способ изготовления из обечайки корпуса транспортной цистерны и устройство для формообразования из обечайки нецилиндрического корпуса транспортной цистерны

Формула изобретения

1. Способ изготовления из обечайки корпуса транспортной цистерны, заключающийся в деформировании обечайки с последующим размещением внутри нее поперек полости колец жесткости для сохранения полученной формы, соединения колец жесткости при помощи сварки с деформированной поверхностью внутренней полости корпуса, отличающийся тем, что формообразующее устройство устанавливают внутри обечайки, деформируют обечайку растягивающими усилиями, направленными от ее геометрической оси к внутренней поверхности до образования внутреннего поперечного контура, соответствующего наружному контуру кольца жесткости, устанавливают последнее во внутрь деформированной полости обечайки, уменьшают величину растягивающих усилий в формообразующем устройстве для охвата кольца жесткости по периметру внутренней поверхности деформированной обечайки.

2. Устройство для формообразования из обечайки нецилиндрического корпуса транспортной цистерны, содержащее базовый элемент, формообразующие элементы, соединенные с базовым элементом подвижно с возможностью принудительного возвратно-поступательного движения под действием силовых цилиндров, направляющие, обеспечивающие поступательное движение формообразующих элементов относительно базового элемента, отличающееся тем, что базовый элемент выполнен в виде рамы, а формообразующие элементы вертикальными и горизонтальными, каждый формообразующий элемент связан с рамой посредством по меньшей мере двух разнесенных друг от друга направляющих, силовые цилиндры связаны с вертикальными формообразующими элементами, при этом горизонтальные и вертикальные формообразующие элементы кинематически связаны своими концами между собой посредством наклонных пазов и элементов, входящих в эти пазы.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено пластинами, связанными каждая с соответствующим концом горизонтального формообразующего элемента, а наклонный паз выполнен на пластине сквозным.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что пластины с наклонными пазами выполнены сменными.

5. Устройство по пп.2 4, отличающееся тем, что в качестве элемента, входящего в наклонный паз, использован ролик.

6. Устройство по пп.2 5, отличающееся тем, что оно снабжено косынками, жестко связанными с соответствующими концами вертикальных формообразующих элементов, а ролики установлены на этих косынках.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологическому оборудованию, используемому для формования из тонкостенной обечайки корпуса цистерны с формой контура поперечного сечения отличной от цилиндрического, например, типа "чемодан", способу изготовления транспортной цистерны.

Известна установка наружного типа стыковки обечаек цилиндрической емкости (см. патент США N 4039115, кл. B 23 K 37/04, НКИ, кл. 228-44.5, 1976, свариваемых кольцевыми швами. Установка содержит поддерживающего кольца, снабженное равномерно распределенными по его окружности домкратами, с помощью которых осуществляют передачу радиальных усилий в направлении к оси обечайки по отношению к упомянутому кольцу, благодаря чему они принимают и поддерживают концы двух стыкуемых обечаек.

Недостаток установки заключается в том, что она не может быть использована для сборки и последующей сварки нецилиндрических обечаек по причине нарушения условий передачи усилий от домкрата к наружной поверхности обечайки. Ось штока каждого домкрата проходит через центр сжимаемой обечайки, поэтому усилие от домкрата на наружную поверхность обечайки передается под прямым углом к касательной в точке касания домкрата с обечайкой, т. е. величина усилия от каждого домкрата максимальная. Взаимодействие домкратов с нецилиндрической обечайкой уже невозможно потому, что длина штока домкратов одинакова. При увеличении длины штоков последние, будучи расположены радиально с постоянным шагом, из-за непостоянной кривизны нецилиндрической обечайки взаимодействуют с наружной поверхностью обечайки под углом к касательной в точке касания домкрата с обечайкой, отличным от прямого. В этом случае эффективность действия домкратов резко снижается из-за уменьшения величины усилия на обечайку. По причинам, изложенным выше, использование установки для сборки и последующей сварки тонкостенных цилиндрических обечаек привело бы к неоправданным экономическим затратам по причине их сложности, т. е. дорогостоимости.

