Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАСТИЧЕСКОГО ОБЪЕМНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТРУБ

Устройство предназначено для объемного пластического деформирования металлических труб и заготовок из них при оправочном или безоправочном редуцировании с целью получения требуемого диаметра и толщины стенки, для правки и калибровки трубных заготовок, для получения неразъемных муфтовых соединений труб и в других подобных процессах.

Известно устройство для пластического объемного деформирования металлических труб, содержащее корпус, узел деформирования с деформирующими роликами, расположенными вокруг деформируемой трубы, силовой привод узла деформирования, отличающееся тем, что узел деформирования выполнен в виде дифференциального зубчатого механизма, содержащего водило H, установленное в корпусе с возможностью вращения вокруг оси трубы и кинематически связанное с основным силовым приводом вращения, зубчатые колеса Z₁, закрепленные на концах валов, установленных на водиле с возможностью вращения вокруг осей, параллельных оси деформируемой трубы и несущих на другом конце деформирующие ролики, двухвенцовые сателлиты Z₂-Z₃, установленные на водиле Н с возможностью вращения и кинематически связанные с колесами Z₁ и корончатым зубчатым колесом Z₄, установленным в корпусе с возможностью вращения вокруг оси деформируемой трубы от дополнительного силового привода [патент RU №2538244, опубл. 10.01.2015, МПК B21D 3/00, заявка №2013131927/02 от 09.07.2013].

Недостаток этого устройства проявляется в снижении точности обработки труб вследствие кинематической погрешности вращения деформирующих роликов («проскальзывания» по деформируемой поверхности), которое обусловлено отсутствием жесткой кинематической связи между основным и дополнительным силовыми приводами, следствием которого может быть также дополнительный износ деформирующих роликов.

В заявленном устройстве достигается технический результат, заключающийся в повышении точности обработки и снижении износа деформирующих роликов путем снижения кинематической погрешности их вращения.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для пластического объемного деформирования труб включает корпус, деформирующие ролики, расположенные вокруг обрабатываемой трубы, дифференциальный механизм обкатывания деформирующих роликов по обрабатываемой трубе, содержащий водило Н, установленное в корпусе с возможностью вращения вокруг оси обрабатываемой трубы и кинематически связанное с силовым приводом дифференциального механизма обкатывания, несколько зубчатых колес Z₁, жестко закрепленных на концах валов, установленных на водиле Н параллельно оси обрабатываемой трубы и несущих на другом конце деформирующие ролики, несколько двухвенцовых сателлитов Z₂-Z₃, установленных на водиле с возможностью вращения вокруг осей, параллельных оси обрабатываемой трубы и кинематически связанных с колесом Z₁ и корончатым зубчатым колесом Z₄, установленным в корпусе с возможностью вращения вокруг оси обрабатываемой трубы от силового привода дифференциального механизма обкатывания.

От прототипа устройство отличается тем, что корончатое зубчатое колесо Z₄ связано с водилом Н дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепью, передаточное отношение которой определяют по формуле

,

где u_Д - передаточное отношение дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи;

d_o - диаметр обрабатываемой трубы после деформирования;

d_p - диаметр деформирующих роликов;

Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ - числа зубьев соответствующих колес.

Предпочтительно дополнительная регулируемая и реверсируемая кинематическая цепь содержит вариатор. Кроме того, она может быть выполнена в виде зубчатого редуктора со сменными колесами. Силовой привод устройства может быть подсоединен к любому звену дополнительной кинематической цепи, передающей крутящий момент.

Дополнительная регулируемая и реверсируемая кинематическая цепь, соединяющая корончатое зубчатое колесо Z₄ с водилом Н дифференциального механизма обкатывания, передаточное отношение которой настроено по предлагаемой формуле, позволяет снизить кинематическую погрешность вращения деформирующих роликов, что обеспечивает снижение их «проскальзывания» по деформируемой поверхности трубы и, как следствие, повышение точности обработки и снижение износа деформирующих роликов.

Формула получена с использованием метода обращения движения и используется каждый раз при изменении диаметров деформирующих роликов и обрабатываемой трубы, а также чисел зубьев колес дифференциального механизма.

Дополнительная регулируемая и реверсируемая кинематическая цепь состоит из механических передач, способных обеспечить настройку требуемого передаточного отношения от корончатого зубчатого колеса Z₄ к водилу Н.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется на примере конструкций предлагаемого устройства, представленных на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны схемы устройства (разрез Б-Б с фиг. 1 и фиг. 2) для различных вариантов подсоединения силового привода к дифференциальному механизму обкатывания. На фиг. 1 силовой привод подсоединен к валу зубчатого колеса Z₅. На фиг. 2 силовой привод подсоединен к валу зубчатого колеса Z₈. На фиг. 3 показан разрез А-А с фиг. 1.

Устройство содержит корпус 1 с установленным в нем с возможностью вращения водилом Н и корончатым зубчатым колесом Z₄. Водило Н вращается на подшипниках 2, а корончатое зубчатое колесо Z₄ - на подшипниках 7. На водиле Н вокруг его оси установлены в подшипниках 3 несколько валов 4, на одном конце которых закреплены деформирующие ролики 5, а на другом зубчатые колеса Z₁. Зубчатые колеса Z₁ находятся в зацеплении с зубчатым венцом Z₂ двухвенцовых сателлитов Z₂-Z₃, установленных с возможностью вращения на осях 6, жестко закрепленных на водиле Н. Зубчатый венец Z₃ двухвенцового сателлита Z₂-Z₃ находится в зацеплении с корончатым зубчатым колесом Z₄.

