УСТАНОВКА ДЛЯ СВАРКИ ТРЕНИЕМ ДЛИННОМЕРНЫХ И КОНЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к установкам для приварки трением к длинномерным стержням или трубам концевых деталей, например, приварка к трубам замковых деталей при изготовлении бурильных труб.
Известна установка для приварки замковых деталей к длинномерным трубам, состоящая из серийно изготавливаемой машины сварки трением модели 60 фирмы «Thomson» и агрегата загрузки трубы и выгрузки сварного изделия (См. http://zbo.ru/process-proizvodstva/). Машина сварки трением содержит станину, установленный на станине с возможностью продольного перемещения шпиндельный узел с приводом вращения и с зажимом для замковой детали, который называют патроном, а так же зажимное устройство для не вращаемой трубы, выполненное в виде тисов с гидравлическими цилиндрами. В такой установке замковая деталь устанавливается в патрон машины сварки трением оператором вручную, для чего шпиндельный узел с приводом вращения и с патроном для вращаемой детали отводится от зажимного устройства для не вращаемой трубы на расстояние, превышающее длину замковой детали. Труба агрегатом загрузки-выгрузки укладывается на его рольганг, размещенный по продольной оси сварочной машины, и подается рольгангом в зажимное устройство трубы. После зажатия трубы в зажимном устройстве шпиндельный узел с приводом вращения и с патроном для замковой детали подводится к нему до соприкосновения торцов трубы и детали, включается вращение, а затем увеличивается давление торцем трубы на торец замковой летали. По окончанию формирования сварного соединения открывается патрон, и шпиндельный узел отводится в положение, обеспечивающее загрузку новой замковой детали. Труба с приваренной замковой деталью освобождается от зажима в зажимном устройстве и извлекается из машины обратным ходом рольганга, при этом замковая деталь проходит через зажимное устройство трубы.
Недостатком известной установки является необходимость отвода шпиндельного узла с приводом вращения и с патроном для замковой детали от зажимного устройства для не вращаемой трубы на расстояние, превышающее длину детали. Во-первых, это усложняет конструкцию машины, поскольку направляющие и гидропривод отвода и подвода шпиндельного узла должны обеспечивать ход до 400-500 мм, а во-вторых, снижает производительность из-за времени на подвод и отвод шпиндельного узла. Кроме этого, установка замковой детали в патрон машины сварки трением оператором вручную не позволяет использовать установку для приварки тяжелых деталей (более 15 кг) и деталей длиной больше максимального расстояния между патроном и зажимным устройством трубы при их разводе.
Наиболее близким известным решением к предполагаемой полезной модели является установка для приварки замковых деталей к длинномерным трубам, состоящая из серийно изготавливаемой машины сварки трением ПСТ-120Т фирмы ООО «КТИАМ» (г. Челябинск, РФ), механизма загрузки замковой детали и агрегата загрузки-выгрузки трубы и сварного изделия. Машина сварки трением ПСТ-120Т фирмы ООО «КТИАМ», содержит станину, установленный на станине неподвижно шпиндельный узел с приводом вращения и с патроном для вращаемой концевой привариемой детали, а также зажимное устройство для не вращаемой трубы, установленное на станине на минимальном расстоянии от патрона с возможностью перемещения его в сторону шпиндельного узла на величину максимальной осадки при сварке. Это зажимное устройство выполнено в виде двух кулачковых зажимов с гидравлическим приводом, которые удалены друг от друга на расстояние, превышающее на 20-30 мм максимальную длину стандартной замковой детали (ГОСТ 27835-95), под размеры которых сконструирована машина сварки трением.
В такой установке замковая деталь для установки в патрон машины сварки трением подается механизмом загрузки замковой детали, размещенным сбоку у машины сварки трением, в пространство между кулачковыми зажимами трубы, а затем перемещается через передний кулачковый зажим в патрон трубой, которая после укладки ее на рольганг агрегата загрузки-выгрузки подается последним в зажимное устройство.
После сварки труба с приваренной замковой деталью освобождается от фиксации в патроне и зажимном устройстве и извлекается из них обратным ходом рольгангом агрегата загрузки-выгрузки. Зажимное устройство для не вращаемой трубы приводом создания осевого усилия возвращается в исходное положение, перемещаясь при этом на величину осадки при сварке (от 10 до 30 мм в зависимости от размера площади сварного сечения).
Такая установка, благодаря, наличию механизма загрузки замковых деталей позволяет загружать в патрон и приваривать к трубе замковые детали массой более 15 кг. При этом механизм загрузки обеспечивает только подъем замковых деталей на высоту до совмещения с осью шпинделя машины и поэтому имеет простую конструкцию.
Поскольку для установки замковой детали в патрон не требуется отвода зажимного устройства от патрона на большое расстояние и ход зажимного устройства составляет 10-30 мм, конструкция машины сварки трением ПСТ-150Т по сравнению с аналогом значительно проще, а также имеет повышенную производительность и пониженные энергопотери (за счет уменьшения хода при отведении и подводе зажимного устройства).
