RU2108898C1

RU2108898C1 - Thermal cutting unit

Info

Publication number: RU2108898C1
Application number: RU96117170/02A
Authority: RU
Inventors: П.А. Коваль; В.С. Ильинов; В.С. Величко; И.Г. Большедворов; В.М. Дащенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уральский научно-исследовательский технологический институт"
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: assembly and welding jobs at engineering plants; mechanized thermal cutting of holes in large-sized box-shaped articles. SUBSTANCE: thermal cutting unit includes uprights with mechanisms for orientation of work, beams with guides fitted in between uprights, solid master forms and carriages with cutters, as well as air and water supply system. Master forms are made as working and rectangular sections corresponding to profile of working sections. Mounted additionally on carriages and beams are sensors with orientation mechanisms. Beams are rigidly interconnected by single metalwork. Thermal cutting unit is also provided with two box-shaped air ducts connected together and located below the locating prisms of orientation mechanism and along beams with guides symmetrically relative to longitudinal axis of unit; they are provided with rectangular holes in their upper portion which are fitted with suction nozzles. Air ducts are provided with swivel gate valves at joint areas. Air and water supply system is provided with glandless valves at one-side electromagnetic control. EFFECT: enhanced productivity, improved quality and accuracy of cutting; enhanced sanitation of work. 5 dwg

Description

Изобретение относится к сборочно-сварочным производствам машиностроительных предприятий и может быть использовано для механизированной термической вырезки отверстий в крупногабаритных изделиях коробчатой формы. The invention relates to the assembly and welding production of engineering enterprises and can be used for mechanized thermal cutting of holes in large box-shaped products.

Известна установка для плазменно-дуговой вырезки незамкнутых отверстий в изделиях коробчатой формы, выполненные по проекту 9964- 227, АО "УралНИТИ", г. Екатеринбург, 1975 г., содержащая стойки, смонтированные на заливном фундаменте, с механизмами ориентирования обрабатываемого изделия относительно вертикальной и горизонтальной осей, расположенные между ними балки с направляющими, копирами и каретками с плазмотронами, а также систему подачи воды и воздуха на плазмотроны. A known installation for plasma-arc cutting open holes in box-shaped products, made according to the project 9964-22, JSC "UralNITI", Ekaterinburg, 1975, containing racks mounted on the foundation, with the orientation of the workpiece relative to the vertical and horizontal axes, beams located between them with guides, copiers and carriages with plasmatrons, as well as a system for supplying water and air to plasmatrons.

Известная установка обладает следующими недостатками:
1. При вырезке отверстий в изделии (последовательно с обеих сторон изделия) перемещение по направляющим кареток с плазмотронами между копирами, зацепление и расцепление копирных роликов с профилем копиров производится вручную, что не позволяет автоматизировать процесс вырезки последовательно всех отверстий, расположенных на одной из сторон изделия, а также при расцеплении и зацеплении копирных роликов с копирами происходит износ копиров на начальном и конечном участках, так как материал, из которого выполнены копиры, имеет значительно меньшую твердость, чем материал, из которого выполнены копирные ролики. Износ копиров приводит к ухудшению качества вырезаемых отверстий и появляется необходимость восстановления изношенных участков, что весьма трудоемко.Known installation has the following disadvantages:
1. When cutting holes in the product (sequentially on both sides of the product), moving along the guides of the carriages with plasmatrons between the copiers, engaging and uncoupling the copy rollers with the profile of the copiers is done manually, which does not allow automating the process of cutting successively all the holes located on one of the sides of the product , as well as during the disengagement and engagement of the copy rollers with the copiers, the copiers wear on the initial and final sections, since the material from which the copiers are made has significantly lower hardness than the material from which the copy rollers are made. The wear of the copiers leads to a deterioration in the quality of the cut holes and there is a need to restore the worn areas, which is very time-consuming.

