Пневматическое устройство для перемещения рабочих элементов

Полезная модель относится к пневматическим исполнительным механизмам, в частности, - к устройствам для перемещения функциональных рабочих элементов.

Основная цель, решаемая полезной моделью, - точная остановка рабочих элементов и увеличение срока эксплуатации устройства, в особенности, при повышенной температуре окружающей среды.

Предлагаемое пневматическое устройство содержит полый наружный корпус с круглым стержнем внутри него, выполненные с возможностью вертикального перемещения друг относительно друга, и отличается тем, что стержень закреплен на неподвижной опоре, наружный корпус выполнен с прямоугольно-цилиндрическим сечением и с двумя гофрированными элементами на его торцах, внутри этого корпуса установлен внутренний корпус с двумя цилиндрическими и двумя плоскими наружными гранями, соединенный с рабочими элементами, в осевом отверстии которого размещен упомянутый стержень, жестко связанный с внутренним корпусом, при этом между стенками наружного корпуса и плоскими гранями внутреннего корпуса установлены четыре пары подшипников скольжения, закрепленные на наружном корпусе, с внешним диаметром D=(0,32...0,35)В, а расстояние между ними вдоль корпуса L=(2,4...2,6)В, где В - расстояние между стенками наружного корпуса, причем, ширина внутреннего корпуса по его плоским граням В_к=(0,0...0,62)В.

Полезная модель относится к пневматическим исполнительным механизмам и может быть использована, например, в установках контроля свойств горячекатаного листового проката.

Такие установки (приборы) располагаются обычно непосредственно над горячим прокатом и работают в зоне повышенных температур. Осуществляемый установками неразрушающий контроль металла производится нередко с помощью электромагнитно-акустических преобразователей. Методы и средства неразрушающего контроля проката описаны, например, в книге В.Б.Бахтинова «Прокатное производство», М., «Металлургия», 1987, с.109-111. В процессе контроля горячего металла необходимо создание воздушной подушки (между прибором и металлом), которая служит как для охлаждения рабочих элементов устройства, так и для создания требуемого положения этих элементов прибора по отношению к металлу.

Перемещение в установках рабочих элементов относительно проката может осуществляться различными пневматическими, устройствами, необходимой составляющей которых является наружный корпус с круглым стержнем (штоком) внутри него.

Известно пневматическое устройство, содержащее цилиндр и шток с поршнем, по обе стороны которого установлены упругие элементы, фиксирующие поршень в средней части цилиндра (см. а.с. СССР №564448 кл. F15B 3/00, 1976 г.). Однако это устройство непригодно для точной остановки рабочих элементов с созданием воздушной подушки между ними и металлом.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является пневматическое устройство для перемещения рабочего элемента (пневмоподъемник), приведенный в книге В.Н.Иванова «Словарь - справочник по литейному производству», М., «Машиностроение», 1990, с.222, рис.П-27.

Это устройство содержит полый корпус (цилиндр) с круглым стержнем (штоком) внутри него, выполненный с возможностью вертикального перемещения относительно корпуса, и характеризуется тем, что к штоку подвешен рабочий элемент - крюк или захват. Недостатком известного устройства является относительно небольшой срок его эксплуатации при повышенной (до 300...300°С) температуре окружающей среды, а также невозможность точной установки рабочего элемента в заданном положении при таких условиях эксплуатации.

Действительно, для плавного перемещения штока необходимо постоянное наличие смазки между поршнем и стенками цилиндра. При указанных температурах смазка будет интенсивно испаряться с повышением трения между поршнем и корпусом, что неизбежно сократит срок эксплуатации устройства.

Технической задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является точная остановка рабочих элементов и увеличение срока эксплуатации предлагаемого устройства, в особенности, - при повышенной температуре окружающей среды.

Для решения этой задачи в пневматическом устройстве для перемещения рабочих элементов, содержащем полый корпус с круглым стержнем внутри него, выполненные с возможностью вертикального перемещения друг относительно друга, стержень закреплен на неподвижной опоре, наружный корпус выполнен с плоскими наружными гранями и цилиндрическим отверстием, верхним и нижним гофрированными элементами на его торцах, внутри этого корпуса установлен внутренний корпус с двумя цилиндрическими и двумя плоскими наружными гранями, в осевом отверстии которого размещен упомянутый стержень, жестко связанный с внутренним корпусом, при этом между стенками наружного корпуса и плоскими гранями внутреннего корпуса установлены две пары подшипников скольжения, закрепленные на наружном корпусе, с внешним диаметром D=(0,32...0,35) В, а расстояние между ними вдоль корпуса L=(2,4...2,6) В, где В - расстояние между стенками наружного корпуса, причем, ширина внутреннего корпуса по его плоским граням В _к=(0,60...0,62)В.

Приведенные математические соотношения параметров устройства получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность заявляемого технического решения заключается в создании конструкции устройства, максимально пригодного для перемещения и точной установки рабочих элементов в заданном положении с созданием воздушной подушки между этими элементами и горячим объектом (металлом).

Предлагаемое устройство показано на фиг.1 (продольный разрез), на фиг.2 - разрез по А-А.

