Устройство для безогневой резки труб

Настоящая полезная модель относится к области обработки металлов резанием и может быть использована при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов.
Из уровня техники известно устройство для резки труб (см. патент RU №44271 U1, МПК B23D 21/06, опубл. 10.03.2005), включающее тележку с установленным на ней режущим инструментом с приводом его вращения и подачи, механизм его врезания и охватывающих трубу цепей. Привод вращения и подачи режущего инструмента представляет собой комбинацию цилиндрических и планетарных ступеней: входная быстроходная - планетарная, тихоходная вращения инструмента - цилиндрическая, тихоходная ступень подачи - планетарная с приводной звездочкой и устройством включения подачи, представляющим собой ленточный тормоз солнечного колеса планетарной передачи. При этом входной и выходные валы привода режущего инструмента расположены параллельно оси трубы, а входной вал и выходной вал планетарной ступени подачи являются осью поворота устройства при врезании инструмента.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- врезание инструмента производится вручную и требует наличие оператора в момент врезания в трубопровод - это является опасным фактором при выполнении работ на магистральных газо- и нефтепроводах ввиду возможности присутствия в трубопроводе горючих остатков нефтепродуктов и возможности возникновения взрывоопасной концентрации газов. Кроме того, наличие человеческого фактора не обеспечивает оптимальных режимов резания;
- относительно низкий КПД привода режущего инструмента и значительный шум при работе, обусловленный конструкцией входной планетарной ступени, выполненной по дифференциальной схеме 3К. Кроме того в данном устройстве включение подачи осуществляется торможением центрального колеса планетарного редуктора с помощью ленточного тормоза, что, ввиду проскальзывания и механического износа пары трения между центральным колесом ступени и лентой, не способно обеспечить надежную работу механизма;
- механизм осуществления подачи режущего инструмента не позволяет обеспечить точную сходимость реза ввиду того, что несущая рама (тележка) приводится в движение - приводной звездочкой механизма подачи инструмента, то есть ведущей является только одна цепь устройства, вследствие чего рез осуществляется по спирали;
- устройство не имеет узла подачи смазывающе-охлаждающей жидкости (далее - СОЖ) на режущий инструмент, что не позволяет обеспечить оптимальных режимов резания, снижает стойкость инструмента и ресурс работы устройства, также ввиду повышенной температуры в зоне резания возникает опасность воспламенения горючих остатков нефтепродуктов в трубопроводе;
- для передачи момента от электродвигателя редуктору используется поликлиновая ременная передача, требующая периодического контроля натяжения ремня и обслуживания;
- по сравнению с предложенным техническим решением устройство имеет большие массогабаритные характеристики за счет расположения и конструкции узлов натяжения цепи.
Известно также устройство для резки труб (см. патент RU №94497 U1, МПК B23D 21/06, опубл. 27.05.2010), включающее тележку с установленным на ней режущим инструментом с приводом его вращения и подачи, механизм его врезания и охватывающих трубу цепей. Привод вращения и подачи режущего инструмента представляет собой комбинацию цилиндрических и планетарных ступеней: входные быстроходные и тихоходная вращения инструмента - цилиндрические, тихоходная ступень подачи - планетарная с приводной звездочкой, закрепленной на выходном валу срезным штифтом, и устройством включения подачи, представляющим собой зубчатый сектор, входящий с помощью винта в зацепление с зубчатым венцом, нарезанным на наружной поверхности солнечного колеса планетарной передачи. При этом входной и выходные валы привода режущего инструмента расположены параллельно оси трубы, а входной вал и выходной вал планетарной ступени подачи являются осью поворота устройства при врезании инструмента.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- врезание инструмента производится вручную и требует наличие оператора в момент врезания в трубопровод - это является опасным фактором при выполнении работ на магистральных газо- и нефтепроводах ввиду возможности присутствия в трубопроводе горючих остатков нефтепродуктов и возможности возникновения взрывоопасной концентрации газов. Кроме того, наличие человеческого фактора не обеспечивает оптимальных режимов резания;