2. Выделяющиеся в процессе плазменно-дуговой резки аэрозоли в виде высокодисперсной пыли и токсичных газов из-за отсутствия в конструкции установки системы местной вытяжной вентиляции попадают в производственное помещение. При этом концентрация аэрозолей на рабочем месте оператора установки и близлежащих рабочих местах может значительно превышать предельно-допустимые нормы, что представляет опасность для здоровья работающих. 2. Aerosols released in the plasma-arc cutting process in the form of fine dust and toxic gases due to the lack of a local exhaust ventilation system in the installation design get into the production room. At the same time, the concentration of aerosols at the workplace of the installation operator and nearby workplaces can significantly exceed the maximum permissible standards, which poses a danger to the health of workers.

3. Размещение стоек с базовыми призмами механизмов ориентирования обрабатываемого изделия и балок с направляющими, копирами и каретками с плазмотронами на заливном фундаменте приводит к дополнительным затратам в процессе монтажа установки и снижает точность вырезки отверстий в процессе ее эксплуатации из-за отсутствия жестких связей между стойками и балками с направляющими кареток и копирами. 3. The placement of racks with basic prisms of the orienting mechanisms of the workpiece and beams with guides, copiers and carriages with plasmatrons on the jellied foundation leads to additional costs during installation of the installation and reduces the accuracy of cutting holes during operation due to the absence of rigid connections between the racks and beams with carriage guides and copiers.

4. Отсутствие ступенчатой подачи плазмообразующего воздуха на плазмотроны, что приводит к ухудшению условий зажигания вспомогательной дуги, нестабильности ее возникновения и перехода в режущую, так как для устойчивости зажигания вспомогательной дуги с помощью осциллятора необходимо, чтобы расход воздуха был ниже расхода, требуемого для режущей дуги. Нестабильность возникновения вспомогательной дуги, также затрудняет возможность автоматизации процесса последовательной вырезки отверстий. 4. The absence of a stepwise supply of plasma-forming air to the plasma torches, which leads to a deterioration in the ignition conditions of the auxiliary arc, instability of its occurrence and transition to the cutting one, since for the stability of ignition of the auxiliary arc using an oscillator, it is necessary that the air flow is lower than the flow rate required for the cutting arc . The instability of the appearance of the auxiliary arc also makes it difficult to automate the process of sequential cutting of holes.

5. Существенные затраты времени на управление системой подачи воздуха и воды на плазмотроны, так как подача их осуществляется с помощью ручных вентилей, расположенных на значительном расстоянии от плазмотронов. 5. Significant time spent on the control of the air and water supply system to the plasma torches, since they are supplied using manual valves located at a considerable distance from the plasma torches.

Целью создания изобретения является повышение производительности, а также качества, точности вырезаемых отверстий и улучшение санитарно- гигиенических условий труда за счет автоматизации процесса резки и оснащения установки системой местной вытяжной вентиляции. The aim of the invention is to increase productivity, as well as the quality, accuracy of cut holes and improve sanitary and hygienic working conditions by automating the cutting process and equipping the installation with a local exhaust ventilation system.

В предлагаемом изобретении указанная цель достигается тем, что копиры, установленные на балках с обеих сторон установки, выполнены сплошными в виде рабочих и прямолинейных участков, соединяющих первые между собой, и имеющих сечение, аналогичное сечению рабочих участков, а на каретках и балках дополнительно установлены датчики взаимного расположения резаков и обрабатываемого изделия. In the present invention, this goal is achieved in that the copiers mounted on the beams on both sides of the installation are solid in the form of working and rectilinear sections connecting the first to each other and having a section similar to the section of the working sections, and sensors are additionally mounted on carriages and beams the relative position of the cutters and the workpiece.

Указанное исполнение копиров обеспечивает перемещение кареток с резаками между вырезаемыми отверстиями незамкнутой формы без ручного зацепления (расцепления) копирных роликов с копирами и исключает связанный с этим износ в начале и конце рабочих участков, а следовательно, повышается качество вырезаемых отверстий и отпадает необходимость восстановления изношенных отдельных участков копиров. Наличие сплошных копиров и датчиков взаимного расположения резаков и обрабатываемого изделия позволяет автоматизировать процесс последовательной вырезки отверстий, расположенных на каждой из сторон обрабатываемого изделия. The specified design of the copiers ensures the movement of the carriages with cutters between the cut open holes of the open form without manual engagement (uncoupling) of the copy rollers with the copiers and eliminates the associated wear at the beginning and end of the working sections, and therefore, the quality of the cut holes increases and there is no need to restore worn separate sections copiers. The presence of continuous copiers and sensors of the relative position of the cutters and the workpiece allows you to automate the process of sequential cutting holes located on each side of the workpiece.

