RU209594U1

RU209594U1 - Device for cutting holes in cylindrical products

Info

Publication number: RU209594U1
Application number: RU2021116912U
Authority: RU
Inventors: Андрей Сергеевич Шатилов; Ася Юрьевна Горелова
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Полезная модель относится к технологическому оборудованию и может быть использована для вырезки отверстий под патрубки в крупногабаритных теплообменных аппаратах. Приспособление для вырезки отверстия в цилиндрическом изделии содержит корпус, выполненный с возможностью перемещения вокруг обрабатываемого изделия посредством симметрично установленных цепных передач с цепью, каретку с установленным на ней режущим инструментом, выполненную с возможностью перемещения вдоль направляющих, закрепленных в корпусе. Приспособление снабжено актуатором со штоком, датчиком измерения натяжения цепи, управляющим положением штока актуатора и установленным на каждой из цепей, и электроприводом 13, соединенным с шарико-винтовой передачей посредством муфты. Корпус выполнен в виде пары щек, расположенных параллельно друг другу, на каждой щеке установлена с возможностью вращения вокруг своей оси пара опорных роликов для движения по обечайке изделия, при этом каретка выполнена с возможностью перемещения по направляющим посредством шарико-винтовой передачи, каждая цепная передача состоит из пары опорных звездочек 4, звездочки 5 натяжения цепи, установленной на штоке актуатора, который закреплен на щеке, и звездочки 7, установленной на валу 8, приводимым во вращение электроприводом 9, причем звездочка 6 натяжения цепи, актуатор и датчик измерения натяжения цепи образуют механизм автоматического натяжения цепей каждой цепной передачи. Техническим результатом является повышение точности обработки отверстий в изделиях, в том числе крупногабаритных, с возможностью вырезания отверстий сложной формы. 2 ил.The utility model relates to process equipment and can be used for cutting holes for branch pipes in large-sized heat exchangers. The device for cutting a hole in a cylindrical product contains a body made with the possibility of moving around the workpiece by means of symmetrically installed chain gears with a chain, a carriage with a cutting tool mounted on it, made with the possibility of moving along the guides fixed in the body. The device is equipped with an actuator with a rod, a chain tension measurement sensor that controls the position of the actuator rod and is installed on each of the chains, and an electric drive 13 connected to the ball screw via a coupling. The body is made in the form of a pair of cheeks arranged parallel to each other, on each cheek a pair of support rollers is installed with the possibility of rotation around its axis to move along the shell of the product, while the carriage is made with the possibility of moving along the guides by means of a ball screw, each chain drive consists from a pair of support sprockets 4, a chain tension sprocket 5 mounted on the actuator rod, which is fixed on the cheek, and an asterisk 7 mounted on a shaft 8 driven by an electric drive 9, and the chain tension sprocket 6, the actuator and the chain tension measurement sensor form a mechanism automatic chain tensioning for each chain drive. The technical result is to increase the accuracy of processing holes in products, including large-sized ones, with the possibility of cutting holes of complex shape. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к технологическому оборудованию и может быть использована для вырезки отверстий под патрубки в крупногабаритных теплообменных аппаратах.The utility model relates to process equipment and can be used for cutting holes for branch pipes in large-sized heat exchangers.

Известно переносное устройство для газопламенной вырезки отверстий в стенках труб [патент РФ №2141393, МПК В23К 7/00, В23К 37/02, опубликовано 1999 г.]. Переносное устройство для газопламенной вырезки отверстий в стенках труб содержит газовый резак, соединенный посредством держателя с платформой каретки, установленной на копирном кольце и соединенной с ним кинематически посредством двух ведомых роликов и одного ведущего ролика. Принудительное перемещение каретки с резаком по копирному кольцу осуществляется через редуктор и рукоятку. К нижней части резака присоединен посредством хомута копирный ролик, наличие которого позволяет установить точное расстояние от торца мундштука до поверхности разрезаемой трубы. Known portable device for flame cutting holes in the walls of pipes [RF patent No. 2141393, IPC V23K 7/00, V23K 37/02, published 1999]. The portable device for gas-flame cutting holes in pipe walls contains a gas cutter connected by means of a holder to a carriage platform mounted on a copy ring and kinematically connected to it by means of two driven rollers and one driving roller. The forced movement of the carriage with the cutter along the copy ring is carried out through the gearbox and the handle. A copy roller is attached to the lower part of the cutter by means of a clamp, the presence of which allows you to set the exact distance from the end of the mouthpiece to the surface of the pipe being cut.

