PL229795B1 - Siłownik klinowy - Google Patents

Abstract

Siłownik składa się ze szczelnej obudowy, w której jest umieszczony mechanizm dwuklinowy złożony z klina górnego (9) podpartego na klinie dolnym (8), prowadnicy poziomej (18) klina dolnego (8) zamocowanej do podstawy (1) obudowy, prowadnicy pionowej klina górnego (9), suwaka (10) osadzonego w górnej części obudowy i podpartego na klinie górnym (9), oraz mechanizmu napędowego wymuszającego ruch postępowy klina dolnego (8) w kierunku równoległym do osi wzdłużnej za pośrednictwem członu wykonawczego w postaci śruby kulowej siłownika śrubowego albo tłoczyska siłownika hydraulicznego. Siłownik zawiera dwa jednakowe mechanizmy dwuklinowe rozmieszczone symetrycznie w obudowie po obu stronach osi wzdłużnej członu wykonawczego, przy czym kliny dolne (8), podparte na prowadnicach poziomych (18), są osadzone w przelotowych gniazdach wykonanych w przesuwnej ramie (7) podpartej na prowadnicach liniowych (15) zamocowanych do podstawy (1) równolegle do osi wzdłużnej członu wykonawczego, prowadnice pionowe klinów górnych (9) są zamocowane do ścianki przedniej obudowy, zaś suwak (10) jest podparty na klinach górnych (9) obu mechanizmów dwuklinowych, a rama (7) jest połączona sztywno z członem wykonawczym mechanizmu napędowego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest siłownik klinowy przeznaczony do stosowania w napędach pras do obróbki plastycznej metali zwłaszcza do tłoczenia, wyciskania, prostowania i montażu, a także w dźwignikach i podnośnikach.

Znane są, mechanizmy dwuklinowe, złożone z dwóch klinów o równoległych podstawach, połączone przesuwnie powierzchniami klinowymi, wykorzystywane w zespołach napędowych pras i dźwignikach do zmiany położenia przedmiotu lub narzędzia albo do zmiany kierunku działania siły przekazywanej na suwak i narzędzie do prasowania.

W prasach do obróbki plastycznej metali stosuje się siłowniki śrubowe lub hydrauliczne do nadania suwakowi ruchu posuwisto-zwrotnego. W klasycznym wykonaniu siłowniki śrubowe mają gwintowany wał współpracujący z nakrętką wymuszającą przemieszczenie suwaka. W takich połączeniach występują luzy wpływające na dokładność obróbki. W nowoczesnych obrabiarkach do metali stosowane są śruby kulowe wyposażone w przekładnie śrubowo-toczne z nawrotnymi łożyskami kulkowymi, które pozwalające na bezluzową pracę śruby kulowej i nakrętki.

W opisie patentowym JPH10118481 jest przedstawiony mechanizm dwuklinowy do regulacji siły nacisku tłoka prasy. Pionowy cylinder tłoka spoczywa na klinie górnym zamocowanym jednym końcem do prowadnicy pionowej, a klin dolny jest przesuwany w poziomie za pomocą śruby kulowej obracanej przez silnik sterujący. W rozwiązaniu tym nakrętka śruby kulowej jest umieszczona pod klinem dolnym spoczywającym na dwóch prowadnicach liniowych przykręconych do podstawy po lewej i prawej stronie gwintowanego wału napędowego, a obwód sterowania silnika jest połączony z detektorem przemieszczenia korpusu cylindra tłoka.

W opisie patentowym US 3916700 jest przedstawiona konstrukcja prasy z mechanizmem dwuklinowym służącym do przekształcenia ruchu obrotowego koła zamachowego na ruch postępowy suwaka podpartego na klinie górnym. W rozwiązaniu tym oba kliny są napędzane w kierunku promieniowym do osi obrotu koła zamachowego za pośrednictwem mechanizmu krzywkowego.

Z opisu patentowego US 4382580 znany jest podnośnik hydrauliczny z mechanizmem dwuklinowym umieszczonym w szczelnej obudowie. Klin dolny jest połączony z cylindrem hydraulicznym zamocowanym do obudowy podnośnika, a klin górny stanowi płytę nośną ułożyskowaną na klinie dolnym.

