зажимное устройство волочильного стана

Формула изобретения

1. Зажимное устройство волочильного стана, преимущественно для получения труб с винтовыми гофрами, содержащее тележку, соединенный с нею корпус, зажимные элементы, установленные с возможностью вращения вокруг оси устройства и перемещения их рабочих поверхностей в направлении ось устройства - периферия устройства при взаимодействии зажимных элементов с первым звеном вращательной кинематической пары, второе звено которой соединено с приводом зажимных элементов с возможностью возвратно-поступательных перемещений относительно корпуса, отличающееся тем, что оно снабжено установленным внутри корпуса с возможностью вращения вокруг оси устройства и зафиксированным от осевого смещения относительно корпуса валом, связанным с зажимными элементами с возможностью перемещения рабочих поверхностей зажимных элементов в направлении ось устройства - периферия устройства, и элементами, дающими возможность соединения вала с приводом вращения, при этом корпус жестко соединен с тележкой, а второе звено вращательной кинематической пары установлено снаружи корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал связан с зажимными элементами посредством выполненных на нем наклонных направляющих, в которых установлены с возможностью перемещения зажимные элементы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращательная кинематическая пара установлена с совпадением ее оси вращения с осью устройства.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что ограничение перемещений вдоль оси устройства первого звена вращательной кинематической пары относительно второго и осевая фиксация вала относительно корпуса выполнены посредством подшипников.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что подшипники выполнены в виде упорных подшипников качения.

6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что возможность вращения вала относительно корпуса и первого звена вращательной пары относительно второго выполнена соединением их между собой посредством подшипников.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что подшипники выполнены в виде подшипников качения.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод вращения имеет элементы, обеспечивающие свободное вращение вала при их отключении.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что элементы, обеспечивающие возможность отключения вала от привода вращения, выполнены в виде сцепной муфты.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод вращения имеет элементы для свободного вращения вала при скорости его вращения, превышающей скорость привода вращения.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутые элементы привода вращения выполнены в виде муфты свободного хода.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод вращения снабжен элементами, позволяющими регулировать величину крутящего момента, передаваемого на вал.

13. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что составные части устройства выполнены и установлены с возможностью образования внутренней сквозной свободной зоны вокруг оси устройства, размеры поперечного сечения которой не меньше наружного диаметра получаемой трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления труб с винтовыми гофрами.

Известно зажимное устройство волочильного стана, преимущественно для получения труб с винтовыми гофрами, содержащее тележку, соединенный с нею корпус, зажимные элементы, установленные с возможностью вращения вокруг оси устройства и перемещения их рабочих поверхностей в направлении ось устройства - периферия устройства при взаимодействии зажимных элементов с первым звеном вращательной кинематической пары, второе звено которой выполнено с возможностью возвратно-поступательных перемещений относительно корпуса и соединено с приводом зажимных элементов (RU 2185907 С1, В 21 С 1/28, 27.07.2002).

Недостатком известного устройства являются увеличенные габариты и металлоемкость его, ограниченные технологические возможности, выражающиеся в следующем:

1. Ограниченные диапазоны геометрических параметров изготавливаемых гофров (высота, угол подъема винтовой линии и т.п.);

2. Низкое качество изготавливаемых труб (искажение и нестабильность параметров гофров как в поперечном, так и в продольном сечениях).

Указанные недостатки объясняются тем, что в процессе формирования гофров на трубе волочением постоянно меняется расстояние между зажимным устройством, в котором зафиксирован конец трубы, и очагом деформации; т.е. постоянно меняется расстояние между точкой приложения осевого усилия, прикладываемого к трубе, и очагом деформации. В результате меняются жесткостные параметры изготовляемого гофрированного участка трубы, что приводит к изменению параметров гофров и угла подъема их винтовой линии по длине трубы, к ограничению длины изготавливаемых труб, к ограничению параметров поперечного сечения гофров. Размещение зажимных элементов и звеньев вращательной кинематической пары внутри корпуса, который сам находится во внутренней полости тележки, увеличивает габариты и металлоемкость устройства.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества, уменьшение габаритов и металлоемкости.

