные операции по сварке таких швов в узлах соединения профилей каркаса на торцевой стенке, что также снижает трудоемкость выполнения операций. Выполнение системы управления с возможностью управления в автоматическом режиме приводом для перемещения поворотных рычагов, приводом захвата, приводом для перемещения сварочного робота и упомянутым приводом для поворота сварочной горелки и копирного устройства позволяет существенно повысить уровень автоматизации изготовления торцевых стенок, практически исключив из технологического процесса ручные операции. Кроме этого, предлагаемая система управления позволяет повысить уровень безопасности эксплуатации стенда, исключив повреждение его оборудования при возникновении нештатных или аварийных режимов эксплуатации. В целом заявляемая полезная модель решает задачу по реализации современного уровня требований к организации производства и технологии изготовления полувагонов на вагоностроительных и на вагоноремонтных предприятиях, предполагающего комплексное решение вопросов качества продукции, охраны и безопасности труда, экономии трудовых, материальных и энергетических ресурсов, санитарной и экологической безопасности.
Заявляемое техническое решение поясняется на примере конструктивного исполнения двухпозиционного стенда для автоматической сборки и роботизированной сварки торцевых стен полувагона, разработанного Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Техвагонмаш", г.Кременчуг, Украина.
Сущность полезной модели поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг.1 - общий вид стенда, вид спереди; на фиг.2 - общий вид стенда, вид сверху; на фиг.3 - принципиальная схема системы управления.
Стенд состоит (фиг.1, 2) из стенда 1 для сборки и сварки торцевой стены в обратном положении (далее - стенд 1), стенда 2 для сборки и сварки торцевой стены в нормальном положении (далее - стенд 2), кантователя 3, портала 4 для автоматической сварки торцевой стены в обратном положении на стенде 1, портала 5 для роботизированной сварки торцевой стены в нормальном положении на стенде 2 и системы управления.
Стенд 1, кантователь 3 и стенд 2 расположены последовательно друг за другом и смонтированы на общем основании. Порталы 4 и 5 в исходном положении расположены с противоположных сторон стендов 1 и 2 и выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси соответствующего стенда по направляющим 6 и 7, закрепленным вдоль их боковых сторон. Направляющие 6 и 7 выполнены из профильного металлопроката и закрепленных на них зубчатых реек (не показаны).
Стенд 1 предназначен для базирования и фиксирования торцевой стены при ее сборке для сварки в обратном положении и выполнен в виде горизонтальной рамы 8 с ложементами 9 для размещения каркасных элементов торцевой стенки. На горизонтальной раме 8 смонтированы базирующие и прижимные элементы (не обозначены), при этом базирующие элементы выполнены в виде упоров и досылателей, а прижимные элементы - в виде вертикальных и горизонтальных прижимов с пневматическими приводами (не обозначены).
Стенд 2 предназначен для базирования и фиксирования торцевой стены при ее сборке для сварки в нормальном положении и выполнен в виде горизонтальной рамы 10 с закрепленными на ней базирующими и прижимными элементами (не обозначены), конструкция которых аналогична соответствующим элементам на стенде 1.
Кантователь 3 предназначен для транспортирования торцевой стены со стенда 1 на стенд 2 с одновременным ее поворотом на 180°. Кантователь 3 состоит из рамы 11 с двумя опорами 12, на которых смонтирован вал 13 электромеханического привода 14. Навалу 13 жестко закреплены центральный 15 и два. боковых 16 поворотных рычага. Консольная часть центрального 15 поворотного рычага оборудована приводным Г-образным захватом с пневматическим приводом (не показаны).
Портал 4 предназначен для автоматической сварки обшивки с каркасом торцевой стенки в обратном положении и выполнен в виде рамы 17, состоящей из двух горизонтальных балок, жестко закрепленных на двух вертикальных стойках (не обозначены), в нижней части которых смонтированы ходовые тележки 18 и источник питания 19 сварочной дуги. Ходовые тележки 18 состоят из рамы, привода с реечной передачей и ходовых роликов (не показаны). На горизонтальных балках смонтированы пневматические прижимы 20, направляющие для перемещения каретки 21 и трак для подачи электрического и пневматического питания (не обозначены) на упомянутые каретку и пневматические прижимы. Каретка 21 выполнена с приводом 22 для ее перемещения и содержит сварочную горелку 23 с копирным устройством и приводами для поворота (не обозначены) и вертикального перемещения 24, а также механизм 25 для подачи сварочной проволоки. Привод 22 выполнен с возможностью перемещения каретки 21 по направляющим на раме 17 с маршевой скоростью 66 м/час и рабочей скоростью от 30 до 60 м/час.
