§ 22. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ МАШИН

Машины для стыковой сварки классифицируются: по способу нагрева при сварке — сопротивлением, оплавлением (непрерывным, с подогревом или импульсным), универсальные;

по конструкции механизма подачи — с рычажным, пружинным, электромеханическим (кулачковым или винтовым), пневматическим, гидравлическим и комбинированным механизмами;

по конструкции зажимных устройств — с рычажным, эксцентри­ковым, винтовым, электромеханическим, пневматическим, гидравли­ческим и комбинированным механизмами;

по характеру импульса сварочного тока — переменного тока про­мышленной частоты, конденсаторные, низкочастотные, постоянного тока с выпрямлением в сварочном контуре и др.;

по степени автоматизации процесса сварки — неавтоматические, полуавтоматические и автоматические;

по назначению — универсальные (общего применения) и специ­альные;

по способу установки — стационарные, передвижные и подвес­ные.

U Стыковая машина состоит из следующих основных узлов и аппа­ратуры (рис. 128): станина 9. неподвижная и подвижная плиты

4, 7, направляющие для движения подвижной плиты 3, которые пере­мещаются во втулках 2, привод подачи 8, зажимные 6 и упорные 5 устройства. Внутри станины установлен сварочный трансформатор 12 с переключателем ступеней 1. Трансформатор вторичным контуром 11 связан с губками машины, установленными иа ее плитах и в зажим­ных устройствах. В корпусе машины установлена аппаратура 10 для включения сварочного трансформатора и упра­вления работой машины.

Станины, плиты и на­правляющие. Станины сты­ковых машин должны об­ладать достаточной проч­ностью и жесткостью.

Это позволяет выдержи-

Рис. 128. Типовая схема сты­ковой машины

вать значительные усилия осадки и обеспечивать необходимую со­осность.

Станины обычно изготовляют сварными из листовой стали и про­катных профилен. Конструкции их разнообразны и как силовой узел их часто выполняют в виде объемной фермы, состоящей из верх­него стола,.стоек и нижних связей. Станины чаще изготовляют с го­ризонтальным столом, но для тяжелых деталей удобен наклонный (под 45°) стол, для длинномерных деталей (типа рельса) применяют и вертикальные столы. При проектировании станины магнитные массы стремятся расположить дальше от вторичного контура или близлежащие детали выполняют из немагнитных материалов. Это снижает нагрев станины.

На столах машины устанавливают плиты, на которых крепят зажимные и упорные устройства.

Для машин небольшой мощности плиты изготовляют из меди или бронзы, для остальных машин — из чугуна или стали с мед­ными вставками в местах присоединения шин от сварочного транс­форматора.

Подвижная плита передвигается в направляющих различных конструкций: прямоугольных, типа «ласточкин хвост», цилиндри­ческих, шариковых. Конструкция направляющих должна обеспечи­вать точное перемещение и небольшой зазор при осадке. В направля­ющих устройствах обычно предусматривают регулирование зазоров и надежную защиту от брызг расплавленного металла.

Зажимные и упорные приспособления. Эти устройства служат для точной установки деталей относительно друг друга и их зажима, что обеспечивает подвод тока через губки (электроды) и восприятие осадочных усилий. При сварке небольших по длине деталей приме­няют упорные приспособления. В этом случае усилие осадки ча­стично воспринимается упорами, через которые оно передается на узлы машины. Усилие зажатия существенно снижается, так как оно должно обеспечить только хороший токоподвод.

При сварке длинномерных деталей (рельсы, проволока, прутки, лента, трубы и др.) исключительно применение упоров и детали удер­живаются только силами трения между поверхностями губок и сва­риваемых деталей. В этом случае зажимные усилия значительно воз­растают. »

При сварке коротких деталей упор размещают в губках (рис. 129, в) или на плите зажимов (рис. 129, б). В универсальных машинах применяют более сложные приспособления, позволяющие свари­вать детали, разные по форме и размерам^ На рис. 129, а показано одно из таких приспособлений, применяемое на отечественных ма­шинах мощностью 100 —300 кВ-А. Операционный центрирующий упор 11 и опорный желобок 12 приспособления передвигаются в трех взаимно перпендикулярных направлениях в соответствии с формой и размерами детали. Центрирующее устройство 6 передвигает упоры по вертикали и горизонтали винтами 7 и 13. По длине упоры грубо регулируются перестановкой упорной планки 3, которая передви­гается по направляющим 4 приспособления и фиксируется в нужном

в)

положении собачками 14. Для точного регулирования служит махо­вичок 2, связанный с ползуном 5. После регулирования винт махо­вичка закрепляется контргайкой 1. Все приспособления крепятся на станине машины болтами 10 через кронштейн 9. Штанги 4 крепятся на кронштейнах гайками 8.