К недостаткам относится сложная переналадка устройства, требующая замены копирного кольца для изменения радиуса вырезаемого отверстия. Также движение каретки производится строго по копирному кольцу, что не позволяет вырезать отверстия сложной формы (отличной от круглой формы). Отсутствие электрических приводов не позволяет производить вырезку отверстий в автоматическом режиме.The disadvantages include a complex readjustment of the device, requiring the replacement of a copy ring to change the radius of the cut hole. Also, the movement of the carriage is carried out strictly along the copy ring, which does not allow cutting holes of a complex shape (other than a round shape). The absence of electric drives does not allow cutting holes in automatic mode.

Известно устройство для вырезки отверстий [патент РФ №199205, МПК В23К 7/06, опубликовано 2020 г.]. Устройство для вырезки отверстий содержит центроуказатель вырезаемого отверстия с ручкой и газовую горелку. Устройство снабжено штангенциркулем, на конце закреплен уголок, на котором установлена газовая горелка. При центрировании производится прорезание разметочного центра отверстия для фиксации устройства. Штангенциркуль закреплен таким образом, что позволяет регулировать радиус вырезаемого отверстия.A device for cutting holes is known [RF patent No. 199205, IPC V23K 7/06, published 2020]. The device for cutting holes contains a center indicator of the hole to be cut with a handle and a gas burner. The device is equipped with a caliper, at the end there is a corner, on which a gas burner is installed. When centering, the marking center of the hole is cut to fix the device. The caliper is fixed in such a way that it allows you to adjust the radius of the cut hole.

К недостаткам относится зависимость диаметра вырезаемого отверстия от допустимых конструктивных возможностей регулирования расстояния штангенциркуля относительно оси центра отверстия. Траектория движения инструмента осуществляется по окружности радиусом, зависящим от регулировки штангенциркуля, что не позволяет вырезать отверстия сложной формы (отличной от круглой формы). Отсутствие электрических приводов не позволяет производить вырезку отверстий в автоматическом режиме.The disadvantages include the dependence of the diameter of the hole being cut out on the permissible design possibilities for adjusting the distance of the caliper relative to the axis of the center of the hole. The trajectory of the tool movement is carried out along a circle with a radius depending on the adjustment of the caliper, which does not allow cutting holes of a complex shape (other than a round shape). The absence of electric drives does not allow cutting holes in automatic mode.

