Устройство центрирования крупногабаритных объектов в ограниченном пространстве

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для центрирования крупногабаритных объектов в условиях ограниченного пространства, в частности, верхней и нижней половин штамповой оснастки при размещении ее в вакуумной камере или при монтаже шахтного оборудования.
Известен узел центрирования пуансона относительно матрицы при выдавливании полых изделий типа стакан. Узел содержит сферическую опору, хвостовик пуансона со сферическим торцом и размещенный между ними вкладыш, которые соединены между собой посредством стержня, пропущенного через сквозное центральное отверстие, выполненное в указанных деталях (см. А.С. СССР №1260097, кл. B21J 13/03, 1986 г.).
Данное устройство предназначено для центрирования объектов небольших размеров - инструмента при получении методами обработки металлов давлением полых изделий типа стаканов и оболочек.
Известно устройство для центрирования крупногабаритных составных частей сборно-разборных механизмов, содержащее центратор и компенсатор, имеющие места для установки с возможностью съема разборные верхнюю и нижнюю центрируемые части механизма. Устройство оснащено рамой, к нижней части рамы прикреплены гибкие элементы, связанные через установленные на раме направляющие ролики с установленными на раме приводами, предназначенными для перемещения компенсатора относительно центратора при их относительном центрировании (см. патент РФ на полезную модель №128264, кл. F16B 2/00, 2013 г.) - наиболее близкий аналог.
Конструкция данного устройства имеет существенный недостаток, а именно наличие жесткого контакта между сопрягаемыми поверхностями центратора и компенсатора в процессе центрирования.
Жесткий контакт между контактирующими плоскостями препятствует свободному скольжению сопрягаемых поверхностей, при этом может происходить значительный разворот одной поверхности относительно другой. Уменьшение контактного трения производят регулированием усилия натяжения тросов, но несмотря на это, в ряде случаев, перемещение одной стыкуемой поверхности относительно другой проводится с небольшими рывками, а отсутствие плавности скольжения увеличивает трудоемкость, затрудняет точность центрирования и, как следствие, ограничивает точность центрирования крупногабаритных составных частей сборно-разборных механизмов.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности центрирования объектов за счет наличия упругой связи между сборными элементами устройства центрирования, обеспечивающей соосность составных частей объекта центрирования в условиях ограниченного пространства, а также за счет наличия кинематической связи располагаемых между центрируемыми поверхностями компенсатора и центратора.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве центрирования крупногабаритных объектов в ограниченном пространстве, содержащем центратор и компенсатор, имеющие места для установки с возможностью съема центрируемых крупногабаритных объектов и контактирующие друг с другом центрирующие поверхности, компенсатор оснащен механизмом его перемещения относительно центратора для обеспечения центрирования, выполненным в виде установленных на раме приводов, содержащих тросы, прикрепленные к компенсатору, новым является то, что центратор и компенсатор оснащены шаблонами, центрирующие элементы выполнены на обращенных друг к другу поверхностях шаблонов, шаблон центратора подпружинен относительно центратора, а на шаблоне компенсатора по его периферии выполнены пазы, на центраторе установлены тяги, имеющие возможность размещения в пазах шаблона компенсатора в процессе центрирования и концами связанные посредством тросов с приводами их поворота в вертикальных плоскостях, при этом тяги смонтированы на центраторе с возможностью их совместного поворота относительно вертикальной оси центратора.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг. 1 - устройство центрирования в сборе (осевой разрез вертикальной плоскостью);
на фиг. 2 - устройство, вид Г по фиг. 1 (вид сверху);
на фиг. 3 - разрез Б-Б по фиг. 2;
на фиг. 4 - исходное расположение центрируемых элементов (например, верхней и нижней половин штамповой оснастки) при центрировании их в вакуумной камере;
на фиг. 5 - схема расположения конструктивных элементов устройства центрирования на этапе №1;
на фиг. 6 - схема расположения конструктивных элементов устройства центрирования на этапе №2;
на фиг. 7 - схема расположения конструктивных элементов устройства центрирования на этапе №3;
на фиг. 8 - схема расположения конструктивных элементов устройства центрирования на этапе №4;
на фиг. 9 - схема расположения конструктивных элементов устройства центрирования на этапе №5;
на фиг. 10 - схема расположения конструктивных элементов устройства центрирования на этапе №6;
на фиг. 11 - схема расположения верхней и нижней половин штампа при удалении центратора;
на фиг. 12 - схема расположения верхней и нижней половин штампа после их центрирования.
Устройство центрирования крупногабаритных объектов в ограниченном пространстве содержит раму 1, центратор 2 и имеющий возможность кинематической связи с ним компенсатор 3 (фиг. 1).
