КАНТОВАТЕЛЬ С ПОДЪЕМНЫМИ ЦЕНТРАМИ

Полезная модель относится к устройствам, для захвата, подъема и кантования изделий в положение для сварки, преимущественно при изготовлении длинномерных и крупногабаритных изделий, например, рам специальных и большегрузных автомобилей, железнодорожных вагонов и цистерн, и может быть использована на машиностроительных и вагоностроительных предприятиях при изготовлении, модернизации и капитальном ремонте различных изделий такого типа.
Известен кантователь с подъемными центрами (см. а.с. СССР №986691, МПК В23К 37/04, дата публикации 07.01.1983 г.), состоящий из двух зеркально расположенных на заданном расстоянии друг относительно друга опор, каждая из которых закреплена на основании и выполнена в виде двух стоек, соединенных в верхней части горизонтальной балкой, каретки, выполненной с возможностью перемещения вдоль стоек, механизма подъема, привод которого закреплен на горизонтальной балке и кинематически соединен с кареткой, и смонтированного на каретке грузонесущего элемента с центром для крепления изделия, при этом каретка на одной из опор содержит механизм поворота, привод которого соединен с грузонесущим элементом, стойки выполнены с вертикальными направляющими, а каретка выполнена с роликами для перемещения вдоль упомянутых направляющих. Опоры закреплены на заданном расстоянии друг относительно друга стационарно. Механизм подъема выполнен в виде двух цепных передач, верхние и нижние ветви которых расположены на звездочках, соединенных, соответственно, с приводом и с натяжным устройством. Свободные концы цепных передач закреплены на каретке и на страховочных рычагах, выполненных с возможностью торможения и фиксирования положения кареток при обрыве или ослаблении цепи. Привод механизма подъема состоит из двигателя, муфты, тормоза, редуктора и открытой одноступенчатой зубчатой передачи, состоящей из шестерни и колеса, на общем валу с которым закреплена звездочка верхней ветви цепной передачи. Ось упомянутого вала ориентирована перпендикулярно к продольной оси грузонесущего элемента. Механизм поворота выполнен в виде привода и открытой зубчатой передачи, соединенной с валом грузонесущего элемента. Возвратно-поступательное перемещение грузонесущего элемента осуществляется посредством механизма осевого перемещения, выполненного в виде пневмоцилиндра, расположенного на каретке. Фиксирование положения грузонесущего элемента в его крайних положениях осуществляется посредством двуплечих рычагов, одно плечо которых выполнено с возможностью взаимодействия с валом грузонесущего элемента, а второе плечо содержит копирный роликом, выполненный с возможностью взаимодействия с закрепленными на стойках упорами. Управление кантователем осуществляется с кнопочных пультов, закрепленных на опорах. Кантователь предназначен для захвата, подъема и кантования в положение для сварки рам железнодорожных вагонов.
Недостатками известного кантователя являются:
- использование цепной передачи в механизме подъема кареток, что снижает надежность эксплуатации и срока службы;
- стационарное расположение опор, что исключает переналадку кантователя для изготовления разных типоразмеров изделий и, соответственно, ограничивает его технологические возможности;
- использование механических систем блокирования механизмов подъема и осевого перемещения при нештатных ситуациях, что усложняет конструкцию кантователя и снижает надежность его эксплуатации.