- осуществляет рез труб диаметром от 315 до 1440 мм, что не позволяет охватить весь диапазон диаметров эксплуатируемых магистральных трубопроводов;
- конструкция узлов натяжения цепи не позволяет обеспечивать надежной фиксации устройства на трубопроводе - узлы натяжения цепи закреплены консольно и при натяжении цепи могут отгибаться, деформируя раму и ослабляя натяжение;
- механизм осуществления подачи режущего инструмента не позволяет обеспечить точную сходимость реза ввиду того, что несущая рама (тележка) приводится в движение приводной звездочкой механизма подачи инструмента, то есть ведущей является только одна цепь устройства, вследствие чего рез осуществляется по спирали;
- устройство не имеет узла подачи СОЖ на режущий инструмент, что не позволяет обеспечить оптимальных режимов резания, снижает стойкость инструмента и ресурс работы устройства, также ввиду повышенной температуры в зоне резания возникает опасность воспламенения горючих остатков нефтепродуктов в трубопроводе;
- для передачи момента от электродвигателя редуктору используется поликлиновая ременная передача, требующая периодического контроля натяжения ремня и обслуживания;
- по сравнению с предложенным техническим решением устройство имеет большие массогабаритные характеристики за счет использования в редукторе большого количества цилиндрических передач и конструкции включения механизма подачи.
Известно также устройство для резки труб (см. патент RU №150471 U1, МПК B23D 21/10, опубл. 20.02.2015), содержащее тележку с колесами, охватывающие трубу цепи с роликами и установленный на тележке режущий инструмент с приводом его врезания, механизмом врезания и механизмом подачи инструмента с планетарными редукторами механизма вращения инструмента и механизма подачи, расположенными на одной оси, являющейся осью поворота устройства в ходе врезания инструмента. При этом выходная шестерня привода вращения инструмента установлена на водило выходной ступени планетарного двухступенчатого редуктора, выполненного по схеме 2К-Н, а механизм врезания снабжен мотор-редуктором с автоматической системой регулирования вращающего момента.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- осуществляет рез труб диаметром от 325 до 1440 мм, что не позволяет охватить весь диапазон диаметров эксплуатируемых магистральных трубопроводов;
- конструкция узлов натяжения цепи не позволяет обеспечивать надежной фиксации устройства на трубопроводе - узлы натяжения цепи закреплены консольно и при натяжении цепи могут отгибаться, деформируя раму и ослабляя натяжение;
- механизм осуществления подачи режущего инструмента не позволяет обеспечить точную сходимость реза ввиду того, что несущая рама (тележка) приводится в движение приводной звездочкой механизма подачи инструмента, то есть ведущей является только одна цепь устройства, вследствие чего рез осуществляется по спирали;
- устройство не имеет узла подачи СОЖ на режущий инструмент, что не позволяет обеспечить оптимальных режимов резания, снижает стойкость инструмента и ресурс работы устройства, также ввиду повышенной температуры в зоне резания возникает опасность воспламенения горючих остатков нефтепродуктов в трубопроводе;
- для передачи момента от электродвигателя редуктору используется поликлиновая ременная передача, требующая периодического контроля натяжения ремня и обслуживания.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для безогневой резки труб (патент RU 9408 U1, 16.03.1999, МПК B23D 21/00), принятое за прототип, содержащее тележку, выполненную в виде несущей рамы, содержащей две опорные щеки, механически связанные стяжками и осями, и имеющей опорные колеса, ось которых выполнена с возможностью перестановки для изменения межосевого расстояния колес в соответствующие пазы в упомянутых опорных щеках, охватывающие трубу приводные цепи, узел подачи смазывающе-охлаждающей жидкости на инструмент и установленный на тележке режущий инструмент с приводом его врезания, редуктором, механизмом резания и механизмом подачи инструмента.
