ВИБРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА
VIBRATION UNIT

Область техники.
Изобретение относится к устройствам для поверхностной обработки деталей в результате относительного вибрационного перемещения и ударного взаимодействия рабочей среды и обрабатываемых деталей. И может быть применено в вибрационных установках при виброударной обработке деталей из сталей, алюминиевых и титановых сплавов для улучшения микрогеометрии и снятия дефектных слоев с обрабатываемых поверхностей, а именно для округления острых кромок, поверхностного упрочнения деталей на предприятиях авиакосмической, автомобильной и других отраслей промышленности, для улучшения эксплуатационных характеристик деталей и снижения трудоемкости процесса обработки.
Уровень техники.
Известен вибровозбудитель с управляемой частотой и направлением колебаний, раскрытый в патенте РФ 20050324, В06 В 1/16, 2006 г. Согласно патенту вибровозбудитель содержит рабочий орган - вибростол. Вибровозбудитель закреплен на рабочем органе, включающем в себя полый вал, закрепленный на рабочем органе в подшипниковых опорах с расположенными на концах дебалансами и датчик угла поворота внутреннего вала. Привод вращения валов состоит из асинхронного электродвигателя и зубчатой ременной передачи, а между валами установлена закрытая зубчатая передача.
Недостатком известного вибровозбудителя является невозможность передачи усилия одновременно на два разнесенных вала с инерционными дебалансами и регулирования амплитуды колебаний.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является вибромашина на резинокордных баллонах (Л.Г.Одинцов. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987 г., стр.222-226. Согласно источнику машина снабжена выносным электродвигателем, расположенным на нижней раме, связанным с ременной передачей для передачи вращения от электродвигателя на вал (один) вибратора. Машина снабжена амортизаторами, выполненными в виде резинокордных пневмобаллонов, расположенных на стойках пневмобаллонов, подвижной рамой с дебалансным вибратором с горизонтальной осью вращения и упругой резинокордной муфтой. Для ременной передачи в вибрационных машинах применяются клиновые ремни.
Недостатком известной машины является наличие только одного вала вибратора, невозможность передачи вращения одновременно на два вала и регулирования амплитуды колебаний.
При использовании двухвальной схемы дебалансных возбудителей колебаний, для получения стабильных траекторий и амплитуды колебаний рабочего органа установки, необходимо добиться высокой степени синхронизации вращения дебалансных валов. Использование для синхронизации зубчатых редукторов не позволяет добиться синхронного вращения валов в течение длительного времени по причине наличия люфтов и погрешностей шага зубьев на шестернях зубчатых передач. Вследствие этих причин после 30-40 часов работы установки, накапливается погрешность во взаимном расположении валов, что приводит к изменению траектории колебаний подвижной рамы и снижению ее амплитуды колебаний. В этом случае для восстановления синхронизации требуется перенастройка вибромашины.
Применение зубчатой ременной передачи позволяет устранить влияние люфтов путем натяжения ремней, а погрешность шага зубьев зубчатых ремней на порядок ниже, чем у зубчатых колес. Погрешность шага зубьев шкивов зубчатой ременной передачи устраняется путем их совместной обработки при нарезании зубьев. Применение зубчатых ремней позволяет увеличить время накопления критической для вибромашины погрешности синхронизации валов минимум в 10-15 раз по сравнению с зубчатыми редукторами. Кроме того, зубчатые ремни требуют значительно меньшего предварительного натяжения и, следовательно, меньше нагружают валы и подшипники, чем при использовании клиновых ремней.
Сущность изобретения.
Задачей изобретения является разработка вибрационной установки с расширенными технологическими и эксплуатационными возможностями, высокими показателями стабильности и ресурсом работы, удобной в эксплуатации и обслуживании.
Поставленная задача достигается тем, что передача вращения от электродвигателя на два разнесенных вала дебалансов осуществляется непосредственно от электродвигателя с применением зубчатой ременной передачи, имеющей устройство натяжения ремней через промежуточные подшипниковые узлы, обеспечивающее независимое требуемое натяжение каждой ветви ременной передачи и исключающее относительный разворот дебалансных валов относительно друг друга. Кроме того, установка снабжена механизмом для регулирования значения амплитуды колебаний путем обеспечения разворота дебалансов на заданный угол. Механизм выполнен в виде съемного червячного редуктора с ручным, электрическим или иным приводом, соединенным через муфту с одним из дебалансных валов.
