info@svartek.ru
4.4. Основные узлы многоосевых труборезных машин
Многоосевые труборезные машины с размещением трубы на дополнительных опорных элементах состоят из:
— Станины (корпуса),
— Привода вращения трубы и зажимного устройства,
— Устройства размещения, позиционирования и перемещения режущей горелки,
— Рамы, связывающей привод вращения и иные позиционирующие элементы,
— Многоосевого суппорта для размещения и позиционирования режущей горелки,
— Опорных элементов для поддержания трубы на всей ее длине,
— Режущей горелки и аппаратуры управления резкой;
— Системы управления.
Станина (корпус) является основным силовым элементом многоосевой труборезной машины. Основное требование к станине — прочность и жесткость, так как она воспринимает основную нагрузку от массы разрезаемой трубы и обеспечивает точность взаимного позиционирования всех основных элементов машины.
Одной из важнейших особенностью трехосевых машин является то, что труба имеет только одно место крепления, и как раз это обусловливает необходимые требования к прочности и устойчивости станины.
Внутри станины размещаются:
— механизм позиционирования и зажима трубы,
— привод вращения трубы,
— механизм вертикального позиционирования и горизонтального перемещения режущей горелки,
— система управления (может быть сделана в виде выносного пульта управления).
Как правило, станина имеет мощную рамную конструкцию, рассчитанную на массу обрабатываемой трубы в пределах от 500 кг до 2-3 тонн.
Привод вращения и механизм позиционирования и зажима трубы, как правило, представляют собой единый механизм и носят общее название «привод вращения».
Известны несколько типов приводов вращения, применяемых в многоосевых труборезных машинах:
1) Приводы с трехкулачковым патроном (типа токарного станка) или проходным зажимом с полым шпинделем.
2) Приводы типа трубного вращателя.
3) Роликовые опоры.
4) Роликовые опоры с дополнительным прижимом.
Каждый тип привода применяется в зависимости от диаметра трубы и предпочтений изготовителя. При этом следует отметить, что большая часть производителя применяет приводы с трехкулачковым патроном или роликовые опоры; приводы типа трубного вращателя использует только компания «Kistler Machinen» (Германия), что связано с патентованной конструкцией такой системы зажима трубы. Чаще всего применяют самую простую конструкцию — стандартный трехкулачковый патрон от токарного станка. Однако в этом случае рабочая зона будет ограничена из-за невозможности переустановки трубы. Распространены также проходные зажимы с полым шпинделем, в которых труба проходит внутри зажима насквозь и это дает возможность обработки труб практически неограниченной длины. Сам проходной зажим представляет собой трубу с закрепленным снаружи зубчатым венцом, имеющим зацепление с выходной шестерней редуктора приводного двигателя. Сами зажимы могут быть как ручные, так и механизированные, чаще всего пневматические. При этом в качестве ручных зажимов применяются не только винтовые, но и более сложные (а подчас и экзотические) конструкции — рычажные, эксцентриковые и т.д.
В качестве привода вращения применяют электродвигатели переменного тока, управляемые частотными регуляторами (такие регуляторы обеспечивают точную и плавную скорость вращения и наилучшим образом стыкуются с системами управления).
Системы перемещения трубы вдоль ее оси в процессе резки практически не используются, так как перемещение режущей горелки осуществляется гораздо проще, а необходимость добавления приводных зажимов и управление приводом горизонтального перемещения трубы существенно усложнит систему управления машиной.
Механизм вертикального позиционирования и горизонтального перемещения режущей горелки.
Для точной резки режущая горелка должна располагаться над разрезаемой трубой точно по оси трубы. Самый простой вариант горизонтального перемещения режущей горелки — установка горелки на выкатывающейся штанге, на нижней плоскости которой установлена зубчатая рейка. Такой вариант, например, используется, компанией «Kistler Machinen» на своих машинах серии «SCM». Перемещение штанги осуществляется при помощи высокоточного сервопривода или электродвигателя с частотным регулятором.
Следующая конструкция — направляющая, по которой перемещается передвижная приводная каретка, на которой смонтирована режущая горелка с устройством вертикального позиционирования. Режущие горелки крепятся в подвижных шарнирах, однако производители оборудования часто применяют для этих шарниров ручные зажимы. Таким образом, количество осей автоматического управления уменьшается. Конечно, это несколько ограничивает возможности оборудования, но одновременно делает его более простым и дешевым. Позиционирование горелки на каретке гарантирует жесткость конструкции и повышает точность резки.
В случае большой длины или диаметра трубы применяют отдельные вертикальные колонны, которые перемещаются по направляющим, закрепленным на раме машины или на отдельно установленных рельсах. Достигается это следующим образом: колонка устанавливается на приводной траверсе, которая перемещается по направляющим с высокоточной обработанной поверхностью скольжения. Перемещение осуществляется за счет высокоскоростных сервоприводов. Поскольку направляющие изготавливают секциями, при необходимости их можно наращивать (безусловно, это приводит к необходимости наращивания или замены кабельных пакетов, установки дополнительных электронных блоков в систему управления машины и внесения соответствующих изменений в программное обеспечения) одновременно с установкой дополнительных поддерживающих опор для обрабатываемой трубы.