Портал 5 предназначен для роботизированной сварки каркаса и обшивки с каркасом торцевой стенки в нормальном положении и выполнен в виде рамы 26, состоящей из горизонтальной балки, жестко закрепленной на двух вертикальных стойках (не обозначены), в нижней части которых смонтированы ходовые тележки 27 с электромеханическими приводами и источник питания 28 сварочной дуги, а в верхней части смонтированы сварочный робот 29, устройство 30 для его поперечного перемещения, механизм 31 для подачи сварочной проволоки, три пневматических прижима (не показаны) и траки для подачи электрического и пневматического питания (не обозначены). Ходовые тележки 27 состоят из рамы, привода с реечной передачей и ходовых роликов (не показаны). В рассматриваемом примере исполнения используется сварочный робот 29 с шестью степенями подвижности модели Kavasaki FA06E FD40 с устройством поиска шва и корректировки траектории модели Kavasaki RTPM, обеспечивающие выполнение прямолинейных и пространственных швов. Максимальная досягаемость робота - 1500 мм, погрешность позиционирования - 0,1 мм, грузоподъемность - 6,0 кг.
Ходовые тележки 18 и 27 обеспечивают перемещение порталов 4 и 5 с маршевой скоростью 480 м/час и рабочей скоростью от 30 до 60 м/час. Регулирование и согласование скоростей в приводах упомянутых тележек обеспечивается посредством частотного преобразователя. Подача электрического и пневматического питания на порталы 4 и 5 обеспечивается посредством траков, смонтированных на горизонтальных балках рам 17 и 26, соответственно.
В целях безопасности зона расположения стенда ограждена с трех сторон ограждением 32. С этой же целью в неогороженной части зоны установлены световые датчики 33, блокирующие работу сварочного робота 29 при пересечении светового луча.
Управление стендом осуществляется в автоматическом режиме посредством системы управления, которая построена на базе управляющего контролера с цифровыми модулями расширения входов, модулем вывода аналоговых сигналов и сенсорными панелями. Система управления через стабилизированный блок питания подключена к трехфазной электросети напряжением 380 В и частотой 50 Гц.
Объектами управления являются:
- пневматические приводы базирующих и прижимных элементов на стендах 1 и 2;
- электромеханический привод 14 кантователя 2 и пневматический привод Г-образного захвата на центральном 15 поворотном рычаге;
- электроприводы ходовых тележек 18 и 27 на порталах 4 и 5, привод 22 на каретке 21 портала 4 и устройства 30 для перемещения сварочного робота 29 на портале 5;
- сварочная горелка с приводом для поворота 23 на каретке 21 портала 4;
- приводы пневматических прижимов 20 на портале 4 и аналогичных прижимов на портале 5;
- электроприводы на механизмах 25 и 31 для подачи сварочной проволоки на порталах 4 и 5.
Управление указанными объектами осуществляют посредством (фиг.3):
- шкафа управления 34;
- пульта управления 35 стендом 1 и порталом 4;
- пульта управления 36 кантователем 3, стендом 2, порталом 5 и сварочным роботом 29.
В состав системы управления также входят энкодеры, контактные (в т.ч. герконовые) и бесконтактные индуктивные датчики положения, световые датчики безопасности 33, реле давления воздуха, пневмоострова, асинхронные и серво электродвигатели, световые колонны и светозвуковые устройства (не показаны).
Шкаф управления 34 расположен в левой части зоны ограждения и содержит пусковую аппаратуру, управляющий контроллер, органы защиты и сигнализации (не показаны). Пульты управления 35-36 взаимосвязаны со шкафом управления 34 и содержат управляющие контроллеры, сенсорные панели, кнопочные органы управления и световую сигнализацию (не показаны).
Система управления обеспечивает:
- наладку в автоматическом режиме оборудования на стендах 1 и 2, скорости перемещения порталов 4 и 5, каретки 21, сварочного робота 29 и средств контроля и управления;
- диагностику в автоматическом режиме средств контроля и управления;
- автоматический режим управления;
- остановку работы стенда, в том числе, аварийную, при выполнении любой из операций.
Системой управления предусмотрены технологические и защитные блокировки стенда, в том числе:
- блокирование включения кантователя 3 при нештатном положении порталов 4 и 5 относительно стендов 1 и 3, нештатном положении базирующих и прижимных элементов на упомянутых стендах, нештатном положении центрального 15 и боковых 16 поворотных рычагов на кантователе 2 и падении давления ниже заданной величины в системе пневматических приводов;
- блокирование перемещения порталов 4 и 5 при нештатном положении кантователя 2, нештатном положении пневматических прижимов 20 на портале 4 и аналогичных прижимов на портале 5 и падении давления ниже заданной величины в системе пневматических приводов.
Движению порталов 4 и 5 и кантователя 2 предшествует предупредительная звуковая сигнализация, а сопровождает движение - световая сигнализация. Световые колонны (не показаны), установленные на порталах 4 и 5, зеленым светом сигнализируют об окончании цикла операций, желтым - об отсутствии давления воздуха и красным -перемещении механизмов.