Стойки с механизмами ориентирования и балки, расположенные между ними, размещены на единой металлоконструкции (например, плите), что обеспечивает жесткую связь между ними, а следовательно, постоянство местоположения и размеров вырезаемых отверстий. Racks with orientation mechanisms and beams located between them are placed on a single metal structure (for example, a plate), which provides a rigid connection between them, and therefore, the location and size of the cut holes are constant.

Установка дополнительно оснащена системой местной вытяжной вентиляции, выполненной в виде двух воздуховодов коробчатого сечения, размещенных ниже базовых призм механизмов ориентирования и вдоль балок с направляющими, симметрично продольной оси установки и имеющими в верхней части отверстия прямоугольной формы со всасывающими соплами. Торцевые поверхности сопел расположены под отверстиями, имеющимися в нижней части обрабатываемого изделия в непосредственной близости от него. Через отверстия и сопла производится удаление аэрозолей, образующихся в процессе резки, что обеспечивает высокие санитарно- гигиенические условия труда на рабочем месте оператора и близлежащих рабочих местах. В месте соединения воздуховоды оснащены поворотным шиберным устройством, позволяющим значительно повысить КПД системы вытяжной вентиляции за счет управления потоком удаляемого из зоны резки загрязненного воздуха. The installation is additionally equipped with a local exhaust ventilation system made in the form of two box-shaped air ducts located below the base prisms of the orientation mechanisms and along the beams with guides symmetrically to the longitudinal axis of the installation and having rectangular openings with suction nozzles in the upper part. The end surfaces of the nozzles are located under the holes available in the lower part of the workpiece in the immediate vicinity. Through the holes and nozzles, aerosols formed during the cutting process are removed, which ensures high sanitary and hygienic working conditions at the operator’s workplace and nearby workplaces. At the junction, the air ducts are equipped with a rotary gate device, which can significantly increase the efficiency of the exhaust ventilation system by controlling the flow of contaminated air removed from the cutting zone.

Система подачи воды и воздуха на резаки снабжена бессальниковыми вентилями с электромагнитным управлением, что позволяет управлять подачей воды и воздуха на резаки дистанционно, либо в автоматическом режиме, с обеспечением ступенчатой подачи воздуха на резаки с расходами, необходимыми для устойчивого горения вспомогательной дуги и, после перехода ее в режущую, требуемыми для режущей дуги. При этом обеспечивается возможность автоматизации процесса резки и исключаются непроизводительные затраты времени на управление системой подачи с помощью ручных вентилей. The system for supplying water and air to the torches is equipped with valveless valves with electromagnetic control, which allows you to control the supply of water and air to the torches remotely or in automatic mode, providing a step-by-step air supply to the torches with the flow rates necessary for stable burning of the auxiliary arc and, after transition her to the cutting, required for a cutting arc. This provides the possibility of automating the cutting process and eliminates unproductive time spent on controlling the feed system using manual valves.

На фиг. 1 изображена установка, вид сбоку, тонкими линиями показано обрабатываемое изделие с вырезанными в нем отверстиями; на фиг. 2 - вид сверху на установку, изделие условно не показано; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, одна из кареток с резаком условно не показана, стрелками обозначено направление потока удаляемого из зоны резки загрязненного воздуха; на фиг. 4 - зацепление копирных роликов с копирами; на фиг.5 - принципиальная пневмогидравлическая схема системы подачи воды и воздуха на резаки. In FIG. 1 shows the installation, side view, thin lines show the workpiece with cut holes in it; in FIG. 2 - top view of the installation, the product is conditionally not shown; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1, one of the carriages with a torch is not conventionally shown, arrows indicate the direction of flow of contaminated air removed from the cutting zone; in FIG. 4 - engagement of the copy rollers with copiers; figure 5 - schematic pneumohydraulic diagram of the system for supplying water and air to the torches.