Известно устройство для лазерной резки отверстий сложных контуров в трубах с поперечным сечением произвольной формы [патент РФ №89439, МПК В23К 26/08, опубликовано 2009 г.]. Устройство содержит технологический лазер, режущую головку, систему подачи технологического газа, опорную станину с узлом крепления и поворота, привод вращения обрабатываемой трубы. Система автоматического управления обеспечивает работу портала и привода вращения. Устройство содержит, по крайней мере, три опорные колонны, при этом опорная станина расположена между двумя из них. Привод вращения выполнен в виде отдельного узла, механически связанного с узлом крепления и поворота с помощью цепной передачи, при этом привод вращения содержит вал, установленный осесимметрично в зажимном патроне. Один конец вала привода вращения соединен с валом электродвигателя, а на другом конце вала привода вращения жестко закреплена ведущая шестерня цепной передачи. Узел крепления и поворота содержит корпус, на оси которого установлена цилиндрическая втулка с возможностью поворота вокруг оси корпуса. На другом конце втулки, расположенном вне корпуса, установлена ведомая шестерня цепной передачи, при этом в цилиндрической втулке установлен самоцентрирующийся зажимной механизм для крепления трубы. Устройство содержит, по крайней мере, три пары шарикоподшипников для вращения трубы, при этом каждая пара названных подшипников установлена на опорных колоннах. В устройство введен также механизм подъема трубы для ее продольного перемещения, включающий, по крайней мере, три пары шарикоподшипников для продольного перемещения трубы, связанных через поперечные и продольные тяги с рукояткой ручного управления.A device for laser cutting holes of complex contours in pipes with a cross section of arbitrary shape is known [RF patent No. 89439, IPC V23K 26/08, published 2009]. The device contains a technological laser, a cutting head, a process gas supply system, a support frame with a fastening and rotation unit, a rotation drive for the processed pipe. The automatic control system ensures the operation of the portal and rotation drive. The device contains at least three support columns, while the support frame is located between two of them. The rotation drive is made in the form of a separate unit, mechanically connected to the attachment and rotation unit by means of a chain drive, while the rotation drive comprises a shaft mounted axially symmetrically in the clamping chuck. One end of the rotation drive shaft is connected to the motor shaft, and the chain drive gear is rigidly fixed at the other end of the rotation drive shaft. The fastening and rotation unit contains a housing, on the axis of which a cylindrical bushing is installed with the possibility of rotation around the axis of the housing. At the other end of the sleeve, located outside the housing, a chain driven gear is installed, while a self-centering clamping mechanism for fixing the pipe is installed in the cylindrical sleeve. The device contains at least three pairs of ball bearings for rotating the pipe, with each pair of said bearings mounted on support columns. The device also includes a pipe lifting mechanism for its longitudinal movement, including at least three pairs of ball bearings for longitudinal movement of the pipe, connected through transverse and longitudinal rods with a manual control handle.

К недостаткам относятся внушительные габариты и масса, которые обусловлены конструктивной особенностью устройства, что препятствует его свободной транспортировке и ограничивает применение. Также вносит дополнительную трудоемкость при установке крупногабаритного изделия.The disadvantages include impressive dimensions and weight, which are due to the design feature of the device, which prevents its free transportation and limits its use. It also introduces additional complexity when installing a large-sized product.

Наиболее близким по совокупности признаков и принятым за прототип является устройство и метод для резки трубы [патент США №2141393, МПК В23D 21/00, опубликовано 1992 г.]. Устройство содержит корпус, образованный направляющими, по которым осуществляется продольное перемещение режущего инструмента, и поперечными изогнутыми концевыми балками. Каждая концевая балка несет на своей внешней стороне пару роликов. Ролики опираются на трубу и, следовательно, поддерживают корпус на фиксированном расстоянии от внешней поверхности трубы, позволяя корпусу перемещаться по окружности трубы. Каждая концевая балка взаимодействует с соответствующей крепежной цепью, причем концы каждой крепежной цепи соединены с соответствующими концами каждой балки. Окружное перемещение корпуса вокруг трубы управляется вручную зубчатым колесом, которое приводится в движение скобой, установленной на концевой балке. Колесо звездочки входит в зацепление с тяговой цепью, которая окружает и плотно захватывает трубу, что осуществляет движение корпуса по окружности трубы. Продольное перемещение режущего инструмента управляется маховиком и винтом. За счет вращения винта производится поступательное перемещение каретки по направляющим.The closest set of features and adopted for the prototype is a device and method for cutting pipes [US patent No. 2141393, IPC V23D 21/00, published 1992]. The device comprises a housing formed by guides, along which the cutting tool is moved longitudinally, and transverse curved end beams. Each end beam carries a pair of rollers on its outer side. The rollers rest on the pipe and therefore support the body at a fixed distance from the outer surface of the pipe, allowing the body to move around the circumference of the pipe. Each end beam cooperates with a corresponding fastening chain, and the ends of each fastening chain are connected to the corresponding ends of each beam. The circumferential movement of the body around the pipe is manually controlled by a gear wheel, which is driven by a bracket mounted on the end beam. The sprocket wheel engages with a traction chain that surrounds and tightly grips the pipe, which moves the housing around the circumference of the pipe. The longitudinal movement of the cutting tool is controlled by a handwheel and a screw. Due to the rotation of the screw, the carriage moves along the guides.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится конструктивная особенность закрепления, не позволяющая производить автоматическую регулировку степени натяжения цепи, удерживающей ролики на поверхности цилиндрической заготовки в процессе вырезания отверстия.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include the design feature of the fastening, which does not allow automatic adjustment of the degree of tension of the chain holding the rollers on the surface of the cylindrical workpiece in the process of cutting the hole.