Поставленная задача решается тем, что зажимное устройство волочильного стана, содержащее тележку, соединенный с нею корпус, зажимные элементы, установленные с возможностью вращения вокруг оси устройства и перемещения их рабочих поверхностей в направлении ось устройства - периферия устройства при взаимодействии зажимных элементов с первым звеном вращательной кинематической пары, второе звено которой соединено с приводом зажимных элементов с возможностью возвратно-поступательных перемещений относительно корпуса, согласно изобретению снабжено установленным внутри корпуса с возможностью вращения вокруг оси устройства и зафиксированным от осевого смещения относительно корпуса валом, связанным с зажимными элементами с возможностью перемещения их рабочих поверхностей в направлении ось устройства - периферия устройства, и элементами, дающими возможность соединения вала с приводом вращения, при этом корпус жестко связан с тележкой, а второе звено вращательной кинематической пары установлено снаружи корпуса. Вал может быть связан с зажимными элементами посредством выполненных на нем наклонных направляющих, в которых установлены с возможностью перемещения зажимные элементы.

Вращательная кинематическая пара установлена так, что ее ось вращения может совпадать с осью устройства. Ограничение перемещений вдоль оси устройства первого звена вращательной кинематической пары относительно второго и осевая фиксация вала относительно корпуса могут быть выполнены посредством подшипников, которые могут быть выполнены в виде упорных подшипников качения. Возможность вращения вала относительно корпуса и первого звена вращательной кинематической пары относительно второго может быть осуществлена посредством подшипников, которые могут быть выполнены в виде подшипников качения. Привод вращения может иметь элементы, которые обеспечивают свободное вращение вала при их отключении и которые могут быть выполнены в виде сцепных муфт. Привод вращения может иметь элементы для свободного вращения вала при скорости его вращения, превышающей скорость привода вращения, которые могут быть выполнены в виде муфт свободного хода. Привод вращения может быть снабжен элементами, дающими возможность регулирования величины крутящего момента, передаваемого на вал. Составные части устройства могут быть выполнены и установлены с возможностью образования внутренней сквозной свободной зоны вокруг оси устройства, размеры поперечного сечения которой не меньше наружного диаметра получаемой трубы.

Снабжение устройства установленным внутри корпуса с возможностью вращения вокруг оси устройства и зафиксированным от осевого смещения относительно корпуса валом, связанным с зажимными элементами с возможностью перемещения их рабочих поверхностей в направлении ось устройства - периферия устройства, и элементами, дающими возможность соединения вала с приводом вращения; а также жесткое соединение корпуса с тележкой и установка второго звена вращательной кинематической пары снаружи корпуса позволяют: уменьшить габариты устройства и тем самым уменьшить его металлоемкость; уменьшить осевое усилие, передаваемое на трубу за счет сообщения ей крутящего момента в процессе формообразования гофров, что снижает вероятность потери трубой осевой устойчивости или осевого растяжения гофрированной части и, как следствие, позволяет увеличить длину гофрированной части изготавливаемой трубы и расширить диапазон геометрических параметров гофров, т.е. расширить технологические возможности и повысить качество.

Размещение зажимных элементов с возможностью перемещения в наклонных направляющих, выполненных на валу, позволяет уменьшить габариты и металлоемкость. Размещение вращательной кинематической пары с совпадением ее оси вращения с осью устройства обеспечивает эффективную передачу усилия от привода к зажимным элементам при фиксации ими трубы, т.е. при совершении ими рабочего хода. Ограничение перемещений вдоль оси устройства первого звена вращательной кинематической пары относительно второго и осевая фиксация вала относительно корпуса посредством подшипников, выполненных в виде упорных подшипников качения, а также реализация возможности вращения вала относительно корпуса и первого звена вращательной кинематической пары относительно второго посредством подшипников качения уменьшает момент сопротивления повороту вала и зажимных элементов с зажатой в них трубой, что позволяет изготавливать гофрированные трубы с уменьшенным отношением толщины стенки трубы к ее диаметру, что расширяет диапазон типоразмеров изготавливаемых труб. Снабжение привода вращения элементами, обеспечивающими свободное вращение вала путем отключения его от привода, позволяет увеличить число сочетаний силовых воздействий на трубу и исключить непредусмотренные технологией силовые воздействия, что расширяет технологические возможности.