Установка содержит единое основание 1 - фиг.1 (например, литую плиту), на котором смонтированы стойки 2 с механизмами ориентирования обрабатываемого изделия, состоящими из базовых призм 3 и центрирующих устройств 4. В призмы 3 обрабатываемое изделие устанавливается через размещенные в нем оправки 5 и 6. Между стойками 2, с обеих сторон установки, на основании 1 смонтированы продольные балки 7, на которые крепятся направляющие 8 и копиры 9, выполненные сплошными в виде рабочих и прямолинейных участков, соединяющих первые между собой, и имеющих сечение аналогичное сечению рабочих участков. Форма рабочих участков копиров соответствует форме вырезаемых отверстий. На направляющих 8, с обеих сторон установки расположены самоходные каретки 10 с электродвигателем постоянного тока 11 (фиг.3), обеспечивающим вращение приводных копирных роликов 12 через дифференциально-червячный редуктор (не выделен), и резаками 13. На каретках 10 и направляющих 8 расположены датчики 14 (например, бесконтактные, выполненные в виде емкостных конечных выключателей и флажков) взаимного расположения резаков 13 с обрабатываемым изделием до и в процессе резки. Ниже базовых призм 3 вдоль балок 7 симметрично продольной оси установки размещены воздуховоды 15, имеющие в верхней части отверстия со всасывающими соплами 16. В месте соединения воздуховодов 15 установлено поворотное шиберное устройство 17 (фиг.2) для управления потоком удаляемого из зоны резки загрязненного воздуха. Через вентиль 18 (фиг.5) и бессальниковые вентили с электромагнитным управлением 19 на резаки 13 подается охлаждающая вода. Плазмообразующий воздух подается на резаки 13 через вентиль 20, бессальниковые вентили с электромагнитным управлением 21, 22, вентили 23, 24 и ротаметры 25, служащие для контроля расхода воздуха. Вентили 24 предназначены для регулирования расхода воздуха, требуемого для вспомогательной дуги, а вентили 23 -для режущей. Манометры 26 и 27 контролируют давление подаваемых на резаки 13 воды и воздуха, а реле давления 28 - наличие слива воды из резаков 13. The installation contains a single base 1 - Fig. 1 (for example, a cast plate) on which racks 2 are mounted with orientation mechanisms of the workpiece, consisting of base prisms 3 and centering devices 4. In prisms 3, the workpiece is installed through mandrels 5 and 5 6. Between racks 2, on both sides of the installation, on the base 1, longitudinal beams 7 are mounted on which guides 8 and copiers 9 are mounted, made solid in the form of working and rectilinear sections connecting the first to each other, and having a section s similar to the cross section of the working area. The shape of the working sections of the copiers corresponds to the shape of the cut holes. On guides 8, on both sides of the installation, there are self-propelled carriages 10 with a DC motor 11 (Fig. 3), which rotate the drive copy rollers 12 through a differential-worm gear (not selected), and cutters 13. On the carriages 10 and guides 8 are located sensors 14 (for example, proximity, made in the form of capacitive limit switches and flags) the relative position of the torches 13 with the workpiece before and during cutting. Below the base prisms 3, along the beams 7 symmetrically to the longitudinal axis of the installation, air ducts 15 are located having in the upper part of the opening with suction nozzles 16. A rotary vane device 17 is installed at the junction of the air ducts 15 (Fig. 2) to control the flow of contaminated air removed from the cutting zone. Through valve 18 (FIG. 5) and glandless valves with electromagnetic control 19, cooling water is supplied to the cutters 13. Plasma-forming air is supplied to the cutters 13 through the valve 20, glandless valves with electromagnetic control 21, 22, valves 23, 24 and rotameters 25, used to control air flow. Valves 24 are designed to control the air flow required for the auxiliary arc, and valves 23 for cutting. Manometers 26 and 27 control the pressure supplied to the torches 13 of water and air, and pressure switches 28 - the presence of water discharge from the torches 13.

Работа установки осуществляется следующим образом. The installation is as follows.