Техническим результатом приспособления для вырезки отверстий в цилиндрических изделиях является повышение точности обработки отверстий в изделиях, в том числе крупногабаритных, с возможностью вырезания отверстий сложной формы.The technical result of the device for cutting holes in cylindrical products is to increase the accuracy of processing holes in products, including large ones, with the possibility of cutting holes of complex shape.

Заданный технический результат достигается тем, что приспособление для вырезки отверстия в цилиндрическом изделии, содержит корпус, выполненный с возможностью перемещения вокруг обрабатываемого изделия посредством симметрично установленных цепных передач с цепью, каретку с установленным на ней режущим инструментом, выполненную с возможностью перемещения вдоль направляющих, закрепленных в корпусе. Приспособление снабжено актуатором со штоком, датчиком измерения натяжения цепи, управляющим положением штока актуатора и установленным на каждой из цепей, и электроприводом 13, соединенным с шарико-винтовой передачей посредством муфты. Корпус выполнен в виде пары щек, расположенных параллельно друг другу, на каждой щеке установлена с возможностью вращения вокруг своей оси пара опорных роликов для движения по обечайке изделия, при этом каретка выполнена с возможностью перемещения по направляющим посредством шарико-винтовой передачи, каждая цепная передача состоит из пары опорных звездочек 4, звездочки 5 натяжения цепи, установленной на штоке актуатора, который закреплен на щеке, и звездочки 7, установленной на валу 8, приводимым во вращение электроприводом 9, причем звездочка 6 натяжения цепи, актуатор и датчик измерения натяжения цепи образуют механизм автоматического натяжения цепей каждой цепной передачи.The specified technical result is achieved by the fact that the device for cutting a hole in a cylindrical product contains a housing made with the possibility of moving around the workpiece by means of symmetrically installed chain drives with a chain, a carriage with a cutting tool mounted on it, made with the possibility of moving along the guides fixed in case. The device is equipped with an actuator with a rod, a chain tension measurement sensor that controls the position of the actuator rod and is installed on each of the chains, and an electric drive 13 connected to the ball screw via a coupling. The housing is made in the form of a pair of cheeks arranged parallel to each other, on each cheek a pair of support rollers is installed with the possibility of rotation around its axis to move along the shell of the product, while the carriage is made capable of moving along the guides by means of a ball screw, each chain drive consists from a pair of support sprockets 4, a chain tension sprocket 5 mounted on the actuator rod, which is fixed on the cheek, and an asterisk 7 mounted on a shaft 8 driven by an electric drive 9, and the chain tension sprocket 6, the actuator and the chain tension measurement sensor form a mechanism automatic chain tensioning for each chain drive.

При изготовлении цилиндрических изделий присутствует в разной степени отклонение от цилиндричности, что приводит к неравномерности радиуса окружности, по которой перемещаются ролики, следовательно, возникает неравномерность натяжения цепи, удерживающей эти ролики по мере их перемещения вокруг по окружности. Оснащение каждой цепной передачи механизмом автоматического натяжения, включающим звездочку натяжения, актуатор и датчик измерения натяжения цепи, позволяет поддерживать постоянное натяжение цепи за счет непрерывного управления положением штока актуатора, на котором расположена звездочка натяжения, в зависимости от степени натяжения цепи, что приводит к повышению точности вырезания отверстия за счет исключения непредвиденных смещений цепи вдоль и вокруг изделия так как автоматически поддерживается постоянное натяжение цепи, удерживающей ролики на поверхности цилиндрической заготовки, за счет того, что каждая цепная передача снабжена звездочкой натяжения и актуатором.In the manufacture of cylindrical products, there is a deviation from cylindricity to varying degrees, which leads to an uneven radius of the circle along which the rollers move, therefore, there is an uneven tension in the chain that holds these rollers as they move around the circumference. Equipping each chain drive with an automatic tensioning mechanism, including a tension sprocket, an actuator and a chain tension measurement sensor, allows you to maintain a constant chain tension by continuously controlling the position of the actuator rod, on which the tension sprocket is located, depending on the degree of chain tension, which leads to increased accuracy. hole cutting due to the exclusion of unforeseen displacements of the chain along and around the product, as the constant tension of the chain holding the rollers on the surface of the cylindrical workpiece is automatically maintained due to the fact that each chain drive is equipped with a tension sprocket and an actuator.

