Устройство для резки на заданные длины движущегося длинномерного материала
Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве мерных заготовок, например из проволоки, или катанки на правильно-отрезных станках. С целью повышения производительности и уменьшения длины минимально отрезаемого стержня предлагается устройство электромагнитной реверсивной обгонной муфты, встроенной в устройство отмеривания стержней. Электромагнитная реверсивная обгонная муфта, содержащая соосные корпус, звездочку с пазами между ними, сужающимися по краям и ролики, размещенные в пазах, в которой для обеспечения дистанционного управления в нее введены по обе стороны звездочки соосные с фиксируемой шестеренно-реечным механизмом звездочкой первый и второй водила, на которых установленны ролики, размещенные в пазах между звездочкой и корпусом. Каждое водило сопряжено с соответствующими электромагнитами, независимо друг от друга поворачивающими их в крайние положения по, или против часовой стрелке.
Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве мерных заготовок, например из проволоки, или катанки.
Известны устройства непрерывного отмеривания движущегося стержня без остановки при его отрезке. Специальные станки-автоматы для правки и резки круглой стали диаметром до 12÷14 мм (АН-8, АН-8-2, АН-14, С-338, СМ-758, СМ-759) были снабжены устройством для отмеривания длины без остановки стержня и вращающимися ножами. Мерительный ролик с насечкой, соединенный с трехдисковым фрикционным вариатором, дающим сигнал на включение ножевых головок, обеспечивал непрерывную подачу стержня. Основным недостатком этих устройств является низкая точность, приводящая к отходам, превышающим допустимые 4% от объема перерабатываемой стали. Например, для стержней длиной 6 м допускается разброс ±5 мм, желательно, чтобы он был в пределах -3
-5 мм. В паспорте станка СМ-759 было записано, что на длине 3 м разброс составляет ±75 мм, а реальный разброс доходил до ±100÷150 мм. Это приводило к необходимости заготавливать стержни большей длины и лишнее отрезать на станках для резки арматурных стержней.
Нестабильность длины отрезаемых стержней объяснялась разными причинами, такими как проскальзывание ролика на стержне, износ фрикционных дисков, шаг зубчатой муфты включения ножевых головок. Главной причиной разброса длины отрезаемых стержней является то, что все операции по включению ножей выполняются последовательно после получения команды от отмеривающего устройства, т.е. после отмеривания стержня заданной длины. Стабильные составляющие запаздывания всех этих операций возможно учесть, но каждая из них имеет нестабильную составляющую. Наиболее значимой является нестабильность срабатывания электромагнитов включения ножевых головок, возрастающая в условиях, когда в воздухе витает окалина, которая может попадать в подвижные части механизма включения ножей и удаляться в процессе движения.
Совершенствование этих счетчиков бесперспективно, поэтому были предложены новые конструктивные решения. В ЦНИИОМТП был создан станок СМЖ-192 для заготовки коротких стержней (а.с. 
206541, Бюл. 1, 1968). Изменение длины стержней осуществлялось перемещением механизма правки и выправляемого стержня параллельно образующим конических ножевых головок. В ЦНИИОМТП был разработан станок (проект 1561), в котором при непрерывной подаче применено электромагнитное приемно-отмеривающее устройство с концевым измерителем (а.с. 196706, Бюл. 12, 1967 и а.с. 283977, Бюл. 32, 1970) в сочетании с вращающимися свободными (неприводными) ножами (а.с. 211507, Бюл. 28, 1968 и а.с. 480483, Бюл. 30, 1975). В приемном устройстве стержень проходит снизу роликов, снабженных электромагнитами. Исключена операция открывания устройства, что сокращает время и повышает стабильность. Ножи выполнены «самозаклинивающимися»; ножевые диски подталкиваются по команде измерителя и проворачиваются движущимся стержнем, обрезая его.
Станки общего назначения (ИО-33А, ИО-35Е, ИО-35В, ИОА-35Е, ИБО-32, И-6118, И-6022), а затем и специализированные (СМЖ-357, СМЖ-588, СМЖ-588А) имели циклическое действие и были снабжены конечными выключателями и рычажными ножами. Эти станки вытеснили станки непрерывного действия, т.к. на них обеспечивается высокая точность отрезаемых стержней по длине (±2÷3 мм). Но по сравнению со станками непрерывного действия в качестве «платы» за точность циклически работающие станки имеют следующие недостатки:
- пониженная скорость подачи стержня;
- более низкая производительность при повышении энергоемкости;
- повышенный износ тянущих роликов и повреждение поверхности стержня даже при наличии механизма разведения тянущих роликов;
- повышение износа нажимных элементов барабанного механизма правки;
- необходимость иметь специальные направляющие, удерживающие стержень от потери устойчивости, которые усложняют конструкцию станка, его настройку на заданную длину стержня (выполняется с помощью набора упорных стержней) и увеличивают силу подачи стержня. Эти направляющие требуют периодической замены из-за волнообразного износа.
