Устройство для выполнения технологических операций на трубопроводе

 

Использование: для работы на трубопроводах энергетического оборудования атомных станций, химической промышленности в местах, где время пребывания обслуживающего персонала строго ограничено . Сущность: устройство содержит приводную каретку с приводом движения и сменной приводной инструментальной головкой, устанавливаемой на каретке, которая перемещается посредством цепной передачи на наружной поверхности, разъемного направляющего кольца, содержащего механизм крепления устройства на трубопроводе. Механизм крепления выполнен в виде радиально расположенных пневмоцилиндров одностороннего действия, штоки которых соединены между собой рычажно-тросовым механизмом передачи перемещения , который позволяет повысить надежность базирования устройства на трубах любой пространственной ориентации из любого материала. Зубчатые элементы, устанавливаемые на наружной поверхности разъемного кольца, фиксируют на конце охватывающую его цепь и препятствуют ее проскальзыванию, что позволяет снизить необходимые усилия натяжения цепи и увеличить КПД привода перемещения каретки, 10 ил. 73 С

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ C) !

«4 ,А

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5015237/08 (22) 11.11.91 (46) 07.09,93. Бюл. N 33-36 (75) Сандалюк И.В. (73) Обнинский институт атомной энергетики и Сандалюк И.В. (56) 1. Труборез для резки труб диаметром273-325 мм-" Воп росы атомной науки и техники" сер. Сварка в яд. технологии. В.1,с,35, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ НА ТРУБООРОВОДЕ (57) Использование: для работы на трубопроводах энергетического оборудования атомных станций, химической промышленности в местах, где время пребывания обслуживающего персонала строго ограничено. Сущность: устройство содержит приводную каретку с приводом движения и сменной приводной инструментальной

Изобретение относится к механической обработке трубопроводов, а именно к устройствам для резки труб, и может быть использовано для работы на трубопроводах энергетического оборудования атомных станций, химической промышленности в местах, где в силу вредных производственных факторов (ионизирующее излучение, высокая загазованность и т.д,) время пребывания обслуживающего персонала строго ограничено.

Известна конструкция труборезэ, содержащего тележку с приводом, приводную

„., RU ÄÄ 2000177 С

<я)5 В 23 021/00 // G 21 С 17/017 головкой, устанавливаемой на каретке, которая перемещается посредством цепной передачи на наружной поверхности, разьемного направляющего кольца, содержащего механизм крепления устройства на трубопроводе. Механизм крепления выполнен в виде радиально расположенных пневмоцилиндров одностороннего действия, штоки которых соединены между собой рычажно-тросовым механизмом передачи перемещения, который позволяет повысить .надежность базирования устройства на трубах любой пространственной ориентации из любого материала. Зубчатые элементы, устанавливаемые на наружной поверхности разъемного кольца, фиксируют на конце охватывающую его цепь и препятствуют ее проскальзыванию, что позволяет снизить Я необходимые усилия натяжения цепи и увеличить КПД привода перемещения каретки.

10 ил. инструментальную головку и охватывающую трубу цепь, прижимающую тележку к поверхности трубы. Перемещение тележки по трубе осуществляется посредством взаимодействия зубьев приводных звездочек с цепью (Патент США, M 3.704516, нац, кл.

30 — 95/97).

Известно также устройство для резки труб. содержащее привод, тележку r. колесами. на которой установлена фрезэ, связанная с приводом и колесами тележки через механическую передачу и, охватывающую отрубу, цепь с роликэми (эят.i.p N- ПР2;>91. кл.

В 23 О 21 00) 2000177

Недостатками указанных устройств являются возможность смещения режущего инструмента от заданной линии реза под действием вибраций, вызванных работой устройства или под действием собственного веса устройства при осуществлении работ на вертикально расположенных участках труб, Кроме того, мощность привода таких устройств помимо перемещения транспортных тележек расходуется на преодоление сил трения между трубой и охватывающей ее цепью, что снижает КПД устройства.

Наиболее близким техническим решением, выбранным екачестве прототипа,,является устройство для резки труб, содержащее направляющую обечайку. устанавливаемую на разрезаемую трубу, каретку, на которой смонтирован механизм врезания инструмента и привод перемещения каретки. Крепление устройства на трубе осуществляется при помощи сменных опор, вводимых между наружной поверхностью трубы и обечайкой, Недостатками известного решения является необходимость точного базирования трубореэа на трубопроводе и, связанные с этим, сложность и длительное время установки, а также ограниченность применения, в виду возможности использования устройства в узком диапазоне диаметров обрабатываемых труб.