Прототип имеет следующие недостатки:
- упругий элемент натяжных узлов выполнен в виде торсиона, что не позволяет контролировать силу и равномерность натяжения цепей по обеим сторонам, а как следствие снижает точность сходимости реза;
- устройство не способно охватить широкий диапазон разрезаемых труб, ввиду реализации изменения межосевого расстояния опорных колес перестановкой их оси только в имеющиеся пазы опорных щек;
- устройство не имеет направляющих элементов, исключающих его движение по спирали относительно оси трубы.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, заключается в создании устройства для резки труб с улучшенными эксплуатационными характеристиками в части повышения надежности фиксации на трубопроводе, сходимости реза, надежно работающего в широком диапазоне диаметров разрезаемых труб.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в расширении диапазона диаметров разрезаемых труб с обеспечением совпадения начала и конца реза.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что устройство для безогневой резки труб, содержащее тележку, выполненную в виде несущей рамы с опорными колесами, охватывающие трубу приводные цепи и установленный на тележке режущий инструмент с приводом его врезания, редуктором, механизмом резания и механизмом подачи инструмента, выполнено с возможностью изменения межосевого расстояния колес путем переустановки оси опорных колес в соответствующие пазы щек несущей рамы и съемных адаптеров, снабжено двумя независимыми механизмами натяжения цепи, узлом подачи смазочно-охлаждающей жидкости на инструмент и смонтированной на трубе цилиндрической направляющей с жестко закрепленным на ее боковой поверхности рельсом, при этом опорные колеса выполнены с канавками, ответными последнему.
Кроме того, несущая рама выполнена с возможностью движения от приводной оси, приводимой в движение цепной передачей от звездочки механизма подачи инструмента, в виде пространственной конструкции из двух опорных щек, механически связанных стяжками и осями, при этом привод режущего инструмента выполнен в виде закрепленного на опорной щеке несущей рамы электродвигателя, оснащенного системой защиты от перегрузок, и редуктора связанного с последним посредством зубчатой ременной передачи.
Кроме того, устройство снабжено независимыми для каждой приводной цепи механизмами натяжения с регулируемым по длине и ходу амортизатором и паразитной звездочкой натяжения цепи, установленных на качающемся рычаге, выполненном в виде двух пластин, расположенных по обе стороны щеки.
Кроме того, привод врезания инструмента содержит электродвигатель, оснащенный системой защиты от перегрузок, установленный на редукторе, выходной вал которого связан с винтовой парой шарнирно соединенной с редуктором привода режущего инструмента, и имеет возможность качания в опорах и поворота редуктора привода режущего инструмента, установленного в цапфах рамы, относительно оси параллельной оси трубопровода.
Кроме того, цилиндрическая направляющая выполнена в виде двух полу обечаек с жестко закрепленным на боковой поверхности рельсом.
Кроме того, устройство выполнено с возможностью эксплуатации в потенциально взрывоопасных средах и соответствует уровню взрывозащиты неэлектрического оборудования по ГОСТ 31441 IIGb c/k IIA Т3.
Выполнение устройства для безогневой резки труб с возможностью изменения межосевого расстояния колес путем переустановки оси опорных колес в соответствующие пазы щек несущей рамы и съемных адаптеров позволяет производить безогневую резку труб диаметром от 200 до 2000 мм и толщиной стенки до 30 мм.
Снабжение устройства для безогневой резки труб независимыми для каждой приводной цепи механизмами натяжения с регулируемым по длине и ходу амортизатором и паразитной звездочкой натяжения цепи, установленных на качающемся рычаге, выполненном в виде двух пластин, расположенных по обе стороны щеки повышает надежность его фиксации на трубе. При этом смонтированная на трубе цилиндрическая направляющая с жестко закрепленным на ее боковой поверхности рельсом и опорные колеса, выполненные с канавками, ответными последнему, обеспечивают совпадение начала и конца реза.