Выполнение элементов, обеспечивающих возможность отключения вала от привода вращения, в виде сцепных муфт упрощает управление приводом, повышает надежность работы и, следовательно, повышает качество. Снабжение привода вращения элементами, дающими возможность свободного вращения вала при его скорости, превышающей скорость привода вращения, исключает недопустимое воздействие крутящего момента на трубу, что повышает ее качество. Выполнение упомянутых элементов в виде муфт свободного хода (обгонных) упрощает и повышает надежность, что повышает качество. Снабжение привода вращения элементами, позволяющими регулировать величину крутящего момента, передаваемого на вал, расширяет технологические возможности за счет увеличения диапазона размеров обрабатываемых труб. Выполнение и установка составных частей устройства с возможностью образования внутри устройства сквозной свободной зоны вокруг оси устройства, размеры поперечного сечения которой не меньше наружного диаметра получаемой трубы, позволяет изготавливать трубы увеличенных длин, т. е. снимает ограничения, накладываемые длиной рабочего хода тележки на длину изготавливаемой трубы, что расширяет технологические возможности.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, соединение зажимного элемента с валом; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1, соединение второго звена вращательной кинематической пары, корпуса, тележки, станины.

Устройство включает в себя тележку 1, на которой жестко закреплен корпус 2, вал 3, установленный посредством радиальных 4, 5 и упорных 6, 7 подшипников в корпусе 2. Вал 3 связан с зажимными элементами (в качестве которых могут быть использованы любые известные, например, клиновые, цанговые, эксцентриковые и др.) с возможностью перемещения их рабочих поверхностей в направлении ось устройства - периферия устройства.

Одним из вариантов может быть установка в наклонных направляющих 8 вала 3 кулачков 9, 10, количество которых может быть два и более. Кулачки 9, 10 имеют рабочие поверхности 11, обращенные к оси устройства 12 и параллельные ей. Втулка 13 (первое звено вращательной кинематической пары) посредством радиальных 14, 15 и упорных 16, 17 подшипников установлена в ползуне 18 (во втором звене вращательной кинематической пары), смонтированном на корпусе 2 с возможностью перемещения параллельно оси устройства 12 и зафиксированном от вращения вокруг упомянутой оси шпонкой 19. Во втулке 13 выполнены поверхности 20, 21, которыми она может входить в контакт с кулачками 9, 10. Ползун 18 соединен с выходным звеном 22 закрепленного на корпусе 2 привода 23 кулачков 9, 10.

В качестве привода 23 может быть использован привод любого известного типа, выходное звено которого может сообщить ползуну 18 возвратно-поступательные перемещения, например гидро-, пневмо- и электро- механический зубчатый, червячный, реечный, цепной и т.п. Между ползуном 18 и выходным звеном 22 установлен упругий элемент 24, в качестве которого может быть использован любой известный, например винтовая пружина сжатия, тарельчатая пружина, пластинчатая пружина и т.п. Вал 3 снабжен элементами (в данном случае шпоночным пазом и шпонкой 25), дающими возможность соединения его с приводом вращения, который включает в себя двигатель 26, передачу 27, элементы 28, обеспечивающие свободное вращение вала 3 при их отключении, и элементы 29, обеспечивающие возможность свободного вращения вала 3 при скорости его вращения, превышающей скорость вращения вала 30 привода вращения.

В качестве передачи 27 может быть использована передача любого известного типа, например зубчатая, червячная, цепная, ременная и т.п., а также редуктор. В качестве элементов, обеспечивающих соединение вала 3 с приводом вращения, кроме шпонок 25 могут быть использованы элементы других известных соединений, например шлицевого, фланцевого и др. В качестве элементов 28, обеспечивающих отключение от привода вращения вала 3 для его свободного вращения, могут быть применены как управляемые дистанционно с пульта, так и управляемые вручную сцепные муфты, например фрикционные, кулачковые или зубчатые. Элементы 29 могут быть выполнены в виде муфт свободного хода (обгонных муфт), например с храповиком, фрикционных роликовых и др. В зависимости от конкретных производственных условий, например при единичном или мелкосерийном производстве гофрированных труб, возможно применение ручного привода вращения; в этом случае муфта свободного хода 29 может быть установлена непосредственно на валу 3 с возможностью передачи через нее крутящего момента на вал 3 вручную. Привод вращения снабжен элементами, позволяющими регулирование величины крутящего момента, передаваемого навал 3, в качестве которых могут быть использованы, например, любые известные предохранительные муфты (фрикционные дисковые, фрикционные конусные, пружинно-кулачковые, пружинно-шариковые и др.). Упомянутые муфты могут быть установлены отдельно (на фиг. не показано) или их функции могут выполнять элементы 28. Перечисленные детали, в том числе кулачки 9, 10, в исходном положении - рабочие поверхности 11 отведены от оси устройства 12, выполнены и установлены с образованием внутренней сквозной свободной зоны 31 вокруг оси устройства 12, размеры поперечного сечения которой не меньше наружного диаметра получаемой трубы 32. Перед установкой между рабочими поверхностями 11 зажимных кулачков 9, 10 трубы 32 в нее вставляют оправку 33. Тележка 1 установлена на станине 34.

