Малогабаритное устройство для восстановления полимерных вкладышей шаровых соединений
SMALL-SCALE DEVICE FOR RECOVERY OF POLYMERIC LINERS OF THE BALL CONNECTIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к автомобильной отрасли машиностроения. Устройство предназначено для восстановления шаровых соединений путем заливки полимерного вкладыша непосредственно в ремонтируемом узле, а также может быть использовано для отливки единичных мелких деталей в металлические формы. Изобретение может использоваться в тех областях техники, где применяются шарнирные соединения с полимерным подшипником скольжения.
Уровень техники
Известно приспособление для ремонта рычага управления автомобильной подвески (евразийский патент на изобретение №025060, кл. МПК B61G 7/00, B23P 19/04, F16C 11/06, опубл. 30.11.2016), содержащее основание, имеющее седло, на которое установлен с возможностью вращения суппорт, устройство калибровки положения суппорта, узел гибочного ролика и роликовый механизм, включающий электромеханический механизм горизонтального позиционирования и электромеханический механизм вертикального позиционирования. Электромеханические исполнительные механизмы соединены и управляются с помощью компьютера, который выполнен с возможностью расчета алгоритма для калибровки положения суппорта и положения узла гибочного ролика для различных типов рычагов управления. Устройства калибровки суппорта и узла гибочного ролика включают в себя ручные средства управления. Приспособление выполнено с возможностью установки различных по конфигурации суппортов.
Недостатком известного приспособления является необходимость производить либо закупать индивидуальные вкладыши под различные исполнения рычагов. Причем при изготовлении вкладыша механическим способом сложно обеспечить должное качество вкладыша без точного оборудования.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является стенд для восстановления шаровых опор, рулевых наконечников, стоек стабилизатора SIRIUS REANIMATOR (производитель ЧП «Автостар», Украина, опубл. на интернет-странице: http://avtostar.com.ua/production/stend-dlya-vosstanovleniya-sharovih-opor-rulevih-nakonechnikov-stoek-stabilizatora-sirius-reanimator/), который содержит стол-верстак с контроллером температуры, экструдер с пневмоприводом, механизм центровки пальцев, регулятор давления, обдувочный пистолет, пистолет для мойки агрегатов под давлением, горелку и переходники.
Недостатками известного стенда являются:
- большие габариты и вес;
- высокая стоимость изготовления;
- ограниченный объем впрыска полимерного материала;
- привод развивает невысокое усилие;
- не приспособлен для работы на гранулированном полимере – только на стержневом.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание компактного, простого и надежного устройства для восстановления полимерных вкладышей шаровых соединений.
Техническим результатом применения предлагаемого устройства являются упрощение устройства и работы на нем, увеличение производительности, повышение компактности и надежности устройства. Также устройство имеет низкую стоимость и высокую ремонтопригодность из-за доступности запчастей к нему.
Указанный технический результат достигается тем, что малогабаритное устройство для восстановления полимерных вкладышей шаровых соединений содержит станину П-образной формы, внутри которой расположены мембранный пневмоцилиндр, пневмодроссель, возвратная пружина, блоки управления пневмоаппаратурой и нагревом; сверху на станине в защитном кожухе установлен тигель с загрузочным отверстием, форсункой, распределительной втулкой и трубчатым электронагревателем, причем мембранный пневмоцилиндр и тигель имеют общую вертикальную ось; тигель к плите станины прижат верхним фланцем, сверху на котором установлен упорный фланец с центрирующей и упорной втулками, болты крепления упорного фланца свободно проходят сквозь верхний фланец и присоединены к подкове, находящейся под фланцем.
Распределительная втулка может быть выполнена из металла, предпочтительно из алюминия.
Диаметр мембранного пневмоцилиндра может быть выбран из диапазона 150-220 мм.
С помощью фланца крепления устройство может быть прикреплено к основанию, например, к столу.
Для восстановления различных типов ремонтируемых узлов центрирующая втулка может быть выполнена сменной.
Для установки ремонтируемых узлов сложной конфигурации верхний фланец устройства может содержать вырез.
Использование пневмоцилиндра мембранного типа обеспечивает простоту, надежность и компактность устройства, высокое усилие на штоке и максимальный объем впрыска, причем пневмоцилиндр имеет низкую стоимость и хорошую доступность запчастей к нему.
Оригинальная компоновка станины и привода, встраивание органов управления в станину обеспечивает малые габаритные размеры устройства и открытый доступ к ремонтируемому узлу.
Конструктивные особенности устройства позволяют быстро менять ремонтируемый узел, что обеспечивает значительное увеличение производительности.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан общий вид малогабаритного устройства для восстановления полимерных вкладышей шаровых соединений.
На фиг. 2 показана средняя и нижняя части конструкции малогабаритного устройства.
На фиг. 3 показана верхняя часть конструкции устройства.
На фиг. 4 показан вид сверху верхней части малогабаритного устройства.