Снабжение устройства узлом подачи смазочно-охлаждающей жидкости на инструмент позволяет повысить ресурс режущего инструмента, а как следствие и самой устройства (ввиду производства работ на менее тяжелых режимах резания) и обеспечивает возможность эксплуатации в потенциально взрывоопасных зонах класса 1.
Выполнение привода режущего инструмента в виде закрепленного на опорной щеке несущей рамы электродвигателя, оснащенного системой защиты от перегрузок, и редуктора связанного с последним посредством зубчатой ременной передачи обеспечивает более плавный и равномерный ход устройства.
Из уровня техники не выявлены решения, которые имели бы признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого устройства для безогневой резки труб, поэтому последний отвечает условию патентоспособности "новизна", а возможность его использования при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов позволяет сделать вывод о его соответствии условию "промышленная применимость".
Предпочтительный вариант исполнения предлагаемого технического решения описывается далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг. 1 схематически изображено заявленное устройство для безогневой резки труб, общий вид;
- на фиг. 2 то же, вид сверху (повернуто);
- на фиг. 3 и 4 показано монтажное положение II оси опорных колес устройства, общий вид и аксонометрия;
- на фиг. 5 показан монтаж съемного адаптера с пазом щеки несущей рамы;
- на фиг. 6 и 7 показано монтажное положение III оси ведущих колес устройства, общий вид и аксонометрия;
- на фиг. 8 показан монтаж цилиндрической направляющей на трубе;
- на фиг. 9 показан монтаж устройства для безогневой резки труб на цилиндрической направляющей.
В графических материалах соответствующие конструктивные элементы устройства для безогневой резки труб обозначены следующими позициями:
1. опорная щека;
2. опорное колесо;
3. ось;
4. приводная ось;
5. вал режущего инструмента;
6. вал подачи;
7. электродвигатель;
8. зубчатая ременная передача;
9. редуктор режущего инструмента;
10. эпицикл;
11. эпицикл;
12. фиксатор;
13. винт с ручкой;
14. цапфа;
15. входной вал;
16. кожух;
17. электродвигатель;
18. гайка винтовой пары;
19. рычаг;
20. амортизатор;
21. паразитная звездочка;
22. узел подачи СОЖ на инструмент;
23. срезной штифт;
24. нижняя стяжка;
25. приводная звездочка;
26. паразитная звездочка;
27. стяжка;
28. съемный адаптер;
29. шайба;
30. гайка;
31. полуобечайка;
32. рельс;
33. цепь приводная роликовая;
34. редуктор;
35. опора.
В основе настоящей полезной модели лежит несущая рама, выполненная с возможностью изменения межосевого расстояния опорных колес путем переустановки оси последних в соответствующие пазы щек несущей рамы и съемных адаптеров и, таким образом, имеющая три рабочих положения для фиксации на трубах различного диаметра. Как и в наиболее близком аналоге, устройство для безогневой резки труб содержит тележку, выполненную в виде несущей рамы с опорными колесами, охватывающие трубу приводные цепи и установленный на тележке режущий инструмент с приводом его врезания, редуктором, механизмом резания и механизмом подачи инструмента. При этом на несущей раме закреплены основные элементы: привод режущего инструмента, привод врезания, два независимых механизма натяжения цепей (для левой и правой стороны устройства) и узел подачи СОЖ на инструмент. Для фиксации устройства на трубопроводах малых диаметров на раме закрепляются съемные адаптеры. Устройство для безогневой резки труб позицируется при помощи опорных колес с канавками на направляющем устройстве, которое представляет собой две полуобечайки определенного диаметра, оснащенные рельсом и имеющие возможность устанавливаться на трубу аналогично хомуту.
Несущая рама выполнена в виде пространственной конструкции из оснащенных опорными колесами 2 двух опорных щек 1, механически связанных стяжками и осями 3, 4.
