Устройство для наведения на стык сварочной горелки
Устройство предназначено для сварки поворотных кольцевых швов и может применяться в составе сварочных автоматов или робототехнических сварочных комплексов, а также в универсальных установках для дуговой сварки в среде защитных газов. Устройство содержит поворотный рычаг 1, механизм поворота 2, подвижный шарнир 3, механизм линейного перемещения 4, двуплечий рычаг 5, сварочную горелку 6, штангу 7 и клеммное соединение 8. Механизм поворота 2 состоит из самотормозящегося червячного редуктора, снабженного датчиком угловых перемещений. Подвижный шарнир 3 состоит из полой оси, внутри которой расположен закрепленный на валу электродвигателя винт, связанный с полым цилиндром, установленным с возможностью линейного перемещения по полой оси. На полом цилиндре на подшипниках закреплен двуплечий рычаг 5, на одном конце которого установлена сварочная горелка 6, а другой конец кинематически связан с механизмом линейного перемещения 4, при помощи вилки, ползуна и поперечной скалки.
Устройство позволяет подводить сварочную горелку в труднодоступные места и корректировать положение горелки относительно сварного стыка в процессе сварки. Ил. 4.
Полезная модель относится к области сварки поворотных кольцевых швов и может применяться в составе сварочных автоматов или робототехнических сварочных комплексов, а также в универсальных установках для дуговой сварки в среде защитных газов, используемых в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.
Известно устройство наведения на стык, входящее в состав установки для автоматической аргонодуговой сварки поворотных стыков по патенту на изобретение РФ 
2122931, МПК6 В23К 31/02, В23К 9/16, опубл. 10.12.1998, которое состоит из стойки с опорной гайкой, взаимодействующей с кареткой, на которой размещена рейка с шестерней, приводимой во вращение маховиком. На конце рейки посредством оси шарнирно закреплена сварочная головка, включающая в себя горелку и механизм автоматической регулировки напряжения горения сварочной дуги (далее - АРНД). Недостатком этого устройства является невозможность его использования в сварочных автоматах и робототехнических комплексах, так как подвод и отвод сварочной головки для снятия и установки свариваемого изделия производится при помощи ручного вращения шестерни, которая перемещает рейку со сварочной головкой.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является автомат для дуговой сварки кольцевых швов колес транспортных средств в среде защитных газов, по патенту на полезную модель РФ 54849, МПК В23К 37/04 (2006.01), опубл. 27.07.2006, в котором устройство для настройки сварочной горелки представляет собой поворотный кронштейн, соединенный с приводом для поворота (пневмоцилинр), на котором закреплен двухкоординатный корректор, на подвижной площадке которого размещена штанга с жестко закрепленной горелкой. Причем штанга выполнена подвижной относительно корректора за счет клеммного соединения. Настройка горелки на стык производится двухкоординатным корректором при помощи вращения двух регулировочных винтов, и перемещением штанги в клеммном соединении. Подвод и отвод горелки производиться автоматически под действием пневмоцилинра. Величина перемещения определяется ограничителем хода, выполненного в виде двух упоров.
Недостатком этого механизма является отсутствие автоматизированного привода двухкоординатного корректора, что существенно усложняет сварку изделий, имеющих большие погрешности размеров и геометрической формы, для сварки которых требуется непрерывно корректировать положение горелки относительно сварного стыка в процессе горения сварочной дуги (например - трубы большого диаметра).
Другим недостатком является применение пневмоцилинра и жестких упоров для перемещения поворотного рычага. Данный привод имеет ограниченный угол поворота, что не позволяет подводить горелку в труднодоступные места, например, при сварке трубопроводов с близко расположенными друг к другу фланцами.
Эти недостатки уменьшают диапазон типов и размеров свариваемых изделий, тем самым, снижая технологические возможности устройства.
Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей, за счет расширения диапазона типов и размеров свариваемых изделий.
Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем соединенный с приводом поворота повортный рычаг снабженный двухкоординатным корректором, на подвижной части которого, с возможностью перемещения за счет клеммного зажима, размещена штанга со сварочной горелкой, привод поворота выполнен в виде мотор-редуктора, включающего в себя электродвигатель и самотормозящуюся червячную передачу, снабженную датчиком угловых перемещений; двухкоординатный корректор состоит из установленных на противоположных концах поворотного рычага механизма линейного перемещения, и подвижного шарнира, на котором установлен двуплечий рычаг, при этом, подвижный шарнир состоит из закрепленных на поворотном рычаге электродвигателя и полой оси, внутри которой расположен соединенный с валом электродвигателя винт, контактирующий с резьбовой поверхностью полого цилиндра установленного на полой оси с возможностью линейного перемещения; на полом цилиндре через подшипники закреплен двуплечий рычаг, один конец которого выполнен в виде вилки, а на втором конце шарнирно закреплено клеммное соединение; механизм линейного перемещения состоит из закрепленного на поворотном рычаге корпуса, электродвигателя, ходового винта, направляющих скалок и гайки, на которой закреплена поперечная скалка с ползуном, установленным с возможностью одновременного скольжения по поверхностям поперечной скалки и вилки двуплечего рычага.