На фиг. 1 приведена кинематическая схема устройства. На фиг. 2 приведена схема основных элементов цепной передачи.In FIG. 1 shows the kinematic diagram of the device. In FIG. 2 shows a diagram of the main elements of the chain transmission.

Приспособление для вырезки отверстий в цилиндрических изделиях содержит корпус в виде пары щек 1, расположенных параллельно друг другу, в каждую из которых установлены с возможностью вращения вокруг своей оси пара опорных роликов 2 для движения по обечайке 3, цепную передачу, состоящую из пары опорных звездочек 4, звездочки 5 натяжения цепи 6, звездочки 7, расположенной на валу 8, вал 8, приводимый во вращение электроприводом 9. По двум направляющим 10, закрепленным в корпусе, двигается каретка 11 с установленным на ней режущим инструментом 12. Электропривод 13 соединен муфтой с шарико-винтовой передачей 14. Актуатор 15, содержащий в себе шток 16 актуатора 15, на котором установлена звездочка 5 натяжения цепи 6, закреплен с помощью крепежа 17. На каждой из цепей 6 установлен датчик 18 измерения натяжения цепи 6. Звездочка 5 натяжения цепи 6, актуатор 15 и датчик 18 измерения натяжения цепи 6 образуют механизм автоматического натяжения цепи 6, симметрично установленных цепных передач.A device for cutting holes in cylindrical products contains a body in the form of a pair of cheeks 1, located parallel to each other, in each of which a pair of support rollers 2 are installed with the possibility of rotation around its axis for movement along the shell 3, a chain transmission consisting of a pair of support sprockets 4 , sprockets 5 for tensioning the chain 6, sprockets 7 located on the shaft 8, shaft 8 driven by an electric drive 9. The carriage 11 moves along two guides 10 fixed in the housing with a cutting tool 12 mounted on it. The electric drive 13 is connected by a coupling with a ball - screw transmission 14. The actuator 15, containing the rod 16 of the actuator 15, on which the sprocket 5 of the chain tension 6 is installed, is fixed with fasteners 17. A sensor 18 for measuring the tension of the chain 6 is installed on each of the chains 6. The asterisk 5 of the chain tension 6, the actuator 15 and the sensor 18 for measuring the tension of the chain 6 form a mechanism for automatic tension of the chain 6, symmetrically installed chain drives.

Каретка 11 оснащена линейными подшипниками, что обеспечивает ее плавный ход по направляющим 10.The carriage 11 is equipped with linear bearings, which ensures its smooth running along the guides 10.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

В исходном состоянии необходимо закрепить заявляемое приспособление на обечайке 3 изделия, обеспечив взаимодействие цепи 6 только с самой обечайкой 3. После этого производится натяжение цепи 6 за счет регулировки положения звездочки 5, изменяемое передвижением штока 16 актуатора 15. Далее для получения требуемой траектории и скорости движения режущего инструмента 12 включаются совместно электропривод 9 и 13 и осуществляют непрерывную передачу момента вращения. В рабочем режиме происходит непрерывное измерение степени натяжения цепи 6 датчиком 18 измерения натяжения цепи 6 и при ее отклонении от требуемого натяжения, соответственно, автоматически меняется положение штока 16 актуатора 15, что обеспечивает повышение точности вырезки отверстия. In the initial state, it is necessary to fix the inventive device on the shell 3 of the product, ensuring the interaction of the chain 6 only with the shell 3 itself. After that, the chain 6 is tensioned by adjusting the position of the sprocket 5, which is changed by moving the rod 16 of the actuator 15. Further, to obtain the required trajectory and speed of movement of the cutting tool 12 are switched on together by the electric drive 9 and 13 and carry out a continuous transmission of torque. In the operating mode, the degree of tension of the chain 6 is continuously measured by the sensor 18 for measuring the tension of the chain 6, and when it deviates from the required tension, the position of the rod 16 of the actuator 15 automatically changes, which improves the accuracy of cutting the hole.