Целью изобретения является повышение производительности и качества обработки за счет повышения надежности автоматического базирования устройства на трубах различных диаметров и увеличения КПД приводов окружного перемещения инструмента, Это достигается тем, что заявляемое устройство содержит установленную на разьемном направляющем кольце приводную каретку со сменной приводной инструментальной головкой, а также механизм крепления устройства на трубе, при этом устройство снабжено механизмом фиксации каретки, выполненным в виде охватывающей направляющее кольцо цепи и установленных с воэможностью взаимодействия с цепью зубчатых элементов, выполненных на наружной поверхности указанного кольца, а механизм крепления устройства на трубе выполнен в виде радиально расположенных на внутренней поверхности кольца по меньшей мере четырех пневмоцилиндров одностороннего действия, штоки которых соединены между собои введенным в устройство рычажно-TpocoRt, механизмом передачи перемещения

Описанная конструкция механизма крепления позволяет повысить надежность базирования устройства на трубах любой пространственной ориентации из любого материала, снизить за счет демпфирования пневмоцилиндров вибрацию от работы инструмента, сократить время установки, Кроме этого, наличие на наружной поверхности разъемного кольца зубчатых элементов, фиксирующих на кольце охватывающую его цепь и препятствующих ее проскальзыванию, позволяет снизить необходимые усилия натяжения цепи и увеличить КПД привода перемещения тележки, Следует также отметить, что применение заявляемого устройства, при условии наличия на опорных плитах штоков пневмоцилиндров эластичных пластин, позволяет избежать царапин, зазубрин на поверхности трубопровода, которые неизбежно возникают при работе труборезов, содержащих охватывающую трубу цепь, Выполнение инструментальной головки в виде самостоятельного функционального модуля позволяет соответствующим набором сменных головок автоматизировать ряд технологических операций по ремонту трубопроводов, На фиг.1 показан общий вид устройства для выполнения технологических операций на трубопроводе; на фиг,2 — конструкция приводной каретки; на фиг.3 — конструкция разьемного кольца; на фиг.4 — элемент разьемного кольца в разрезе радиальной секущей плоскостью (пневматический распределитель на чертеже показан условно); на фиг,5 — схема работы замкового механизма; на фиг.б — схема работы тросового механизма передачи перемещения; на фиг.7 — схема расположения тросов на внутренней поверхности направляющего кольца; на фиг.8 — конструкция опорной плиты, прикрепляемой к штокам пневмоцилиндров; на фиг.9 — зубчатый элемент в зацеплении с охватывающей кольцо цепью; на фиг.10 — стыкуемые звенья приводной цепи.

Устройство для выполнения технологических операций на трубопроводе включает охватывающее трубу 1 разьемное кольцо 2 с автоматическим механизмом крепления, приводную каретку 3, удерживаемую на наружной поверхности разъемного кольца охватывающей кольцо цепью 4 и содержащей привод 5 основного перемещения, привод б главных подач инструмента, инструментальную головку 7. Воздуховод 8 и электрические кабели 9 и 10 соединяют соответственно привод механизма крепления кольца 2 и приводы приводной каретки

2000177

10

20

3 с источниками сжатого воздуха и постоянного тока (на чертеже не показаны), Приводная каретка 3 состоит из прямоугольной платформы 11, базирующейся на четырех колесах 12, каждая пара которых установлена на оси 13. Оси фиксируются в отверстиях опор 14, которые жестко крепятся к платформе 11. В нижней части опор 14 устанавливаются направляющие подпружиненные ролики 15, контактирующие с боковыми поверхностями кольца 2.

Привод основного перемещения 5 каретки включает реверсивный электродвигатель 16, установленный на суппорте 17 механизма натяжения цепи, редуктор 18, приводную звездочку 19 и две ведомые звездочки 20, установленные оппозитно друг другу на стойках 21.

Привод главных подач инструмента 6 состоит из двух функционально независимых блоков продольного и радиального перемещения. Первый из упомянутых включает прямоугольные направляющие

22, установленные на платформе 11, подвижный суппорт 23, перемещаемый посредством передачи винт-гайка шаговым двигателем 24 в пазах прямоугольных направляющих 22. К подвижному суппорту 23 крепятся направляющие 25 блока радиального перемещения, по которым по скользящей посадке перемещаются крепежная планка 26. Движение крепежной планки 26 осуществляется шаговым двигателем 27 по средством передачи винт-гайка.