Перемещение кареток 10 с резаками 13 по направляющим 8 осуществляется за счет механического взаимодействия между подпружиненными копирными роликами 12 и копирами 9 путем обкатывания по последним после включения электродвигателя постоянного тока 11, обеспечивающего вращение приводных копирных роликов 12 через дифференциально-червячный редуктор. Каретки 10 с резаками 13 отводятся в крайние положения, в которых их металлоконструкция не будет препятствовать установке обрабатываемого изделия. The movement of the carriages 10 with cutters 13 along the guides 8 is carried out due to mechanical interaction between the spring-loaded copy rollers 12 and the copiers 9 by rolling around the latter after turning on the DC motor 11, which rotates the drive copy rollers 12 through a differential-worm gear. Carriages 10 with cutters 13 are diverted to extreme positions in which their metal construction will not impede the installation of the workpiece.

В отверстия, имеющиеся с обеих сторон в передней и задней частях изделия, вставляются оправки 5 и 6. Грузоподъемным механизмом (например, мостовым краном), через оправки 5 и 6 изделие устанавливают в базовые призмы 3, размещенные на стойках 2 установки. Таким образом, изделие ориентируется относительно вертикальной оси. Затем с помощью центрирующих устройств 4 (например, устройств в виде откидывающихся винтовых домкратов), размещенных на стойках 2, изделие перемещается вдоль своей поперечной оси в требуемое положение. При этом, величина перемещения контролируется по нониусным указателям, размещенным на центрирующих устройствах 4. Таким образом, изделие ориентируется на установке относительно горизонтальной оси. Mandrels 5 and 6 are inserted into the openings on both sides of the front and rear parts of the product. By means of a lifting mechanism (for example, a bridge crane), through the mandrels 5 and 6, the product is installed in the base prisms 3 located on the racks 2 of the installation. Thus, the product is oriented relative to the vertical axis. Then, using the centering devices 4 (for example, devices in the form of folding screw jacks) placed on the uprights 2, the product is moved along its transverse axis to the desired position. At the same time, the amount of movement is controlled by vernier pointers placed on the centering devices 4. Thus, the product is guided by the installation relative to the horizontal axis.

Вырезку отверстий производят последовательно с одной и с другой стороны изделия. Включается электродвигатель вентилятора системы местной вытяжной вентиляции. Включением электродвигателя постоянного тока 11 каретка 10 вместе с резаком 13 начинает перемещаться по направляющей 8 по прямолинейному участку копира 9 до первого (относительно последовательности вырезки - крайнего правого) отверстия. При достижении местоположения первого отверстия каретка 10 по команде от датчика 14, соответствующего первому отверстию, автоматически останавливается. Резак 13 подводится к обрабатываемому изделию на требуемое расстояние. Также по команде от датчика 14, соответствующего первому отверстию, на резак подается охлаждающая вода включением бессальникового вентиля 19 и воздух, включением бессальникового вентиля 21 через вентиль 25 и с 24. Зажигается вспомогательная дуга и, после ее контакта с поверхностью разрезаемого изделия, возникает режущая дуга. После возникновения режущей дуги автоматически включается бессальниковый вентиль 22 и расход воздуха увеличивается до требуемого для горения режущей дуги. С некоторой задержкой времени (необходимой для прорезания металла на всю толщину и выхода источника питания плазменной дуги на рабочий режим) также автоматически включается электродвигатель 11 каретки 10 и производится вырезка первого отверстия. После окончания вырезки первого отверстия режущая дуга гаснет, отключаются бессальниковые вентили 21, 22, подача воздуха на резак 13 прекращается и каретка 10 с резаком 13 по прямолинейному участку копира 9 перемещается к местоположению следующего отверстия, где останавливается по команде от датчика 14, соответствующего второму отверстию. В аналогичной последовательности производится вырезка остальных отверстий, расположенных на данной стороне изделия. Holes are cut sequentially from one and the other side of the product. The fan motor of the local exhaust ventilation system is turned on. By turning on the DC motor 11, the carriage 10, together with the cutter 13, begins to move along the guide 8 along the rectilinear section of the copier 9 to the first (relative to the cutting sequence - rightmost) hole. When the location of the first hole is reached, the carriage 10 stops automatically upon a command from the sensor 14 corresponding to the first hole. Cutter 13 is brought to the workpiece at the required distance. Also, upon a command from the sensor 14 corresponding to the first hole, cooling water is supplied to the cutter by switching on the glandless valve 19 and air, by turning on the glandless valve 21 through valve 25 and with 24. The auxiliary arc is ignited and, after its contact with the surface of the cut product, a cutting arc appears . After the occurrence of the cutting arc, the glandless valve 22 is automatically turned on and the air flow increases to the level required for burning the cutting arc. With a certain time delay (necessary for cutting the metal through the entire thickness and for the plasma arc power source to reach the operating mode), the motor 11 of the carriage 10 is also automatically turned on and the first hole is cut. After cutting the first hole, the cutting arc goes out, the glandless valves 21, 22 are turned off, the air supply to the cutter 13 is stopped and the carriage 10 with the cutter 13 moves along the straight section of the copier 9 to the location of the next hole, where it stops at the command of the sensor 14 corresponding to the second hole . In the same sequence, the remaining holes located on this side of the product are cut.