Inny podnośnik z napędem śrubowym, jest przedstawiony w opisie patentowym US 6702246. Podnośnik ten ma płytę nośną z przegubem kulowym osadzonym na klinie górnym. Klin górny jest osadzony w prowadnicy pionowej wykonanej w górnej części obudowy, a klin dolny jest połączony gwintowo ze śrubą napędową.

Celem wynalazku jest opracowanie siłownika klinowego z napędem śrubowym lub hydraulicznym o podwyższonej sprawności, trwałości i precyzji działania mechanizmu klinowego.

Siłownik klinowy, złożony ze szczelnej obudowy, w której jest umieszczony mechanizm dwuklinowy złożony z klina górnego podpartego na klinie dolnym, prowadnicy poziomej klina dolnego zamocowanej do podstawy obudowy, prowadnicy pionowej klina górnego, suwaka osadzonego w górnej części obudowy i podpartego na klinie górnym, oraz mechanizmu napędowego wymuszającego ruch postępowy klina dolnego w kierunku równoległym do osi wzdłużnej za pośrednictwem członu wykonawczego w postaci śruby kulowej siłownika śrubowego albo tłoczyska siłownika hydraulicznego, według wynalazku wyróżnia się tym, że zawiera dwa jednakowe mechanizmy dwuklinowe rozmieszczone symetrycznie w obudowie po obu stronach, osi wzdłużnej członu wykonawczego, przy czym kliny dolne, podparte na prowadnicach poziomych, są osadzone w przelotowych gniazdach wykonanych w przesuwnej ramie podpartej na prowadnicach liniowych zamocowanych do podstawy równolegle do osi wzdłużnej członu wykonawczego, prowadnice pionowe klinów górnych są zamocowa ne do ścianki przedniej obudowy. Ponadto suwak, jest podparty na klinach górnych obu mechanizmów dwuklinowych, a rama jest połączona sztywno z członem wykonawczym mechanizmu napędowego.

Korzystnym jest, jeżeli rama składa się z dwóch symetrycznych części mocowanych sztywno do boków członu wykonawczego.

Korzystnym jest, jeżeli suwak jest wyposażony w gniazdo kulowe na człon roboczy.

Korzystnym jest, jeżeli kąt pochylenia powierzchni klinowych klina dolnego i klina górnego wynosi od 7 do 14%.

Korzystnym jest, jeżeli do obudowy jest zamocowany czujnik przemieszczenia ramy, zwłaszcza indukcyjny.

PL 229 795 B1

Korzystnym jest, jeżeli powierzchnie klinowe klina dolnego i klina górnego są pokryte warstwą ślizgową zmniejszającą opór tarcia.

Korzystnym jest, jeżeli powierzchnie klinowe klina dolnego i klina górnego są rozdzielone prowadnicą rolkową.

Korzystnym jest, jeżeli prowadnice pionowe stanowią prowadnice toczne.

W korzystnym wykonaniu siłownika klinowego, człon wykonawczy stanowi śruba kulowa siłownika śrubowego, zwłaszcza z serwonapędem elektrycznym, przy czym wał napędowy śruby kulowej jest ułożyskowany w ścianie przedniej i ścianie tylnej obudowy, a rama jest przymocowana do oprawy nakrętki śruby kulowej.

W alternatywnym wykonaniu siłownika klinowego, człon wykonawczy stanowi tłoczysko siłownika hydraulicznego osadzone przesuwnie w ścianie przedniej, przy czym rama jest zamocowana do oprawy ucha tłoczyska, w skład oprawy wchodzi sworzeń do sztywnego zamocowania ucha, a cylinder siłownika jest zamocowany od zewnątrz do ścianki przedniej.

