УСТАНОВКА ДЛЯ СНЯТИЯ НАРУЖНОГО ГРАТА НА ТРУБАХ

Полезная модель относится к области сварки, в частности, к установкам для снятия грата с наружной поверхности труб после их сварки оплавлением в контактно-сварочных машинах на линиях сварки двухтрубных секций в промышленных условиях, и может быть использована в различных отраслях промышленности как при сварке труб на механизированных поточных линиях, так и при сварке трубопроводов с применением контактной стыковой сварки.
Известна установка для снятия наружного грата на трубах (Банов М.Д. Технология и оборудование контактной сварки: Учебник. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 224 с., с.131-136, рис.6.18, 6.19), которая содержит основание и размещенную на нем подвижную раму, на которой смонтированы резцедержатели с режущим инструментом и привод их вращения, и систему управления, связанную с упомянутым приводом. Основание выполнено в виде двух полуколец, охватывающих трубу по ее периметру и соединенных между собой осью и гидравлическим замком. На основании закреплены круговые направляющие и зубчатый венец, по которым перемещаются две диаметрально расположенные подвижные рамы, выполненные в виде тележек. Каждая подвижная рама состоит из двух частей, шарнирно связанных между собой: на одной части установлен привод перемещения рамы, выполненный в виде электродвигателя с редуктором, который связан с ведущими роликами, на второй части - резцедержатели с режущим инструментом и привод их вращения. Резцедержатели посредством клиноременной передачи соединен с приводом вращения, выполненным в виде электродвигателя. Режущие инструменты представляют собой трехступенчатые торцевые фрезы и закреплены на резцедержателях гайками. Управление приводами установки производится с переносного пульта. Установка предназначена для снятия наружного грата на трубах большого диаметра при сварке трубопроводов с применением контактной стыковой сварки в полевых условиях. Ее работа осуществляется с использованием трубоукладчиков и автономной электростанции.
Основным недостатком известной установки являются ограниченные технологические возможности ее применения, не позволяющие использовать при снятии грата с наружной поверхности труб в составе линий сварки двухтрубных секций в промышленных условиях и при снятии грата на трубах небольшого диаметра. Кроме этого, недостатками установки являются низкая производительность, невысокое качество
обработки наружной поверхности труб и недостаточный уровень автоматизации и контроля операций по снятию грата.
В основу полезной модели поставлена задача создания такой установки для снятия наружного грата на трубах, в которой за счет введения приводов продольного и вертикального перемещения подвижной рамы, перемещения режущих инструментов и приводов прижатия трубы, а также иного конструктивного выполнения основания, подвижной рамы, резцедержателей с режущим инструментом и системы управления и иной их связи между собой и с системой управления обеспечиваются расширение технологических возможностей и повышение производительность установки при одновременном обеспечении ее компактности, улучшении качества обработки наружной поверхности труб и повышении уровня автоматизации операций снятия грата.
