СПОСОБ РЕМОНТА ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА
METHOD OF REPAIR OF GEAR TEETH

Изобретение относится к способу ремонта зубьев зубчатого колеса при помощи устройства механической обработки.
Изобретение относится к области вращающихся машин большого размера, часто с по существу горизонтальной осью, таких как машины, применяемые в химической промышленности, в горнодобывающей промышленности или в сахарной промышленности и оснащенные зубчатым колесом большого размера, которое позволяет приводить их во вращение при помощи шестерни и двигательной установки. В качестве вращающихся машин этого типа можно указать вращающиеся печи, шаровые мельницы, горизонтальные галечные мельницы, диффузоры на сахарном производстве и т.д.
В таких машинах повторяющийся контакт между зубьями шестерни и зубчатого колеса является причиной износа, который может проявляться по-разному с учетом регулировки относительного положения между приводной системой, в состав которой входит шестерня, и приводимой во вращение машиной, и с учетом различных движений машины, отличных от вращения вокруг оси. Форма зуба начинает отклоняться от первоначального профиля, который являлся эпициклоидным, их толщина уменьшается, и могут появляться точечные поверхностные дефекты.
Когда поверхности контакта отклоняются от идеального профиля, силы, действующие на зубья, могут получать ненормальные направления, и могут появляться вибрации. Это приводит к ненормальным механическим напряжениям на креплении зубчатого колеса, на двигательной установке и на самой машине и ее опорах, что может повлечь за собой повреждение различных механических систем, а также усугубить явления износа зубьев.
Когда износ достигает большого уровня, необходимо произвести ремонт или замену зубчатого колеса. Операция замены является длительной и дорогой в случае машин большого размера. Учитывая, что вращающаяся машина и зубчатое колесо вращаются только в одном направлении, контакт шестерни с зубчатым колесом происходит только на одной из боковых поверхностей каждого зуба зубчатого колеса. Иногда можно произвести переворачивание зубчатого колеса, чтобы задействовать другие боковые поверхности зубьев, которые еще не подверглись износу. Однако эта операция переворачивания остается сложной, даже если она и является немного более дешевой. Как правило, можно осуществить ремонт для восстановления качества формы контактных поверхностей, совместимой с нормальной механической работой, причем по меньшей мере один раз перед переворачиванием или заменой зубчатого колеса.
Такой ремонт выполняют без демонтажа зубчатого колеса; снимают только защитные детали для обеспечения доступа к зубьям. Он состоит в механической обработке, как правило, посредством шлифования, которое воссоздает форму, необходимую для зацепления, на одной стороне каждого зуба зубчатого колеса.
В настоящее время операции ремонта поверхностей зубьев осуществляют вручную операторы, которые управляют инструментами механической обработки или шлифования. Результат операции для каждого зуба оценивают путем сравнения с шаблоном, который образует контрольную форму.
Как убедился заявитель на своем опыте, конечный результат в большой степени зависит от навыков и опыта оператора.
Настоящее изобретение призвано предложить способ ремонта зубьев зубчатого колеса, адаптированный для зубчатых колес машин большого размера, который не требует демонтажа зубчатого колеса и уровень автоматизации которого обеспечивает воспроизводимость качества работы.
Изобретение может находить свое применение для механической обработки зубчатых колес диаметром, превышающим или равным 1,5 метра.
Настоящее изобретение призвано также предложить такой способ, в котором установку устройства механической обработки на зубчатом колесе можно осуществлять просто и быстро.
Другие задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера.
Объектом изобретения является способ ремонта зубьев зубчатого колеса, при этом в рамках способа применяют съемное устройство механической обработки, содержащее раму и часть, которая является подвижной относительно рамы и на которой установлен режущий элемент, при этом указанный способ осуществляют на месте без снятия зубчатого колеса с вращающейся машины, которую оно должно приводить во вращение, при этом указанный способ содержит следующие этапы для осуществления механической обработки каждого зуба:
- указанное устройство механической обработки крепят на зубчатом колесе посредством зажатия устройства механической обработки в положении крепления на зубчатом колесе, соответствующего предназначенному для механической обработки зубу,
- осуществляют механическую обработку зуба автоматически посредством подачи команды на режущий элемент в соответствии с заранее определенными операциями механической обработки,
при этом перемещение устройства механической обработки из положения крепления на зубчатом колесе, соответствующего ранее обработанному зубу, в положение крепления, соответствующее предназначенному для механической обработки соседнему зубу, по меньшей мере в заданном рабочем интервале, при этом зубчатое колесо является неподвижным, при этом указанное устройство механической обработки является подвешенным и удерживается по меньшей мере одним натянутым тросом, связанным со станиной вращающейся машины.