Известен кантователь с подъемными центрами (см. Цыган Б.Г., Цыган А.Б. Вагоностроительные конструкции. Изготовление, модернизация, ремонт/Монография, под ред. Б.Г.Цыгана.- Кременчуг: Изд. "Кременчуг", 2005. - 751 с. - 169-172 с.), состоящий из двух зеркально расположенных на заданном расстоянии друг относительно друга опор, каждая из которых закреплена на основании и выполнена в виде двух стоек, соединенных в верхней части горизонтальной балкой, каретки, выполненной с возможностью перемещения вдоль стоек, механизма подъема, привод которого закреплен на горизонтальной балке и кинематически соединен с кареткой, и смонтированного на каретке грузонесущего элемента с центром для крепления изделия. Каретка на одной из опор содержит механизм поворота, привод которого соединен с грузонесущим элементом. Стойки выполнены с вертикальными направляющими, а каретка выполнена с роликами для перемещения вдоль упомянутых направляющих. Опоры закреплены на заданном расстоянии друг относительно друга стационарно. Механизм подъема выполнен в виде двух цепных передач, верхние и нижние ветви которых расположены на звездочках, соединенных, соответственно, с приводами и с натяжными устройствами. Свободные концы цепных передач закреплены на каретке. Привод механизма подъема состоит из червячного мотор-тормоз-редуктора, цилиндрического редуктора и открытой одноступенчатой зубчатой передачи, состоящей из шестерни и колеса, на общем валу с которым закреплены звездочки. Ось упомянутого вала ориентирована вдоль продольной оси грузонесущего элемента. Механизм поворота выполнен в виде привода, состоящего из планетарного мотор-редуктора и открытой двухступенчатой зубчатой передачи, соединенной с валом грузонесущего элемента. Угловые положения грузонесущего элемента контролируются конечными выключателями. Центр для крепления изделия выполнен с возможностью размещения внутри проемов в торцевых частях изделия. Возвратно-поступательное перемещение грузонесущего элемента осуществляется посредством механизма осевого перемещения, выполненного в виде пневмоцилиндра, расположенного на каретке. Для предотвращения нештатного срабатывания пневмоцилиндра он снабжен шариковым замком. Система управления выполнена с возможностью автоматического управления операциями по приему изделий с тележки конвейера и их подъема на заданную высоту. Управление кантователем осуществляется с пультов управления, расположенных у каждой стойки. Система управления содержит электрические блокировки, исключающие одновременное включение двух пультов управления, а также исключающие перемещения кареток с закрепленным на грузонесущих элементах изделием в повернутом положении и поворота изделия при недостаточной высоте подъема кареток на опорах. Кантователь предназначен для захвата, подъема и кантования в положение для сварки рам железнодорожных вагонов. Недостатками известного кантователя являются:
- использование цепной передачи в механизме подъема кареток, что снижает надежность эксплуатации и срока службы;
- стационарное расположение опор, что исключает переналадку кантователя для изготовления других типоразмеров изделий и, соответственно, ограничивает его технологические возможности.
В основу полезной модели поставлена задача создания такого кантователя с подъемными центрами, в котором за счет иного конструктивного исполнения механизма подъема кареток и иной его взаимосвязи с каретками, а также иного выполнения одной из опор кантователя обеспечивается повышение надежности его эксплуатации и срока службы при одновременном расширении технологических возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в кантователе с подъемными центрами, состоящем из двух зеркально расположенных на заданном расстоянии друг относительно друга опор, каждая из которых закреплена на основании и состоит из двух стоек, соединенных в верхней части горизонтальной балкой, каретки, выполненной с возможностью перемещения вдоль стоек, механизма подъема, привод которого закреплен на горизонтальной балке и кинематически соединен с кареткой, и смонтированного на каретке грузонесущего элемента с центром для крепления изделия, при этом стойки выполнены с вертикальными направляющими, каретка выполнена с роликами для перемещения вдоль упомянутых направляющих, а каретка одной из опор содержит механизм поворота, привод которого соединен с грузонесущим элементом, согласно полезной модели одна из опор выполнена с возможностью продольного перемещения относительно другой опоры, а привод механизма подъема кинематически соединен с кареткой посредством грузовых винтов, верхние концы которых соединены с выходными валами упомянутого привода, а нижние закреплены на основаниях стоек, и взаимодействующих с грузовыми винтами гаек, закрепленных на каретке.
Упомянутая опора выполнена с возможностью продольного перемещения относительно другой опоры посредством лебедки, включающей привод и систему блоков для направления и натяжения троса, соединенного с опорой, и роликов, смонтированных на опоре посредством двуплечих рычагов, шарнирно закрепленных в нижних частях стоек, при этом на одном плече двуплечих рычагов смонтированы упомянутые ролики, а второе плечо выполнено с возможностью взаимодействия с гидравлическими домкратами, закрепленными на упомянутых стойках.
Целесообразно, чтобы каретка упомянутой опоры содержала механизм осевого перемещения грузонесущего элемента, состоящий из двух пневматических цилиндров, закрепленных на каретке симметрично относительно продольной оси грузонесущего элемента, при этом штоки пневматических цилиндров были соединены с валом грузонесущего элемента посредством кронштейна и снабжены фиксатором положения штоков при выдвинутом грузонесущем элементе.