Поставленная задача решается тем, что в установке для снятия наружного грата, содержащей основание и размещенную на нем подвижную раму, на которой смонтированы резцедержатели с режущим инструментом и привод их вращения, и систему управления, связанную с упомянутым приводом, согласно полезной модели основание выполнено в виде вертикальных стоек, жестко соединенных между собой нижними и верхними горизонтальными балками, и включает продольные направляющие, закрепленные на двух противоположных нижних горизонтальных балках, и приводы продольного и вертикального перемещения, подвижная рама установлена на продольных направляющих с возможностью продольного и вертикального перемещения относительно основания посредством упомянутых приводов и выполнена в виде платформы с жестко закрепленными на ней вертикальными стойками, расположенными попарно на противоположных сторонах платформы симметрично относительно продольной оси основания и соединенными в верхней части горизонтальными балками, между горизонтальными балками и платформой размещены вертикальные направляющие, между которыми смонтирована опорная плита с закрепленными на ней рабочим колесом и приводом его вращения, установленная с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих для обеспечения соосного положения рабочего колеса с обрабатываемой трубой и фиксирования в этом положении относительно основания и платформы, резцедержатели с режущим инструментом смонтированы на рабочем колесе посредством зажимов, симметрично расположенных относительно вертикальной и горизонтальной осей рабочего колеса с возможностью одновременного вращения с ним и углового поворота относительно вертикальной оси, а опорная плита оборудована нижней и верхней несущими площадками, нижняя из которых соединена с приводом вертикального перемещения, а на верхней смонтирован привод радиального
перемещения, установленный с возможностью взаимодействия с зажимами для углового поворота режущих инструментов при вращении рабочего колеса, при этом в средней части рабочего колеса опорной плиты вдоль их продольной оси выполнены сквозные отверстия для размещения обрабатываемой трубы, на основании по обе стороны от рабочего колеса закреплены поддерживающие ролики, на верхних горизонтальных балках основания над поддерживающими роликами смонтированы пневматические прижимы, установленные с возможностью взаимодействия с обрабатываемой трубой, упомянутые привод продольного перемещения, рабочее колесо, привод радиального перемещения и пневматические прижимы содержат конечные выключатели, а система управления дополнительно связана с приводом продольного перемещения, приводом радиального перемещения, пневматическими прижимами и конечными выключателями с возможностью управления операциями снятия и удаления грата в наладочном режиме и в полуавтоматическом режиме при обработке труб разного диаметра.
Кроме того, рабочее колесо состоит из крепительного диска и закрепленных на его противоположных сторонах рабочего диска и зубчатого венца, при этом зажимы резцедержателей с режущим инструментом смонтированы на рабочем диске, а зубчатый венец соединен с приводом вращения посредством шестерни, закрепленной на его выходном валу.
Одновременно рабочий диск содержит ограничительные упоры, закрепленные на нем по обеим сторонам от каждого зажима, а каждый зажим резцедержателей оборудован поворотным рычагом, выступающим за наружный диаметр рабочего колеса и смонтированным на нем с возможностью углового поворота между ограничительными упорами, при этом привод радиального перемещения установлен с возможностью взаимодействия с зажимами посредством упомянутых поворотных рычагов.
Целесообразно, чтобы привод продольного перемещения был выполнен в виде гидроцилиндра.
Целесообразно, чтобы привод вертикального перемещения был выполнен в виде винтового механизма, смонтированного на основании вдоль его вертикальной оси.
Целесообразно, чтобы привод радиального перемещения был выполнен в виде пневмоцилиндра, шток которого оборудован упором.
Целесообразно, чтобы привод вращения был выполнен в виде реверсивного мотор-редуктора для подвода или отвода режущего инструмента к обрабатываемой трубе путем углового поворота зажимов при вращении вала мотор-редуктора соответственно по часовой или против часовой стрелки на один оборот при взаимодействии поворотного рычага с упором привода радиального перемещения.
Целесообразно, чтобы режущие инструменты были выполнены в виде резцов, закрепленных на резцедержателях с увеличением вылета каждого последующего резца по периметру рабочего диска на 3-5 мм, при этом резцы и рабочее колесо выполнены сменными.
Целесообразно, чтобы установка дополнительно содержала датчик наличия грата, закрепленный на основании перед поддерживающим роликом со стороны подачи трубы.
Для повышения уровня автоматизации операции удаления грата система управления содержала пульт управления установкой, включающий дисплей, кнопочную панель и программируемый логический контроллер, связанные с приводом вращения, приводом продольного перемещения, приводом радиального перемещения, пневматическими прижимами, конечными выключателями и датчиком наличия грата.
Для повышения уровня механизации операций удаления грата установка дополнительно содержит контейнер для сбора отходов, выполненный, например, в виде металлического ящика, установленного на подвижной раме под рабочим колесом, и защитные экраны, закрепленные на подвижной раме по периметру рабочего колеса в зоне снятия грата.