Согласно варианту осуществления, последовательные перемещения устройства механической обработки в различные положения крепления на периферии зубчатого колеса, когда устройство подвешено и удерживается по меньшей мере одним натянутым тросом, осуществляют, когда зубчатое колесо является неподвижным, на секторе зубчатого колеса, заключенном в заданном рабочем интервале, на верхней половине зубчатого колеса между минимальным углом 0° и максимальным углом 65°, при этом углы являются центральными углами относительно горизонтали.
Согласно варианту осуществления способа:
- после обработки устройством механической обработки всех зубьев указанного сектора зубчатого колеса производят частичное вращение вращающейся машины, чтобы расположить зубья соседнего сектора в указанном заданном рабочем интервале,
- зубья указанного соседнего сектора обрабатывают один за другим посредством последовательных перемещений устройства механической обработки из положения крепления на зубчатом колесе, соответствующего ранее обработанному зубу, в положение крепления, соответствующее предназначенному для механической обработки соседнему зубу, тогда как зубчатое колесо является неподвижным,
при этом этот цикл повторяют, чтобы обработать все зубья зубчатого колеса.
Согласно варианту осуществления, осуществляют частичное вращение вращающейся машины, тогда как устройство механической обработки неподвижно закреплено на зубчатом колесе, в частности, в положении крепления, соответствующем ранее обработанному зубу.
Согласно варианту осуществления, перемещение устройства механической обработки, удерживаемого и подвешенного при помощи по меньшей мере одного натянутого троса, производят в нисходящем направлении, чтобы позиционировать устройство механической обработки вблизи предназначенного для механической обработки ближайшего нижнего зуба. В альтернативном варианте перемещение устройства механической обработки, удерживаемого и подвешенного при помощи по меньшей мере одного натянутого троса, производят в восходящем направлении, чтобы позиционировать устройство механической обработки вблизи предназначенного для механической обработки ближайшего верхнего зуба.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, крепление и блокировку рамы на зубчатом колесе обеспечивают только за счет зажимного действия частей устройства механической обработки на боковых поверхностях зубчатого колеса.
Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, представленного в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показано зубчатое колесо, а также устройство механической обработки, удерживаемое при помощи по меньшей мере одного троса, закрепленного на станине вращающейся машины, схематичный вид вдоль оси вращающейся машины;
на фиг. 2 показано крепление устройства механической обработки на зубчатом колесе вращающейся машины, схематичный вид сверху;
на фиг. 3 представлено позиционирование устройства механической обработки на зубьях зубчатого колеса, согласно варианту осуществления изобретения, схематичный вид сбоку.
Изобретение относится к способу ремонта зубьев зубчатого колеса 3, при этом в рамках способа применяют съемное устройство 1 механической обработки, содержащее раму 11 и часть 13, которая выполнена подвижной относительно рамы 11 и на которой установлен режущий элемент 15.
Этот способ осуществляют на месте, то есть не снимая зубчатое колесо 3 с вращающейся машины 2, которую оно должно приводить во вращение, как правило, при помощи шестерни и двигательной установки. Вращающейся машиной может не ограничительно быть вращающаяся печь, горизонтальная галечная мельница или шаровая мельница, или, - в области сахарной промышленности, - машина, известная под названием диффузора. Все такие вращающиеся машины имеют по существу горизонтальную ось вращения.
Для осуществления механической обработки каждого зуба указанный способ содержит следующие этапы:
- указанное устройство 1 механической обработки крепят на зубчатом колесе посредством зажатия устройства 1 механической обработки в положении крепления на зубчатом колесе 3, соответствующем предназначенному для механической обработки зубу,
- осуществляют механическую обработку зуба автоматически посредством подачи команды на режущий элемент 15 в соответствии с заранее определенными операциями механической обработки.
Крепление устройства 1 механической обработки на зубчатом колесе можно производить посредством зажатия боковых поверхностей зубчатого колеса, в частности, при помощи зажимных частей 12 и 12’ устройства механической обработки.