Известно центрирующее устройство внутреннего типа, преимущественно для сборки труб под сварку (см. авт. св. СССР N 889361, кл. B 23 K 37/04 от 14.03.1980). Устройство содержит корпус, силовые цилиндры, поджимные башмаки, соединенные шарнирно через плунжеры с силовыми цилиндрами.

Недостаток устройства заключается в том, что его нельзя использовать для центрирования некруглых обечаек по причине переменной кривизны их внутренней поверхности в поперечном сечении. В этом случае оси толкателей располагаются к точке касания на внутренней поверхности обечайки проведенной через точку касания под углом, отличным от прямого. Конечная величина нормальных усилий, действующих на обечайку от толкателей, становится тем меньше, чем меньше угол между осью толкателя и касательной, проведенной через точку касания и плоскость, в которой лежит ось толкателя. Увеличение конечных усилий на концах толкателей повлекло бы за собой увеличение мощности привода, усложнение его конструкции, повышение материалоемкости всего центрирующего устройства, т. е. привело бы к существенному удорожанию его изготовления.

Известно также устройство для сборки под сварку тонкостенных металлических цистерн (см. СССР, авт. св. N 1250434, кл. B 23 K 37/04, 1985 г.), с верхней и нижней полуобечайками, днищами, продольными и поперечными элементами жесткости, содержащее смонтированные на основании матрицы для укладки полуобечаек, подвижный портал с прижимами в виде полуколец в виде полуколец, прижимы для выравнивания и поджима полуобечаек.

Недостаток устройства заключается в его низкой производительности, которая обусловлена последовательной формовкой верхней и нижней полуобечаек и последующей сборкой, заключающейся в размещении в нижней полуобечайке подкладки и ребер жесткости, с последующей укладкой верхней обечайки на нижнюю и соединение обечаек сваркой между собой продольными швами и с подкладками и ребрами жесткости и перегородками во внутренней полости.

Известно приспособление для сжатия кольца по диаметру (см.заявку Японии N 51-31219, МКИ B 23 K 37/60, НКИ 12В 106 от 30.09.74), используемое в сварочной установке. Приспособление содержит два оппозитно расположенных формообразующих наружных элемента для сжатия колец и последующей сварки их стыков. Строго поступательное движение элементов обеспечивается направляющими. Принудительное поступательное движение формообразующих элементов к кольцу и от него осуществляется гидроцилиндрами. Вовнутрь кольца перед обжатием его формообразующими элементами вставляют сердечник для образования кольцеобразности. Диаметр сердечника соответствует внутреннему диаметру кольца. Приспособление предназначено для изготовления колец изгибанием плоской стальной заготовки. При этом кольца имеют небольшую массу и небольшие размеры по наружному диаметру.

Недостаток приспособления заключаются в том, что его использование для формирования цистерны неэффективно по причине его существенно возросшей материалоемкости из-за возрастания массы сердечника. Сущность способа изготовления заключается в предварительном размещении внутри кольца стержня, после чего осуществляют обжатие вокруг него кольца.

Известен универсальный стенд для наружного формообразования обечайки для корпуса транспортной цистерны (см. прототип чертеж ОП-640-000, АО "ГРАЗ").

Стенд содержит основание 1, на котором закреплен и обращен вогнутой рабочей поверхностью кверху неподвижный формообразующий элемент 2; подвижный формообразующий элемент 3, образующий рабочей вогнутой поверхностью к рабочей поверхности неподвижного формообразующего элемента 2. Прямолинейность поступательного движения подвижного элемента 3 относительно неподвижного элемента, их строгое расположение относительно друг друга обеспечивается направляющими 4. Принудительное поступательное движение подвижного формообразующего элемента относительно неподвижного осуществляется гидроцилиндрами 5.

Способ изготовления заключается в предварительном размещении между формующими элементами тонкостенной обечайки 6, формовке ее путем принудительного перемещения верхнего формующего элемента 3 по направлению к нижнему до упора, последующей установке колец жесткости 7 во внутреннюю полость обечайки 6 поперек ее оси для закрепления полученной формы. При этом наружный контур колец жесткости должен соответствовать заданному контуру поперечного корпуса типа "чемодан". Кольца жесткости 7 размещают внутри обечайки в полости под прямым углом к ее геометрической оси и осуществляют прихватку колец к внутренней поверхности стенки цистерны 6 при помощи сварки.