Кроме этого замена непрерывной подачи на циклическую при наличии тянущих роликов и барабанного механизма правки приводит к новым проблемам, часто скрытым. Среди них накопление на каждом стержне во время его остановки малоцикловых усталостных явлений под нажимными элементами вращающегося барабана. Если, например, барабан имеет 3000 об/мин., а время остановки, которая составляет всего ~0,5 с, то за это время под нажимными элементами произойдет ~25 знакопеременных изгибов; при этом напряжения под нажимными элементами, кроме крайних, будут за пределом текучести. При остановке на время отрезки стержня неэффективно расходуется энергия механизма подачи, а вращение правильного барабана оказывает вредное воздействие, снижая усталостную прочность арматурного стержня.
С целью устранения вышеназванных недостатков были сделаны попытки вернуться к конструкции станка непрерывного действия, но с обеспечением высокой точности.
В развитие конструкции станка СМЖ-192 был предложен механизм пропуска реза для конических ножевых головок (а.с. 356029, Бюл. 32, 23.10.1972), что позволяет отрезать стержни любой заданной длины. Необходим только счетчик числа оборотов. Но такой станок сложен в изготовлении, монтаже и эксплуатации, что подтвердилось при изготовлении станка (в мастерских ЛИСИ) для завода металлической мебели.
Счетчик, снабженный парой попеременно работающих подвижных следящих контактов, примагничивающихся к мерительному диску, обеспечивает непрерывность процесса отмеривания. Контакт доходит до упора и включает механизм резки, второй контакт примагничивается к диску, а первый возвращается в исходное положение. Часть операций выполняется одновременно с подачей стержня, что в несколько раз повысило точность, но она не достигла требуемой (а.с. 349873, Бюл. 26, 04.09.1972).
Анализ процесса отмеривания без остановки стержня показал, что борьба с нестабильностью процесса бесперспективна. Известно, что снижение погрешности в ~2 раза (что явно не достаточно) усложняет конструкцию оценочно в ~5 раз и этим снижает надежность.
Наиболее близким техническим решением к заявленному устройству является устройство для резки движущегося длинномерного материала, снабженное устройством пропуска реза, счетчиком числа оборотов и управляемым дифференциальным механизмом, заранее корректирующем доворот ножевых дисков (а.с. 1323257, Бюл. 26, 15.07.1986).
Недостатком прототипа является отсутствие конструктивного решения обгонной муфты. В прототипе только указано, что обгонная муфта (п.2 формулы изобретения) может быть выполнена реверсивной, но не дано ее конструктивное решение.
Для достижения высокой точности заготовки стержней с шаговым изменением длины достаточно иметь жесткую кинематическую связь подающих роликов и ножевых валов, счетчик числа оборотов и механизм пропуска реза. Выход ножей в позицию реза происходит заранее и не важен разброс этого процесса по времени, необходимо, чтобы ножи были готовы к процессу резки до его начала. Точность гарантируется жесткой кинематической связью. Дальнейшее решение, обеспечивающее любую требуемую длину отрезаемых стержней, не составляло труда. В кинематическую цепь был введен управляемый дифференциальный механизм, заранее корректирующий доворот ножевых головок.
Целью предлагаемого устройства, является конструктивное решение реверсивной обгонной муфты устройства для резки длинномерного движущегося изделия (см. фиг.1) на заданные длины, что повышает его производительность и уменьшает минимальную длину отрезаемого стержня.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена кинематическая схема механизмов подачи и резки движущегося стержня на мерные длины, на которой 1 - разрезаемый стержень, 2 - подающие ролики, 3 - трансмиссия, 4 - отрезные вращающиеся головки с ножами, 5 - дифференциальный механизм, 6 - реечно-шестеренчатая система управления дифференциалом, 7 - обгонная муфта, 8 - тормоз, 9 - счетчик числа оборотов подающих роликов.
На фиг.2 приведена циклограмма работы устройства, на которой С - сброс счетчика на 0; НВ - возврат ножей в положение пропуска реза; Р - возврат рейки; ТО - отключение тормоза; Д - поворот дифференциала; ТВ - включение тормоза; HP - вывод ножей в положение реза; (1÷5 - подача стержня роликами; 1'÷5' - поворот отрезных дисков с опережением).
На фиг.3 приведен пример устройства пропуска реза в виде управляемого самотормозящего клина на вращающихся ножах.