После завершения последовательной вырезки всех отверстий, расположенных на данной стороне изделия, бессальниковым вентилем 19 прекращается подача воды на резак 13, установленный на каретке 10 с данной стороны изделия. Оператор переходит на другую сторону установки и весь цикл вырезки отверстий, расположенных на другой стороне изделия, повторяется. After completing the sequential cutting of all holes located on this side of the product, the glandless valve 19 stops the water supply to the cutter 13 mounted on the carriage 10 on this side of the product. The operator moves to the other side of the installation and the entire cycle of cutting holes located on the other side of the product is repeated.

Поворотное шиберное устройство 17 устанавливается в то положение, при котором отсос загрязненного воздуха из зоны резки производится по воздуховоду 15, расположенному с той стороны установки, где выполняется вырезка отверстий. The rotary gate device 17 is installed in the position in which the contaminated air is sucked out from the cutting zone through the duct 15 located on the side of the installation where the holes are cut.

После завершения вырезки всех отверстий каретки 10 с резаками 13 отводятся в первоначальные исходные положения. Производится расфиксация изделия на установке за счет отвода от него центрирующих устройств 4 в нерабочее положение. After cutting all the holes of the carriage 10 with the cutters 13 are retracted to their original starting positions. The product is fixed on the installation due to the removal of the centering devices 4 from it to the inoperative position.

Изделие мостовым краном снимается с установки и транспортируется на дальнейшую обработку. The product is removed from the installation by a bridge crane and transported for further processing.

Установка обеспечивает повышение производительности труда, улучшение качества и точности вырезаемых отверстий за счет автоматизации процесса вырезки и сокращения непроизводительных затрат времени на восстановление изношенных отдельных участков копиров и на подачу воды и воздуха на резаки, а также улучшение санитарно-гигиенических условий труда за счет эффективного удаления из зоны резки аэрозолей, образующихся в процессе резки. The installation provides increased labor productivity, improved quality and accuracy of cut holes by automating the process of cutting and reducing unproductive time spent on restoring worn-out individual sections of copiers and on supplying water and air to the cutters, as well as improving sanitary and hygienic working conditions by effectively removing areas for cutting aerosols generated during the cutting process.

Claims

Installation for thermal cutting, comprising racks with mechanisms for orienting the workpiece relative to the vertical and horizontal axes, installed between the racks of the beam with guides, copiers and carriages with cutters, an air and water supply system for the cutters, characterized in that the copiers are made in the form of working and rectilinear sections connecting the first to each other, and having a section similar to the section of the working sections, and on the carriages and beams additionally installed sensors of the relative position of the torches and the product being processed, racks with orientation mechanisms and beams are rigidly connected by a single metal structure, and the installation is additionally equipped with two box-shaped air ducts interconnected below the base prisms by an orientation mechanism and along the beams with guides symmetrically to the longitudinal axis of the installation and having rectangular openings in the upper part with suction nozzles, and at the junction of the ducts are equipped with a rotary vane device, while the air supply system Water and the torches are equipped with glandless valves with one-way electromagnetic control.