книги из ГПНТБ / Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства

малый вес и габариты по сравнению с обычными серийными ма­ шинами для стыковой сварки таких же сечений. Достаточно сравнить их с машиной AEG для сварки рельсов сечением 7000 мма, которая имеет мощность 320 та и вес 13 т, в то время как машина типа К-155 (ИЭС им. Е. О. Патона) для сварки таких же рельсов имеет мощность ПО та и вес 1,9 т. Средний расход энер­ гии на стык: в машине AEG = 5,5 тт-ч, в машине К-155 = = 2,6 тт-ч.

Машина К-355 (для более тяжелых профилей) при ПВ-50% имеет мощность 150 та и вес 2,4 т.

Снижение веса и габаритов этих машин достигнуто, во-первых, за счет уменьшения мощности машины и удельного давления осад­ ки, а во-вторых, за счет изменения конструкции узлов зажатия и осадки изделия (взамен асимметричной консольной конструкции зажимного устройства применена симметричная двухопорная кон­ струкция).

В рассматриваемых рельсосварочных машинах механизм зажа­ тия выполнен в виде сдвоенных клещей, насаженных на общую шарнирную ось 7. Такая система клещей позволяет легко захваты­ вать рельсы сверху простым раскрытием и последующим зажатием клещей. При этом щеки каждой пары клещей поворачиваются во­ круг оси шарнира 7 и сжимаются гидроцилиндром 5, который со­ единен со щеками через траверсу и серьги, образующие систему шарнирно «ломающегося» рычага. Такая конструкция механизма зажатия позволяет при относительно небольших размерах гидро­ цилиндров получать весьма большие усилия зажатия — до 125 т (в машине К-355). В нижней части щек (в зеве клещей) укреплены зажимные губки 4, выполненные по профилю рельса. Рельсы за­ жимаются в шейке. При сварке рельсов разного типа используются сменные губки.

Машина имеет два клещевых зажима 1 и 2 для захвата обоих концов свариваемых рельсов. Оба зажима связаны между собой в продольном направлении двумя направляющими штоками, по ко­ торым они перемещаются относительно друг друга при оплавлении и осадке. На этих направляющих штоках, расположенных симмет­ рично относительно центра тяжести свариваемого профиля, наса­ жены поршни силовых гидроцилиндров 3, развивающих усилие осадки до 45 т. Эти же цилиндры осуществляют относительное дви­ жение стыкуемых рельсов при их оплавлении.

Внутри пустотелых коробчатых щек клещей встроены свароч­ ные трансформаторы 6 с очень короткой вторичной цепью.

Процесс сварки полностью автоматизирован, для чего машина снабжена гидроприводом со следящей системой, при помощи которой автоматически воспроизводится заданная программа оплавления

317

и осадки [20]. Автоматическая система управления сварочным про­ цессом описана в § 11.

Производительность рельсосварочной машины— 12 сгпыков/ч. На аналогичном принципе построены трубосварочные контакт­ ные машины для полевой сварки стыков трубопроводов диаметром

от 114 до 1420 мм (К-152 и др.).

Все эти машины являются лишь частью большого комплекса оборудования для строительства магистральных трубопроводов или железнодорожных путей.

В этот комплекс обычно входит подвижная дизельная элек­ тростанция для питания сварочных машин и вспомогательных устройств, насосная станция для питания гидроприводов, тракторы с трубоукладчиками либо железнодорожные платформы с анало­ гичным оборудованием и многие другие устройства и механизмы, не имеющие непосредственного отношения к сборочно-сварочным процессам.

К VI классу оборудования следует также отнести машины для стыковой с в а р к и т р е н и е м и для х о л о д н о й с в а р - к и давлением, поскольку на этих машинах, как и на контактных стыкосварочных, осуществляется не только сварка, но и сборка стыкуемых деталей.