На фиг.4 изображена конструктивная схема электромагнитной обгонной муфты 7, на которой 10 - подвижный корпус, 11 - неподвижная звездочка, 12 - ролики, 13, 15 - водила, 14, 16 - электромагниты
Устройство для резки движущегося длинномерного материала содержит подающие ролики 2 и вращающиеся отрезные диски 4, снабженные механизмами пропуска реза (не показаны). Механизм пропуска реза может быть выполнен конструктивно по-разному. Возможна установка отрезных дисков 4 на поворотных рычагах, разводимых для пропуска реза, и выполнение ножей, убирающихся в отрезные диски 4 с помощью, например, самотормозящих клиньев (см. фиг.3).
Валы подающих роликов 2 соединены шестернями 3. На одном валу установлен счетчик 9 числа оборотов, а на приводном валу шестерня, соединена посредством шестерни вала ножевых дисков 4 с конической шестерней дифференциального механизма 5, в котором оси сателлитов образуют с валом крестовину дифференциала (может быть корпус или рамка). Вал ножевых дисков 4 одним концом установлен в подшипнике конической шестерни дифференциального механизма, а другим концом в станине устройства. На этом валу установлены шкив тормоза 8 и обгонная муфта 7, связанная с шестерней реечно-шестеренчатой системы 6 управления дифференциалом. Рейка, связана с приводом, например, гидроцилиндром (не показан) и расположена в направляющих, имеющих шкалу. На этих направляющих с возможностью перемещения по ним и фиксации на них установлены два конечных выключателя, являющихся одновременно упорами, ограничивающими перемещение рейки. Направляющие могут быть выполнены, например, и в виде дуг с дуговыми шкалами в случае, если приводом дифференциального механизма является не гидроцилиндр или другой линейный двигатель, а электродвигатель или гидромотор и т.п. Коническая шестерня с опорным подшипником установлена на валу отрезного диска 4, снабженного шестерней, входящей в зацепление с шестерней другого ножевого диска.
Устройство работает следующим образом. До включения устройства счетчик 9 сбрасывается на ноль и настраивается на заданное число оборотов подающих роликов 2. По шкале устанавливаются конечные выключатели и фиксируются на направляющих таким образом, чтобы они одновременно могли являться упорами для зубчатой рейки при ее перемещении. При этом важно обеспечить соответствие и точность расстояния между конечными выключателями. При открытом тормозе рейка отводится к одному из конечных выключателей. Заготовка 1 устанавливается между тянущими роликами, после чего устройство включается. Механизмы пропуска реза отрезных дисков 4 проверяются и, если необходимо, выводятся в положение пропуска реза. Сразу после включения подающие ролики 2 начинают подавать заготовку 1, счетчик 9 начинает отсчитывать число оборотов, открывается тормоз и одновременно с этим, преодолевая сопротивление открывающегося тормоза, начинает перемещаться рейка под действием привода, получившего команду на включение от кнопки «Пуск».
Двигаясь к другому конечному выключателю, рейка поворачивает крестовину обгонной муфты 7 и устанавливает ее таким образом, чтобы доворот отрезных дисков 4 относительно подающих роликов 2 обеспечил бы обгон или отставание ножевых дисков 4 относительно тянущих роликов 2.
После того, как рейка доходит до другого конечного выключателя, являющегося упором, она останавливается, выключается ее привод. Электромагнит, тормоза замыкается и удерживает неподвижную звездочку 11 обгонной муфты 7, шкив тормоза, а с ним вал и крестовину дифференциального механизма 5 от поворота. К этому времени отрезные диски 4 обогнали подающие ролики 2 на заданную величину, откорректировав длину отрезаемой заготовки 1 по сравнению с шаговым измерением, выполняемым счетчиком 9 числа оборотов и продолжают вращаться посредством сателлитов дифференциального механизма 5. После этого подающие ролики 2 и отрезные диски 4 продолжают вращаться синхронно до момента начала поворота дифференциального механизма 5 в следующем цикле. После того, как счетчик 9 числа оборотов отсчитает на один оборот меньше заданного, включается привод механизма пропуска реза (фиг.3), например, на выдвижение ножей из отрезных дисков 4. К моменту подхода ножей отрезных дисков 4 к заготовке 1 они подготовлены к отрезке заготовки и выполняют операцию резки. Сразу после отрезки стержня 1 подаются команды сброса (С) на ноль счетчика 9, на привод, выводящий ножи отрезные диски 4 в положение пропуска реза (НВ), и на возврат (Р) рейки в исходное (нулевое) положение при заторможенной крестовине дифференциального механизма. Последнее необходимо, для того, что бы довороты ножевых дисков 4 и соответственно повороты дифференциального механизма накапливались. После возврата рейки в исходное положение повторяются все операции первого цикла, но с некоторым запаздыванием по сравнению с первым циклом. Сразу после возврата рейки (Р) включается привод нормально замкнутого тормоза 8 (ТО), который освобождает шкив тормоза и позволяет осуществить поворот (Д) дифференциального механизма, привод которого включается одновременно с отключением тормоза (ТО). В конце завершения поворота (П) дифференциала отключается привод тормоза и нормально замкнутый тормоз включается (ТВ), затормаживая дифференциал. После этого оси сателлитов дифференциального механизма 5 становятся неподвижными и движение передается через сателлиты, при этом подающие ролики 2 и отрезные диски 4 снова продолжают вращаться синхронно, не совпадая по фазе по сравнению с началом цикла на величину, обеспечивающую длину дуги, равную величине корректировки длины отрезаемой заготовки 1. После завершения отсчета счетчиком 9 числа оборотов на один меньше заданного включается привод механизма пропуска реза на подготовку (HP) отрезных дисков и выполнение операции резки.