Недостаток способа изготовления с помощью упомянутого выше стенда заключается в его неудовлетворительной технологичности и, следовательно, в более высокой трудоемкости изготовления. В процессе наружной формовки обечайки часто на ее поверхности образуются вмятины и складки, которые обусловлены нарушением ее проектной формы, вызванным, главным образом, процессом сварки и остаточной деформацией после технологического цикла вальцовки обечайки. При этом рихтовка корпуса цистерны также сопровождается ударами молота, ухудшая локальной деформацией внешний вид цистерны. Последующая установка колец жесткости 7 во внутреннюю полость формованной обечайки 6 осуществляется также вручную, преодолевая упругую остаточную деформацию, которая стремится возвратить обечайку в первоначальное исходное состояние. Установку колец жесткости 7 во внутреннюю полость обечайки осуществляют также вручную ударами молотка, закрепив предварительно обечайку относительно неподвижного формообразующего элемента 2.

Недостаток устройства заключается в том, что наружное формообразование обечайки с помощью этого устройства возможно только после установки во внутреннюю обечайку колец жесткости, что, как уже указывалось выше, является весьма трудоемким технологическим процессом, т. е. известно устройство функционирует в тесной связи с заданным упомянутым выше способом.

Из известных способов и устройств наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и выполняемой функции является стенд для наружного формообразования (см. прототип чертеж ОП-640-000 АО "ГРАЗ") и способ, осуществляемый с помощью упомянутого выше стенда.

Целью изобретений является облегчение и ускорение процесса изготовления транспортной цистерны, повышение качества продукции за счет улучшения поверхности цистерны.

Поставленные цели достигаются тем, что в известном способе изготовления из обечайки преимущественно нецилиндрического корпуса транспортной цистерны, заключающиеся в деформировании обечайки с размещением внутри нее поперек полости колец жесткости для удержания полученной формы, соединении колец при помощи сварки с поверхностью внутренней полости корпуса и последующей сварки встык с другой частью корпуса, формообразующее устройство устанавливают внутри обечайки, деформируют обечайку растягивающими усилиями, направленными от оси обечайки к ее внутренней поверхности до образования внутреннего поперечного контура, соответствующего наружному контуру кольца жесткости, устанавливают последнее вовнутрь деформированной полости обечайки, уменьшают величину растягивающих усилий в формообразующем устройстве для охвата кольца жесткости по периметру внутренней поверхностью корпуса.

Поставленные цели достигаются также тем, что в устройстве для изготовления из обечайки преимущественно нецилиндрического корпуса транспортной цистерны, содержащем базовой элемент, формообразующие элементы, силовые цилиндры для принудительного возвратно-поступательного перемещения формообразующего элемента, направляющие для обеспечения точного поступательного движения формообразующего элемента относительно базового элемента, базовый элемент выполнен в виде рамы, каждый формообразующий элемент соединен с рамой подвижно посредством по меньшей мере двух разнесенных друг от друга направляющих, причем каждый из вертикальных формообразующих элементов соединен с рамой, кроме того посредством силового цилиндра, а концами кинематически с соответствующими горизонтальными формообразующими элементами посредством наклонных пазов и элементов, входящих в эти пазы.

Наклонный паз выполнен на пластине сквозным, при этом каждая из пластин соединена с соответствующим концом горизонтального формообразующего элемента.

Пластины с наклонными пазами соединены с горизонтальными формообразующими элементами с возможностью регулировки угла наклона пазов.

Пластины с наклонными пазами выполнены сменными.