Корончатое колесо Z₄ кинематически связано с водилом Н дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепью, в которую входят внешнее зубчатое зацепление колес Z₇ и Z₈, внешнее зубчатое зацепление колес Z₅ и Z₆, а также узел 9, предназначенный для регулирования и реверсирования скорости вращения валов дифференциального механизма обкатывания.

Узел 9 дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи может содержать вариатор, выполняющий регулирование скорости вращения валов и механическую передачу, выполняющую реверсирование скорости.

Дополнительная регулируемая и реверсируемая кинематическая цепь может быть выполнена в виде зубчатого редуктора со сменными колесами.

Силовой привод устройства может быть подсоединен к любому звену дифференциального механизма обкатывания, передающего крутящий момент, т.к. это не влияет на условия качения деформирующего ролика по обрабатываемой трубе. Если передаточное отношение дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи определяется по предлагаемой формуле, то при любом варианте подсоединения силового привода деформирующие ролики будут выполнять качение по поверхности обрабатываемой трубы с минимальным скольжением. На фиг. 1 показан вариант подсоединения силового привода устройства к валу зубчатого колеса Z₅, а на фиг.2 - к валу зубчатого колеса Z₈.

Ведущими звеньями в дифференциальном механизме обкатывания деформирующих роликов по обрабатываемой трубе являются водило Н и корончатое зубчатое колесо Z₄, кинематически связанные с силовым приводом устройства. При этом корончатое зубчатое колесо Z₄ соединено с водилом Н дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепью. Ведомыми звеньями дифференциального механизма являются валы 4, на которых жестко установлены зубчатые колеса Z₁ и деформирующие ролики 5, совершающие качение по обрабатываемой трубе 8.

Для обработки объемным пластическим деформированием заготовок с разными исходными и конечными геометрическими и механическими параметрами предложенное конструктивное решение позволяет за счет настройки требуемого передаточного отношения дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи обеспечить качение деформирующих роликов по обрабатываемой трубе с минимальным скольжением при одновременном снижении кинематической погрешности их вращения.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с технологическими условиями обработки на валы 4 устанавливают деформирующие ролики требуемого диаметра d_p и настраивают передаточное отношение дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи в соответствии с формулой

.

Трубную заготовку 8, имеющую исходный диаметр d, центрируют и устанавливают перед деформирующими роликами 5 до касания с ними.

Включают силовой привод вращения. В качестве такого силового привода может использоваться электропривод с редуктором, гидропривод, двигатель внутреннего сгорания. Затем включают привод подачи, обеспечивающий относительное движение обрабатываемой трубы и корпуса устройства в осевом направлении со скоростью V, обеспечивающей требуемую подачу деформирующих роликов. В результате деформирующие ролики 5 совершают качение по винтовой линии по наружной поверхности обрабатываемой трубы 8, с минимальным скольжением, локально пластически деформируют ее до требуемого диаметра d₀.

Примеры дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи и варианты подсоединения силового привода устройства для объемного пластического деформирования труб показаны на фиг. 1 и фиг. 2.

Дополнительная регулируемая и реверсируемая кинематическая цепь, соединяющая водило Н дифференциального механизма обкатывания деформирующих роликов по обрабатываемой трубе с корончатым зубчатым колесом Z₄, состоит из внешних зубчатых зацеплений Z₇-Z₈, Z₅-Z₆ и узла 9, обеспечивающего бесступенчатое или ступенчатое изменение угловой скорости валов.

Внешнее зубчатое зацепление Z₇-Z₈ соединяет дополнительную регулируемую и реверсируемую кинематическую цепь с корончатым зубчатым колесом Z₄, а внешнее зубчатое зацепление Z₅-Z₆ соединяет дополнительную регулируемую и реверсируемую кинематическую цепь с водилом Н.

Настройку дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи выполняют следующим образом. Требуемое значение передаточного отношения дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи, обеспечивающее качение деформирующих роликов по обрабатываемой трубе с минимальным скольжением при одновременном снижении кинематической погрешности их вращения, определяют по предложенной формуле

В свою очередь, передаточное отношение дополнительной регулируемой и реверсируемой кинематической цепи можно определить как передаточное отношение от корончатого колеса Z₄ к водилу Н по формуле

,

где - передаточное отношение зубчатого зацепления Z₇-Z₈;

- передаточное отношение зубчатого зацепления Z₅-Z₆;

u₉ - передаточное отношение узла 9.

Из этой формулы при известных значениях u_Д, u₇₈ и u₅₆ определяют требуемое передаточное отношение узла 9

.

Устройство может использоваться как стационарно в производственном помещении, так и в полевых условиях. При этом оно может комплектоваться различными вариантами силового привода дифференциального механизма обкатывания деформирующих роликов и привода относительного осевого движения обрабатываемой трубы и корпуса.