На фиг.2 все операции показаны с разбросом времени включения и выключения, вызванным нестабильностью срабатывания устройств и механизмов. Все последующие циклы аналогичны второму до завершения протягивания всей заготовки 1. После этого новая заготовка 1 направляется между подающими роликами 2 и все повторяется. При необходимости отрезать заготовки 1 другой заданной длины счетчик 9 настраивают на другое число оборотов и устанавливают один из конечных выключателей или оба в новые положения по шкале в соответствии с разницей от целого числа шагов, отсчитываемых счетчиком 9. После нажатия кнопки «Пуск» все операции повторяются.
Для реализации этого процесса было разработано устройство пропуска реза в виде управляемого самотормозящего клина на вращающихся ножах, изображенное на фиг.3, (а.с. 757269, Бюл. 31, 28.08.1980).
Получаемую точность можно считать абсолютной, что достигается выполнением всех операций отмеривания заранее до окончания подачи стержня на заданную длину и за счет жесткости кинематической цепи.
В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом обгонная муфта 7 выполнена реверсивной, что позволяет выполнять доворот ножевых дисков 2 менее чем на половину их оборота, тогда как при односторонне действующей обгонной муфте доворот мог составлять величину больше половины оборота. Это повышает производительность правильно-отрезного станка и уменьшает минимальную длину отрезаемого стержня за счет сокращения времени настройки. Направление доворта муфты 7 и крестовины дифференциального механизма 5 выполняется при настройке отмеривающего устройства на заданную длину отрезки; в процессе работы доворот выполняется автоматически.
Электромагнитный реверсивный роликовый останов (фиг.4), содержит соосные подвижный корпус 10 и неподвижную звездочку 11 на валу фиксируемом шестеренно-реечным механизмом 6. По обе стороны звездочки 11 введены соосные со звездочкой первый и второй водила 13 и 15 с роликами 12, установленными в пазы между звездочкой и корпусом поочередно от каждого водила, причем каждое водило сопряжено с соответствующими электромагнитами 14 и 16, независимо друг от друга поворачивающими их в крайние положения по или против часовой стрелки. Электромагниты 14 и 16 установлены звездочке 11.
Работа электромагнитного реверсивного останова заключается в следующем. В исходном состоянии ролики 12 расположены в центре паза между корпусом и звездочкой. При этом корпус останова свободно вращается в любом направлении относительно звездочки.
В случае вращения корпуса против часовой стрелки для его остановки путем соответствующего включения электромагниты 14 поворачивают водило 13 против часовой стрелки, соответственно перемещая в узкую часть паза установленные на них ролики 12. При этом ролики 12 одновременно входят в соприкосновение с корпусом и звездочкой, в результате чего происходит заклинивание роликов между корпусом и звездочкой и стопорение вращения корпуса. При вращении корпуса в направлении по часовой стрелке для его стопорения электромагниты включаются в другое положение, при котором водило 13 поворачивается по часовой стрелке и обеспечивает соответствующее заклинивание роликов 12 и стопорение корпуса 10.
Для повышения эффективности стопорения корпуса одновременно с электромагнитом 14 соответственно включается электромагнит 16, вводя в аналогичное действие водило 15 с соответствующими роликами, расположенное по другую сторону звездочки 11.
Для стопорения корпуса в обоих направлениях электромагниты 14 и 16 включаются в разных направлениях. При этом ролики водила 13 стопорят вращение корпуса в одном направлении, а водила 15 - в другом.
Устройство для резки на заданные длины длинномерного движущегося материала, содержащее кинематически связанные подающие ролики, механизм резки в виде пары вращающихся отрезных дисков, механизм пропуска реза с приводом, средство отмера длины, дифференциальный механизм с приводом, зубчатые соединения, тормоз и обгонную муфту, отличающееся тем, что обгонная муфта выполнена реверсивной, в которой по обе стороны звездочки введены соосные с неподвижной звездочкой первый и второй водила с установлеными на них роликами, размещенными в пазах между звездочкой и корпусом обгонной муфты поочередно от каждого водила, причем каждое водило сопряжено с соответствующими электромагнитами, независимо друг от друга поворачивающими их в крайние положения по или против часовой стрелки.