Ось 3 имеет три монтажных положения и возможность перестановки в соответствующие пазы щек (см. фиг. 1). При установке в положение I (фиг. 1) возможна установка на трубы диаметром от 820 до 2000 мм, в положение II (фиг. 3) - от 325 до 820 мм. Ввиду того, что трубы диаметром менее 325 мм наименее востребованы, для уменьшения массы и габаритов устройства третье монтажное положение реализовано комплектом из двух съемных адаптеров 28, устанавливаемых по обеим сторонам рамы в пазы монтажного положения II (фиг. 4), адаптеры крепятся к раме винтами. Таким образом, при установке в положение III (фиг. 5) возможна установка на трубы диаметром от 200 до 325 мм. Для перестановки оси 3 необходимо ослабить гайки 30 до момента вывода шайбы 29 из ответного паза щеки 1, извлечь ось 3 совместно с колесами 2 и переставить в требуемое монтажное положение.
На концах приводной оси 4 жестко закреплены приводные звездочки 25. Звездочка выходного вала подачи посредством приводной цепи 33, охватывающей разрезаемую трубу, приводит в движение приводную ось 4, распределяющую тяговое усилие на обе цепи. Таким образом, приводная ось 4 приводит в движение все устройство, и оно обегает трубу снаружи по окружности, производя рез. Распределение вращающего момента на обе цепи позволяет исключить перекосы при движении устройства и устранить неравномерность удлинения цепей.
На концах нижней стяжки 24 установлены паразитные звездочки 26, имеющие возможность вращения и служащие для равномерного распределения нагрузки на раму устройства при ее фиксации на трубе.
Привод режущего инструмента состоит из электродвигателя 7, оснащенного системой защиты от перегрузок по току, закрепленного на щеке, ременной передачи 8 и редуктора 9 привода режущего инструмента. При этом входной и выходные валы привода режущего инструмента расположены параллельно оси трубы. Редуктор имеет два выходных вала:
- постоянно находящийся в зацеплении вал 5 режущего инструмента обеспечивает вращательное движение инструмента;
- подключаемый вал 6 подачи отвечает за поступательное движение устройства и инструмента.
Входной вал 15 сообщает вращение солнечному колесу быстроходной ступени двухступенчатого планетарного редуктора, выполненного по схеме 2К-Н, при этом водилом второй ступени является шестерня цилиндрической зубчатой передачи приводящей в движение вал 5 режущего инструмента. Это же водило передает вращение на солнечное колесо тихоходной планетарной ступени, установленной перед выходным валом. Тихоходная планетарная ступень имеет два эпицикла с различным количеством зубьев. Один эпицикл 10 жестко соединен с выходным валом 6 подачи, а другой - 11 установлен свободно и имеет нарезанный на наружной поверхности зубчатый венец, в зацепление с которым может входить механизм включения подачи, состоящий из фиксатора 12, выполненного в виде зубчатого сектора, и винта с ручкой 13. При отсутствии зацепления между фиксатором и эпициклом 11 сателлиты медленно вращают его и обкатываются без передачи вращения по эпициклу 10. При введении в зацепление фиксатора 12 эпицикл 11 стопорится и вращение передается на эпицикл 10 и выходной вал 6.
Редуктор может поворачиваться в цапфах 14 несущей рамы вокруг оси вращения, проходящей через входной вал 15 и выходной вал 6 подачи устройства.
Полость ременной передачи герметизирована кожухом 16 и уплотнительными прокладками. Для обслуживания ременной передачи имеется узел натяжения ремня.
Врезание и вывод инструмента производятся механизированным электроприводом и контролируются дистанционно. Привод врезания инструмента содержит электродвигатель 17, оснащенный системой защиты от перегрузок, установленный на редукторе 34, выходной вал которого связан с винтовой парой шарнирно соединенной с редуктором привода режущего инструмента, и имеет возможность качания в опорах 35 и поворота редуктора привода режущего инструмента, установленного в цапфах рамы, относительно оси параллельной оси трубопровода. Вращение от редуктора 34 передается на винтовую пару и сообщает гайке 18 привода поступательное движение вдоль винта, тем самым привод врезания, имея шарнирные соединения с несущей рамой 1 и редуктором 9, вызывает поворот редуктора в цапфах 14 несущей рамы.