Во ВНИИЭСО разработана серия у н и в е р с а л ь н ы х м а ­ ш и н д л я с в а р к и т р е н и е м четырех типоразмеров: МСТ-23; МСТ-35; МСТ-41 и МСТ-51 для сварки стержней диамет­ ром от 10 до 70 мм мощность машин (электроприводов) — соответ­ ственно 10; 22; 40 и 75 кет и максимальная производительность — 150; 120, 100 и 70 стыковіч. Разработан также ряд специализирован­ ных машин СМСТ и других мощностью от 10 до 40 кет и одна из машин (МСТ-100.1)— 125 кет. Машины СМСТ широко применяют для сварки тракторных деталей, машины МСТ и МСТА — для свар­ ки заготовок режущего инструмента и др.

В области х о л о д н о й с в а р к и д а в л е н и е м приме­ ром машины VI класса может служить разработанная в Болгарии [40] универсальная машина, обладающая сравнительно высокими показателями уровня комплексной механизации. В обычных ма­ шинах для холодной сварки многие подготовительные и вспомога­ тельные операции остаются немеханизированными, в частности, операция очистки соединяемых концов от различных загрязнений и особенно от жировых пленок, обрезки соединяемых торцов пер­ пендикулярно продольной оси соединяемых деталей или проволок, регулирования вылета, смены зажимных планок для сварки деталей или проволок различного сечения.

Рассматриваемая машина выгодно отличается от обычных тем, что в ней предусмотрены устройства для полной механизации пере­

318

численных выше вспомогательных операций, благодаря чему эта машина значительно больше удовлетворяет требования комплекс­ ной механизации, чем обычные машины для холодной сварки.

Очистка торцов деталей в данной машине осуществляется пнев­ матическим инжекторным устройством, распыляющим обезжири­ вающую жидкость по концам соединяемых деталей. Эта операция производится в самой машине непосредственно перед зажатием деталей и их сваркой, благодаря чему концы деталей предохраняются от случайного вторичного загрязнения.

В большинстве существующих машин для холодной сварки кон­ цы деталей обрезаются ножницами, расположенными вне машины, затем детали закрепляются в зажимных плашках, а вылет концов при этом регулируется визуально или с помощью измерительного инструмента. Данная машина наряду с обрезкой соединяемых де­ талей перпендикулярно их оси одновременно обеспечивает и необ­ ходимую длину вылета в зависимости от сечения свариваемых де­ талей. Это осуществляется специальными быстродействующими гильотинными ножницами, вмонтированными в машину.

Обычные машины для стыковой холодной сварки имеют две пары сменных зажимных плашек для сварки деталей определенного се­ чения и конфигурации. При переходе на сварку деталей другого профиля или сечения требуется замена плашек, являющаяся до­ статочно трудоемкой операцией. При частых сменах это существен­ но снижает производительность машин и затрудняет их эксплуата­ цию. Описываемая машина сконструирована так, что при сварке деталей различного сечения и конфигурации отпадает необходи­ мость в замене зажимных планок благодаря наличию барабанного устройства револьверного типа, несущего двенадцать пар плашек для различных деталей. В рабочем положении машины, т. е. при сварке, данная зажимная плашка устанавливается быстрым фикси­ рованным поворотом барабанного устройства.

Конструкция описанной машины несомненно сложнее обычных, но благодаря комплексному охвату всего сборочно-сварочного про­ цесса, имеет более высокую производительность. Применение таких машин особенно выгодно в тех случаях, когда приходится часто менять сечение свариваемых деталей, так как время их переналад­

319

§ 19. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫЕ СТАНКИ И МАШИНЫ VII КЛАССА

Основное отличие этих машин от сборочно-сварочного оборудо­ вания VI класса заключается в том, что в них механизированы не только основные и вспомогательные операции сборочно-сварочного процесса, но и операции управления, что обеспечивает машинам вы­ сокие показатели уровня автоматизации, приближающиеся к 100%. Как правило, эти машины могут встраиваться в автоматические поточные линии.

Принципы построения систем автоматического управления эти­ ми машинами изложены в § 16. Они аналогичны применяемым в машинах V класса. Различие между ними заключается лишь в том, что машины VII класса по сравнению с машинами V класса выполняют больший комплекс рабочих операций за счет добав­ ления сборочных операций. Системы автоматического управления и регулирования собственно сварочных процессов, являющиеся элементами комплексной системы управления машиной, рассмот­ рены в § 10 и 11.