(''Совмещение торцов деталей в месте сварки производят путе і смещения губок с помощью специальных клиньев или регулирова­ния одного из зажимов.

Конструкции зажимов разнообразны и определяются формой и размерами свариваемых деталей, усилием зажатия и характером

производства^

сНа рис. ГлГ^юказаны конструкции и схемы зажимных устройств некоторых типов стыковых машин. На машинах малой мощности и машинах, от которых не требуется высокой производительности, применяют пружинные, эксцентриковые, винтовые и рычажные за­жимы.

В пружинном механизме (рис. 130, а) деталь в губках 1 зажи­мается пружиной 3 через рычаг 2. В эксцентриковых механизмах (рис. 130, б) деталь зажимается в губках 6 при повороте ручки 4. Эксцентрик 1 действует на рычаг 5 через ролик 2. Расстояние между губками регулируется механизмом 3. Пружина 7 удерживает рычаг в верхнем положении.

В радиально-винтовом зажиме (рис. 130, в) деталь зажимается в губках 6 рычагом 2. Рычаг фиксируется в рабочем положении серьгой 5. Окончательный зажим детали производится поворотом рукоятки 4 винта 3 на 1/4 — 1/2 оборота. Противовес 1 облегчает подъем рычага 2 при раскрытии зажима. Зажимы этого типа упро­щают переналадку машины при универсальных работах и позволяют создать усилие зажатия до 4000 даН. В рычажных зажимах с ручным приводом (рис. 130, г) деталь зажимается в губках 9 при движении рычага 6 вниз. Этот рычаг, жестко связанный с рычагом 1, поворачи­вает и рычаг 3. Когда оси рычагов / и 3 совмещаются, рычаг 5 пово-

рачивается вокруг своей опоры и на губках создается максимальное усилие зажима. Регулирование зажимов (длина рычага 3) произ­водится винтами 4 и 7, последний через клин 8 регулирует положение нижней губки. Противовес 2 облегчает обратный ход механизма при разжатии. Эти зажимы обеспечивают высокую производительность и развивают усилие зажатия до 3000 даН.

В зажимах с пневматическим приводом (рис. 130, д) усилие, раз­виваемое на штоке 4 пневматического цилиндра /, усиливается с по­мощью рычага 3 и на губках 2 создается необходимое зажимное уси­лие, которое в мощных машинах достигает 10 000 даН. Зажимы этого типа отличаются быстродействием, их широко используют в массо­вом производстве.

В мощных машинах иногда применяют пневмогидравлический безнасосный привод зажимных'устройств (рис. 130, е). Деталь пред­варительно зажимается между губками 7. Верхняя губка переме­щается вниз под действием пневматического цилиндра 4, шток кото­рого жестко связан с поршнем 5 гидравлического цилиндра зажи­мов 6. Затем сжатый воздух подается в цилиндр 2 пневмогидравли - ческого повысителя давления. Шток 1 этого устройства создает высокое давление масла, начиная с момента перекрытия его доступа

из питающего бачка 3. Высокое давление масла, действуя на поршень 5, создает необходимое зажимное усилие.

В мощных машинах применяют и зажимы с чисто гидравлическим приводом. Масло в гидравлический цилиндр зажимных устройств подается насосом высокого давления 5—20 МПа.

В мощных машинах с электроприводом прдачи иногда используют винтовые зажимы с приврдом от электрцдвигателя.

Привод подачи стыковых машин^ Привод подачи стыковых ма­шин обеспечивает поступательное движение подвижной плиты ма­шины, создание усилий при сварке и осадке, возвратное движение плиты.