К крепежной планке 26 присоединяется сменная инструментальная головка, выполненная в виде самостоятельного функционального блока для выполнения определенной технологической операции, например, в виде шлифовальной головки 7, включающей корпус 28, электродвигатель

29 вращения абразивного диска 30. редуктор 31. Питание электродвигателей приводов приводной каретки осуществляется от источника постоянного тока (не показан) посредством кабеля 10, присоединяемого к распределительному ящику 32. от которого идет разводка проводов к электродвигателям.

Разъемное кольцо 2 устройства состоит из двух полуколец 33 и 34, которые соединяются между собой при помощи оси 35, входящей в отверстия петель 36 и 37 и фиксирующейся в таком положении гайкой

38. На внутренней поверхности полуколец прямоугольными выступами 39 образованы кольцевые полости 40. сообщающиеся между собой воздуховодом 41. Кольцевые полости 40 соединяются с источником сжатого

55 воздуха (не показан) посредством возл,.и провода 42, присоединяемого к основному воздухопроводу 8.

С целью сокращения времени установки устройства на трубопроводе разъемное кольцо 2 снабжено быстродействующим замковым механизмом, который включает замок 43, располагаемый на полукольце 33, и крюк 44, находящийся на полукольце 34.

Замок 43 имеет поворотную пластину 45 со стопором 46, установленную на оси 47 и прижимаемую к kopnycy замка пружиной

48.

На внутренней поверхности полуколец по обе стороны прямоугольных выступов 39 установлены, как показано на фиг.3, пневмоцилиндры 49 одностороннего действия с прямоугольными поршнями. Выполнение поршней пневмоцилиндров прямоугольной формы препятствует повороту штоков и улучшает компановку конструкции разъемного кольца в целом, а указанное расположение пневмоцилиндров на кольце обеспечивает надежное базирование последнего на поверхности трубопровода.

Штоковые полости пневмоцилиндров

49 соединены с кольцевыми полостями 40 посредством воздуховодов 50 и дистанционно управляемых двухпозиционных пневматических распределителей 51, которые в одном положении сообщают штоковые полости пневмоцилиндров с кольцевыми полостями, а в другом — производят запирание штоковых полостей. управление распределителя 51 осуществляется посредством электрических сигналов, идущих по проводам, сведенных в электрический кабель 9.

Пружины 52, устанавливаемые на каждом спаренном штоке 53 между передней крышкой цилиндра и.его поршнем, осуществляют обратный ход поршней при сбрасывании сжатого воздуха из кольцевых полостей 40, К штокам 53 пневмоцилиндров 49 присоединяются опорные плиты 54, имеющие направляющие пазы 55, по которым перемещаются толка ели 56 рычажных механизмов, и базовые площадки, куда устанавливаются пластины 57, выполненные из материала с хорошими фрикционными свойствами, например, из резины.

Отверстия 58 выполнены для крепления к опорным плитам соединительных тросиков рычажно-тросового механизма.

На боковых поверхностях корпуса пневмоцилиндров 49 устанавливаются стойки, несущие опорные ролики 59. При этом диаметр опорных роликов 59 выбирается таким, чтобы величина выступа ролика над пластиной 57 опорной плиты 54 при полностью втянутых штоках пневмоцилиндров состав2000177 ляла не менее 1/3 диаметра опорного ролика. Соблюдение этого условия обеспечивает контакт поверхности трубореза только с опорными роликами 59 разъемного кольца

2 при полностью втянутых штоках пневмоцилиндров 49, что позволяет производить быструю перестановку устройства на трубопроводе без разъема кольца 2.

Штоки всех пневмоцилиндров 49, установленных по одну сторону прямоугольных выступов 39, соединены между собой рычажно-тросовым механизмом передачи перемещения, включающем установленные на боковых поверхностях корпусов пневмоцилиндров 49 поворотные рычаги 60, толкатели 56 которых контактируют с опорными плитами 54, и соединительные тросики 61, каждый из которых соединяет опорную плиту 54 и поворотный рычаг 60 соседних пневмоцилиндров 49. Схема соединения опорных плит и рычагов нескольких пневмоцилиндров представлена на фиг.б. При этом соединение опорной плиты 54 с рычагом 60 двух соседних близлежащих к месту разъема полуколец пневмоцилиндров 49 осуществляется таким образом, чтобы соединительный тросик 61 не препятствовал быстрому разъединению замкового механизма, Длины плеч и расположение оси вращения на корпусе пневмоцилиндра рычага 60 выбираются такими, чтобы полный рабочий поворот рычага обеспечивал перемещение толкаемой или опорной плиты на величину хода поршня h, а длина соединительного тросика 61 обеспечивала синхронное перемещение рычагов и опорных плит при любом их относительном положении.