Рама 1 представляет собой объемный сборно-сварной каркас, например, из труб с элементами жесткости (косынками) и платиками, на которых размещены опорные ролики 4, приводов (например, электромеханических) 5, связываемых гибкими элементами (тросами) 6 с центратором 2 и компенсатором 3.
1
Центратор 2 (верхний центрирующий элемент - фиг. 5) включает шаблон 7, внешнюю плиту (верхний центрируемый элемент) 8, которая имеет возможность жесткого соединения с возможностью последующего разъема с верхним объектом центрирования, например, по диаметру «d», а также нижнюю промежуточную плиту 9, среднюю промежуточную плиту 10, имеющую возможность вращения вокруг общей оси «А» центратора, верхнюю промежуточную плиту 11, также имеющую возможность вращения вокруг общей оси центратора «А», направляющие колонки 12, упругий элемент 13 (например, пружину сжатия), осуществляющие упругое перемещение шаблона 7 на величину Δ (фиг. 3), установленные концами на периферии промежуточных плит 9, 10 и 11 с возможностью поворота в вертикальных плоскостях тяги 14, 15 и 16, представляющие собой в средней части плоские или круглые стержни. Нижние концы тяг 14, 15 и 16 выполнены с утолщением. К нижним концам тяг 14, 15 и 16 прикреплены тросы 6, которыми каждая тяга соединена через опорные ролики 4 с соответствующим приводом 5, предназначенным для поворота тяг в вертикальной плоскости путем намотки тросов 6 на барабаны приводов 5 (фиг. 2).
2
Компенсатор 3 (нижний центрирующий элемент - фиг. 5) включает шаблон 17 и скрепленную с ним стойку, состоящую из наружной трубы 18 и внутренней трубы 19, входящих одна в другую по типу «труба в трубе», при этом трубы 18 и 19 могут перемещаться в вертикальном направлении относительно друг друга вдоль общей оси «В» и подпружинены друг относительно друга упругим элементом 20. Величина относительного хода труб 18 и 19 составляет Δ (фиг. 3). В шаблоне 17 по его периферии выполнены сквозные пазы (позицией не обозначены) количеством, равным количеству тяг, при этом ширина сквозных пазов шаблона 17 несколько больше размеров средней части тяг, размещающихся в них, но несколько меньше размера утолщений нижней части тяг, ровно настолько, чтобы обеспечить силовое замыкание с их стороны, когда производят натяжении тросов 6.
Нижняя промежуточная плита 9, средняя промежуточная плита 10 и верхняя промежуточная плита 11 центратора 2 имеют возможность отдельно друг от друга осуществлять поворот вокруг общей оси «А» за счет рычага, образованного средней частью тяг, размещенных в пазах компенсатора 3, от действия сил натяжения тросов 6, что позволяет проводить последовательную установку тяг 14, 15 и 16 в пазы шаблона 17. Тяги 14, 15 и 16 имеют возможность совместного поворота относительно вертикальной оси «А» центратора.
2
В наружной трубе 18 закреплена ось 21 (фиг. 3), а в стенке внутренней трубы 19 выполнен продольный паз шириной, равной диаметру оси 21, и высотой, равной величине заданного хода Δ; между осью и пружиной расположен вкладыш 22, одна сторона которого контактирует с осью 21 и выполнена по ее форме, а противоположная контактирует с упругим элементом 20.
К внутренней трубе 19 присоединена вставка 23 (нижний центрируемый элемент), которая тросом 6 соединена с приводом 5 через рым-болты 24.
Нижний центрируемый элемент 23 имеет возможность жесткого соединения с возможностью разъема с нижним объектом центрирования, например, по диаметру «D».
Расстояние между осью «А» центратора 2 и осью «В» компенсатора 2 составляет эксцентриситет «е» (фиг. 1, 3, 5, 6).
Шаблон 7 центратора 2 имеет возможность упругого контакта с шаблоном 17 компенсатора 3 и скольжения по его поверхности, что обеспечивает центрирование их между собой (фиг. 3). Сопрягаемые их поверхности могут быть выполнены различным образом, например, в виде вогнутой и выпуклой полусфер, в виде полостей и контактирующих с ними выступов различной формы и размеров.
-4
При реализации устройства для центрирования половин штампа в вакуумной камере вакуумной установки сверхпластического деформирования и диффузионного сращивания (СДДС), вакуумная камера состоит из двух половин, верхней 25 и нижней 26, которые при работе СДДС находятся в сомкнутом положении, обеспечивая вакуум до остаточного давления 1⋅10 мм рт.ст. Стенки половин 25 и 26 вакуумной камеры сцентрированы по внутреннему размеру и всегда смыкаются и размыкаются в заданном строго определенном положении.