В современных машинах в зависимости от их мощности и назна­чения применяют рычажный, пружинный пневматический, электро­механический или гидравлический привод подачи. Иногда исполь­зуют комбинированные механизмы подачи, где электромеханический привод используют для оплавления, а пневматический или пневмо - гидравлическнй — для осадки. Кроме рычажного привода, все остальные системы обеспечивают автоматический цикл работы],)

Простейшим приводом является рычажный (рис. 131, а), в кото­ром скорость передвижения стола определяется сварщиком. Сварщик усилием Fp поворачивает коленчатый рычаг 1. Усилие передается через его меньшее колено 2 и серьгу 3 на подвижную плиту 4 машины. Усилие осадки подсчитывают по формуле

Foe = FplJih sin а),

которая получена из условия действия моментов сил, возникающих в механизме. Усилие увеличивается с уменьшением угла а. Макси­мальное усилие осадки на машинах с таким приводом не превышает 5000 даН. Преимущество такого привода — универсальность и про­стота. Недостатки, — большая физическая нагрузка на сварщика и зависимость качества от его квалификации.

На стыковых машинах небольшой мощности для сварки сопро­тивлением устанавливают полуавтоматический пружинный привод (рис. 131, б). При повороте рычага 2 эксцентрик 3 перемещает по-

Рис. 132. Кинематические схемы электроприводов подачи с кулачковым (а) и винто­вым механизмами перемещения стола машины (б)

движный зажим / вправо, сжимая пружины 4. Положение зажима фиксируется защеткой 5. После зажатия свариваемых деталей осво­бождают защелку и начинают нагрев. Под воздействием пружин нагретые детали деформируются. Недостатки пружинного приюда — снижение усилия сжатия в процессе деформации при сварке.

Для передвижения подвижного стола стыковых машин электро­привод применяют в основном при сварке однотипных деталей с раз­витыми сечениями в серийном производстве. Усилие осадки, разви­ваемое таким приводом, может' достигать 20 000—30 000 даН. Элек­тропривод применяют с кулачковым или винтовым механизмами. Кинематическая схема электропривода с кулачковым механизмом приведена на рис. 132, а. Подвижный стол 1 перемещается кулач­ком 3 через опорный ролик 2. Кулачок вращается от электродвига­теля 5 через клиноременный вариатор 4, пару сменных цилиндри­ческих зубчатых колес 6 и червячный редуктор 7. Полному циклу сварки обычно соответствует один оборот кулачка.

Ув?.гичение радиуса кулачка в точке соприкосновения с опорным роликом определяет скорость перемещения детали при сварке. Эта скорость постепенно возрастает с повышением температуры нагреЕа свариваемых деталей.

В конце сварки осадка детали производится с большой скоростью, в результате в этом месте профиль кулачка резко изменяется. На­грузка на кулачок в момент осадки резко возрастает. Для снижения ее между кулачком и подвижным столом машины применяют рычаж­ную систему. Для уменьшения износа эту часть кулачка изготовляют из более прочной инструментальной стали и делают сменной.

Аналогичная система привода может быть использована для сты­ковой сварки оплавлением с предварительным подогревом. При полу­автоматическом цикле возвратно-поступательное движение подвиж­ного стола машины осуществляется ручным рычажным устройством, а при автоматическом — реверсом электродвигателя, управляемым реле напряжения, включенным между концами свариваемых деталей.

На мощных машинах для вращения кулачка иногда используют двигатели постоянного тока. Это позволяет регулировать скорость перемещения подвижного стола в более широких пределах и зада­вать ее специальным профилирующим устройством.

Для увеличения скорости осадки и разгрузки кулачка на мощных стыковых машинах применяют комбинированный привод — электри­ческий при подогреве и оплавлении и пневматический, пневмоги - дравлический или гидравлический при осадке.

Электропривод с винтовым механизмом применяют на мощных стыковых машинах (рис. 132, б). Винт 6, соединенный с подвижным столом / машины, поступательно движется от ганки 5, соединенной шлицевым соединением с червячным колесом червячной пары 2, которая приводится в движение электродвигателем 3. Осевое усилие с гайки передается на пружинный динамометр 4, контролирующий усилие осадки. Для увеличения скорости при переходе от оплавле­ния к осадке в таком приводе применяют двухскоростные двигатели пли два двигателя с самостоятельными передачами. Программное регулирование скорости в таком приводе обеспечивают двигатели постоянного гока.

К преимуществам электропривода относят относительную про­стоту его конструкции, а к недостаткам — сложность его переналадки при изменении размеров сечения свариваемых деталей.

В мощных машинах с большим усилием осадки обычно применяют гидравлический привод подачи. Скорость передвижения подвижного стола машины в этом приводе изменяется дросселем с регулируемым проходным сечением или золотниковыми устройствами.