Устройство работает в следующей последовательности.

Приводят устройство в исходное положение, для чего включают привод 23 на перемещение ползуна 18 в сторону удаления поверхностей направляющих 8 от оси устройства 12. Ползун 18 через подшипник 16 воздействует на втулку 13, которая своей поверхностью 20 воздействует на кулачки 9, 10, заставляя их перемещаться по направляющим 8, при этом рабочие поверхности 11 кулачков 9, 10 отводятся от оси устройства 12 к периферии. Трубу 32 со вставленной в нее оправкой 33 вводят в пространство между рабочими поверхностями 11 кулачков 9, 10, привод 23 включают на перемещение ползуна 18 в сторону приближения поверхностей направляющих 8 к оси устройства 12. Ползун 18 через подшипник 17 воздействует на втулку 13, которая своей поверхностью 21 воздействует на кулачки 9,10, заставляя их перемещаться по направляющим 8; при этом рабочие поверхности 11 кулачков 9, 10 приближаются к оси устройства 12 и зажимают трубу 32.

В таком положении включают перемещение тележки 1 по станине 34 и двигатель 26 привода вращения, который через передачу 27, элементы 29 и 28 сообщает крутящий момент валу 3 кулачкам 9, 10 и зажатой в них трубе 32, т.е. совершают рабочий ход волочильного стана, при этом инструмент (не показан) воздействует на получаемую трубу, образуя на ней винтовые впадины и выступы (гофры). Чтобы снизить до минимума вероятность выскальзывание трубы 32 из кулачков 9, 10, установлена пружина 24, которая компенсирует возможное ослабление силового воздействия выходного звена 22 привода 23 на ползун 18 в процессе совершения рабочего хода стана. После формообразования гофров на участке трубы 32 требуемой длины тележку 1 и двигатель 26 останавливают, устройство приводят в исходное положение, трубу 32 извлекают из устройства, затем цикл повторяют. Если в процессе совершения рабочего хода стана скорость вращения участка трубы 32, зажатого в кулачках 9, 10, окажется выше скорости вращения, задаваемой двигателем 26 и передачей 27, то это не приведет к торможению вала 3, кулачков 9, 10 и зажатой в них трубы 32, т.к. сработает муфта свободного хода 29, что исключает брак. Изготовление труб разных размеров (диаметра, толщины стенки, длины, высоты гофров, угла подъема их винтовой линии и т. п. ) требует разного крутящего момента, что обеспечивают соответствующей настройкой муфты 28. В конкретных производственных условиях бывают случаи, когда воздействие привода вращения на трубу 32 нежелательно; в таких случаях отключают муфту 28 и вращение вала 3 становится независимым от вала 30.

При необходимости изготовить трубу, длина гофрируемой части которой превышает длину рабочего хода тележки 1 по станине 34, поступают следующим образом: сначала совершают вышеописанные действия и осуществляют рабочий ход волочильного стана, затем отводят кулачки 9, 10 от оси устройства 12 в исходное положение и, оставляя трубу 32 неподвижной относительно деформирующего инструмента, перемещают к нему тележку 1, которая при этом благодаря внутренней сквозной зоне 31 перемещается относительно неподвижной трубы 32, затем зажимают трубу 32 кулачками 9, 10 и совершают следующий рабочий ход. Таким образом, выполненная в устройстве внутренняя сквозная зона 31, позволяющая совершать перемещения устройства относительно трубы 32, снимает ограничения, накладываемые длиной рабочего хода тележки 1 на длину гофрированной части изготавливаемой трубы 32.

Предложенное зажимное устройство волочильного стана позволяет снизить габариты и металлоемкость устройства и расширить технологические возможности.