Оборудование, входящее в состав стенда, и система управления выполнены с возможностью сборки и сварки торцевых стен массой до 593,5 кг и со следующими габаритными размерами: длина - до 293 мм, ширина (толщина) - до 264 мм, высота - до 2492 мм. Габаритные размеры стенда 12120×7280×3880 мм, масса - 12152 кг.
Работа стенда осуществляется следующим образом.
В исходном положении стенда центральный 15 поворотный рычаг кантователя 3 находится над стендом 2, все базирующие и прижимные элементы на стендах 1 и 2 разжаты, портал 4 находится в крайнем правом положении, а портал 5 - в крайнем левом. После подключения силовых электрических, пневматических и гидравлических цепей в заданной последовательности включают кнопочные выключатели в шкафу управления 34 и на пультах управления 35 и 36. При этом напряжение подается в соответствующие блоки питания на пультах управления 35 и 36 и через них - на управляющие контролеры, сенсорные панели и светосигнальные лампы. Сенсорные панели после начальной инициализации переходят в рабочий режим.
При помощи подъемно-транспортных средств в ложементы 9 горизонтальной рамы 8 стенда 1 укладывают каркасные элементы торцевой стены и на сенсорной панели пульта управления 35 последовательно включают базирующие и прижимные элементы на стенде 1, фиксируя положение каркасных элементов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. После этого полуавтоматической сваркой прихватывают каркасные элементы в узлах их соединения и отключают и отводят в исходное положение базирующие и прижимные элементы и на собранный каркас по упорам с пневматическими приводами последовательно укладывают верхний и нижний листы обшивки.
На сенсорной панели пульта управления 35 включают электроприводы ходовых тележек 18 на портале 4 и устанавливают его в исходное положение над стыком верхнего и нижнего листов, после чего включают пневмоприжимы 20 и прижимают листы к каркасу. Сварочную горелку 23 с копирным устройством устанавливают в начало шва и после координации относительно него, выполняемого поворотным устройством, с помощью устройства для вертикального перемещения 24 устанавливают на линию шва. Далее на сенсорной панели пульта управления 35 включают режим сварки и каретка 21 посредством привода 22 с заданной рабочей скоростью начинает перемещаться вдоль линии шва, при этом сварочная горелка 23 в автоматическом режиме выполняет сварку двух листов обшивки между собой. Подача сварочной проволоки к сварочной горелке 23 выполняет механизм 25. В конечном положении каретки 21 срабатывают датчики положения и посредством системы управления автоматически отключают ее перемещение и режим сварки. После этого сварочную горелку 23 с копирным механизмом возвращают в транспортное положение и с пульта управления 35 подают команду на перемещение портала 4 с маршевой скоростью на позицию сварки нижнего листа обшивки с нижней обвязкой. Сварка листов обшивки с нижней обвязкой и боковыми стойками, а также завершение этих операций выполняются аналогично сварке стыка двух листов обшивки. После завершения сварки торцевой стены на стенде 1 с пульта управления 35 портал 4 возвращают на исходную позицию и полуавтоматической сваркой выполняют доварку нахлесточных швов.:
На сенсорной панели пульта управления 36 включают электромеханический привод 14 кантователя 3 и поворачивают центральный 15 и боковые 16 поворотные рычаги из исходной позиции - на собранную торцевую стену на стенде 1 и фиксируют ее посредством Г-образного захвата на центральном 15 поворотном рычаге и боковых 16 поворотных рычагов. С пульта управления 36 повторно включают электромеханический привод 14 и перекантовывают торцевую стену на 180° на горизонтальную раму 10 стенда 2 для сварки в нормальном положении, после чего Г-образный захват на центральном 15 поворотном рычаге на кантователе 3 отключают. С пульта управления 36 включают базирующие и прижимные элементы на стенде 2 и пневмоприжимы на портале 5, фиксируя положение торцевой стены на горизонтальной раме 10. По шаблону на торцевую стену устанавливают накладки и полуавтоматической сваркой выполняют их прихватывание. С пульта управления 36 включают режим роботизированной сварки и далее сварочный робот 29 производит сварку каркаса с обшивкой и приварку накладок по заданной программе. При выполнении роботизированной сварки портал 5 и сварочный робот 29 перемещаются, а после завершения сварки возвращаются в исходное положение в автоматическом режиме. После выполнения сварочных работ пневмоприжимы на портале 5 отключают и собранную торцевую стену посредством подъемно-транспортных средств транспортируют со стенда 2 на следующую технологическую позицию или для складирования.
Предлагаемая конструкция двухпозиционного стенда для сборки и сварки торцевых стен полувагона по сравнению с известным стендом позволяет существенно повысить уровень автоматизации технологических операций и существенно сократить их трудоемкость. Выполнение системы управления с возможностью блокирования работы стенда при нештатных и аварийных ситуациях позволяет одновременно повысить безопасность его эксплуатации.