Целесообразно, чтобы привод механизма подъема был выполнен в виде мотор-редуктора и соединенных с ним двух конических редукторов, валы которых соединены с верхними концами грузовых винтов, при этом грузовые винты и гайки были выполнены в виде винтовой передачи с трапецеидальной резьбой или шарико-винтовой передачи, а механизм поворота был выполнен в виде мотор-редуктора, вал которого соединен с валом грузонесущего элемента, при этом мотор-редуктор был закреплен на каретке с противоположной стороны от центра для крепления изделия и со смещением относительно продольной оси вала грузонесущего элемента.
Центры грузонесущих элементов выполнены с возможностью крепления изделий непосредственно или посредством сменных технологических элементов или съемной опорной рамы, при этом для крепления изделий непосредственно упомянутые центры выполнены с возможностью размещения и фиксирования их внутри установочных проемов в торцевых частях изделий или с возможностью схватывания и фиксирования сопрягаемых частей изделия снаружи, сменные технологические элементы выполнены с возможностью соединения с центрами и с сопрягаемыми частями изделий, а съемная опорная рама выполнена с возможностью соединения с центрами и содержит базирующие и прижимные элементы для крепления изделия.
Использование грузовых винтов и взаимодействующих с ними гаек в кинематическом соединении привода механизма подъема с кареткой позволяет повысить надежность кантователя при эксплуатации по сравнению с цепной схемой их соединения. Выполнение одной из опор с возможностью продольного перемещения относительно другой опоры позволяет выполнять переналадку кантователя при изготовлении различных типоразмеров изделий, что расширяет его технологические возможности. Таким образом, совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемой полезной модели позволяет повысить надежность кантователя при эксплуатации при одновременном расширении его технологических возможностей. Выполнение подъемных центров предлагаемой конструкции позволяет значительно расширить область применения кантователя вследствие обеспечения крепления и кантования широкой номенклатуры изделий с различными типоразмерами.
Конструкция заявляемого кантователя с подъемными центрами поясняется на примерах его исполнений, разработанных Обществом с ограниченной ответственностью "НПФ "Техвагонмаш", г.Кременчуг, Украина.
Сущность полезной модели поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг.1 - общий вид кантователя, вид спереди; на фиг.2 - общий вид кантователя, вид сбоку; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 (установка ходового винта механизма подъема); на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2 (установка каретки с механизмом поворота на опорах); на фиг.5 - опора неподвижная, вид сбоку; на фиг.6 - опора подвижная, вид сбоку; на фиг.7 - каретка, вид спереди; на фиг.8 - вид В на фиг.7 (каретка, вид сбоку); на фиг.9 - пример исполнения опоры подвижной с механизмом осевого перемещения грузонесущего элемента, вид сбоку; на фиг.10 - сечение Г-Г на фиг.2 (механизм осевого перемещения грузонесущего элемента).
Кантователь с подъемными центрами состоит (фиг.1-6) из двух зеркально расположенных на заданном расстоянии друг относительно друга неподвижной 1 и подвижной 2 опор, каждая из которых закреплена на основаниях, соответственно, 3 и 4. Основание 4 подвижной опоры 2 посредством троса 5 соединено с лебедкой 6 для перемещения относительно опоры 1. Заданное расположение подвижной опоры 2 относительно неподвижной опоры 1 фиксируется посредством фундаментных болтов (не обозначены).
Опоры 1 и 2 состоят из двух стоек 7 и 8 коробчатой конструкции, соединенных в верхней части горизонтальной балкой 9 рамной конструкции. Вдоль стоек 7 и 8 закреплены вертикальные направляющие 10 для перемещения кареток 11. На горизонтальной балке 9 закреплен привод 12 механизма подъема, состоящий из мотор-редуктора 13 и соединенных с ним двух конических редукторов 14. Приводы 12 на опорах 1 и 2 кинематически соединены с соответствующими каретками 11 посредством грузовых винтов 15 и гаек 16. Верхние концы грузовых винтов 15 посредством муфт 17 соединены с выходными валами (не обозначены) конических редукторов 14, а нижние концы закреплены в опорных подшипниках 18 на основаниях 3 и 4. Гайки 16 закреплены на каретках 11. Винтовая передача между грузовыми винтами 15 и гайками 16 может быть выполнена в виде трапецеидальной резьбы или в виде шарико-винтовой передачи (не показана).