С целью предотвращения возможного перехлеста и запутывания соединительных тросиков 61, каждый из них пропускается через проушины поддерживающих стоек 62, устанавливаемых на внутренней поверхности крышек 63.

На торцовых поверхностях шарнирно сочленяемых сторон полуколец 33 и 34 выполнены прямоугольные пазы 64, в которые входят при разводе полуколец соединительные тросики 61, соединяющие соседние пневмоцилиндры 49 различных полуколец.

Глубина пазов 64 выбирается такой, чтобы она обеспечивала угол развода шарнирно сочлененных полуколец 33 и 34 не менее

120, что определяется условием беспрепятственной установки разъемного кольца

2 на трубопроводе. Оси 65, устанавливаемые в прямоугольных пазах 64, ограничивают перемещение соединительных тросиков

61 при разводе полуколец.

На наружной поверхногти разъемного кольца 2 устанавливаются зубчатые злемен5

55 ты 66, число которых может варьироваться в зависимости от диаметра применяемого разъемного кольца.

С целью обеспечения быстрого соединения и разъема охватывающей разъемное кольцо 2 приводной цепи 4 в состав звеньев последней входят два быстро стыкуемых звена 67 и 68, первое из которых имеет поворотную ось 69 с выполненными на ней лысками, которые входят в профильных паз

70 звена 68. Соответствующим поворотом оси 69 в профильном пазу 70 осуществляется стыковка разъемных звеньев цепи 4 между собой.

Устройство для выполнения технологических операций на трубопроводе работает следующим образом. Разъемное кольцо 2 с разведенными полукольцами 33 и 34 подносят к месту проведения технологической операции на трубопроводе 1 и соединяют полукольца 33 и 34 между собой так, чтобы поверхность трубопровода охватывалась разъемным кольцом 2, При этом крюк 44 полукольца 34 входит в корпус замка 43, причем поворотная пластина 45 отжимается силой взаимодействия поверхностей стопора 46 и крюка 44, пропуская крюк 44 в глубь корпуса замка, После попадания стопора

46 в паз крюка 44 поворотная пластина снова притягивается к корпусу замка усилием пружины 48 и осуществляется фиксацию крюка 44 в замке 43, После этого воздухопровод 8 подсоединяют к источнику сжатого воздуха, а дистанционно управляемые двухпозиционные пневматические распределители 51 устанавливают в положение "Открыто". Сжатый воздух из кольцевых полостей 40 по воздуховодам 50 поступает в бесштоковые полости пневмоцилиндров 49 и, преодолевая усилия пружин 52 и внешней нагрузки, перемещает в радиальном направлении поршни пневмоцилиндров 49. При этом автоматически происходит срабатывание рычажно-тросового механизма передачи перемещения, работа которого представлена на фиг.6 на примере четырех пневмоцилиндров.

При установке разъемного кольца 2 на поверхности трубопровода 1 сила веса кольца неравномерно распределяется по опорным плитам 54, в результате чего внешняя нагрузка на штоки пневмоцилиндров 49 также будет неравномерной. Пусть нагрузка от веса кольца 2 на опорную плиту пнеемоцилиндра 49а будет максимальной, в то время как нагрузка на опорную плиту пневмоцилиндра 49в — минимальной. При подаче сжатого воздуха в рабочие полпсти пневмоцилиндров, поршень пнеям(ч илин2000177

15

30

40

50

55 дра 49а начинает перемещаться быстрее поршней других, более нагруженных пневмоцилиндров 49а, 49б и 49ã. При этом опорная плита 54 пневмоцилиндра 49в перемещает закрепленный на ней конец одного из соединительных тросиков 61, другой конец которого присоединен к поворотному рычагу 60 пневмоцилиндра 49г, Поворачиваясь вокруг оси, рычаг 60 перемещает своим толкателем 56 опорную плиту пневмоцилиндра 49г, движение которой преобразуется посредством тросовой передачи во вращение рычага 60, установленного на пневмоцилиндре 49а.