Несмотря на высокую эффективность сборочно-сварочных автома­ тов, этот класс оборудования в сварочной технике, особенно в области сварки плавлением, представлен весьма ограниченным арсеналом машин — главным образом единичными образцами узко специализированных машин и агрегатов для массового и крупносе­ рийного производства. Объясняется это, во-первых, тем, что авто­ матические виды электрической сварки металлов по сравнению сдругими видами металлообработки (резанием, ковкой, штамповкой) все еще являются сравнительно новым технологическим процессом, тем более ново в сварочной технике направление полной комплекс­ ной автоматизации всего сборочно-сварочного процесса; во-вторых, при электродуговой сварке— отставание объясняется трудностя­ ми автоматизации направления дуги по шву и начального возбуж­ дения дуги, что сдерживает развитие машин VII класса для элект­ родуговой сварки, особенно в производстве изделий со швами боль­ шой протяженности и сложной конфигурации, для которых трудно обеспечить высокую точность собираемых заготовок. Несмотря на все эти трудности, в настоящее время существует уже немало об­ разцов комплексной автоматизации сборочно-сварочных работ.

В области электродуговой сварки одним из первых образцов оборудования VII класса можно назвать с т а н о к - а в т о м а т д л я с б о р к и и с в а р к и с т а л ь н ы х п у с т о т е л ы х ш а р о в (рис. 99). Эти шары, состоящие из двух сваренных между собой полусфер, являются массовой продукцией машиностроитель­ ных и судостроительных заводов. Заготовки шара в виде двух по­

3 2 0

лусфер диаметром 200 мм штампуются из листовой стали толщиной 2 мм, после чего кромки полусфер обрабатываются на токарном станке. Затем заготовки поступают на сборку и сварку. Сборка и сварка стыкового шва должна выполняться без подкладного коль­ ца и без всяких центрирующих заточек, что существенно осложняет задачу точной сборки полусфер и их центровки относительно оси вращения в станке. Сварной кольцевой шов, соединяющий обе

Рис. 99. Станок-автомат для сборки и сварки шаров.

полусферы, должен быть плотно-прочным и выдерживать давление до 50 ати. Шов выполняется электродуговой сваркой плавящимся электродом в среде углекислого газа.

Станок состоит из следующих основных узлов: механизма пи­ тания заготовками 5, передней бабки вращателя 1 с центрирующим конусом и пружинящими фрикционными захватами 3, задней баб­ ки 4 с таким же конусом и захватами, откидного ножа 8, сварочной головки 6, пневмосистемы, командоаппарата и аппаратуры управ­ ления, смонтированной в станине 7. Подача заготовок в станок осу­ ществляется с предыдущего рабочего места поточной линии по на­ клонному лотку 5, причем заготовки движутся попарно прерывис­

желобам до неподвижного тупика в станке, расположенного на ли­ нии центров. Рычажная система отсекателя работает от пневмоци­ линдра, управление которым осуществляет центральный командоаппарат.

Полусферы не имеют никаких центрирующих заточек или бо­ бышек. Вместе с тем их необходимо автоматически устанавливать

встанке так, чтобы плоскость кругового шва была, во-первых, строго перпендикулярна к оси вращения шара и, во-вторых, чтобы была расположена точно в плоскости электрода. Для этого преду­ смотрен специальный откидной нож 8, приводимый в движение пневмоцилиндром. Плоскости ножа тщательно отшлифованы и перпендикулярны к оси вращения изделия. Во время сборки изде­ лия нож находится в верхнем положении — между центровыми баб­ ками вращателя. Полусферы на станке располагаются по обе сто­ роны ножа и затем плотно прижимаются к нему своими торцами под действием штоков пневмобабок: сначала передней 1, а затем задней 3. После этого передняя бабка вместе с полусферой отводит­ ся назад на 2 мм, освобождая зажатый нож. Нож отбрасывается

внижнее положение и освобождает путь передней бабке с защем­

ленной в ней полусферой до соприкосновения с кольцевым торцом другой сферы, зажатой в задней бабке. Обе полусферы защемляются в бабках специальными конусами 3 с пружинящими фрикционными захватами, не позволяющими полусферам выскользнуть из цент­ рирующего конуса (чаши) или самопроизвольно повернуться в нем. В результате стыковое соединение собранного шара располагается точно под электродом и перпендикулярно к оси вращателя. После этого автоматически включается сварочный ток, подача электрод­ ной проволоки и вращение шара, т. е. начинается процесс сварки.