На подвижной опоре 2 в нижних частях стоек 7 и 8 шарнирно закреплены двуплечие рычаги 19, на одном плече которых смонтированы ролики 20, а вторые плечи выполнены с возможностью взаимодействия с гидравлическими домкратами 21, закрепленными на стойках 7 и 8.
Каретка 11 на неподвижной опоре 1 выполнена (фиг.4, 7, 8) в виде каркаса 22 с жестко закрепленными на его противоположных торцевых частях вертикальными кронштейнами 23, на каждом из которых смонтировано по два ролика 24 для перемещения вдоль вертикальных направляющих 10. Грузонесущий элемент состоит из вала 25, закрепленного внутри каркаса 22 на подшипниковых опорах 26, и центра 27 для крепления изделия, выполненного на свободном конце вала 25. Противоположный конец вала 25 посредством гайки 28 соединен с выходным валом (не обозначен) механизма поворота, выполненного в виде мотор-редуктора 29, закрепленного посредством кронштейна 30 на каркасе 22 с противоположной стороны от центра 27 и со смещением относительно его продольной оси.
В зависимости от конструктивного исполнения и размеров изделий центры 27 грузонесущих элементов могут быть выполнены как с возможностью крепления изделий непосредственно, так и крепления посредством сменных технологических элементов 31 или съемной опорной рамы (не показана), закрепленных на центрах 27 посредством, например, фланцевых соединений. Для крепления изделий непосредственно упомянутые центры 27 могут быть выполнены с возможностью размещения и фиксирования их внутри проемов в торцевых частях изделий или с возможностью схватывания и фиксирования сопрягаемых частей изделий снаружи. Сменные технологические элементы 31 выполнены с возможностью соединения с центрами 27 и с сопрягаемыми частями изделий. Съемная опорная рама выполнена с базирующими и прижимными элементами для установки и фиксирования сопрягаемых частей изделия снаружи или изнутри (не показаны). Сменные технологические элементы 31 или съемная опорная рама могут закрепляться на изделии до подачи его на позицию кантователя (изделие монтируется на опорной раме посредством базирующих и прижимных элементов).
Конструкция каретки 11, размещенной на подвижной опоре 2, отличается от каретки 11 на неподвижной опоре 2 тем, что она выполнена (фиг.9, 10) без механизм поворота грузонесущего элемента, но содержит механизм осевого перемещения грузонесущего элемента, который состоит из двух пневмоцилиндров 32, закрепленных на верхней и нижней поверхностях каретки 11 симметрично относительно продольной оси вала 25. Штоки 33 пневмоцилиндров 32 соединены с валом 25 посредством кронштейна 34. Рабочее (выдвинутое) положение вала 25 грузонесущего элемента дополнительно фиксируется посредством винтовой струбцины 35, закрепленной на кронштейне 36 с возможностью взаимодействия с упомянутым кронштейном 34.
Лебедка 6 содержит (фиг.1) привод 37, закрепленный на раме 38, и систему блоков 39 для направления и натяжения троса 5. В зависимости от конструктивного исполнения и размеров изделий перемещение подвижной опоры 2 на новую позицию может осуществляться также посредством мостового крана и фиксирования основания 4 зажимными элементами или съемными фундаментными болтами (не показаны). В этом случае подвижная опора 2 выполняется без двуплечих рычагов 19, роликов 20 и гидравлических домкратов 21.
Управление кантователем осуществляется посредством системы управления, построенной на базе управляющего контроллера. Объектами управления являються мотор-редукторы 13 механизмов подъема на опорах 1 и 2, мотор-редуктор 29 механизма поворота на опоре 1, пневмоцилиндры 32 механизма осевого перемещения грузонесущего элемента и гидравлические домкраты 21 на опоре 2, а также привод 37 лебедки 6. Для управления указанными объектами на стойках 7 и 8 закреплены путевые выключатели 40 для остановки кареток 11 при их подъеме и опускании на заданной высоте, энкодеры (не показаны) для синхронизации углов поворота грузонесущих элементов на опорах 1 и 2, а также оптические датчики (не показаны) для предотвращения перемещения кареток 11 с закрепленным на грузонесущих элементах изделием в повернутом положении и кантования изделия при недостаточной высоте подъема кареток 11 на опорах 1 и 2.