Шток 28 по отношению к боковой стенке верхней половины вакуумной камеры жестко закреплен, но не сцентрирован с ней, и, являясь телескопическим, имеет возможность опускаться вниз и подниматься вверх, осуществляя при этом прижим верхней 29 половины штампа к его нижней половине 30 и их размыкание.
Стойка 27 центрируется по штоку 28 один раз, после чего закрепляется на дне нижней половины 26 вакуумной камеры.
Для центрирования верхней 29 и нижней 30 половин штампа СДДС, состоящей из верхней подвижной части 25, нижней стационарной части 26, стойки 27 и силового штока 28 (фиг. 4), устанавливают центрирующее устройство в следующей последовательности:
- верхнюю половину 25 вакуумной камеры отводят в сторону от нижней половины 26 (фиг. 11);
- приводы 5 и опорные ролики 4 устанавливают на внешней стороне вакуумной камеры как на нижней 26, так и на верхней 25 ее половинах, при этом верхними тросами 6 соединяют тяги 14, 15 и 16 центратора 2 с приводами 5, расположенными на верхней половине 25 вакуумной камеры, а нижними тросами 6 соединяют вставку 23 компенсатора 3 с нижней половиной 26 вакуумной камеры;
- в нижнею половину 26 вакуумной камеры свободно устанавливают стойку 27;
- на стойку 27 укладывают нижнею половину 30 штампа и прикрепляют к ней;
- к штоку 28, верхней половины 25 вакуумной камеры, закрепляют верхнюю половину 29 штампа;
- на пол нижней половины 26 вакуумной камеры устанавливают раму 1 таким образом, чтобы стойка 27 с закрепленной на ней нижней половиной 30 штампа располагалась внутри основания рамы 1;
- нижнюю половину 30 штампа соединяют с вставкой 23 компенсатора 3;
- верхнюю половину 29 штампа соединяют с внешней плитой 8 центратора 2;
- верхнюю половину 25 вакуумной камеры подводят к нижней половине 26 в положение до их смыкания (фиг. 5), после чего включают в работу устройство для центрирования верхней 29 и нижней 30 половин штампа.
Устройство работает следующим образом
Центратор 2 скрепляют с верхней половиной 29 штампа, компенсатор 3 скрепляют с нижней половиной 30 штампа.
Тяги 14, 15 и 16, расположенные на центраторе 2 для совмещения с пазами шаблона 17 компенсатора 3, разворачивают вручную вокруг оси «А» центратора 2 за счет средней подвижной промежуточная плита 10 относительно верхней промежуточной плиты 11. После совмещения тяг 14, 15 и 16 с соответствующими пазами шаблоны 17 производят натяг тросов 6 приводами 5, расположенными на верхней половине 25 вакуумной камеры. При этом тяги 14, 15 и 16 поднимают вверх компенсатор 3 за счет воздействия на шаблон 17. Далее, приводами 5 нижней половины вакуумной камеры посредством тросов 6 воздействуют на нижнюю вставку 23 и поднимают стойку 27, а вместе с ней и нижнюю половину 30 штампа, при этом тяги 14, 15 и 16 воздействуют на соответствующие пазы шаблона 17 и разворачивают подвешенную часть компенсатора 3 до полного совмещения пазов шаблона 17 с пазами промежуточных плит 9, 10 и 11, в которых расположены тяги 14, 15 и 16, при этом средняя часть тяг 14, 15 и 16 выступают в роли рычагов, которые опираются на стенки пазов шаблона 17, разворачивают шаблон 17 до совмещения пазов шаблона 17 с осями опорных роликов 4, расположенных на верхней подвижной части 25, и последовательными манипуляциями приводами 5, натягивая и стравливая троса 6, производят центрирование верхней 29 с нижней 30 половиной штампа. После центрирования опускают нижний центрируемый элемент 23 вниз и удаляют центрирующее устройство из СДДС. Обе половинки штампа сцентрированы и штамп готов к работе.
Ниже приведен более подробный процесс поэтапного центрирования объектов.
1
Этап №1 (фиг. 5, 6) - опускают шток силового гидроцилиндра 28 до смыкания шаблона 7, центратора 2 с шаблоном 17 компенсатора 3, при этом упругий элемент 13 сжимается на величину Δ до контакта нижней подвижной плиты (обратная сторона шаблона) с нижней промежуточной плитой 9, гарантировав силовой натяг между ними.
2
Затем, посредством приводов 5 гибкими тросами 6 поднимают стойку 27 на величину Δ до контакта нижней стенки паза внутренней трубы 19, нижнего центрирующего элемента компенсатора с осью 21.