Длительность процесса сварки и его окончание регулирует реле времени, которое включается командоаппаратом. По окончании процесса сварки командоаппарат дает команды пневматическим цилиндрам обеих бабок для освобождения и выдачи готового изде­ лия на поток. Сваренный шар по наклонному желобу, расположен­ ному внутри станка, выкатывается наружу, включая по пути дви­ жения механизм загрузки станка следующими заготовками. Затем цикл автоматически повторяется.

Командоаппарат является основным органом автоматического управления, задающим вполне определенную программу работы станка как по длительности отдельных операций, так и по их по­ следовательности. Рабочим элементом командоаппарата служит мно­ гокулачковый вал, воздействующий на систему пневматических золотников и электровыключателей, управляющих соответствую­ щими пневматическими цилиндрами, двигателями и электромагни­ тами. Программу рабочего цикла станка можно изменять соответ­

322

ствующим профилированием кулачков и изменением их взаимного расположения на валу, а также числом оборотов кулачкового вала.

Продолжительность операционного цикла станка и его ритм — 55 сек. Производительность — 400—500 шт. в смену.

Многие сборочно-сварочные станки VII класса в отличие от опи­ санного выше станка работают не по жесткой системе управления, а по рефлекторной системе последовательного управления. В ка­ честве примера станка с таким автоматическим управлением можно привести станок для сборки и сварки стальных шахтных стоек на заводах угольного машиностроения. Корпус шахтной стойки имеет коробчатое сечение, составленное из двух швеллеров специального профиля шириной около 120 мм и длиной 1— 1,2 м. Швеллеры сва­ риваются между собой двумя стыковыми швами по всей длине элект­ родуговой автоматической сваркой под флюсом. Сборочно-свароч­ ный станок (рис. 100) выполняет автоматически все сборочные, сварочные и установочные операции, а также операции возбужде­ ния дуги и заварки кратеров, подачи флюса в зону сварки и его отсоса

вбункер и др. Подача заготовок (швеллеров) в сборочный кондуктор

ивыдача готовых изделий на поток осуществляется рольгангами поточной линии, на которой расположен станок, и соответствую­ щими механизмами загрузки и выгрузки.

Станок оборудован самоходным двухголовочным сварочным автоматом 8 с флюсовой аппаратурой 7, двухпозиционным поворот­ ным кондуктором— кантователем 9, в котором собираются и сва­ риваются шахтные стойки, подающим рольгангом 2 и механизмом загрузки. Двухпозиционный кантователь 9 состоит из двух парал­ лельно расположенных сборочных кондукторов 11, смонтированных на общей поворотной раме. Ось поворота рамы проходит между двумя кондукторами симметрично и параллельно им. Следователь­ но, при повороте кантователя на 180° кондукторы меняются места­

ми и свариваемые в них изделия меняют свою позицию. В кантова­ теле одновременно свариваются две стойки: в позиции справа по ходу потока сваривается первый шов, в позиции слева — второй шов. Таким образом, каждая стойка последовательно проходит две позиции: сначала правую, в которой производится ее сборка и сварка первого шва, а затем, после поворота кантователя на 180°, левую позицию, в которой производится сварка второго шва и вы­ грузка готовой стойки на поток.

Подача флюса в соответствующие периоды рабочего цикла произ­ водится автоматически действующим электропневматическим ши­ бером, который управляется путевым выключателем. Флюсоаппа­ раты 7, осуществляющие рециркуляцию флюса, действуют от сети сжатого воздуха (по эжекторной системе), причем выхлоп запылен­ ного воздуха производится в цеховую вентиляционную магистраль

через подвижной водяной затвор, благодаря чему исключается возможность загрязнения этой пылью цехов.