Управление работой кантователя осуществляется из шкафа управления и кнопочного поста управления (не показаны). Шкаф управления смонтирован вблизи кантователя и содержит пусковую апаратуру со светосигнальными лампами, кнопочную панель, управляющий контроллер и органы защиты и сигнализации (не показаны). Пост управления размещен около одной из опор и взаимосвязаны со шкафом управления. Посты управления содержат кнопочные панели и световую сигнализацию (не показаны).
Система управления подключена к трехфазной сети электропитания напряжением 380 В и частотою 50 Гц.
Система управления обеспечивает:
- включение электрических силовых цепей кантователя;
- наладку в режиме ручного управления положений кареток 11 при их подъеме и опускании;
- режим ручного управления операциями захвата изделий, их подъема и кантования;
- остановку работы кантователя, в том числе, аварийную, в режиме ручного
управления.
Системой управления предусмотрены защитные блокировки электрических цепей кантователя, в том числе:
- блокирование перемещения кареток 11 при их контакте с соответствующими путевыми выключателями 40;
- блокирование перемещения кареток 11 с закрепленным на грузонесущих элементах изделием в повернутом положении и кантования изделия при недостаточной высоте подъема кареток 11 на опорах 1 и 2 после пересечения изделием луча оптического датчика;
блокирование перемещения кареток 11 при неисправности любого преобразователя частоты на электроприводах или энкодера;
- отключение электропитания при открывании дверцы шкафа управления.
Работа кантователя осуществляется следующим образом.
Пример изготовления рамы автокрана.
В исходном положении кантователя подвижная опора 2 посредством лебедки 6 и роликов 20 размещена на заданном расстоянии, соответствующем длине рамы, от опоры 1. Двуплечие рычаги 19 с роликами 20 посредством гидравлических домкратов 21 переведены из транспортного в рабочее положение. Подвижная опора 2 зафиксирована фундаментными болтами.
В наладочном режиме посредством путевых выключателей 40 задают положения кареток 11 при их подъеме и опускании на опорах 1 и 2: нижнего положения, при котором высота осей центров 27 грузонесущих элементов соответствует высоте осей соответствующих проемов в сменных технологических элементах 31, и верхнего положения, при котором обеспечивается кантование рамы на заданные углы поворота.
Фиксирование рамы в центрах 27 осуществляют посредством сменных технологических элементов 31, одна часть которых выполнена с возможностью соединения с центрами, а другая посредством фланцев и болтовых соединений предварительно закреплена на изделии. Раму с закрепленными на ее торцевых частях сменными технологическими элементами 31 подают на позицию кантователя при помощи подъемно-транспортных средств, например, мостового крана, и закрепляют одну ее торцевую часть посредством сменного технологического элемента 31 на центре 27 неподвижной опоры 1.
Включение силовых цепей кантователя осуществляют вводным автоматическим выключателем из шкафа управления, при этом автоматически загорается сигнальная лампа. Дальнейшее управление кантователем осуществляют с поста управления. Нажатием на кнопку включают пневмоцилиндры 32 механизма осевого перемещения на подвижной опоре 2 и посредством штоков 32 и кронштейна 34 перемещают вал 25 с центром 27 внутрь проема сменного технологического элемента 31 на противоположном конце рамы. Для предотвращения нештатного срабатывания пневмоцилиндров 32 в результате, например, падения давления в магистрали, рабочее положение вала 25 грузонесущего элемента фиксируют посредством винтовой струбцины 35.