3
Вследствие проделанных манипуляций стойка 27 отрывается от пола нижней половины СДДС на высоту Δ, достаточную для последующих поворотов стойки на заданные углы «α» относительно вертикальной оси «А» устройства центрирования.
Этап №2 (фиг. 6, 7) - позиционируют стойку 27 относительно штока 28, для чего, например, правый и левый приводы 5 (ориентация по фигуре) реверсируют до совмещения выпуклой части шаблона 17 компенсатора 3 с вогнутой частью шаблона 7 центратора 2, ослабевая или усиливая контакт взаимодействующих поверхностей шаблонов 7 и 17. По мере уменьшения эксцентриситета «е» промежуточные плиты 9, 10 и 11 поворачивают вокруг оси «А» до совмещения пазов, шаблона 17 и тяг 14, 15 и 16 компенсатора 3 относительно опорных роликов 4, расположенными на верхней подвижной части 25 СДДС.
Этап №3 (фиг. 7, 8) - подтягиванием левого троса 6 приводят стойку 27 в вертикальное положение, одновременно отпуская правый трос 6 таким образом, чтобы поддерживался контакт между центрируемыми поверхностями центратора 2 и компенсатора 3. Стойка 27 висит на тросах 6 в вертикальном положении. Тяги 14, 15 и 16 находятся в пазах шаблона 17 компенсатора 3.
Этап №4 (фиг. 8, 9) - объекты отцентрированы, шток 30 силового гидроцилиндра и стойка 27 выставлены по вертикальной оси (смещение «е» равно нулю), стойка находится в подвешенном состоянии, тросы плотно прижимают центрирующие рабочие поверхности друг к другу.
Затем привод ослабляет натяг, перемещает тросы в сторону опускания стойки, при этом шток 28 оставляют на месте, и стойка 27 с нижней 30 половиной штампа вывешивается на тягах 14, 15 и 16 на шаблоне 17. Вывешивание стойки со штампом в свободном положении способствует снятию с конструкции остаточных напряжений.
1
2
Этап №5 (фиг. 9, 10, 11) - шток 28 опускают до контакта стойки 27 с полом нижней части вакуумной камеры 26. Дальнейшее опускание штока 28 приводит к смыканию центратора 2 с компенсатором 3, зазоры Δ и Δ уменьшаются, тяги 14, 15 и 16 освобождаются от контакта с пазами шаблона 17, что позволяет верхними тросами 6 отвести тяги 14, 15 и 16 в сторону и удалить их из пазов шаблона 17. После чего шток 28 поднимают наверх, освобождая компенсатор 3 от контакта с центратором 2.
После разъединения центратора 2 с компенсатором 3 верхнюю часть 25 вакуумной камеры отводят, в горизонтальном направлении, в сторону от нижней части 26 вакуумной камеры. Механическую связь между нижней половиной штампа 28 и нижним центрируемым элементом 23 компенсатора 3 разъединяют и из нижней половины штампа 30 удаляют нижний центрируемый элемент 23. Затем закрепляют стойку 27 на полу нижней части вакуумной камеры. Снимают с верхней 29 половины штампа верхний центрируемый элемент центратора 2. Извлекают центратор из вакуумной камеры СДДС. Снимают с верхней половины 29 штампа центратор 2, а с нижней половины штампа 30 компенсатор 3. Таким образом, рабочие поверхности штампа освобождены от устройства центрирования, при этом образуется свободный доступ внутрь нижней половины 26 вакуумной камеры. На нижнюю половину штампа укладывают заготовку.
Этап №6 (фиг. 12) - перемещают в рабочее положение верхнюю часть 25 вакуумной камеры. Верхняя половина 29 и нижняя половина 30 штампа отцентрированы друг относительно друга. Опускают шток 30 и прижимают заготовку (на фиг. не показана) к нижней половине 28 штампа. Заготовка зажата в штампе между его нижней 30 и верхней 29 половин. Штамповая оснастка готова к работе. Вакуумируют рабочую полость штампа, нагревают заготовку и осуществляют ее формообразование посредством нагнетаемой в полость штампа газовой среды.
Устройство позволяет центрировать объекты относительно друг друга за счет замены сложных плоскостей центрирования на более простые путем понижения сложности формы контакта между ними. Это достигается тем, что стыкуемые поверхности упрощаются до одной сферической выпукло-вогнутой поверхности, расположенной в общем геометрическом центре (в случае осесимметричных элементов поверхности, размещенных по концентрическим окружностям), либо тремя сферическими выпукло-вогнутыми поверхностями (в случае несимметричного расположения элементов контактируемых поверхностей).