Сопоставительный анализ с прототипом, позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что механизм поворота выполнен в виде мотор-редуктора состоящего из электродвигателя и червячного редуктора снабженного датчиком угловых перемещений, при этом передаточное отношение червячного редуктора выбрано исходя из условия самоторможения. Также, заявляемое устройство отличается тем, что двухкоординатный корректор состоит из расположенных на противоположных концах поворотного рычага подвижного шарнира, на котором установлен двуплечий рычаг, и механизма линейного перемещения. Подвижный шарнир состоит из закрепленных на поворотном рычаге электродвигателя и полой оси. Внутри полой оси расположен соединенный с валом электродвигателя винт, контактирующий с резьбовой поверхностью полого цилиндра установленного на полой оси с возможностью линейного перемещения. На полом цилиндре через подшипники закреплен двуплечий рычаг. Один конец двуплечего рычага выполнен в виде вилки, а на втором конце шарнирно закреплено клеммное соединение. Механизм линейного перемещения состоит из закрепленного на поворотном рычаге корпуса, электродвигателя, ходового винта, направляющих скалок и гайки, на которой закреплена поперечная скалка с ползуном, установленным с возможностью одновременного скольжения по поверхностям поперечной скалки и вилки двуплечего рычага.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства в рабочем положении, а также штриховыми линиями сварочная горелка в исходном положении; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.
Устройство содержит поворотный рычаг 1, механизм поворота 2, подвижный шарнир 3, механизм линейного перемещения 4, двуплечий рычаг 5, сварочную горелку 6, штангу 7 и клеммное соединение 8.
Механизм поворота 2 состоит из корпуса 9, электродвигателя 10, червяка 11, червячного колеса 12 и выходного вала 13. На одном конце выходного вала 13 закреплен поворотный рычаг 1. Второй конец выходного вала 13 соединен с подвижной частью датчика угловых перемещений 14, неподвижная часть которого закреплена на корпусе 9. Передаточное отношение червячной передачи выбрано из условия обеспечения самоторможения, что исключает самопроизвольное вращение поворотного рычага 1.
Подвижный шарнир 3 состоит из полой оси 15 и электродвигателя 16, которые соосно закреплены на поворотном рычаге 1. Внутри полой оси 15 расположен закрепленный на валу электродвигателя 16 ходовой винт 17, связанный с резьбовой поверхностью полого цилиндра 18, установленного на полой оси 15 с возможностью линейного перемещения. На дополнительной оси 18, с возможностью вращения на подшипниках 19, закреплен двуплечий рычаг 5. Линейное перемещение полого цилиндра 18 вместе с двуплечим рычагом 5 обеспечивается при помощи шпонки 20, контактирующей с боковыми поверхностями паза 21, расположенного на полой оси 15. Пружина 22 предназначена для компенсации осевого люфта в резьбовом соединении ходового винта 17 и дополнительной оси 18.
На одном конце двуплечего рычага 5, при помощи шарнира 23, установлено клеммное соединение 8, в котором закрепляется штанга 7 со сварочной горелкой 6. Второй конец двуплечего рычага 5 выполнен в виде вилки, кинематически связанной с механизмом линейного перемещения 4.
Механизм линейного перемещения 4 состоит из закрепленного на поворотном рычаге 1 корпуса 24, электродвигателя 25, на валу которого закреплен ходовой винт 26, гайки 27 и двух направляющих скалок 28. На гайке 27 при помощи кронштейнов 29, закреплена поперечная скалка 30 с ползуном 31, который имеет возможность одновременного скольжения по поверхностям поперечной скалки 30 и вилки двуплечего рычага 5.
Таким образом, подвижный шарнир 3, двуплечий рычаг 5 и механизм линейного перемещения 4, представляют собой двухкоординатный корректор положения горелки 8 с механизированным перемещением.
Устройство устанавливается в зависимости от формы и размеров свариваемого изделия 32 в любом удобном месте и неподвижно закрепляется при помощи корпуса 9 механизма поворота 2.
Устройство может быть установлено как на неподвижное основание, так и на различные механизмы перемещения, в зависимости от назначения оборудования в котором оно используется.
Устройство может работать как в ручном режиме управления, так и в автоматическом.
При ручном режиме, наблюдение за расположением сварочной горелки 6 относительно сварного стыка изделия 32 производится визуально, а включение и реверс электродвигателей происходит при ручном нажатии кнопок на пульте управления (на фиг. не показан), который может быть расположен в любом удобном для оператора месте.
Для перемещения сварочной горелки 6 из исходного, в рабочее положение, включается электродвигатель 10, который через червячный редуктор 11 и 12 перемещает поворотный рычаг 1. Зажигается сварочная дуга и включается вращение изделия. В процессе вращения изделия возможно увеличение или уменьшение дугового зазора, в зависимости от погрешности формы свариваемого изделия 32, а также смещение сварного стыка в горизонтальном направлении от предустановленного положения сварочной горелки 6, в зависимости от величины торцевого биения свариваемых деталей.