Нажатием на кнопки "Вверх" включают мотор-редукторы 13 механизмов подъема на стойках 1 и 2. Посредством конических редукторов 14 и грузовых винтов 15 с гайками 16 каретки 11 с закрепленной на них рамой перемещают в верхнее положение, при этом прямолинейное движение кареток 11 задается вертикальными направляющими 10 и роликами 24. Синхронная работа мотор-редукторов 13 обеспечивается посредством энкодеров, которые преобразуют обороты грузовых винтов 15 в соответствующие импульсы и подают их на управляющий контроллер в шкаф управления. При достижении заданной высоты подъема срабатывают верхние путевые выключатели 40 и каретки 11 автоматически останавливаются. Нажатием на кнопку "Влево" или "Вправо" включают мотор-редуктор 29 на стойке 1 и посредством валов 25 поворачивают центры 27 с закрепленной на них рамой в ту или иную сторону на заданный угол. После выполнения сварочных работ нажатием на соответствующие кнопки внось включают мотор-редуктор 29 на стойке 1 и возвращают каретки 11 с рамой в горизонтальное положение, а затем посредством мотор-редукторов 13 механизмов подъема на стойках 1 и 2 опускают их в нижнее положение. При срабатывании нижних путевых выключателей 40 каретки 11 автоматически останавливаются. На механизме осевого перемещения освобождают штоки 33 от фиксирования винтовой струбциной 35. Демонтируют соединения центров 27 со сменными технологическими элементами 31, после чего включают пневмоцилиндры 32, которые перемещают вал 25 с центром 27 в исходное положение на подвижной опоре 2. После этого раму транспортируют с позиции кантователя на следующую технологическую позицию или на площадку для хранения.
Пример изготовления рамы грузового вагона.
Фиксирование рамы осуществляется на центрах 25, которые выполнены с возможностью размещения и фиксирования внутри проемов в торцевых частях хребтовой балки, предназначенных для установки автосцепного устройства.
Подвижная опора 2 посредством лебедки 6 и роликов 20 перемещается на заданное расстояние от опоры 1, соответствующее длине хребтовой балки. Двуплечие рычаги 19 с роликами 20 посредством гидравлических домкратов 21 переводят из транспортного в рабочее положение и фиксируют положение подвижной опоры 2 фундаментными болтами.
В наладочном режиме посредством путевых выключателей 40 задают положения кареток 11 при их подъеме и опускании на опорах 1 и 2: нижнего положения, при котором высота осей 25 грузонесущих элементов соответствует высоте осей проемов в торцевых частях хребтовой балки, и верхнего положения, при котором обеспечивается кантование рамы на заданные углы поворота. Включение силовых цепей кантователя и подачу рамы осуществляют аналогично ранее рассмотренному примеру. Далее посредством мостового крана хребтовую балку перемещают в направлении центра 27 грузонесущего элемента на неподвижной опоре 1 до полного заведения его внутрь проема в торцевой части упомянутой балки, после чего фиксируют центр 27 внутри проема посредством клина и пальца. С поста управления нажатием на кнопку включают пневмоцилиндры 32 механизма осевого перемещения на подвижной опоре 2 и посредством штоков 32 и кронштейна 34 перемещают вал 25 с центром 27 внутрь проема на противоположном конце хребтовой балки. Последующие операции выполняют аналогично ранее рассмотренному примеру. После снятия фиксирования со штоков 33 демонтируют клинья и пальцы, освобождая центры 27 от фиксирования внутри проемов в хребтовой балке. С поста управления включают пневмоцилиндры 32, которые перемещают вал 25 в обратном направлении и выводят центр 27 из проема в хребтовой балке. Посредством мостового крана раму приподнимают и выводят из зацепления с центром 27 на неподвижной опоре 1. После этого раму транспортируют для выполнения следующей операции или на площадку для его хранения.
Конструкция заявляемого кантователя испытана на производственной базе ООО "НПФ "Техвагонмаш". Результаты испытаний подтвердили получение ожидаемых технических результатов. В частности, за счет предлагаемого конструктивного выполнения механизма подъема повышена эксплуатационная надежность и срок службы кантователя, а за счет выполнения одной из опор с возможностью продольного перемещения относительно другой опоры, а также выполнения грузонесущего элемента, обеспечена универсальность кантователя, вследствие чего можно выполнять операции кантования в положение для сварки для большой номеклатуры крупногабаритных длинномерных изделий, в том числе для практически всех типоразмеров рам железнодорожных вагонов и цистерн.