Аналогичным образом перемещение опорной плиты пневмоцилиндра 49 а передается рычагу пневмоцилиндра 49б, опорная плита которого связана с рычагом пневмоцилиндра 49в. Таким образом, осуществляется синхронизация и выравнивание величин перемещений опорных плит 54 пневмоцилиндров 49, связанных между собой соединительными тросиками 61. Вследствие этого штоки пневмоцилиндров выдвигаются на одинаковую величину до упора опорных плит 54 в поверхность трубопровода 1, обеспечивая точное и надежное базирование разъемного кольца 2 на трубопроводе. После этого пневмораспределители 51 устанавливаются в положение

"Закрыто".

Затем на внешней поверхности разъемного кольца 2 устанавливают приводную каретку 3 с закрепленной на ней инструментальной головкой 7. Для этого разъемное кольцо 2 с помещенной на нем приводной кареткой 3 охватывают приводной цепью 4, причем охват кольца 2 производят таким образом, чтобы звенья цепи 4 входили в зацепление с зубьями зубчатых элементов 66, а участки цепи 4, расположенные между соседними зубчатыми элементами 66, не имел провисов. Свободные концы цепи 4 пропускают между приводной 19 и двумя ведомыми звездочками 20 привода основного перемещения каретки и соединяют их между собой посредством стыкуемых звеньев 67 и 68. После этого включают привод механизма натяжения цепи, который, перемещая суппорт 17 с установленным на нем электродвигателем 16, осуществляют необходимое натяжение цепи 4, чем обеспечилвается базирование приводной каретки 3 на поверхности разъемного кольца 2.

Включением электродвигателей 24 и 27 привода главных подач инструмента устанавливают рабочий инструмент, например, абразивный круг 30 в начальное положение для обработки. После этого включают электродвигатель 29 вращения абразивного диска 30 и радиальным перемещениг и крепежной планки 26 устанавливают необходимую глубину врезания абразивного диска в поверхность трубопровода 1. Затем включают электродвигатель 16 и производя перемещение приводной каретки 3 на необходимую длину обработки, при этом подпружиненные ролики 15 направляют движение каретки строго вдоль направляющего кольца 2, а надежная фиксация приводной цепи 4 посредством зубчатых элементов 66 полностью исключает возможность проскальзывания, В случае необходимости произвести подобную обработку поверхности трубопровода на соседнем, близлежащем участке осуществляют отвод рабочего инструмента, после чего пневмораспределители 51 устанавливают в положение "Открыто", а кольцевые полости 40 сообщают с атмосферой.

Под действием пружин 52 штоки пневмоцилиндров 49 втягиваются и разьемное кольцо

2 упирается в поверхность трубопровода опорными роликами 59. Разъемное кольцо 2 с установленными на нем технологическим оборудованием перекатывают по трубе в место последующей обработки и сообщают кольцевые полости 40 с источником сжатого воздуха, в качестве которого может быть использована как цеховая магистраль, так и баллон со сжатым воздухом. После завершения базирования разъемного кольца 2 на поверхности трубы пневмораспределители

51 устанавливают вновь в положение "3aкрыто" и производят настройку рабочего инструмента на обработку.

В случае необходимости выполнения другой технологической операции, например операции контроля зачищенной абразивным кругом 30 поверхности трубопровода, осуществляют замену шлифовальной головки 7 на блок датчиков без демонтажа устройства и проводят необходимые измерения. В качестве инструментальных головок для проведения технологических операций могут быть использованы: фрезерная, сверлильная. сварочная головки, газовый резак и др.

Формула изобретения

Устройство для выполнения технологических операций на трубопроводе, содержащее установленную на разъемном направляющем кольце приводную каретку со сменной приводной инструментальной головкой, а также механизм крепления устройства на трубе, о тл ич а ю щеес я тем, что устоойство снабжено механизмом фиксации каретки, выполненным в виде охватывающей направляющее кольцо цепи и установленных с возможностью взаимодей2000177

12 я Ы М 87 Я 65,Я Ф4 9 ствия с цепью зубчатых элементов, выполненных на наружной поверхности указанного кольца, а механизм крепления устройства на трубе выполнен в виде радиально расположенных на внутренней поверхности кольца по меньшей мере четырех пневмоцилиндров одностороннего действия, штоки которых соединены между собой введенными в устройство рычажно-тросовым механиз5 мом передачи перемещения.

50 35 858 б 12Л Ю

Уи. Г

Л Щ У 51 ХО 54

55 45 47 М тб <4 54

2000177

<9о

Составитель И. Сандалюк

Техред М,Моргентал Корректор М, Максимишинец

Редактор

Заказ 3058

Тираж Подписное

НПО" Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101