На фиг. 5 представлено фото опытного образца устройства.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - ремонтируемый узел, 2 – упорный фланец, 3 – верхний фланец, 4 – защитный кожух, 5 – трубчатый электронагреватель (ТЭН), 6 – плунжер, 7 – станина устройства, 8 – мембранный пневмоцилиндр, 9 – пневмодроссель, 10 – трубка подачи воздуха, 11 – фланец крепления устройства, 12 – болты крепления упорного фланца 2, 13 – форсунка, 14 – подкова, 15 – тигель, 16 – распределительная втулка, 17 – возвратная пружина пневмоцилиндра, 18 – блок управления пневмоаппаратурой, 19 – блок управления нагревом, 20 – загрузочное отверстие, 21 – плита станины 7, 22 – лицевая панель с органами управления, 23 – стенки корпуса станины, 24 – упорная втулка, 25 – центрирующая втулка, 26-28 – элементы ремонтируемого узла 1: 26 – шаровый палец, 27 – полимерный вкладыш, 28 – шаровая опора; 29 – полимерный материал, 30 – вырез для узлов сложной конфигурации.
Осуществление изобретения
Малогабаритное устройство для восстановления полимерных вкладышей шаровых соединений представляет из себя литьевую машину с вертикальным направлением оси поршня с пневматическим приводом и электронным контролем температуры нагрева.
Малогабаритное устройство содержит станину 7 П-образной формы, внутри которой расположены мембранный пневмоцилиндр 8 с возвратной пружиной 17, пневмодроссель 9, блоки управления пневмоаппаратурой 18 и нагревом 19; сверху на станине 7 в защитном кожухе 4 установлен тигель 15 с загрузочным отверстием 20, форсункой 13, распределительной втулкой 16 и трубчатым электронагревателем 5, причем мембранный пневмоцилиндр 8 и тигель 15 имеют общую вертикальную ось, тигель 15 к плите 21 станины 7 прижат верхним фланцем 3, сверху на котором установлен упорный фланец 2 с центрирующей 25 и упорной 24 втулками, болты крепления 12 упорного фланца 2 свободно проходят сквозь верхний фланец 3 и присоединены к подкове 14, находящейся под фланцем 3.
Ремонтируемый узел 1 представляет собой шаровую опору 28, которая состоит из шарового пальца 26 и корпуса со сферической выемкой с полимерным вкладышем 27.
Станина 7 устройства имеет П-образную форму. Существуют различные варианты ее конструкции, в заявленном устройстве она состоит из плиты 21 и двух боковых стенок 23 корпуса станины, соединенных вместе. Cтанина 7 является одновременно корпусом для блока управления 18 пневматической аппаратурой и для блока управления 19 нагревом полимерного материала. Лицевая панель 22 с органами управления прикреплена прямо к стенкам 23 корпуса станины.
Снизу к плите 21 станины 7 присоединен мембранный пневмоцилиндр 8, сверху – тигель 15, причем оба элемента имеют общую ось. Внутри тигля 15 движется плунжер 6, соединенный со штоком пневмоцилиндра 8 и перемещаемый под его воздействием. На тигель 15 установлена распределительная втулка 16 для равномерного распределения тепла, на втулку 16 прикреплен трубчатый электронагреватель (ТЭН) 5. Распределительная втулка 16 может быть выполнена из металла, предпочтительно из алюминия, так как данный металл имеет высокую теплопроводность.
Сверху тигель 15 к плите 21 станины прижимается верхним фланцем 3 посредством проходящих сквозь него болтов.
Мембранный пневмоцилиндр 8 используется в качестве привода малогабаритного устройства, его диаметр составляет 150-220 мм. Активным элементом пневмоцилиндра является мембрана, это упругий элемент, который может растягиваться. Активная площадь выстилания мембраны измеряется в квадратных дюймах и может составлять от 16 до 30 квадратных дюймов.
В верхней части тигля 15 предусмотрено крепление форсунки 13 для соединения ремонтируемого узла 1 и тигля 15. Полимерный материал 29 закладывается сверху через загрузочное отверстие 20 при отсутствующей форсунке 13.
С помощью фланца крепления 11 устройство может быть прикреплено к основанию, например, к столу.
Центрирующая втулка 25 может быть выполнена сменной для различных типов и видов ремонтируемых узлов 1.
Для установки ремонтируемых узлов 1 сложной конфигурации на верхнем фланце устройства может быть предусмотрен вырез 30 (см. фиг. 4).
Малогабаритное устройство для восстановления полимерных вкладышей шаровых соединений работает следующим образом.
В тигель 15 помещают через загрузочное отверстие 20 полимерный материал 29, который может быть в виде стержней либо гранул. Загрузочное отверстие 20 закрывают форсункой 13, сверху устанавливают ремонтируемый узел 1. С помощью ТЭН 5 разогревают полимер в тигле 15 до температуры его плавления, и поддерживают температуру постоянной на время восстановления шарового соединения с помощью блока управления нагревом 19.