На рис. 133, а приведена схема привода, в котором использован первый способ управления скоростью.

Подвижной сгол 1 машины перемещается гидроцилиндром 2, поршень которого передвигается в зависимости от истечения масла из правой или левой полости. При подогреве или оплавлении масло подается насосом 11 из бака 12 через обратный клапан 10, распреде­лительный клапан 9, клапан 8, обратный клапан 7 на вход распреде­лителя 3. При смещении его штока вправо масло поступает в правую полость гидроцилиндра 2, а из левой полости масло через распреде­лительный клапан 14, другую полость распределителя 3, дроссель 5, обратный клапан 13 сливается в бак 12. При этом подвижной стол 1 машины перемещается влево со скоростью, определяемой регулируе­мым дросселем 5. При смещении штока распределителя 3 влево масло от насосов поступает через клапан 14 в левую полость гидроцилин­дра 2, а из правой через распределитель 3 и дроссель 4 сливается в бак.

Регулируемый дроссель 5 изменяет свою характеристику механи­чески через тягу, которой он связан с подвижным столом, или путем электромеханического управляемого привода. При осадке клапаны 9 и 14 подключают полости гидроцилиндра непосредственно к насосу и сливной трубе, обеспечивая быстрое передвижение подвижного стола. Давление при этом определяется разгрузочным клапаном 6.

Насосы в гидравлическом приводе создают высокое давление жид­кости (до 20 МПа), поэтому рабочие цилиндры привода имеют не­большие размеры.

В некоторых машинах использована система управления гидро­приводом со следящим распределительным устройством 2 (рис. 133, б).

Рис. 133. Гидравлические приводы лодачи сшковых машин- и — с дросселем; б — со следящим золотником

В корпусе этого устройства предусмотрены пять цилиндрических выточек, соединенных с гидросистемой машины. Подвижный шток распределителя имеет четыре поршня. В нейтральном положении поршни перекрывают выточки в корпусе золотника и доступ масла в полости гидроцилиндра 1 подачи стола машины прекращается. При перемещении штока золотника влево масло от насоса 8 через гидравлический клапан 7, разгрузочный клапан 6, золотник 2 и гн­ім

дравлический клапан 3 поступает в правую полость гидроцилиндра /. Левая полость при этом через гидравлический клапан 4 и распреде­литель 2 соединяется с баком для масла, а подвижной зажим переме­щается влево. Движение штока распределителя в этой системе точно копируется движением подвижного стола машины. При осадке пере­ключаются клапаны 3, 4,7 и масло под давлением, определяемым раз­грузочным клапаном 5, поступает через клапан 3 в прав>ю полость гидроцилиндра, а из левой через клапан 4 сливается в бак. Шток распределителя перемещается кулачковым или винтовым электро­приводом малой мощности (30—70 Вт). В момент осадки для быстрого перемещения золотника применяют привод от электромагнита или пружины.

Скорость осадки определяется пропускной способностью системы, а также подачей насоса. Для увеличения скорости осадки иногда параллельно с насосом включают гидроаккумулятор, который уве­личивает подачу масла в момент осадки.

При импульсном оплавлении на основе поступательное движение стола машины накладывают колебательное движение в широком ин­тервале частот (до 50 Гц). Эти колебания сообщаются подвижному столу машины или только зажимным губкам от вибраторов с электро­механическим приводом. В мощных же машинах с гидравлическим приводом колебания сообщаются подвижному столу машины через гидроцилнндр с дополнительно включенным внброзолотником (рис. 134). Переменное давление в камерах гидроцилиндра создается вращением штока 5, поршни которого имеют клиновидные пазы. Этектродвнгатель постоянного тока через скользящую муфту 6 вра­щает шток 5 внброзолотпика 9. В одно и то же время клиновые пазы поршней штоков соединяются с каналами 7 и 8. Масло от насоса под давлением попадает в камеру А виброзолотника 9, оттуда через от­крытый в этот момент канал 7 поступает в левую полость гидроци­линдра 2. В то же время канал 8 соединяет правую полость гндроци - линдра с камерон Б, откуда масло сливается в бак, и поршень 1 дви­жется вправо. Через четверть оборота вращающийся шток 5 повора­чивает поршень с выточками и соединяет камеры А и Б через каналы 4 и 3 с полостями гндроцилнндра так, чго правая полость гидроци­линдра 2 окажется под давлением, а левая будет сообщаться со слив­ной трубой, в результате поршень 1 будет двигаться влево.