Предлагаемая конструкция установки для снятия наружного грата на трубах за счет иного выполнения и компактного взаимного расположения исполнительных элементов основания и подвижной рамы, оснащения каждого из них быстродействующими приводами, взаимосвязанными с системой управления, и наличия комплекта сменных резцедержателей с режущим инструментом существенно расширяет технологические возможности установки и позволяет в полуавтоматическом режиме проводить операции снятия грата на трубах разного диаметра и с разной толщиной стенок в составе автоматизированных поточных линий сварки трубных секций. Связи приводов продольного перемещения, вращения и радиального перемещения, а также пневматических прижимов трубы с системой управления, оборудование их датчиками конечного положения обеспечивает оперативный контроль качества обработки поверхности труб при снятии грата в автоматическом режиме. Для повышения уровня механизации операций удаления грата установка дополнительно содержит контейнер для сбора отходов и защитные экраны. Таким образом, заявляемая совокупность признаков позволяет существенно расширить технологические возможности и повысить производительность установки при одновременном обеспечении ее компактности, улучшении качества обработки наружной поверхности труб и повышении уровня автоматизации операций снятия грата.
Сущность полезной модели поясняется представленными фигурами чертежа:
фиг.1 - общий вид установки;
фиг.2 - вид А на фиг.1 (общий вид установки, вид спереди);
фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2;
фиг.4 - вид В на фиг.3 (рабочее колесо с резцедержателями и режущим инструментом);
фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.3;
фиг.6 - вид Д на фиг.1;
фиг.7 - принципиальная схема системы управления.
Установка для снятия наружного грата на трубах содержит основание 1, выполненное в виде пространственной сборно-сварной конструкции, которая состоит из четырех вертикальных стоек 2, жестко соединенных между собой нижними 3 и верхними 4 горизонтальными балками. На двух противоположных нижних 3 горизонтальных балках закреплены две продольные направляющие 5, выполненные с линейными подшипниками (не показаны). Между продольными направляющими 5 на нижней 3 горизонтальной балке закреплен привод продольного перемещения 6, выполненный в виде гидроцилиндра. На основании 1 вдоль его вертикальной оси установлен привод вертикального перемещения 7, выполненный в виде винтового механизма. На продольных направляющих 5 размещена подвижная рама 8, связанная с приводом продольного перемещения 6 и приводом вертикального перемещения 7.
Подвижная рама 8 выполнена в виде платформы 9 с жестко закрепленными на ней вертикальными стойками 10, расположенными попарно на противоположных сторонах платформы 9 симметрично относительно продольной оси основания 1. Вертикальные стойки 10 соединены в верхней части горизонтальными балками 11. Между горизонтальными балками 11 и платформой 9 размещены вертикальные направляющие 12, между которыми смонтирована опорная плита 13 с закрепленными на ней рабочим колесом 14 и приводом его вращения 15. Опорная плита 13 установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих 12 для обеспечения соосного положения рабочего колеса 14 с обрабатываемой трубой и фиксирования в этом положении относительно основания 1 и связанной с ним платформы 9. В средней части рабочего колеса 14 вдоль его продольной оси и оси опорной плиты 13 выполнены сквозные отверстия для размещения обрабатываемой трубы.
Резцедержатели 16 с режущим инструментом 17 смонтированы на рабочем колесе 14 посредством зажимов 18, симметрично расположенных относительно вертикальной и горизонтальной осей рабочего колеса 14 с возможностью одновременного вращения с ним и углового поворота относительно вертикальной оси.
Опорная плита 13 оборудована нижней 19 и верхней 20 несущими площадками. Нижняя несущая площадка 19 соединена с приводом вертикального перемещения 7. На верхней несущей площадке 20 посредством траверсы 21 смонтирован привод радиального перемещения 22, выполненный в виде пневмоцилиндра, шток которого оборудован упором (не показан), установленным с возможностью взаимодействия с зажимами 18 для углового поворота режущих инструментов 17 при вращении рабочего колеса 14.