Siłownik według wynalazku ma modułową stabilną konstrukcję, może być ustawiany w sposób dokładnie powtarzalny na stole prasy, oraz spełnia wymogi odnośnie dokładności pozycjonowania suwaka i organu roboczego, dokładności regulacji skoku suwaka, precyzji i dokładności powtórzeń podczas długotrwałej eksploatacji, w tym pod działaniem wysokich sił. Zastosowanie dwóch mechanizmów dwuklinowych wpływa na lepszy rozkład sił przenoszonych przez kliny. Dzięki zastosowaniu ramy z przelotowymi gniazdami na kliny dolne, wyeliminowano niekorzystny wpływ wysokich sił działających na prowadnice liniowe, jaki występuje w przypadku bezpośredniego podparcia na nich klinów dolnych. Ponadto zastosowanie ramy z pasowanymi przelotowymi gniazdami na kliny pozwala na ich łatwy montaż i demontaż po otwarciu obudowy, szybką wymianę klinów, a także zapewnia niezawodne i szybkie ustawienie klinów na prowadnicach poziomych. Zastosowania czujnika przemieszczeń ramy umożliwia łatwą regulacje skoku suwaka i siły docisku na podstawie sygnału przekazywanego do układu sterowania mechanizmu napędowego. Dobór mechanizmu napędowego zależy od przeznaczenia siłownika kątowego. Z uwzględnieniem takich parametry pracy jak obciążenie statyczne i intensywność użytkowania. Zastosowanie mechanizmu napędowego w postaci siłownika śrubowego ze śrubą kulową wpływa na wyeliminowanie luzów, precyzyjne wykonanie cyklu, oraz stabilną pracę ciągłą jako napęd prasy przy sile docisku do 150 Ton. Zastosowanie siłownika hydraulicznego pozwala na budowę urządzeń o bardzo wysokiej sile docisku od 150 do 500 Ton.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia siłownik kątowy śrubowy w widoku z przodu, fig. 2 przedstawia siłownik z fig. 1 w przekroju osiowym poziomym, fig. 3 przedstawia siłownik kątowy śrubowy w przekroju poprzecznym A-A, fig. 4 przedstawia siłownik kątowy śrubowy w widoku z góry, fig. 5 przedstawia siłownik kątowy śrubowy w przekroju wzdłużnym B-B, fig. 6 przedstawia siłownik kulowy śrubowy w przekroju wzdłużnym C-C, fig. 7 przedstawia siłownik kątowy hydrauliczny w widoku z przodu, fig. 8 przedstawia siłownik z fig. 7 w przekroju osiowym poziomym, fig. 9 przedstawia siłownik kątowy hydrauliczny w przekroju poprzecznym A-A, fig. 10 przedstawia siłownik kątowy hydrauliczny w widoku z góry, fig. 11 przedstawia siłownik kątowy hydrauliczny w przekroju wzdłużnym B-B, a fig. 12 przedstawia siłownik kątowy hydrauliczny w przekroju wzdłużnym C-C.

Jak przedstawiono na rysunku, siłownik klinowy ma szczelną obudowę, w której są umieszczone dwa jednakowe mechanizmy dwuklinowe rozmieszczone symetrycznie w obudowie po obu stronach osi wzdłużnej członu wykonawczego mechanizmu napędowego wymuszającego ruch postępowy klinów dolnych 8 w kierunku równoległym do osi wzdłużnej członu wykonawczego. Każdy mechanizm dwuklinowy składa się z klina górnego 9 podpartego powierzchnią klinową na powierzchni klinowej klina dolnego 8, prowadnicy poziomej 18 klina dolnego 8 zamocowanej do podstawy 1 obudowy, prowadnicy pionowej 19 klina górnego 9, oraz suwaka 10 osadzonego w górnej części obudowy i podpartego na klinach górnych 9 obu mechanizmów dwuklinowych. Prowadnice pionowe 19 klinów górnych 9, ślizgowe lub toczne, są zamocowana do ścianki przedniej 2 obudowy. Gniazdo suwaka 10 wykonane w ściance górnej jest uszczelnione pierścieniem zgarniającym 5. Suwak 10 jest wyposażony w gniazdo kulowe na człon roboczy 11.

Oba współpracujące ze sobą kliny 8, 9 mechanizmu dwuklinowego mają ten sam kąt pochylenia powierzchni klinowej, w zakresie od 7 do 14%, a ich powierzchnie bazowe są równoległe. W widoku z boku kliny mają kształt trapezu. Oba kliny mogą być połączone ślizgowo bezpośrednio powierzchniami klinowymi lub połączone powierzchniami klinowymi za pośrednictwem prowadnicy rolkowej 20 zamocowanej do klina dolnego 8, która rozdziela obie powierzchnie. Powierzchnie klinowe klina dolnego 8