С помощью пневмоаппаратуры подают воздух в мембранный пневмоцилиндр 8, при необходимости давление корректируют регулятором давления, а скорость движения поршня – пневмодросселем 9. Пневмоцилиндр 8 создает усилие, под действием которого поршень перемещает расплавленный полимерный материал 29 в полости восстанавливаемого узла 1 и создает внутри него давление, необходимое для равномерного проливания всех полостей. Для равномерного прохождения расплава можно дополнительно подогреть ремонтируемый узел 1 перед заливкой и в процессе ее, например, пропановой горелкой. Как только узел 1 заполнится полимером, палец станет вращаться очень туго - в этот момент нагрев следует прекратить. Вскоре материал, впрыснутый в ремонтируемый узел 1, без притока энергии начинает полимеризоваться и превращается во вкладыш, полностью повторяющий внутреннюю форму ремонтируемого узла 1. Причем оттоку материала обратно в тигель 15 препятствует застывший в форсунке 13 полимерный материал 29. После этого можно выключить подачу воздуха в пневмоцилиндр 8, и плунжер под действием возвратной пружины 17 пневмоцилиндра 8 вернётся в исходное положение.
Для крепления ремонтируемого узла 1 и установки положения шарового пальца 26 в нем используют специальное приспособление – упорный фланец 2 со сменными центрирующими втулками 25 и кольцами для различных типов и видов ремонтируемых узлов 1. Упорный фланец 2 устанавливают на болты крепления 12. По выбору пользователя болты крепления 12 могут быть подвижными и тогда их прикручивают к подкове 14, либо неподвижными и вкрученными в верхний фланец 3. Верхний фланец 3 служит для крепления ремонтируемого узла 1 к форсунке 13, одновременно центрирует шаровый палец 26 внутри узла 1 с помощью сменных втулок и шайб. Сменные втулка и шайбы подбираются или изготавливаются под шаровый палец 26 и должны обеспечивать правильное положение пальца относительно внутренней поверхности корпуса ремонтируемого узла 1. Центрирующие шайбы устанавливают непосредственно в кольцевую проточку упорного фланца 2, центрирующие втулки 25 устанавливают сначала в упорную втулку 24, и затем вместе с ней – в упорный фланец 2. При заливке втулка (шайба) упирается в верхнюю часть шара со стороны пальца, удерживая шаровый палец 26 от смещения вследствие высокого давления полимера внутри корпуса ремонтируемого узла 1. Одновременно выполняется функция герметизации, перекрывая расплавленному полимеру выход со стороны пальца 26.
Данное устройство имеет конструкцию также способствующую быстрой смене ремонтируемого узла 1. Болты крепления 12 упорного фланца 2 вкручены не в верхний фланец 3, а свободно проходят сквозь него и вкручиваются в специальную деталь – подкову 14, находящуюся под фланцем 3. Это сделано для того, чтобы не откручивать три болта крепления 12 упорного фланца 2 при каждой установке ремонтируемого узла 1. Перед установкой болты 12 вместе с подковой 14 поднимают вверх до упора, упорный фланец 2 одним поворотом ставят на эти болты 12. После восстановления узла 1 достаточно ослабить болты 12 и повернуть упорный фланец 2 вокруг его оси, чтобы снять ремонтируемый узел 1 – подкова 14 вместе с болтами 12 под действием силы тяжести утягивает болты 12 внутрь устройства и освобождает пространство вокруг форсунки 13. Это очень удобно для действий с устройством – доступу к загрузочному отверстию 20, замене и закручиванию форсунок 13, загрузке расходного полимерного материала 29, а также для выполнения сервисного обслуживания.
Инновационность идеи заключается в использовании в качестве привода станка мембранного пневмоцилиндра с диаметром 150-220 мм. Такие цилиндры широчайше используются в тормозных системах грузового и спецтранспорта, а также в прицепах и сельскохозяйственных машинах. Цена такого мембранного цилиндра ниже в 6-10 раз относительно поршневого пневмоцилиндра того же усилия. Компоновка типа All-In-One (всё в одном корпусе) предполагает расположение всех элементов устройства – пневмоаппаратуры, тигля, блока управления температурой в одном корпусе, он же является станиной устройства. Такое решение позволило уместить все элементы устройства на минимальной площади, без потери каких-либо его характеристик.
Описанное выше устройство существует в материальном виде, на фиг. 5 представлен его опытный образец. По итогам его испытаний получены следующие результаты:
- самое высокое усилие на штоке – 7700Н за счет компактного мембранного пневмоцилиндра;
- суперкомпактные размеры – 27 см x 23 см x 31 см за счет компоновки;
- скорость нагрева до рабочей температуры – всего 7 минут – за счет вертикальной компоновки;
- максимальный объём впрыска – заслуга мембранного пневмоцилиндра с большим диаметром мембраны.
Данные результаты оказались рекордными при сравнении с похожими устройствами того же назначения.
Таким образом, заявленное устройство имеет простую, компактную конструкцию, высокую производительность, является надежным и простым в эксплуатации и обслуживании, а также имеет низкую стоимость и высокую ремонтопригодность.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного устройства для восстановления шаровых соединений путем заливки вкладыша непосредственно в ремонтируемом узле, и может быть использовано в автомобильной отрасли машиностроения, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».