Рабочее колесо 14 состоит из крепительного диска (не показан) и закрепленных на его противоположных сторонах рабочего диска 23 и зубчатого венца 24. Крепительный и рабочий 23 диски соединены между собой четырьмя зажимами 18. На каждом зажиме 18 с помощью болтов 25 закреплены поворотные рычаги 26, одна из сторон которых выполнена с двумя криволинейными выступами, выходящими за наружный диаметр рабочего колеса 14. Зажимы 18 с поворотными рычагами 26 смонтированы на рабочем диске 23 посредством оси (не показана), закрепленной стопорными гайками (не показаны), с возможностью их углового поворота на 45° между ограничительными упорами 27 и 28 относительно вертикальной оси рабочего колеса 14. Ограничительные упоры 27 и 28 закреплены на рабочем диске 23. Зубчатый венец 24 соединен с крепительным диском и с помощью четырех опорных роликов 29 закреплен на опорной плите 13. На зубчатом венце 24 предусмотрена установка сменных рабочих колес 14 в зависимости от диаметра обрабатываемых труб.
Режущие инструменты 17 выполнены в виде резцов, закрепленных на резцедержателях 16 с увеличением вылета каждого последующего резца по периметру рабочего диска 23 на 3-5 мм. Резцы 17 крепятся в резцедержателях 16 одним регулировочным 30 и двумя зажимными 31 болтами. Резцы 17 выполнены сменными. Подвод резцов 17 к трубе и отвод от нее осуществляется путем взаимодействия упора (не показан), закрепленного на штоке привода радиального перемещения 22, с поворотными рычагами 26 при одновременном вращении рабочего колеса 14 по часовой или против часовой стрелки на один оборот. Рабочие колеса 14 выполнены в трех комплектах с разными типоразмерами с учетом диаметра обрабатываемых труб: первый комплект для труб диаметром 83-114 мм, второй - 159-168 мм и третий - 273-325 мм.
Привод вращения 15 режущих инструментов 17 выполнен в виде реверсивного мотор-редуктора, соединенного с рабочим колесом 14 посредством зубчатого венца 24 и шестерни 32, закрепленной на его выходном валу.
На основании 1 по обе стороны от рабочего колеса 14 на горизонтальных балках 33 закреплены два поддерживающих ролика 34. На верхних 4 горизонтальных балках основания 1 над поддерживающими роликами 34 смонтированы два пневматических
прижима 35, установленных с возможностью взаимодействия с обрабатываемой трубой. На горизонтальной балке 33 основания 1 перед поддерживающим роликом 34 со стороны подачи трубы посредством кронштейнов 36 и рычага 37 установлен датчик наличия грата 38, оборудованный флажком 39.
Установка оборудована контейнером 40 для сбора отходов, расположенным на подвижной раме 8 под рабочим колесом 14, и защитными экранами 41, закрепленные на подвижной раме 8 по периметру рабочего колеса 14 в зоне снятия грата. Для управления приводом продольного перемещения 6 подвижной рамы 8 на основании 1 установлена гидростанция 42.
Управление установкой осуществляется с пульта управления (не показан), который входит в состав системы управления и связан с приводами 6, 15, 22 и пневматическими прижимами 35.
Система управления построена на базе контроллера с интерфейсом распределенной периферии и подключена к трехфазовой сети электропитания с напряжением 380 В частотой 50 Гц. Управление установкой осуществляется посредством пульта управления 43, который содержит дисплей 44, кнопочный пульт 45 со светосигнальными лампами и программируемый логический контроллер 46.
Объектами управления являются: мотор-редуктор привода вращения 15 рабочего колеса 14, электромагниты пневмораспределителей (не показаны) пневматических прижимов 35 и привод радиального перемещения 22 резцедержателей 16 с режущими инструментами 17 на рабочем колесе 14, электромагниты гидрораспределителей (не показаны) гидроцилиндра 6 привода продольного перемещения подвижной рамы 8. Для управления указанными объектами предусмотрены следующие датчики положения, выполненные в виде конечных выключателей (не показаны): исходного и конечного положений гидроцилиндра 6 привода продольного перемещения подвижной рамы 8, привода радиального перемещения 22, конечного положения рабочего колеса 14 и конечного положения двух пневматических прижимов 35. Пульт управления 43 взаимосвязан с гидростанцией 42, а также связан с указанными датчиками конечного положения.