PL 229 795 B1 i klina górnego 9 mogą być pokryte warstwą ślizgową, na przykład teflonową, zmniejszającą opór tarcia. Kliny dolne 8, podparte na prowadnicach poziomych 18, są osadzone suwliwie w kierunku pionowym w przelotowych prostokątnych gniazdach wykonanych w przesuwnej ramie 7 podpartej na prowadnicach liniowych 15 za pośrednictwem prowadników 16. Prowadnice liniowe 15 są zamocowane do podstawy 1 równolegle do osi wzdłużnej członu wykonawczego. Prowadniki 16 są przytwierdzone do ramy 7. Rama 7 jest połączona sztywno z członem wykonawczym mechanizmu napędowego. Prowadnice liniowe 15 umożliwiają przemieszczenie ramy 7 wewnątrz obudowy wzdłuż całej długości podstawy 1. Obudowa siłownika klinowego ma gniazdo na korek wlewowy 14 w ściance górnej 4 i gniazdo na korek spustowy w ściance tylnej 3. Ścianki obudowy są połączone ze sobą śrubami imbusowymi. W ściance przedniej 2 i ściance tylnej 3 obudowy jest osadzona dławnica 17 służąca do zamocowania w obudowie indukcyjnego czujnika przemieszczenia ramy 7. Węzły łożyskowe w ściance przedniej 2 i płycie tylnej 3 są uszczelnione i osłonięte pokrywami. Podstawa 1 jest zaopatrzona w wykonane od dołu gniazdo na krążek oporowy 21 służący do dokładnego ustawiania siłownika na stole prasy. Dodatkowe mocowanie obudowy zapewniają stopki 22 przymocowane do jej boków.

Rama 7 z klinami dolnymi 8 może się przemieszczać wzdłuż całej długości podstawy 1. Konstrukcja ramy 7 składa się z dwóch symetrycznych części mocowanych sztywno do boków członu wykonawczego. Obie części mogą być także połączone ze sobą dodatkowym łącznikiem, lub wykonane jako jednolity korpus ramy 7. Konstrukcja członu wykonawczego mechanizmu napędowego zależy od rodzaju zastosowanego mechanizmu, śrubowego lub hydraulicznego.

Siłownik klinowy przedstawiony na fig. 1-6 ma mechanizm napędowy w postaci siłownika śrubowego ze śrubą kulową. W tym wykonaniu człon wykonawczy stanowi śruba kulowa siłownika śrubowego napędzana przez serwonapęd elektryczny, przy czym wał napędowy 6 śruby kulowej jest ułożyskowany w ścianie przedniej 2 i ścianie tylnej 3 obudowy, a rama 7 jest przymocowana do oprawy 12 nakrętki 13 śruby kulowej. Obracający się wał napędowy 6 ze śrubą kulową poprzez oprawę 12 nakrętki 13 porusza ramę 7 wraz z klinami dolnymi 8. Ruch klinów górnych 9 zależy od kierunku obrotów wału napędowego 6 i śruby kulowej. Przy prawych obrotach śruby kliny górne 9 z suwakiem 10 poruszają się w górę, a po zmianie kierunku obrotu śruby przesuwają się w dół pod wpływem siły grawitacji.

Konstrukcja siłownika klinowego z hydraulicznym mechanizmem napędowym, przedstawiona na fig. 7-12, jest analogiczna do konstrukcji siłownika klinowego ze śrubą kulową z tą różnicą, iż rama 7 jest przymocowana do dwudzielnej oprawy 24 ze sworzniem 25 spinającym ucho 27 tłoczyska 23 siłownika. W tym wykonaniu człon wykonawczy stanowi tłoczysko 23 siłownika hydraulicznego osadzone przesuwnie w ścianie przedniej 2, a rama 7 jest zamocowana do oprawy 24 ucha 27 tłoczyska 23. W skład oprawy 24 wchodzi sworzeń 25 do sztywnego zamocowania ucha 27. Cylinder 26 siłownika jest zamocowany od zewnątrz do ścianki przedniej 2. Prostoliniowy ruch roboczy tłoczyska 23 jest przekazywany przez oprawę 24 na ramę 7 i mechanizm dwuklinowy, który wymusza przesunięcie suwaka 10 proporcjonalne do przełożenia klinów.