Использование изобретения позволяет уменьшить трудоемкость операций по обслуживанию установки, повысить стабильность работы, расширить технологические возможности регулированием амплитуды путем разворота валов дебалансов на требуемый угол.
Описание чертежей.
Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны:
- фиг.1 - общий вид вибрационной установки;
- фиг.2 - вид А фиг.1 (схема натяжения зубчатых ремней);
- фиг.3 - схема кинематическая вибрационной установки;
- фиг.4 - показывает поперечное сечение В-В дебаланса (фиг.1).
Раскрытие изобретения.
Изобретение реализуется следующим образом. Виброустановка включает нижнюю раму 1 (фиг.1, 2) с установленным на ней электроприводом, с помощью пневмосистемы соединенную с верхней подвижной рамой 2. На верхней подвижной раме расположены узлы дебалансных возбудителей колебаний, снабженные механизмом настройки дебалансов 28. Кроме того установка включает пульт управления 5, систему промывки и загрузочный контейнер для обработки деталей.
Виброустановка снабжена верхней подвижной рамой 2, изготовленной из швеллера №20 и №30 ГОСТ 8240-89, стальных полос толщиной 25-30 мм, материал - сталь 3 сп. Сварные соединения выполнены сваркой ручной электродуговой по ГОСТ 5264-80.
В верхней части подвижной рамы выполнены продольные планки с выфрезерованными в них станочными Т-образными пазами 31 (фиг.2). Ширина паза 18 мм, в них закрепляют сменные загрузочные контейнеры для обработки деталей различной длины и формы. На верхней раме смонтированы подшипниковые узлы 27, являющиеся опорами для разрезных дебалансных валов, и верхняя часть стоек пневмоопор 6. Максимальная динамическая грузоподъемность (суммарный вес загрузочного контейнера, рабочей среды, оснастки и обрабатываемых деталей) - 2000 кг. Траектория движения верхней рамы 2 с загрузочным контейнером представляет собой эллипс, близкий к окружности. Частота колебаний подвижной рамы 21 Гц, амплитуда колебаний - регулируемая в диапазоне от 0 до 5 мм.
Нижняя рама 1 (фиг.1) является основанием всей виброустановки и представляет собой сварную конструкцию, на которую смонтированы болтовыми соединениями: регулируемая платформа 16 с установленным на ней электродвигателем 3; сдвижные подшипниковые узлы 18, 19 (фиг.2), установленные на постаментах 15, 17; стойки пневмоопор 6; подставки 8 и ограждения дебалансов 14.
Конструктивно нижняя рама 1 выполнена следующим образом: основанием служит стальной лист толщиной 30 мм. На лист приварены швеллеры №36, являющиеся вертикальными стенками рамы. На верхние полки швеллеров уложены и соединены сваркой стальные плиты толщиной 30 мм, на которые болтовыми соединениями смонтированы стойки пневмоопор 6, регулируемая платформа 16, постаменты сдвижных подшипниковых узлов 15, 17, подставки 8 и защитные ограждения дебалансов 14. Та часть нижней рамы, над которой расположена подвижная верхняя рама 2 (примерно 2/3 всей площади), представляет собой емкость, в которую при монтаже виброустановки заливают бетон для утяжеления основания, с целью снижения вибрационной нагрузки, передаваемой на фундамент цеха. Крепление виброустановки к фундаменту цеха производят анкерными болтами через шесть отверстий, расположенных по бокам с внешней стороны нижней рамы 1 (по три с каждой стороны). Так же по бокам с внешней стороны нижней рамы установлены 4 такелажных узла. Материал нижней рамы 1 - сталь 3 сп. Сварные соединения - сварка ручная электродуговая по ГОСТ 5264-80.
Стойки пневмоопор 6 расположены на нижней раме 1 по 6 шт. с каждой стороны, выполнены из двух частей (верхней и нижней), между которыми герметично установлены резинокордные оболочки - амортизаторы 7. Нижняя часть стоек 6 жестко закреплена на раме 1, верхняя часть - на раме 2. В стойках 6 предусмотрены каналы для подачи воздуха в амортизаторы.
Подставки 8 представляют собой двутавр №12 ГОСТ 8239-89, в верхней и нижней части которого приварены пластины толщиной 20 мм. Нижняя пластина служит для крепления к раме 1, а верхняя, облицованная резиной, - для опоры верхней подвижной рамы 2, в случае отсутствия воздуха в амортизаторах.
Постаменты 15, 17 сдвижных подшипниковых узлов 18, 19 - сварные из уголка 100×100×6,5 ГОСТ 8509-93 и стального листа (Ст3 сп) толщиной 20 мм жестко закреплены на раме 1. На верхней части постаментов в пазах смонтированы сдвижные подшипниковые узлы 18, 19.