Кинематическая связь вертикального формообразующего элемента с горизонтальным осуществлена посредством ролика, размещенного в наклонном пазу. Каждый из роликов соединен с вертикальным формообразующим элементом посредством косынки, жестко соединенной с соответствующего элемента. Деформирование обечайки растягивающими усилиями, направленными от оси обечайки к ее внутренней поверхности с помощью формообразующего устройства, установленного внутри ее полости поперек оси позволило избежать образования гофров, что нередко имело место при наружном формовании сжатия обечайки. Установка кольца жесткости в предварительно растянутую изнутри обечайку формообразующим устройством, наружный контур которого в трансформированном положении соответствует наружному контуру кольца жесткости позволило существенно облегчить и ускорить изготовление из обечайки корпуса транспортной цистерны. Последующее уменьшение растягивающих усилий с целью охвата кольца жесткости по периметру внутренней поверхности корпуса и соединение его со стенкой корпуса сваркой надежно фиксирует форму корпуса, образованную действием на него изнутри формообразующего устройства. Использование в дальнейшем в качестве центрирующего устройства формообразующего устройства для стыковки свариваемых кромок позволило существенно ускорить изготовление корпуса транспортной цистерны. Выполнение базового элемента в виде рамы в устройстве для изготовления из обечайки нецилиндрического корпуса транспортной цистерны с формообразующими элементами, направляющими и силовыми в плоскости создать устройство менее материалоемкое, т. е. легкое, прочное и жесткое по конструкции, незначительное по толщине. Все эти свойства способствуют лучшему манипулированию и размещению устройства во внутренней полости обечайки, подготовленной к формообразованию.

Наличие направляющих, обеспечивающих строгое поступательное движение формообразующих элементов, соединение вертикальных формообразующих элементов с рамой, кроме того, через силовые цилиндры позволило создать надежную в функциональном отношении конструкцию устройства.

Соединение концами вертикальных формообразующих элементов с соответствующими концами горизонтальных формообразующих элементов посредством наклонных пазов и элементов, входящих в эти пазы, позволило синхронизировать движения формообразующих элементов как при сжатии устройства, так и при его трансформации и уменьшить количество силовых цилиндров в 2 раза. Выполнение наклонных пазов на пластинах сквозными позволило создать надежную кинематическую связь между формообразующими элементами.

Выполнение пластин сменными и с возможностью регулировки положения наклонных пазов позволило расширить диапазон использования устройства на разные типоразмеры цистерн.

Осуществление кинематической связи вертикальных формообразующих элементов с горизонтальным производится через ролики, размещенные в наклонных пазах, что позволило существенно уменьшить величину усилий для перемещения формообразующих элементов при формообразовании обечайки.

Сравнительный анализ признаков заявляемых объектов (способа и устройства) и прототипа показал, что формование обечайки растягивающими усилиями с помощью предлагаемого устройства, устанавливаемого вовнутрь обечайки, имеют преимущество по сравнению с известными способами и устройством в части получения более качественной формуемой поверхности цистерны за счет устранения складок и гофров, снижения трудоемкости изготовления за счет устранения такой технологической операции, как последующее исправление дефектов путем рихтовки обечайки вручную молотом, свидетельствующую с тяжелом и малопроизводительном труде слесарей-сборщиков. Таким образом, заявляемые способ и устройство соответствуют критерию "новизна". Использование устройства по типу предлагаемой конструкции ускорит процесс изготовления цистерн также за счет того, что его эксплуатацию осуществляют на уровне пола, т. е. обязательно подъема обечайки для формообразования на двухметровую высоту, как это имеет место в существующем технологическом процессе с использованием стенда по прототипу (см. чертеж ОП-640-000).На фиг. 1 представлено устройство для формообразования обечайки; формообразующие элементы смещены к центру; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 устройство для формообразования обечайки; формообразующие элементы отведены от центра; на фиг. 4 начальное положение формообразующего элемента; на фиг. 5 промежуточное положение формообразующего элемента в технологическом цикле.