Недостатком известной установки с машиной сварки трением ПСТ-150Т является невозможность загрузки и приварки на ней к трубам нестандартных замковых деталей с длиной, превышающей расстояние между кулачковыми зажимами. При изготовлении бурильных труб необходимость приварки к длинномерным трубам нестандартных удлиненных концевых замковых деталей часто возникает и реализуется применением машин сварки трением специальной конструкции.
Простое конструктивное увеличение расстояния между кулачковыми зажимами приводит к увеличению габаритов машины сварки трением. Кроме этого увеличение длины пространства между кулачковыми зажимами для закладки в него замковой детали усложняет конструкцию зажимного устройства.
Технической задачей предлагаемого решения является разработка конструкции установки для приварки замковых деталей к длинномерным трубам, заключающейся в расширении функциональной возможности за счет обеспечения приварки к длинным трубам замковых концевых деталей с длиной, превышающей длину стандартных замковых деталей, при высокой производительности процесса и низких энергопотерях.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в установке для сварки трением длинномерных и концевых деталей, включающей машину сварки трением, содержащую станину, установленный неподвижно на ней шпиндельный узел с приводом вращения и с патроном для вращаемой концевой детали, зажимное устройство для не вращаемой длинномерной детали в виде трубы, установленное на станине машины с возможностью перемещения по ней и выполненное в виде двух кулачковых зажимов с гидравлическим приводом, а также включающей механизм загрузки концевой детали и агрегат загрузки-выгрузки трубы и готового сварного изделия, согласно предложению, механизм загрузки концевой замковой детали размещен между зажимным устройством машины сварки трением и агрегатом загрузки-выгрузки трубы и готового сварного изделия, при этом механизм имеет рычаг с лотком для размещения в нем замковой детали и подачи ее соосно оси шпиндельного узла и оси подаваемой из агрегата загрузки трубы, а в зажимном устройстве между кулачками зажимов установлены направляющие рейки.
Выполнение установки для загрузки и приварки замковых деталей к длинномерным трубам с размещением механизма загрузки замковой детали между зажимным устройством машины сварки трением и агрегатом загрузки-выгрузки трубы и сварного изделия, оснащение механизма загрузки замковой детали рычагом с лотком для укладки замковой детали и установка в корпусе зажимного устройства между кулачков направляющих реек для перемещения по ним замковой детали из лотка в патрон, позволяет устанавливать в патрон сварочной машины замковую деталь с длиной, превышающей до 2-х раз максимальную длину стандартной замковой детали. При этом замковая деталь перемещается в патрон сквозь зажимное устройство из лотка механизма загрузки замковой детали по сменным направляющим рейкам торцом трубы при ее вводе в зажимное устройство за счет работы агрегата загрузки-выгрузки, что позволяет иметь механизм загрузки замковой детали с простой и надежной конструкцией.
Поскольку перемещение зажимного устройства для установки замковой детали также не требуется, то установка имеет высокую производительность и низкие энергетические затраты.
Заявляемая установка для сварки трением длинномерных и концевых деталей иллюстрируется чертежами, где представлены на:
фиг. 1 - общий вид заявляемой установки для сварки трением длинномерных и концевых деталей в плане;
фиг. 2 - вид механизма загрузки концевой замковой детали по плоскости А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - вид зажимного устройства по плоскости Б-Б на фиг. 1 при загрузке концевой замковой детали;
Фиг. 4 - вид по плоскости Б-Б на фиг. 1 при загруженной и зажатой трубе.
Установка для сварки трением длинномерных и концевых деталей, показанная на фиг. 1, содержит машину сварки трением 1, которая имеет шпиндельный узел 2 с приводом вращения 3 шпинделя 4 с патроном 5, зажимное устройство 6 для не вращаемой длинномерной трубы и ее фиксации соосно с патроном 5 и гидроцилиндры 7 для перемещения зажимного устройства и создания осевого усилия сжатия свариваемых деталей, а также механизм 8 загрузки замковой детали и агрегат 9 загрузки-выгрузки трубы. Зажимное устройство 6 для не вращаемой длинномерной трубы состоит из установленного на станине с возможностью перемещения корпуса, в котором смонтирован передний клиновой зажим с тремя кулачками 10, размещенными в пазах штока 11 гидравлического цилиндра 12, и задний клиновой зажим с тремя кулачками 13, размещенными в пазах штока 14 гидравлического цилиндра 15. В корпусе зажимного устройства 6 установлены три сменные направляющие рейки 16, проходящие через всю его центральную полость и расположенные между соседними кулачками переднего и заднего зажимов (фиг. 3, 4).
На фиг. 3 показано взаимное положение реек 16 и кулачков 10 переднего зажима в открытом состоянии при перемещении замковой концевой детали по рейкам 16.
На фиг. 4 показано взаимное положение реек 16 и кулачков 10 переднего зажима при зафиксированной длинномерной трубы.