Система управления установкой обеспечивает:
- включение силовых цепей установки;
- наладочный режим работы, при котором в зависимости от диаметра обрабатываемых труб задаются частота вращения рабочего колеса 14 с режущими инструментами 17, координаты исходных и конечных положений двух пневматических прижимов 35, соответствующих положений привода радиального перемещения 22
резцедержателей 16 с режущими инструментами 17 на рабочем колесе 14 и привода 6 продольного перемещения подвижной рамы 8, а также линейной скорости движения привода продольного перемещения 6;
- полуавтоматический режим работы при выполнении операций по снятию грата с наружной поверхности труб, в том числе контроля величины усилия на режущих инструментах 17, частоты вращения и скорости продольного перемещения рабочего колеса 14, а также возвращения его с режущими инструментами 17 в исходное положение;
- защитные блокировки установки, в том числе отключение запуска приводов продольного перемещения 6 и вращения 15 при работе в наладочном режиме, отключение операций продольного перемещения при нештатных положениях пневматических прижимов 35;
- выдержку во времени при переходах между операциями, в том числе выдержку, необходимую для совершения полного оборота рабочего колеса 14 в режиме подвода режущего инструмента 17, равную 12 с, выдержку, необходимую для полной остановки привода вращения 15 рабочего колеса 14 в полуавтоматическом режиме, составляющую 17 с;
- аварийную остановку работы при выполнении любого из упомянутых режимов.
Описанная в данном примере и представленная на чертеже конструкция установки для снятия наружного грата на трубах не является единственно возможной для достижения вышеуказанного технического результата и не исключает иных вариантов ее выполнения, которые содержат совокупность конструктивных признаков, включенных в независимый пункт формулы. Например, привод продольного перемещения может содержать другое количество и расположение гидравлических цилиндров или другие типы силовых приводных устройств. Например, привод вертикального перемещения может быть выполнен в виде гидравлического цилиндра. Например, рабочее колесо может содержать другие конструктивные исполнения резцедержателя с режущими элементами.
Работа установки осуществляется следующим образом.
Включение силовых цепей установки и цепей управления производится с кнопочного пульта 45. Питание получают блок питания (не показан) входных и выходных цепей, контроллер 46, дисплей 44 и кнопочный пульт 45.
Для запуска режима наладки пакетным переключателем с кнопочного пульта 45 устанавливается один из интервалов диаметров обрабатываемых труб (83...114, 159...219 или 273...325), после чего на этом же пульте соответствующий переключатель переводится в положение "Наладка". Программа переходит в наладочный режим, о чем на дисплее 44 высвечивается текстовое сообщение. Путем последовательного включения
кнопок на кнопочном пульте 45 осуществляют наладку параметров координат исходных и конечных положений двух пневматических прижимов 35, соответствующих координат привода радиального перемещения 22 резцедержателей 16 с режущими инструментами 17 на рабочем колесе 14 и привода продольного перемещения 6 подвижной рамы 8, а также скорости движения привода 6 продольного перемещения и частоты вращения рабочего колеса 14. Установленные параметры высвечиваются на дисплее 44 и заносятся в контроллер 46 в виде управляющих команд для выбранного интервала диаметров обрабатываемых труб. Основные положения механизмов контролируются светосигнальными лампами на кнопочном пульте 45. Наладка завершается установкой рабочего колеса 14 в исходное положение: пневматические прижимы 35 и привод радиального перемещения 22 находятся в крайнем вернем положении, подвижная рама 6 с рабочим колесом 14 посредством привода продольного перемещения 6 отведены в крайнее левое положение.