Зажимные устройства сборочных кондукторов, снабженные флюсоудерживающими приспособлениями, приводятся в действие силовым пневмоприводом диафрагменного типа 10. Поворот канто

вателя-кондуктора на 180° также осуществляется при помощи пнев­ мопривода с автоматическим управлением.

В табл. 28 приведена циклограмма работы станка за период 120 сек, охватывающий несколько циклов с фазовым сдвигом во вре­ мени на величину ритма. Из таблицы видно, что продолжительность операционного цикла изготовления (сборки и сварки) стойки рав­ на ПО сек, а ритм—■55 сек. Так как на станке одновременно обра­ батываются два изделия (со сдвигом фаз), то ритм вдвое меньше дли­ тельности цикла. В этом отношении станок можно рассматривать как двухпозиционный конвейерный агрегат — прототип поточной линии.

На циклограмме наглядно изображена не только продолжитель­ ность и последовательность рабочих операций, но и совмещение некоторых из них во времени на одной и той же позиции, например, совмещение операции 3 с операциями 1 и 2 на правой позиции, 10

Рис. 100. Станок для сборки и сварки шахтных стоек:

I — приемный внбролоток для флюса; 2 — подающий рольганг; 3 — станнна; 4 —* уст­ ройства пневмоавтоматики; 5 — нижний рельс для тележки сварочного автомата; 6 — верх­ ний рельс; 7 '— флюсоаппарат; 8 — самоходный двухголовочный сварочный автомат; Р — кантователь; 10 — днафрагмовые пневмозажимы; 11 — сборочные ' кондукторы.

325

с 9-й на левой позиции и др. При проектировании сборочно-свароч- ных агрегатов (машин, линий) построение подобных циклограмм сильно облегчает поиск путей возможного совмещения операций, которое является одним из средств существенного повышения про­ изводительности машин и труда.

В соответствии с циклограммой (табл. 28) производительность станка составляет 65 стоек в час при скорости сварки до 1,7 м/мин.

Этот станок в отличие от автомата для сборки и сварки шаров (рис. 99) в качестве органа автоматического управления имеет не программный командоаппарат с жесткой циклограммой, а систему путевых и конечных переключателей с релейной и электромагнит­ ной аппаратурой. В таких рефлекторных системах последователь­ ного управления окончание предыдущей операции служит импуль­ сом для начала последующих. В связи с этим общая продолжитель­ ность рабочего цикла не может быть постоянной, жесткой величиной, так как она зависит от случайных колебаний времени отдель­ ных операций и скорости срабатывания исполнительных механиз­ мов. Подобные гибкие системы автоматического управления не всег­ да можно рекомендовать для многооперационных машин, встраи­ ваемых в автоматические поточные линии, так как они склонны накапливать неточности при выполнении отдельных операций и этим нарушать заданный ритм и синхронность потока. Такие автоматы не обладают, следовательно, жесткой стабильностью ритма. Чтобы стабилизировать их ритм, приходится искусственно увеличивать продолжительность рабочего цикла машины за счет добавочных межоперационных пауз, компенсирующих возможные неточности цикла, и, следовательно, за счет снижения производительности ма­ шины. В такой компенсации нет никакой необходимости, если ма­ шина работает автономно — вне линии, либо в автоматической ли­ нии с буферными межоперационными накопителями.

Некоторые из рассмотренных выше сборочно-сварочных станков VI и VII классов сконструированы так, что все рабочие операции (сборка, сварка и др.) выполняются на одной и той же позиции. Так построен, например, станок для сварки канистр (VI класс, рис. 91), станок для сварки шаров (VII класс, рис. 99) и пр. Не­ которые построены так, что отдельные операции рабочего цикла вы­ полняются на разных позициях и с этой целью станок снабжается многопозиционным устройством в виде многоместного поворотного

скольку на них последовательным потоком выполняется ряд разно­ родных операций (сборка, сварка и др.) на различных позициях, многоместного поворотного стола или конвейера, вмонтированного в машину. Таким образом, многопозиционные машины VI класса

326