Зажимные части 12 и 12’ выполнены с возможностью перемещения на раме 11 и могут сближаться друг с другом в направлении, перпендикулярном к плоскости зубчатого колеса 3, для зажатия двух боковых поверхностей зубчатого колеса 3 при помощи любой соответствующей системы, такой как система винт-гайка, гидравлический привод или другая система. Эти зажимные части 12, 12’ позволяют также за счет опор на боковые поверхности зубчатого колеса определять положение устройства в направлении, перпендикулярном к плоскости зубчатого колеса, то есть в направлении ОХ в соответствии с системой координат фиг. 2 и 3.
Положение устройства 1 механической обработки относительно предназначенного для механической обработки зуба 4 можно определить посредством опоры на боковую поверхность опорного зуба, при этом боковая поверхность находится относительно вершины опорного зуба в направлении, противоположном боковой поверхности предназначенного для механической обработки зуба 4. Опорный зуб может быть предназначенным для механической обработки зубом или зубом, находящимся непосредственно перед ним.
Для этого устройство может содержать средства 14 опоры на боковую поверхность опорного зуба, находящуюся относительно вершины опорного зуба в направлении, противоположном боковой поверхности предназначенного для механической обработки зуба, при этом опорный зуб может быть предназначенным для механической обработки зубом 4 или зубом, находящимся непосредственно перед ним.
Например, но не ограничительно, как показано на фиг. 3, средства 14 опоры на боковую поверхность опорного зуба содержат первый опорный элемент и второй опорный элемент, предназначенные для получения соответственно первой нижней опоры и второй верхней опоры, положения которых смещены по высоте на боковой поверхности зуба. В случае необходимости, первую нижнюю опору можно расположить таким образом, чтобы она одновременно опиралась на основание зуба. Средства 14 опоры позволяют определить положение устройства механической обработки в плоскости зубчатого колеса, то есть в плоскости OYZ в системе координат фиг. 2 и 3.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, крепление и блокировку рамы 11 на зубчатом колесе 3 обеспечивают только за счет зажимного действия частей 12,12’ на боковых поверхностях зубчатого колеса 3 и за счет трений между этими частями 12,12’ и боковыми поверхностями зубчатого колеса. В этом случае для обеспечения крепления и блокировки устройства не требуется никакого дополнительного расположения. Такая простота крепления в данном случае обусловлена тем, что для ремонта всех зубьев зубчатого колеса необходимо многократно перемещать устройство на шаг зубьев в разные положения крепления, соответствующие ремонту различных зубьев зубчатого колеса 3.
Механическую обработку предназначенного для механической обработки зуба осуществляют путем подачи команды на режущий элемент 15 в соответствии с заранее определенными операциями механической обработки. Для этого предусмотрены средства контроля и управления, выполненные с возможностью автоматического управления режущим элементом 15 для механической обработки зуба по заданному профилю.
Эти средства контроля и управления могут содержать память, в которой в цифровом виде записаны операции механической обработки зуба по указанному заданному профилю. Эти цифровые команды механической обработки разрабатывают для каждого зубчатого колеса перед началом механической обработки в зависимости от размеров зубчатого колеса, от модуля зубьев и от состояния износа. Это позволяет автоматически воспроизводить идеально идентичный профиль для каждого зуба. После завершения работы на обрабатываемом зубе раму устройства ослабляют, перемещают на один шаг и опять крепят на зубчатом колесе для обработки следующего зуба зубчатого колеса.
Степени свободы режущего элемента позволяют обрабатывать зуб по необходимому профилю зуба и, в частности, по эпициклоидному профилю зуба. Для этого подвижную часть 13 можно перемещать вдоль нескольких осей, в частности, вдоль оси ОХ, то есть поперечно к зубчатому колесу 3, вдоль оси OY, то есть в направлении, параллельном плоскости зубчатого колеса и перпендикулярном к радиальному направлению, проходящему через предназначенный для механической обработки зуб, и в направлении OZ, то есть по существу в радиальном направлении, проходящем через предназначенный для механической обработки зуб 4. Режущий элемент 15 можно также ориентировать относительно подвижной части, например, вокруг оси вращения, параллельной оси ОХ.
Устройство механической обработки может быть устройством, описанным в международной заявке РСТ, одновременно поданной заявителем, а также во французской патентной заявке FR 1552195 от 17 марта 2015 года; содержание этих заявок приведено в качестве ссылки.