Операции по снятию грата производятся в следующей последовательности. Труба по роликам 34 подается на установку после снятия внутреннего грата. С кнопочного пульта 45 включается режим "Снятие грата". Дальнейшие операции производятся в полуавтоматическом режиме. С кнопочного пульта 45 включаются привод гидростанции 42 и пневматические прижимы 35. После фиксирования положения трубы пневматическими прижимами 35 на роликах 34 по сигналу реле давления (не показано), расположенного на гидростанции 42, производится подача режущих инструментов 17, для чего включаются привод радиального перемещения 22 резцедержателей 16 и привод вращения 15 рабочего колеса 14, который по сигналу конечного выключателя, размещенного на приводе радиального перемещения 22, производит с заданной скоростью один оборот рабочего колеса 14 против часовой стрелки для подвода режущих инструментов 17 к трубе. После полной остановки привода вращения 15 и соответствующей выдержки во времени привод радиального перемещения 22 отводится в исходное верхнее положение, последовательно включаются привод вращения 15 (по часовой стрелке) и привод продольного перемещения 6 рабочего колеса 14. Режущие инструменты 17 снимают грат с наружной поверхности трубы при заданных параметрах рабочей скорости вращения и рабочей продольной подачи. На дисплее 44 высвечиваются величины частоты вращения рабочего колеса 14, текущий и максимально допускаемый моменты на валу привода вращения 15.
При превышении на выходном валу привода вращения 15 максимально допускаемого момента продольное перемещение подвижной рамы 8 и вращение рабочего колеса 14 автоматически кратковременно останавливаются. Оператор с кнопочного
пульта 45 уменьшает скорость подачи на приводе продольного перемещения 6, после чего повторно включается привод вращения 15. Выполнение операции снятия грата контролируется с помощью светосигнальных ламп, расположенных на кнопочном пульте 45. Операции снятия грата автоматически заканчивается по сигналу конечного выключателя при достижении приводом продольного перемещения 6 конечного положения. В этой позиции приводы 6 и 15 останавливаются, выдвигается шток привода радиального перемещения 22 резцедержателей 16, включается привод вращения 15, рабочее колесо 14 совершает один оборот по часовой стрелке, режущие инструменты 17 отводятся от трубы, после чего привод 22 переводится в исходное верхнее положение. Дальнейшее возвращение механизмов установки в исходное положение осуществляется после нажатия на кнопочном пульте 45 соответствующей кнопки, после чего включается привод гидростанции 42, срабатывает привод продольного перемещения 6 и рабочее колесо 14 переводится в исходное положение, пневматические прижимы 35 отводятся от трубы. Остановка данного режима производится автоматически. Образовавшиеся в процессе снятия грата отходы поступают в контейнер 40. Рабочая зона установки в процессе ее работы изолируется защитными экранами 41.
Программой блокировки предусмотрено, что после трех отключений привода вращения 15, связанных с превышением момента на валу мотор-редуктора, происходит остановка рабочей операции снятия грата в полуавтоматическом режиме, о чем на дисплее 44 высвечивается текстовое сообщение: "Момент на валу двигателя больше нормы". Запуск операции возврата приводов установки в исходное положение производится с кнопочного пульта 45.
Выполнение программы в любом режиме работы установки полностью прекращается и все последующие операционные шаги отменяются после введения команды "Аварийный стоп". После этого происходит отключение всех цепей управления установкой.
Установка позволяет производить снятие внутреннего грата на трубах диаметром 89, 114, 159, 168, 219, 273 и 325 мм с толщиной стенки от 6 до 20 мм.
Заявляемая конструкция позволяет расширить технологические возможности и существенно повысить производительность установки для снятия наружного грата на трубах по сравнению с известной конструкцией при одновременном обеспечении качества обработки их наружной поверхности и повышении уровня автоматизации операций снятия грата. При этом система управления, контроля и блокировок установки обеспечивают удобную и безопасную работу оператора.