Для предохранения персонала от вращающихся дебалансных валов служат ограждения дебалансов 14. Конструктивно они выполнены в виде рамы из уголков, на которую крепят съемные защитные кожуха. Ограждения дебалансов крепят к нижней раме 1 установки болтами. Кожуха снимают на время настройки амплитуды колебаний.
Регулируемая платформа 16 с установленным на ней электродвигателем 3 установлена непосредственно на нижний лист рамы 1. Регулируемая платформа 16 выполнена в виде двух стальных плит, с одной стороны соединенных поворотным шарниром 4 (фиг.2), позволяющим им поворачиваться друг относительно друга вокруг общей оси. С другой стороны плиты соединены двумя откидными болтами 9, 10, которые резьбовым концом вставлены в пазы верхней плиты платформы 16. На концы болтов навинчены по две гайки, одна с нижней стороны верхней плиты, вторая с верхней. Таким образом, вращением гаек можно установить требуемый угол поворота одной плиты относительно другой (в пределах 0±30°), при этом ось вращения электродвигателя 3, установленного на платформе 16, может смещаться в вертикальной плоскости на 50 мм для монтажа или натяжения зубчатых ремней 11.
Привод установки состоит из электродвигателя 3, соединенного с зубчатой ременной передачей, снабженной зубчатыми ремнями и устройством натяжения ремней. Устройство натяжения ремней выполнено в виде промежуточных подшипниковых узлов 18 и 19, которые, в свою очередь, соединены с двумя разрезными дебалансными валами 12.
Электродвигатель 3 установки - асинхронный с короткозамкнутым ротором, трехфазный, мощностью 37 кВт, частота вращения 1500 об/мин, режим работы - реверсивный. Электродвигатель привода 3 соединен непосредственно с валами дебалансов 12 через гибкие муфты 13 и ремни зубчатой ременной передачи.
Зубчатая ременная передача состоит из двух ветвей, снабженных зубчатыми ремнями 11, и предназначена для передачи крутящего момента от электродвигателя 3 на два дебалансных вала 12 виброустановки и для синхронизации вращения этих валов. Передаточное отношение зубчатой ременной передачи равно 0,86. Зубчатая передача состоит из двойного ведущего шкива 22, установленного на валу электродвигателя 3, и двух ведомых шкивов 23, 24, закрепленных на валах промежуточных подшипниковых узлов 18, 19. Зубчатая ременная передача 11 имеет в качестве устройства натяжения ремней промежуточные подшипниковые узлы 18 и 19.
Сдвижные промежуточные подшипниковые узлы 18, 19 состоят из вала (материал - сталь 40Х), на одном конце которого закреплен ведомый шкив 23 или 24, на втором - гибкие муфты 13. Вал установлен в двух радиальных двухрядных роликовых сферических подшипниках 3614 (70×150×51) ГОСТ 5721-75, установленных в сварном корпусе из стали 3 сп, внутрь корпуса залита жидкая смазка, а уплотнения - резиновые манжеты.
Корпус подшипниковых узлов имеет возможность смещаться на постаментах 17, 15 в пазах (вправо и влево поперек оси установки на расстояние 30 мм) для натяжения ремней 11. Смещение корпуса подшипниковых узлов 18, 19 производят путем вращения болтов 25 и фиксации контргайками. Закрепление корпусов подшипниковых узлов 18, 19 в требуемом положении производят болтами крепления корпуса подшипника к постаментам 15, 17.
Гибкие муфты 13 (фиг.1, 3) установлены на конце валов промежуточных подшипниковых узлов 18, 19 и предназначены для передачи крутящего момента от шкивов 23, 24 зубчатой ременной передачи на дебалансные валы 12 колеблющейся подвижной рамы 2. Гибкие муфты 13 состоят из двух полумуфт, соединенных между собой гибкой резинокордной оболочкой, и позволяют передавать крутящий момент при осевом смещении валов до 30 мм и угловом смещении до 25°.
Для возбуждения колебаний подвижной рамы 2 вибрационная установка оснащена четырьмя дебалансными узлами 21, закрепленными на дебалансных валах 12 по два узла справа и слева вдоль верхней подвижной рамы 2. А так же виброустановка оснащена подшипниковыми узлами 27, являющимися опорами двух разрезных дебалансных валов 12 и муфтами 20.