При непрерывном вращении штока поршень, совершает колеба­тельное движение. Для изменения амплитуды колебаний служит регулировочный БИНТ 11, который через подшипник 10 смещает шток в осевом направлении. При этом клиновидные пазы штока 5 сме­щаются относительно каналов виброзолотника, что изменяет время, в течение которого полости гидроцнлиндра попеременно сообщаются то с насосом, то с сливной трубой. Частота колебаний поршня регу­лируется изменением частоты вращения штока 5.

Преимущества гидравлического привода: широкая универсаль­ность, небольшие размеры рабочих цилиндров. Кроме того усилие осадки выдерживается более стабильно и не зависит от ее вели­чины.

В стыковых машинах иногда применяют пневматические нли пневмогндравлнческне системы осадки. Они отличаются быстродей­ствием, но их стабильность зависит от давления воздуха в магистрали и ресиверах.

^Программирующие устройства и аппаратура управления. При

стыковой сварке в зависимости от метода программируются основные параметры режима: включение и выключение сварочного тока, пере­мещение подвижного стола машины и включения усилия сжатия нли осадки, напряжение на электродах. При стыковой сварке со­противлением программируется включение и выключение сварочного тока относительного приложения усилия при сварке. На машинах малой мощности это программирование осуществляется конечными выключателями по перемещению деталей. При сварке закаливаю­щихся сталей, когда сварка выполняется по циклу сварка — отпуск, для программирования используют реле интервалов времени. При необходимости более точного контроля температуры нагрева детали применяют фотопирометры.

На стыковых машинах для сварки оплавлением программирование основных параметров режима осуществляется в функции переме­щения или длительности процесса.

В машинах для сварки однотипных деталей, в крупносерийном или массовом производстве, когда заготовки для сварки имеют точные размеры, предпочитают программировать цикл по их перемещению^ Такое программирование чаще всего производится приводом с по­мощью профильных кулачков. Кулачком задается скорость переме­щения деталей, длительность процесса сварки, момент приложения и величина осадки. При этой системе трудно подобрать скорость подачи без смены кулачков при сварке деталей с различными сечениями. В тех случаях, когда одновременно нужно изменять и напряжение во вторичном контуре, задача еще более усложняется. В современных машинах применяют коммутационные системы программирования этого цикла. Зубчатая рейка системы, жестко связанная с подвиж­ным элементом машины (стол, станина), через шестерни вращает вал переключателя, кулачки которого в процессе сварки включают необходимую аппаратуру машины.

В мощных машинах обычно предусмотрен предварительный по­догрев, для чего замыкают на некоторое время торцы свариваемых

деталей и включают сварочный ток (импульс подогрева), затем раз­водят детали, размыкая вторичную цепь (пауза).

Длительность импульсов задается реле времени, а команду на реверс движением подвижного стола машины подает реле напряже­ния, подключенное к электродам машины. Напряжения короткого еамыкания UK. 3, холостого хода Ux - х и оплавления (Уопл различают по величине ((Ух. х > иопл > £/„.8). Это различие и использовано для автоматического управления процессом.

В машинах, используемых для сварки деталей с хорошо подго­товленными торцами, устанавливают жесткую программу, в которой еаданы длительность импульсов и пауз, а также общая длительность подогрева. По истечении этого этапа цикла происходит принудитель­ный переход на оплавление.

Жесткое программирование по перемещению не приемлемо, когда торцы заготовок обрезаны неровно. При сварке таких деталей время, затрачиваемое на оплавление неровностей, не должно входить в об­щее время сварки. Одновременно программируются скорость подачи и напряжение холостого хода сварочного трансформатора. В маши­нах К190П. К355, К555 программирование осуществляется с по­мощью многоценных реле (КЭП-124 и др.). Вторичное напряжение изменяют путем переключения ступеней автотрансформатора и из­менения углов включения вентилей (игнитронов или тиристоров) контактора. Изменение скорости передвижения стола машины произ­водят изменением скорости вращения двигателя электромеханиче­ского привода.

Наиболее совершенны системы управления с обратными связями по энергии, мощности или температуре. Такие системы обеспечивают наиболее стабильное качество, исключая влияние различных воз­мущающих факторов. Однако в них использована сложная аппара­тура управления, поэтому применение их на практике ограничено.