Величина дугового зазора в процессе горения дуги и вращения изделия корректируется включением и реверсом электродвигателя 25, который, вращая винт 26, перемещает гайку 27. Гайка 27 через поперечную скалку 30 и ползун 31 поворачивает двуплечий рычаг 5 со сварочной горелкой 6 в вертикальной плоскости, тем самым изменяя дуговой зазор. Горизонтальное смещение сварочного стыка корректируется включением и реверсом электродвигателя 16, который, вращая винт 17, перемещает полый цилиндр 18 вместе с двуплечим рычагом 5 и сварочной горелкой 6 в горизонтальной плоскости. При этом вилка двуплечего рычага 5 перемещает ползун 31 по поперечной скалке 30, не нарушая тем самым кинематической связи двуплечего рычага 5 и механизма линейного перемещения 4. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет корректировать положение сварочной горелки относительно сварочного стыка по двум координатам как раздельно, так и одновременно.
После окончания сварки электродвигатель 10 включают в обратном направлении и возвращают сварочную горелку 6 в исходное положение.
При автоматическом режиме работы датчик угловых перемещений 14 и электродвигатель 10 подключаются к электронному блоку, обеспечивающему контроль положения и величины перемещения поворотного рычага 1. Электродвигатель 16 подвижного шарнира 3 подключается к оптико-электронной системе слежения за стыком, обеспечивающей контроль и корректировку положения сварочной горелки 6 относительно стыка в горизонтальном направлении. Электродвигатель 25 механизма линейного перемещения 4 подключается к электронной системе АРНД, которая поддерживая заданное значение напряжения горения дуги, обеспечивает корректировку положения сварочной горелки 6 в вертикальном направлении. Цикл сварки происходит автоматически. Включается электродвигатель 10. Сварочная горелка 6 перемещается из исходного в рабочее положение, величина перемещения (угол поворота) и момент остановки контролируется датчиком угловых перемещений 14. Зажигается сварочная дуга и включается вращение изделия 32. В процессе горения дуги и вращения изделия, система АРНД, при помощи электродвигателя 25, и оптико-электронная система, при помощи электродвигателя 16, непрерывно корректируют положение горелки относительно сварного стыка. В конце сварки отключаются сварочная дуга и вращение изделия. Сварочная горелка автоматически отводится в исходное положение, освобождая пространство для снятия готового изделия и установки нового изделия.
Заявляемая полезная модель была опробована при стыковой сварке труб диаметром от 21 мм до 315 мм, а также при сварке указанных труб с фланцами различных толщин и диаметров.
При малых диаметрах труб и, соответственно, малых отклонениях формы сварного стыка, корректировка положения горелки в процессе горения дуги практически не требовалась. При этом угол вращения поворотного рычага от рабочего положения до исходного не превышал 15 градусов, так как постановка изделия под сварку и съем готового изделия, производилась в горизонтальном направлении.
При сварке труб диаметром 219-315 мм, угол вращения поворотного рычага от рабочего положения до исходного составил 90 градусов, так как установка и съем изделия производились в вертикальном направлении при помощи подъемно-транспортных устройств. Корректировка положения сварочной горелки в процессе работы, производилась в автоматическом режиме, при том, что фактическое отклонение от теоретического диаметра труб, и торцевое биение стыка достигали 6 мм.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет увеличить диапазон типов и размеров свариваемых изделий и тем самым расширить ее технологические возможности, за счет обеспечения возможности сварки изделий, имеющих существенные погрешности формы и размеров, а также обеспечения возможности сварки в труднодоступных местах.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
Устройство для наведения на стык сварочной горелки, содержащее соединенный с приводом поворота поворотный рычаг, снабженный двухкоординатным корректором, на подвижной части которого с возможностью перемещения за счет клеммного зажима размещена штанга со сварочной горелкой, отличающееся тем, что привод поворота выполнен в виде мотор-редуктора, включающего в себя электродвигатель и самотормозящуюся червячную передачу, снабженную датчиком угловых перемещений, двухкоординатный корректор состоит из установленных на противоположных концах поворотного рычага механизма линейного перемещения и подвижного шарнира, на котором установлен двуплечий рычаг, при этом подвижный шарнир состоит из электродвигателя и полой оси, которые закреплены на поворотном рычаге, внутри полой оси расположен винт, соединенный с валом электродвигателя, с возможностью контактирования с резьбовой поверхностью полого цилиндра, установленного на полой оси с возможностью линейного перемещения, причем на полом цилиндре через подшипники закреплен двуплечий рычаг, один конец которого выполнен в виде вилки, а на втором конце шарнирно закреплено клеммное соединение, при этом механизм линейного перемещения состоит из закрепленного на поворотном рычаге корпуса, электродвигателя, ходового винта, направляющих скалок и гайки, на которой закреплена поперечная скалка с ползуном, установленным с возможностью одновременного скольжения по поверхностям поперечной скалки и вилки двуплечего рычага.