В любом случае этот элемент обеспечивает перемещение горелки по осям управления 2 и 3 (см. таблицу выше). Как уже было сказано, перемещение вдоль оси трубы производится сервоприводом, способным быстро переключаться с маршевой на рабочую скорость. Вертикальное перемещение горелки выполняется за счет приводного суппорта скольжения с сервоприводом (для машин с приводной кареткой) или за счет перемещения по вертикальной колонке горизонтальной консоли, на которой установлена горелка. Для точного безвибрационного перемещения используют высокоточные ходовые винты с шарико-винтовыми парами.
Вертикальное позиционирование режущей горелки является предварительным позиционированием перед резкой и на трехосевых машинах осуществляется в ручном режиме, на пятиосевых — по программе. Для вертикального позиционирования горелки применяют приводные суппорты скольжения или каретки с перемещением по ходовому винту.
Самым важным элементом позиционирования режущей горелки является многоосевой суппорт с держателем горелки. Суппорт должен обеспечивать перемещения горелки по важнейшим осям управления, а именно по осям 4 и 5. Для конструктивного упрощения решения задачи наклона горелки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в качестве суппорта-держателя применяется зубчатый сектор, устанавливаемый на поворотном шарнире; держатель горелки с механизмом перемещения крепится на суппорте. При этом происходит фактически подмена осей перемещения: вместо двух движений наклона горелки появляется поворот зубчатого сектора вокруг вертикальной оси и перемещение горелки по дуге сектора.
Для наклона горелки возможны два варианта конструкции. В первом, наиболее распространенном, зубчатый сектор неподвижен, а горелка перемещается по нему при помощи собственного сервопривода; второй, более ранний по времени появления, вариант предполагает неподвижное крепление горелки на секторе и поворот всего сектора вокруг своей горизонтальной оси. Наклон горелки (или сектора) обеспечивает смещение сопла горелки от оси трубы.
Зубчатый сектор и все детали суппорта (включая сервоприводы) выполняются с максимально высокой точностью, поскольку точность позиционирования режущей горелки напрямую влияет на точность резки. Также немаловажно отсутствие люфтов в соединениях и защита всех позиционирующих элементов от вибрации, которая может возникнуть при вращении трубы и перемещении режущей горелки в горизонтальном направлении.
В качестве опорных элементов для поддержания трубы могут использоваться любые виды трубных опор, как стационарных, так и передвижных.
На машинах с приводами зажимного типа (трехкулачковый патрон или трубный вращатель) для того, чтобы избежать прогиба оси трубы (это может существенно снизить качество резки, особенно сильно сказываясь на взаимном расположении резов по отношению к оси трубы), применяются дополнительные поддерживающие опоры. Поддерживающие опоры равномерно располагаются на всей длине трубы, для чего часто устанавливаются на колесах. В этом случае для них предусмотрены специальные рельсы или направляющие. Тип опор и система регулировки высоты могут быть различны. Чаще всего применяют: — переносные опоры с V-образными роликовыми головками (в основном используются для легких для самонесущих машин);
— передвижные роликовые опоры на рельсовой тележке с регулировкой высоты ручным ходовым винтом или гидравлическими цилиндрами (с ручными или электрическими помпами);
— опорные рамы с V-образными шаровыми опорами; — роликовые вращатели ножничного типа;
— роликовые вращатели пантографического типа.
Вместе с тем следует отметить, что приводы зажимного типа для труб диаметром свыше 800 мм стоят довольно дорого, поэтому для труб свыше этого диаметра обычно используют машины с размещением трубы на роликовых стендах. Труба размещается на роликах, устанавливаемых с достаточной частотой, чтобы избежать прогиба оси трубы. Таким образом, удается избежать ошибок резки, связанных с изгибом трубы в продольном направлении. Простейший вариант — использовать роликовый стенд. Такой стенд состоит из двух параллельных очень жестких нескручивающихся валов с синхронизированными приводами и системой раздвижения. На валах установлены опорные ролики. Наиболее удобными оказываются стенды, собранные из роликовых опор самоустанавливающегося типа. В этих роликовых опорах ролики располагаются парами в качающихся блоках, поворачивающихся в зависимости от диаметра трубы. Следовательно, отпадает необходимость в раздвижении роликов для регулировки диаметра трубы. Самое важное преимущество самоустанавливающихся роликовых опор — точное совпадение оси трубы с осью секции роликовой опоры. Однако при использовании роликовых опор может появиться эффект проскальзывания трубы на роликах (дрейфа), когда та часть трубы, которая расположена на приводной секции, уже начала вращение, а другая еще находится в покое. В этом случае труба скручивается и возможны появления отклонений резки
.