W prototypowym wykonaniu siłownika klinowego z napędem śrubowym ze śrubą kulową, nacisk maksymalny organu roboczego wynosił 1500 kN, przy przełożeniu klinów 7,5/100, maksymalnym skoku suwaka 15 mm i maksymalnym skoku nakrętki śruby kulowej 200 mm, Siła ciągnąca nakrętki śruby kulowej wynosiła 115 kN. Czas wykonania jednego cyklu zamknięcia i otwarcia na odcinku 15 mm z siłą 1500 kN na całej długości zamykania wynosił 2 sekundy.

Zastosowanie śruby kulowej napędzanej serwonapędem elektrycznym pozwala na precyzyjne sterowanie czasem zamknięcia i siłą docisku. Zmianę parametrów pracy można także uzyskać poprzez odpowiedni dobór skoku śruby i przełożenia klinów. Siłownik o takiej konstrukcji może pracować stabilnie w bardzo długich odcinkach czasu, na przykład przy produkcji ciągłej lub taśmowej. W siłowniku hydraulicznym czas wykonania cyklu jest ograniczony czasem zamykania i otwierania zaworów, a charakterystyka pracy i sprawność zależy między innymi od temperatury oleju w cylindrze i ciśnienia w układzie. Układy hydrauliczne pras pozwalają jednak na uzyskanie znacznie większych wartości nacisków wywieranych na suwaki pras.

Claims (10)

1. Siłownik klinowy, złożony ze szczelnej obudowy, w której jest umieszczony mechanizm dwuklinowy złożony z klina górnego podpartego na klinie dolnym, prowadnicy poziomej klina dolPL 229 795 B1 nego zamocowanej do podstawy obudowy, prowadnicy pionowej klina górnego, suwaka osadzonego w górnej części obudowy i podpartego na klinie górnym, oraz mechanizmu napędowego wymuszającego ruch postępowy klina dolnego w kierunku równoległym do osi wzdłużnej za pośrednictwem członu wykonawczego w postaci śruby kulowej siłownika śrubowego albo tłoczyska siłownika hydraulicznego, znamienny tym, że zawiera dwa jednakowe mechanizmy dwuklinowe rozmieszczone symetrycznie w obudowie po obu stronach osi wzdłużnej członu wykonawczego, przy czym kliny dolne (8), podparte na prowadnicach poziomych (18), są osadzone w przelotowych gniazdach wykonanych w przesuwnej ramie (7) podpartej na prowadnicach liniowych (15) zamocowanych do podstawy (1) równolegle do osi wzdłużnej członu wykonawczego, prowadnice pionowe (19) klinów górnych (9) są zamocowana do ścianki przedniej (2) obudowy, zaś suwak (10) jest podparty na klinach górnych (9) obu mechanizmów dwuklinowych, a rama (7) jest połączoną sztywno z członem wykonawczym mechanizmu napędowego.

2. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że rama (7) składa się z dwóch symetrycznych części mocowanych sztywno do boków członu wykonawczego.

3. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że suwak (10) jest wyposażony w gniazdo kulowe na człon roboczy (11).

4. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt pochylenia powierzchni klinowych klina dolnego (8) i klina górnego (9) wynosi od 7 do 14%.

5. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że do obudowy jest zamocowany czujnik przemieszczenia ramy (7), korzystnie indukcyjny.

6. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie klinowe klina dolnego (8) i klina górnego (9) są pokryte warstwą ślizgową zmniejszającą opór tarcia.

7. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie klinowe klina dolnego (8) i klina górnego (9) są rozdzielone prowadnicą rolkową (20).

8. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadnice pionowe (19) stanowią prowadnice toczne.

9. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że człon wykonawczy stanowi śruba kulowa siłownika śrubowego, zwłaszcza z serwonapędem elektrycznym, przy czym wał napędowy (6) śruby kulowej jest ułożyskowany w ścianie przedniej (2) i ścianie tylnej (3) obudowy, a rama (7) jest przymocowana do oprawy (12) nakrętki (13) śruby kulowej.

10. Siłownik według zastrz. 1, znamienny tym, że człon wykonawczy stanowi tłoczysko (23) siłownika hydraulicznego osadzone przesuwnie w ścianie przedniej (2), przy czym rama (7) jest zamocowana do oprawy (24) ucha (27) tłoczyska (23), w skład oprawy wchodzi sworzeń (25) do sztywnego zamocowania ucha (27), a cylinder (26) siłownika jest zamocowany od zewnątrz do ścianki przedniej (2).