СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО СТАНКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ГИБКИ ТРУБ ДИАМЕТРА 20-60 ММ МЕТОДОМ РАСКАТЫВАНИЯ

​IMPROVEMENT OF A PILOT-INDUSTRIAL MACHINE FOR COLD BENDING OF PIPES WITH A DIAMETER OF 20-60 mm BY ROLLING

Kirill Moskvichev

student, Department of TMSI, branch of South Ural State University,

Russia, Zlatoust

Roman Rakovsky

student, Department of TMSI, branch of South Ural State University,

Russia, Zlatoust

Alexey Nagornov

student, Department of TM, Trekhgorny Technological Institute,

Russia, Trekhgorny

Alexander Kozlov

Scientific supervisor, Doctor of Technical Sciences, branch of the South Ural State University,

Russia, Zlatoust.

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена технология и оборудование для холодной гибки труб. На основе анализа существующий конструкций трубогибов были выработаны направления его совершенствования. В результате опытно-промышленный станок(в дальнейшем «станок») был изготовлен и проведен ряд лабораторных испытаний. Результаты испытаний подтверждает работоспособность станок.

ABSTRACT

The technology and equipment for cold bending of pipes are considered. Based on the analysis of existing pipe bending structures, directions for its improvement were developed. As a result, a pilot-industrial machine (hereinafter referred to as the "machine") was manufactured and a number of laboratory tests were carried out. The test results confirm the machine's operability.

Ключевые слова: гибка труб, раскатывание, опытно-промышленный станок, испытания.

Keywords: pipe bending, rolling, experimental-industrial machine, testing.

Гибка труб является одной из основных операций технологического процесса изготовления деталей трубопроводов. Роль трубопроводов, как коммуникационных и транспортирующих средств настолько велика, что позволяет им вполне конкурировать с другими транспортно-коммуникационными средствами. В настоящее время по трубам транспортируют не только жидкости, но и порошкообразные вещества; наряду с нефтепродуктами и газообразными веществами по трубам перекачивают уголь и известняк, отходы золотых рудников и концентрат железной руды, древесную щепу для целлюлозных фабрик. С целью усовершенствования процесса гибки труб в холодном состоянии был разработан принципиально новый метод внутреннего раскатывания трубы с одновременным еѐ изгибанием [1,2,3,6,7,8], который позволяет создавать внутри стенок трубы кольцевые пластические зоны, вследствие появления которых происходит резкое уменьшение усилий гибки(рис 1,2). В процессе изготовления крутозагнутых отводов в материале трубы имеет место ряд физико-механических и тепловых явлений[4,13], изучение которых представляет практический интерес. Для проверки этих явлений была разработана кинематическая схема станка (рис 3)

Рисунок 1. Схема гибки методом раскатывания

Рисунок 2. Схема деформации трубы при раскатывании

На основе разработанной схемы был спроектирован станок для гибки труб диаметром 20-60мм.

Станок для холодной гибки труб устроен следующим образом:

На нижнюю плиту сварной рамы станка установлены электродвигатели 1. На верхней плите установлены цилиндрический редуктор 4, шпиндельный узел 6 и червячный редуктор 5, на выходном валу которого находиться раскатной ролик 8.  В качестве привода главного движения станка используется электродвигатель мощностью 2 кВт и частотой вращения 1460 об./мин., движение от которого передается через ременную передачу 2 на шпиндельный узел 6 на котором установлена борштанга с раскатной головкой 7 на конце. Привод движения подачи осуществляется электродвигателем с мощностью 1.5 кВт и частотой вращения 940 об./мин. Движение от него передается через ременную передачу 3 на цилиндрический редуктор 4, а с него на червячный редуктор 5. Подача осуществляется поворотом ролика, в котором зажата изгибаемая труба [12].

Рисунок 3. Кинематическая схема станка для холодной гибки труб методом раскатывания

1- электродвигатели; 2- ременная передача; 3- ременная передача; 4- цилиндрический редуктор; 5- червячный редуктор; 6- шпиндельный узел; 7- борштанга с раскатной головкой; 8- раскатной ролик; 9- заготовка(труба)

Зная параметры выходного звена станка, и учитывая требования, предъявляемые к нему, были рассчитаны предварительные размеры возможных компоновок станка. Для составления компоновок использовали: цилиндрический соосный горизонтальный однопоточный (2-х ст.) редуктор; червячный редуктор ЧС-80 и ременные передачи для получения различных вариантов компоновок.

Проанализировав все возможные варианты, с учетом требований по наименьшей стоимости, примем для дальнейшего проектирования компоновку, состоящую из: двух электродвигателей (для привода движения подачи и для привода главного движения), цилиндрического двухступенчатого развернутого редуктора, соединенного с червячным редуктором фланцевой предохранительной муфтой, на выходной муфтой на выходном валу которого находиться раскатной ролик станка, и двух ременных передач передающих момент от электродвигателей на входной вал цилиндрического редуктора привода движения подачи и на шпиндельный узел раскатной головки (привод главного движения). Получившаяся компоновка представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Компоновочная схема станка

Разработанная компоновочная схема в дальнейшем и была использована для изготовления станка.