Электропривод 9 через муфту вращает вал 8, тем самым приводя в движение цепную передачу, состоящую из звездочки 7, звездочки 5 натяжения цепи 6, опорных звездочек 4, это заставляет щеки 1 совместно отклоняться от исходного положения за счет вращения роликов 2. Тем самым задание круговой траектории движения режущего инструмента 12 осуществляется копированием поверхности обечайки 3 изделия. The electric drive 9 rotates the shaft 8 through the clutch, thereby setting in motion a chain transmission consisting of an asterisk 7, an asterisk 5 for chain tension 6, support sprockets 4, this causes the cheeks 1 to jointly deviate from their original position due to the rotation of the rollers 2. Thus, setting a circular the trajectory of the cutting tool 12 is carried out by copying the surface of the shell 3 of the product.

Вращение от электропривода 13 муфтой передается на шарико-винтовую передачу 14, что приводит в движение каретку 11 вдоль направляющих 10 с установленным на ней режущим инструментом 12. Это обеспечивает линейное движение режущего инструмента 12 вдоль обечайки 3 изделия.The rotation from the electric drive 13 by the clutch is transmitted to the ball screw 14, which drives the carriage 11 along the guides 10 with the cutting tool 12 installed on it. This ensures the linear movement of the cutting tool 12 along the shell 3 of the product.

Комбинация кругового и линейного движений режущего инструмента 12 позволяет вырезать отверстия, в том числе сложной формы, в цилиндрических изделиях, что при необходимости расширяет диапазон диаметров вырезаемых отверстий, за счет смены места закрепления изделия.The combination of circular and linear movements of the cutting tool 12 makes it possible to cut holes, including those of complex shape, in cylindrical products, which, if necessary, expands the range of diameters of the cut holes by changing the location of the product.

Данное приспособление позволяет обрабатывать широкий диапазон диаметров цилиндрических изделий, в том числе крупногабаритных, за счет возможной установки цепей с различным количеством звеньев.This fixture allows you to process a wide range of diameters of cylindrical products, including large ones, due to the possible installation of chains with a different number of links.

Таким образом, введение механизма автоматического натяжения цепи, включающим звездочку натяжения, актуатор и датчик измерения натяжения цепи, позволяет в процессе вырезки отверстия регулировать степень натяжения цепи, а, следовательно, и степень прижатия приспособления к обечайке изделия тем самым позволяя исключить непредвиденное смещение устройства вдоль и вокруг изделия, позволяя достичь повышения точности обработки.Thus, the introduction of an automatic chain tensioning mechanism, including a tension sprocket, an actuator and a chain tension measurement sensor, allows you to adjust the degree of chain tension in the process of cutting a hole, and, consequently, the degree of pressing the fixture to the product shell, thereby eliminating unforeseen displacement of the device along and around the workpiece, allowing for improved machining accuracy.

Claims

A device for cutting a hole in a cylindrical product, containing a body made with the possibility of moving around the workpiece by means of symmetrically installed chain gears with a chain, a carriage with a cutting tool mounted on it, made with the possibility of moving along the guides fixed in the body, characterized in that it equipped with an actuator with a rod, a chain tension sensor that controls the position of the actuator rod and is installed on each of the chains, and an electric drive 13 connected to the ball screw via a coupling, the body is made in the form of a pair of jaws located parallel to each other, with the possibility of rotation around its axis, a pair of support rollers for movement along the shell of the product, while the carriage is made with the ability to move along the guides by means of a ball screw, each chain drive consists of a pair of support sprockets 4, a chain tension sprocket 5, installed th on the actuator rod, which is fixed on the cheek, and the sprocket 7, mounted on the shaft 8, driven by the electric drive 9, and the chain tension sprocket 6, the actuator and the chain tension measurement sensor form a mechanism for automatically tensioning the chains of each chain transmission.