Дебалансные валы 12 изготовлены из стали 40Х, закалены и установлены в подшипниковых узлах 27. Каждый из валов 12 состоит из двух частей, соединенных между собой стандартными упругими втулочно-пальцевыми муфтами 20 (муфта упругая втулочно-пальцевая 710-50-55-1 ГОСТ 21424-93). На валах установлены четыре дебалансных узла 21, которые являются возбудителями вибраций. Дебалансные валы имеют шлицевое отверстие для соединения со шлицами выходного вала механизма настройки дебалансов 28.
Каждый из четырех дебалансных узлов 21 состоит из шести дебалансов, условно разбитых на три пары. Дебалансы (фиг.4) выполнены из двух симметричных половин, соединенных между собой болтами 29 и 30 (из стали 30ХГС А ГОСТ 4543-71). При отпускании болтов 29, 26 дебаланс свободно скользит по валу 12, при затяжке - фиксируется на валу 12. Эксцентриситет дебалансов равен 52 мм, масса - около 10 кг.
Подшипниковые узлы 27 смонтированы на раме 2, выполнены в корпусах по восемь радиальных двухрядных роликовых сферических подшипников. Корпуса подшипниковых узлов 27 фрезерованные или сварные из стали 3 сп; крепление корпусов к раме - болтами из стали 30ХГС А ГОСТ 4543-71. Смазка подшипников осуществляется путем запрессовки через пресс-масленку пластичной смазки. Применение в подшипниковых узлах 27 радиальных двухрядных роликовых сферических подшипников 3614 (70×150×51) ГОСТ 5721-75 обусловлено тем, что подшипники такого типа компенсируют угловые смещения валов 12 относительно корпусов подшипниковых узлов 27, возникающие вследствие изгиба дебалансных валов 12 от действия центробежных сил неуравновешенной массы дебалансов 21. А так же для компенсации возникающих крутильных колебаний.
Виброустановка снабжена пневмосистемой подвески подвижной рамы, включающей стойки пневмоопор 6 и амортизаторы 7. Пневмосистема содержит двенадцать амортизаторов, выполненных в виде резинокордных оболочек модели И-15, 7 (фиг.1). Амортизаторы применяют для обеспечения упругих связей пневмоопор 6 подвижной рамы 2 с нижней рамой 1. Оболочки в верхней и нижней частях герметично крепятся к стойкам 6, которые, в свою очередь, закреплены на верхней подвижной раме 2 и на нижней раме 1. Через отверстия в нижней части стойки 6 в резинокордные оболочки подводят воздух под давлением 0,05-0,2 МПа, который является упругим элементом, поддерживающим верхнюю подвижную раму 2.
При отсутствии воздуха в системе упругих амортизаторов 7 верхняя подвижная рама 2 опирается на подставки 8. Рабочее давление в пневмосистеме подвески подвижной рамы - от 0,05 до 0,2 МПа, в зависимости от нагрузки на подвижную верхнюю раму 2. Кроме того, амортизаторы 7 имеют рабочую высоту 150 мм, что снижает высоту стоек амортизаторов и обеспечивает уменьшение высоты виброустановки.
Установка снабжена механизмом настройки дебалансов 28, предназначенным для изменения величины амплитуды колебаний. Изменяют величину амплитуды колебаний путем регулирования разворота дебалансов на требуемый угол. Механизм настройки дебалансов 28 выполнен в виде съемного червячного редуктора с ручным или иным приводом, закреплен на крышке крайнего подшипникового узла 27 и соединен через муфту 30 с одним из дебалансных валов 12. При этом его выходной вал со шлицами вставляется в ответное шлицевое отверстие дебалансного вала. Механизм настройки дебалансов 28 имеет шкалу измерения углов разворота. Частота колебаний подвижной рамы 21 Гц, амплитуда колебаний - регулируемая в диапозоне от 0 до 5 мм.
Управление работой установки производится с пульта управления 5, выполненного в виде отдельного элемента, размещаемого рядом с вибромашиной и соединенного с ней кабелями и воздушными шлагами. Так же виброустановка снабжена системой подачи жидкости, необходимой для обработки деталей.
Принцип работы установки основан на возбуждении вращающимися дебалансными узлами 21 колебаний верхней рамы 2 с установленным на ней загрузочным контейнером с закрепленной в нем обрабатываемой деталью. Обработка происходит в результате относительного перемещения и соударения рабочих тел в виде стальных шариков или абразивных гранул с поверхностью обрабатываемой детали.