Изготовленный станок, показанный на рисунке 5 предназначен для гибки труб в диапазоне диаметров  от 20 до 60 мм. Предварительные испытания станка показали необходимость усовершенствования механизма прижима гибки (рис. 6).

Рисунок 5. Общий вид станка для гибки труб Ø20..60 мм

Рисунок 6. Общий вид механизма прижима

Механизм прижима предназначен для прижима трубы к раскатному ролику. Такая конструкция позволяет быстро произвести настройку станка на определѐнный размер сгибаемой трубы. Общая компоновкапредставленана рисунке7.

Рисунок 7. Компоновка механизма прижима

Принцип работы механизма следующий. Сам прижим 4 выполнен в виде призмы перемещение его осуществляется с помощью двух резьбовых винтов 1, которые вставляются в плиту 2, в которой заранее просверлены отверстия под данные винты. Плита крепиться к столу станка с помощью уголков 3, чтобы избежать опрокидывания. Данный механизм работает как винтовые тиски.

Рисунок 8. Вид сверху механизма прижима

Данный механизм является необходимым для постоянного и плотного прилегания изгибаемой трубы к ролику станка. Компоновка, представленная на рисунке 7, принята, исходя из наработок и исследований кафедры ТМСИ.

Результаты гибки трубы представлены на рисунке 8.1 и 8.2. соответственно. Данные предметов исследования:

• Материал: Сталь 10
• Диаметр: 57 мм.
• Толщина стенок: 3.5 мм.
• Овальность: 0,1 мм.
• Радиус гиба: 228 мм.

а.                                                       б.

Рисунки 8а и 8б Результаты гибки трубы диаметром 57 мм.

Дальнейшими направлениями использования данной установки являются: измерение толщины стенок трубы после гибки, измерения температурных явлений при гибке труб, исследование температурных изменений материалов труб и анализ возможности внедрения системы ЧПУ.

Список литературы:

1. Пат. 818707 РФ. МКИ В 21 D 9/14. Способ гибки труб / С. Г. Лакирев, я. М. Хилькевич; № 2713945/25; опубл. 07.04.81; Бюл. № 13.
2. Козлов, А. В. Технология и оборудование холодной гибки тонкостенных труб: монография / А. В. Козлов, А. В. Бобылев. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - 169 с.
3. Халиулин, Е. В. Станок для гибки труб из титановых сплавов / Е. В. Халиулин, А.В. Козлов // «Наука ЮУрГУ»: материалы 69 научной конференции. Сб. науч. тр. Челябинск: Изд. «ЮУрГУ», 2017. - с. 545-549.
4. Козлов А. В., Бобылев А. В. Изучение тепловых явлений при гибке труб с раскатыванием. Рубцовск: Рубцовский технол. ин-т, 2000. С. 118-120.
5. Новая технология холодной гибки труб / С.Г. Лакирев [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1997. № 6. С. 68-69.
6. Козлов А.В., Хилькевич Я.М. Оценка натягов и усилий при гибке труб с раскатыванием // Вестник ЮУрГУ. 2004. № 5 (34). С. 125-131.
7. Козлов А.В., Шеркунов В.Г., Хилькевич Я.М. Опыт гибки тонкостенных труб в холодном состоянии // Технология машиностроения. 2008. № 10. С. 21-22.
8. Козлов, А.В., Чуманов И.В., Бобылев А.В. Изучение влияния холодной гибки труб с раскатыванием на структуру и свойства металла // Известия вузов. Черная металлургия. 1999. № 6. 33-35.
9. Козлов А.В., Шеркунов В.Г., Хилькевич Я.М. Напряженное состояние в трубе при ее гибке с раскатыванием и парами близко расположенных деформирующих элементов // Вестник машиностроения. 2009. № 8. С. 67-70.
10. Козлов А.В., Шеркунов В.Г. Компьютерное моделирование процесса гибки труб с раскатыванием // Известия ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Вып. 4. С. 28-33.
11. Козлов А.В., Шеркунов В.Г., Хилькевич Я.М. Механизмы снижения усилий гибки труб при их раскатывании с большими натягами // Вестник МТГУ им. Г.И. Носова. 2009 № 4.C. 36-39.
12. Козлов А.В. Разработка оборудования для холодной гибки труб с раскатыванием // Вестник МТГУ им. Г.И. Носова. 2010. № 1. С 34-36.
13. Козлов А.В., Бобылев А.В., Максимов С.П. Изучение тепловых явлений при гибке труб с раскатыванием. Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2018. - Т. 16, №3. - C.87-97.