Механизм 8 (фиг. 2) загрузки замковой детали состоит из основания 17, рычага 18 с лотком 19, гидроцилиндра 20 и рычага 21 поштучной выдачи с пружиной 22. Основание механизма имеет наклонную часть 23 и выступ 24.
Механизм 9 загрузки-выгрузки трубы состоит из рамы с балками 25, на которой установлены ролики 26, снабженные мотор-редукторами 27, и рычаги 28 с гидроцилиндрами 29 для укладки труб на ролики и сброса труб с них после приварки концевой детали.
Заявляемая установка для сварки трением длинномерных и концевых деталей работает следующим образом.
Замковые детали 30 укладываются на наклонную часть 23 основания 17 с упором в выступ 24. Гидроцилиндром 20 производится опускание рычага 18 с лотком 19 в нижнее положение, при котором он взаимодествует с рычагом 21, поворачивая его против часовой стрелки и сжимая пружину 22, при этом первая замковая деталь 30 поднимается на выступ 24. С выступа 24 деталь скатывается в опущенный лоток 19. Обратным ходом гидроцилиндра 20 производится рабочий подъем рычага 18 с лотком 19 и с находящейся в нем замковой деталью 30 на уровень оси шпинделя 4 машины сварки трением. Пружина 22 возвращает рычаг 21 в исходное положение, обеспечивая скатывание деталей 30 до упора в выступ 24.
Трубы 31 укладываются на балки 25 агрегата загрузки-выгрузки трубы. При подъеме рычагов 28 гидроцилиндрами 29 труба, расположенная перед роликами поднимается, а при опускании рычагов 28 ложится на ролики 26 соосно шпинделю 4 машины сварки трением.
При загрузке деталей в машину сварки трением ее патрон и зажимное устройство открыты. Включаются электродвигатели мотор-редукторов 25 на подачу трубы в машину сварки трением. Труба, двигаясь вперед, упирается в находящуюся в поднятом лотке замковую деталь 30 и перемещает ее на сменные направляющие рейки 16, а по ним в открытый патрон 5 до упора в шпинделе. Благодаря наличию сменных направляющих реек 16, которые подбираются под диаметр замковой детали, замковая деталь идет по центру зажимного устройства и кулачки 10 и 13 при открытом патроне не мешают ее прохождению. Производится закрытие патрона 5 и зажимного устройства 6. Затем включается вращение шпинделя приводом 3 и осуществляется прижатие торца трубы к торцу замковой детали перемещением зажимного устройства 6 гидроцилиндрами 7. По завершению цикла сварки открывается патрон 5 и зажимное устройство 6. Включаются электродвигатели мотор-редукторов 25 на вывод трубы.
Предлагаемая установка позволяет приваривать к трубам как стандартные замковые детали, так и не стандартные с увеличенной длиной. Максимальная длина замковой детали ограничивается глубиной возможной установки ее в шпинделе и для серийно выпускаемой модели ПСТ-120Т может превышать максимальную длину стандартной детали в два раза.
Особенностью заявляемой установки для сварки трением длинномерных и концевых деталей является то, что выполнение установки для приварки замковых деталей к длинномерным трубам с размещением механизма загрузки замковой детали между машиной сварки трением и агрегатом загрузки-выгрузки трубы и сварного изделия, оснащение его рычагом с лотком для укладки замковой детали и установка в зажимном устройстве трубы сменных направляющих реек для перемещения по ним замковой детали из лотка в патрон, позволяет устанавливать в патрон сварочной машины замковую деталь с длиной, превышающей длину стандартной замковой детали до 2-х раз, и тем самым расширить функциональные возможности установки, при этом сварочная машина имеет высокую производительность и низкие энергозатраты.
За счет размещения механизма загрузки замковой детали в установке для приварки замковых деталей к длинномерным трубам между машиной сварки трением и агрегатом загрузки-выгрузки трубы и сварного изделия, оснащением его рычага лотком для укладки замковой детали с увеличенной длиной, обеспечены как возможность подъема и размещения замковой детали соосно шпинделю, так и возможность использовать агрегат загрузки-выгрузки трубы для перемещения замковой детали в сторону патрона и установки в него. При этом конструкция механизма загрузки замковой детали остается простой и надежной.
При этом конструкция механизма загрузки замковой детали остается простой и надежной.
За счет установки в зажимном устройстве сменных направляющих реек, обеспечена возможность перемещения из лотка в патрон сквозь зажимное устройство замковых деталей всего сортамента по наружному диаметру, поскольку рейки располагают замковую деталь по центру зажимного устройства, исключая ее упор в его кулачки. При изменении диаметра замковых деталей рейки заменяются на другие с соответствующей высотой h (фиг. 3, 4).
Заявляемая полезная модель может найти широкое применение в области в машиностроения, в частности для изготовления бурильных труб, например, выполняющих приварку замковых деталей к бурильным трубам для нефтяной и газовой промышленности. Например, заявляемая установка апробируется в ООО «КТИАМ» (г. Челябинск) для приварки замковых деталей к бурильным трубам для нефтяной и газовой промышленности.