Перед началом работы монтируют приспособление с деталью в установленном на верхней раме 2 загрузочном контейнере, после чего в него загружают рабочие тела и включают подачу рабочей жидкости. В пневмосистему подается сжатый воздух. Затем включают вращение дебалансных валов 12. Вращение дебалансных валов 12 передается не через редуктор, а непосредственно от электродвигателя 3 с применением зубчатой ременной передачи, имеющей устройство натяжения ремней 11 через промежуточные подшипниковые узлы 18, 19, обеспечивающие независимое требуемое натяжение каждой ветви ременной передачи и исключающие относительный разворот дебалансных валов 12 относительно друг друга.
Изменение амплитуды колебаний производится путем разворота одного дебаланса из пары относительно второго на определенный угол. Для регулирования значения амплитуды колебаний производятся следующие действия:
- устанавливают червячный редуктор на вал 12;
- ослабляют стяжные болты 29, 26 на первых из пары дебалансов (фиг.4) (всего 12 дебалансов);
- вращение рукоятки механизма настройки дебалансов, валы 12 с закрепленными на них вторыми из пары дебалансами поворачивают на угол 30° (12 дебалансов одновремено) (фиг.4), обеспечивая получение заданной амплитуды. Так как валы связаны между собой зубчатой ременной передачей, то при вращении механизмом разворота одного из валов синхронно на тот же угол поворачивается и второй вал. Величина угла вращения отсчитывается при помощи лимба;
- при этом первые из пары дебалансов, не закрепленные на валу (12 шт.), остаются под действием силы тяжести в вертикальном положении;
- стяжные болты 29, 26 на первых из пары дебалансах заворачивают; в результате имеем 12 дебалансов (по шесть на каждом валу), развернутых относительно остальных 12 дебалансов (через один) на одинаковый угол. Один дебаланс пары при регулировке амплитуды остается неподвижно закрепленным на валу 12, второй раскрепляется и проворачивается относительно вала 12. Если угол разворота дебалансов равен 180°, амплитуда минимальна (0 мм), если угол равен 0°, амплитуда 5 мм. После настройки амплитуды колебаний механизм настройки дебалансов 28 снимается.
Для натяжения зубчатых ремней 11 каждой ветви независимо друг от друга применяют регулируемую платформу 16 и промежуточные подшипниковые узлы 18, 19. Натяжение обоих зубчатых ремней 11 производят затяжкой болтов (фиг.2) 9, при этом регулируемая платформа 16 вместе с электродвигателем 3 смещается вниз. Болтами 10 электродвигатель 3 центрируется по оси установки. Окончательное натяжение каждого ремня регулируют путем смещения вправо или влево соответствующего промежуточного подшипникового узла с помощью болтов 27, сдвигая их на постаментах. Контроль натяжения ремней 11 производят путем замера величины прогиба ремня от заданного усилия. Величина прогиба ремня и величина прилагаемой силы устанавливается производителем ремня и приводится в технической документации, поставляемой с ремнями 11.
Технологические параметры (амплитуда колебаний, время обработки, направления вращения валов дебалансов) определяются соответствующей документацией.
После окончания заданного цикла обработки выключают привод виброустановки, останавливают вращения дебалансов 21. После чего прекращают подачу рабочей жидкости и производят частичную разгрузку контейнера от рабочих тел, затем приспособление с деталью вынимают из загрузочного контейнера и деталь раскрепляют, промывают и подвергают контрольным проверкам.
Применение зубчатой ременной передачи позволяет устранить влияние люфтов путем натяжения ремней, а погрешность шага зубьев зубчатых ремней на порядок ниже, чем у зубчатых колес. Погрешность шага зубьев шкивов зубчатой ременной передачи устраняется путем их совместной обработки при нарезании зубьев. Применение зубчатых ремней позволяет увеличить время накопления критической для вибратора погрешности синхронизации валов минимум в 10-15 раз по сравнению с зубчатыми редукторами. Зубчатые ремни обладают высоким, способствующим энергосбережению кпд, гарантируют надежную работу при высоких нагрузках и высокоскоростных режимах, имеют минимальные вибрации при прерывистых нагрузках, являются антистатичными, защищены от воздействия масел, пыли, бензина и др.
Применение пневмосистемы с рабочей высотой баллонов 150 мм снижает высоту стоек амортизаторов и обеспечивает уменьшение высоты установки.
Использование изобретения позволяет:
- уменьшить трудоемкость операций по обслуживанию установки;
- повысить стабильность работы;
- расширить технологические возможности, регулированием амплитуды путем разворота валов дебалансов на требуемый угол.