Согласно изобретению, перемещение устройства 1 механической обработки из положения крепления на зубчатом колесе 3, соответствующего ранее обработанному зубу, в положение крепления, соответствующее предназначенному для механической обработки соседнему зубу, осуществляют, тогда как зубчатое колесо 3 является неподвижным, при этом указанное устройство 1 механической обработки является подвешенным и удерживается по меньшей мере одним натянутым тросом 5, связанным со станиной вращающейся машины 2.
Перемещение устройства из одного положения крепления в положение крепления, соответствующее соседнему зубу, может сопровождаться ручным действием со стороны оператора. В случае необходимости, во время этого действия длину троса можно увеличивать или уменьшать при помощи любого соответствующего средства, такого как лебедка или ее эквивалент.
Перемещение устройства 1 механической обработки, удерживаемого и подвешенного при помощи по меньшей мере одного натянутого троса 5, можно производить в нисходящем направлении, чтобы позиционировать устройство вблизи предназначенного для механической обработки ближайшего нижнего зуба.
В альтернативном варианте перемещение устройства 1 механической обработки, удерживаемого и подвешенного при помощи по меньшей мере одного натянутого троса 5, производят в восходящем направлении, чтобы позиционировать устройство вблизи предназначенного для механической обработки ближайшего верхнего зуба.
Согласно варианту осуществления, схематично представленному в качестве примера на фиг. 1, последовательные перемещения устройства механической 1 обработки в различные положения крепления на радиусе зубчатого колеса 3 осуществляют, когда зубчатое колесо 3 является неподвижным, на секторе зубчатого колеса 3, заключенном в заданном рабочем интервале, на верхней половине зубчатого колеса и когда устройство подвешено и удерживается по меньшей мере одним натянутым тросом 5.
Этот рабочий интервал показан в качестве примера на фиг. 1. Согласно варианту осуществления, этот рабочий интервал определяют между минимальным углом α1 0° и максимальным углом α2 65°, при этом углы α1 и α2 являются центральными углами относительно горизонтали. Например, рабочий интервал является угловым интервалом от 0° до 65°.
Этот рабочий интервал вытекает из выводов авторов изобретения, согласно которым, для того чтобы сила тяжести действовала на устройство механической обработки, способствуя обеспечению натяжения троса(ов) и, следовательно, удержанию устройства механической обработки, устройство 1 механической обработки должно перемещаться в таком угловом секторе зубчатого колеса 3, при котором все касательные к зубчатому колесу 3 имеют наклон вниз не менее 25° относительно горизонтали.
Когда устройство механической обработки произвело механическую обработку всех зубьев сектора, находящихся в заданном рабочем интервале, можно медленно произвести частичное вращение вращающейся машины 2, чтобы привести зубья следующего сектора в угловую зону рабочего интервала. После этого зубья этого сектора обрабатывают один за другим при помощи описанного выше способа.
Таким образом, в целом способ может содержать следующие этапы:
- после обработки устройством механической обработки всех зубьев указанного сектора зубчатого колеса 3 производят частичное вращение вращающейся машины 2, чтобы расположить зубья соседнего сектора в указанном заданном рабочем интервале,
- зубья указанного соседнего сектора обрабатывают один за другим посредством последовательных перемещений устройства механической обработки из положения крепления на зубчатом колесе 3, соответствующего ранее обработанному зубу, в положение крепления, соответствующее предназначенному для механической обработки соседнему зубу, тогда как зубчатое колесо 3 является неподвижным.
Этот цикл повторяют столько раз, сколько необходимо, чтобы обработать все зубья зубчатого колеса 3.
Во время частичного вращения вращающейся машины 2 устройство 1 механической обработки предпочтительно может быть неподвижно закреплено на зубчатом колесе, в частности, в положении крепления, соответствующем ранее обработанному зубу.
Естественно, можно предусмотреть и другие варианты осуществления, не выходя за рамки изобретения, определенные в нижеследующей формуле изобретения.
Номенклатура
1. Устройство механической обработки
2. Вращающаяся машина
3. Зубчатое колесо
4. Предназначенный для механической обработки зуб
5. Трос
11. Рама
12. 12’. Зажимные части
13. Каретка
14. Средство опоры на опорный зуб
15. Режущий элемент