Устройство для формообразования из обечайки транспортной цистерны и поперечном сечении типа "чемодан" и сборки ее с кольцами жесткости для закрепления образованной формы и для придания корпусу цистерны прочности и жесткости базовый элемент, выполненный в виде рамы 1, вертикальные формообразующие элементы 2, горизонтальные формообразующие элементы 3. Каждый вертикальный формообразующий элемент с рамой 1 подвижно посредством двух разнесенных друг от друга направляющих втулок 4, жестко соединенных с рамой 1, в отверстиях которых (втулок) расположены подвижно с возможностью поступательного движения стержни 5. Стержни 5 жестко соединены одними концами с формообразующими элементами 2, а свободные их концы снабжены ограничителями движения в виде гайки 6 и шайбы 7. Для принудительного перемещения вертикальных 2 и кинематически с ними соединенных горизонтальных формообразующих 3 по центру горизонтально в плоскости рамы 1 размещены и соединены с ней жестко гидроцилиндры 8, соединенные подвижными штоками 9 с вертикальными формообразующими элементами 2. Каждый горизонтальный формообразующий элемент соединен с рамой 1 подвижно с возможностью поступательного движения относительно нее посредством двух, разнесенных друг от друга направляющих втулок 10, в которых с возможностью поступательного движения установлены стержни 11, соединенные жестко одними концами с тыльными поверхностями горизонтальных формообразующих элементов. Каждый из горизонтальных формообразующих элементов соединен концами (двумя) кинематически посредством наклонных пазов "а" и роликов 12, входящих в эти пазы. Наклонные пазы "а" выполнены на пластине 13 сквозными, при этом каждая из пластин соединена с соответствующим концом горизонтального формообразующего элемента 3 при помощи крепежа "3". Пластины 13 выполнены сменными. Каждый из роликов 12 соединен с вертикальным формообразующим элементом 2 посредством косынки 14, жестко соединенной с соответствующим концом формообразующего элемента 2. Рассмотренное выше устройство относится к внутреннему типу, т. е. оно предназначено для формообразования обечайки 15 изнутри путем размещения устройства в ее внутренней полости поперек оси и последующего закрепления от формованной части корпуса 16 цистерны кольцами жесткости 17.

Способ изготовления из обечайки 15 корпуса транспортной цистерны в поперечном сечении типа "чемодан" включает в себя последовательно осуществляемые во времени приемы и технологические операции. В неформованную тонкостенную обечайку 15, предварительно установленную на ложементе (на чертежах не показано) и закрепленную относительно них, вводят и устанавливают в ее внутреннюю полость формообразующее устройство (см. фиг. 1), формообразующие элементы 2 и 3 которого поджаты в направлении к раме 1. Устройство устанавливают вовнутрь обечайки 15 (см. фиг 4) под прямым углом к ее осина расстояние от кромки, достаточно для размещения в ней после ее деформации кольца жесткости 17. После этого приводят в действие гидроцилиндры 8, которые через штоки 9 и вертикальные формообразующие элементы жидкости 2 воздействуют на внутреннюю поверхность обечайки 15 растягивающими усилиями, деформируют ее. Горизонтальные формообразующие элементы 3, будучи кинематически соединенными с вертикальными формообразующими элементами 3 посредством роликов 12, входящих в наклонные сквозные пазы "а" на пластинах 13, перемещают горизонтальные элементы 3 также в направлении в внутренней поверхности обечайки 15 для ее формообразования. При этом прямолинейное движение элементов 2 обеспечивается направляющими втулками 4 и стержнями 5 с гайками 6 и шейками 7 на концах, ограничивающими поступательное движение вертикальных формообразующих элементов 2, в вместе с ним и горизонтальных формообразующих элементов 3. Под действием формообразующих элементов 2 и 3, действующих синхронно, тонкостенная обечайка принимает заданную форму 16, после чего во внутреннюю полость ее устанавливают кольцо жесткости 17, наружный контур которого соответствует внутреннему контуру корпуса 16 в поперечном сечении. Затем уменьшают величину растягивающих усилий, действующих на формообразующие элементы 2 и 3, оболочка корпуса 16 охватывает по периметру кольцо жесткости 17 под действием сил упругости, возникших в деформированной обечайке корпуса 16, (см. фиг. 3), после чего осуществляют прихватку его сваркой к внутренней поверхности корпуса 16, а формообразующее устройство перемещают вглубь корпуса 16. Далее технологический цикл повторяется.