Наружный корпус 1 выполнен с плоскими наружными гранями 2, а внутри с цилиндрическим отверстием 3, диаметр которого равен В. Круглый стержень 4 закреплен на неподвижной опоре 5, его продольная ось уу наружного корпуса, а стержень и этот корпус имеют возможность взаимного перемещения по вертикали. На торцах корпуса 1 имеются верхний 6 и 7 нижний гофрированные элементы, способные сжиматься и растягиваться также по вертикали, создавая возможность перемещения корпуса. Верхний 6 гофрированный элемент упирается в подпятник 8, в котором закреплен патрубок 9 для подвода сжатого воздуха (его движение в устройстве показано стрелками). Нижний гофрированный элемент 7 упирается в державку 10 рабочих элементов 11.

Внутренний корпус 12 выполнен с двумя плоскими 13 и двумя цилиндрическими гранями 14, а также с осевым отверстием 15 для прохождения стержня 4 в этом корпусе. Между плоскими гранями обоих корпусов (1 и 12) размещены две пары подшипников 16 закрепленные на корпусе 1.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух, подаваемый через патрубок 9 в пространство между наружным и внутренним корпусами, устанавливает рабочие элементы 11 в заданном положении относительно испытуемого горячего металла 17, создавая между ним и рабочим элементом воздушную подушку, которая обеспечивает параллельность нижней плоскости 18 этих элементов поверхности металлического листа (наличие сферической поверхности у элементов 11 позволяет им менять свое положение относительно оси уу). Прохождение сжатого

воздуха через устройство и наличие воздушной подушки охлаждают его детали. При перемещении наружного корпуса по вертикали, благодаря наличию гофрированных элементов 6 и 7 на его торцах, не происходит утечки воздуха, а наличие подшипников 16 между двумя корпусами способствует точной установке рабочих элементов в заданном положении и уменьшает износ поверхностей корпусов.

Опытную проверку предлагаемого устройства осуществляли на толстолистовом стане 2350 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» при проведении неразрушающего контроля горячих листов. В опытах варьировали величину внешнего диаметра D подшипников скольжения, расстояние L между ними и ширину внутреннего корпуса по его плоским граням - В_к.

Наибольшая продолжительность работы устройства и высокая долговечность результатов неразрушающего контроля горячего металла, обусловлена точной установкой относительно его поверхности рабочих элементов, получены при вышеприведенных параметрах устройства. Отклонение от их оптимальных значений ухудшали результаты опытов.

Так, при D<0,32 В (величина В была определена расчетным путем заранее, исходя из необходимых величин давления воздуха, его расхода и степени охлаждения устройства) увеличивался износ подшипников и поверхностей корпусов, а при D>0,35 В не только возрастали габариты устройства, но и ухудшалось центрирование штока (стержня) и рабочих элементов. Опыты показали, что необходимо и достаточно иметь две пары подшипников.

Аналогичным образом сказывалось и изменение величин L: при L<2,4 В ухудшалось центрирование стержня, а при L>2,6 В возрастали габариты устройства с понижением точности контроля. При В_к<0,60 В приходилось увеличивать диаметр D подшипников с вышеуказанными отрицательными последствиями, а при В_к>0,62 В - ухудшалось охлаждение устройства.

Попытка использования подшипников качения дала отрицательный результат: они быстро выходили из строя вследствие чрезмерного нагрева.

Устройство, выбранное в качестве ближайшего аналога, не испытывалось из-за его непригодности к работе в горячей среде (см. выше).

Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для выполнения поставленной задачи и его преимущества перед известным объектом.

По данным технико-экономических исследований, приведенных на комбинате, использование предлагаемого устройства в установках неразрушающего контроля свойств горячекатаных толстых листов, аналогичных установке на стане 2350 ММК, повысит точность контроля и увеличит срок эксплуатации пневматических устройств перемещения рабочих элементов ориентировочно в 3 раза.

Пример конкретного выполнения

Пневматическое устройство для перемещения рабочих элементов в установке неразрушающего контроля свойств горячих листов имеет конструкцию, показанную на фиг.1 и предназначено для работы при температуре до 350°С; В=54 мм.

Используемые в устройстве четыре подшипника скольжения (две пары) имеют внешний диаметр D=0,335×В=0,335×54˜18 мм, а расстояние между парами подшипников: L=2,5В=2,5×54˜135 мм.

Величина В_к=0,61В=0,61×54=33 мм.

Пневматическое устройство для перемещения рабочих элементов, содержащее полый наружный корпус с круглым стержнем внутри него, выполненные с возможностью вертикального перемещения друг относительно друга, отличающееся тем, что стержень закреплен на неподвижной опоре, наружный корпус выполнен с плоскими наружными гранями и цилиндрическим отверстием, верхним и нижним гофрированными элементами на его торцах, внутри этого корпуса установлен внутренний корпус с двумя цилиндрическими и двумя плоскими наружными гранями, соединенный с рабочими элементами, в осевом отверстии которого размещен упомянутый стержень, жестко связанный с внутренним корпусом, при этом между стенками наружного корпуса и плоскими гранями внутреннего корпуса установлены две пары подшипников скольжения, закрепленные на наружном корпусе, с внешним диаметром D=(0,32...0,35)B, а расстояние между ними вдоль корпуса L=(2,4...2,6)B, где В - диаметр отверстия наружного корпуса мм, причем ширина внутреннего корпуса по его плоским граням В_к=(0,60...0,62)В.