Управление основными функциями устройства и контроль глубины врезания может осуществляться с пульта дистанционного управления.
Фиксация устройства на трубе осуществляется за счет независимого для каждой цепи механизма натяжения. Механизм натяжения цепи состоит из рычага 19 и регулируемого по длине и ходу амортизатора 20. Рычаг закреплен одной вершиной на оси стяжки 27, относительно которой он имеет возможность вращения. На другой вершине рычаг имеет паразитную звездочку 21, имеющую возможность вращения. К третьей вершине одним концом шарнирно закреплен амортизатор 20, снабженный защитой от самоослабления. Конструктивно рычаг состоит из двух пластин, расположенных по обе стороны щеки, такая конструкция позволяет исключить деформацию рычага при натяжении цепей и увеличить жесткость узла натяжения.
Устройство снабжено узлом 22 подачи СОЖ на инструмент, представляющее собой поворотный защитный кожух с расположенной внутри трубкой подачи и распределения СОЖ. Расход и направление подачи жидкости рассчитаны из условия обеспечения оптимальных режимов резания и поддержания в зоне резания оптимальной температуры. Подача СОЖ в устройство осуществляется насосным агрегатом из безнапорной емкости.
От разрушения при аварийных перегрузах редуктор предохранен механически, при помощи срезного штифта 23.
Пара опорных колес 2, установленных со стороны приводного ремня, имеет специальные канавки для позиционирования и удерживания устройства на направляющем устройстве, которое представляет собой две полуобечайки 31 определенного диаметра, оснащенные рельсом 32 (рисунок 6) и имеющие возможность устанавливаться на трубу аналогично хомуту (фиг. 7). В процессе резания устройство обегает трубу вдоль направляющего рельса, обеспечивая точное схождение реза, уменьшая нагрузку на режущий инструмент и привод за счет исключения перекосов. Направляющие необходимы для выполнения реза труб больших диаметров (от 820 мм), имеющих отклонение формы выше нормативного, с повышенной точностью схождения реза.
Устройство для безогневой резки труб работает следующим образом.
При помощи инструментов и принадлежностей из монтажного комплекта устройства крепится на наружной стенке трубы цепями. Фиксация осуществляется за счет независимого для каждой цепи механизма натяжения. Амортизаторы механизма натяжения тарированы на определенное усилие, имеют защиту от самоослабления и позволяют компенсировать отклонения формы, а также дефекты поверхности трубопровода, обеспечивая надежную фиксацию устройства в течение всего процесса резания.
После монтажа устройства активируется привод резания, который работает следующим образом: вращение от вала электродвигателя посредством ременной передачи сообщается входному валу редуктора, редуктор распределяет поступивший момент между выходным валом режущего инструмента и выходным валом подачи. Включение подачи устройства производится после врезания инструмента путем включения выходного вала подачи ручкой включения хода. Звездочка выходного вала подачи находится в зацеплении с неподвижной цепью, охватывающей разрезаемую трубу, приводит в движение приводную ось, распределяющую тяговое усилие на обе цепи. Таким образом, приводная ось приводит в движение устройство, и оно обегает трубу снаружи по окружности, производя рез.
Врезание и вывод инструмента в трубу производятся механизированным приводом, управление осуществляется дистанционно. Вращение от привода передается на винтовую пару и сообщает гайке привода поступательное движение вдоль винта, тем самым привод врезания, имея шарнирные соединения с несущей рамой и редуктором режущего инструмента, вызывает поворот редуктора в цапфах несущей рамы. Электродвигатель привода оснащен автоматической системой защиты от перегрузок. В случае возникновения неисправностей в работе механизированного привода предусмотрена возможность ручного врезания инструмента.
На фиг. 1 стрелками показаны направления движения устройства и вращения фрезы в процессе резания.