ПОДПРУЖИНЕННЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПРИВОД Российский патент 2024 года по МПК B23K11/36 F15B15/14 

Изобретение касается линейного привода, который может применяться во всех технических областях, однако был разработан, в частности, для систем смены наконечников.

Такие системы смены наконечников содержат в т.ч. устройства для снятия электродных наконечников со стержней сварочных электродов, в частности для сварочных клещей в автоматизированных установках.

Для этого системы смены наконечников располагаются так, чтобы сварочные роботы могли доставать системой смены наконечников до предназначенных для них сварочных клещей и электродные наконечники захватывались соответственно инсталлированной системой смены наконечников.

Эти системы смены наконечников, как правило, состоят из держателя инструмента, имеющего по меньшей мере один опертый в нем с возможностью вращения вокруг оси вращения инструмента инструмент со сменной головкой и привод для этого инструмента со сменной головкой.

В связи с применением таких устройств существуют сложные требования как можно меньшего конструктивного размера и массы линейных приводов для таких устройств.

Применение (механических/пневматических/гидравлических) линейных приводов достаточно известно по уровню техники.

То же самое относится к комбинации из линейного привода и пружины для односторонне нагружаемых систем для достижения предопределенного положения или в виде демпфирующих систем.

Например, в пневматике, как и в гидравлике, максимально достижимая сила на поршневом штоке зависима от диаметра нагружаемой поверхности поршня и располагаемого давления среды.

Технические прикладные задачи на практике часто требуют более высокой силы на поршневом штоке с одной стороны. Путем выбора устройств, монтируемых на днище поршня или поршневом штоке, достигается технически ограниченная оптимизация в этом отношении.

Дальнейшее повышение действующей на поршневом штоке силы возможно только путем согласования выбора размеров (диаметр поршня и вместе с тем конструктивный размер линейного привода) или за счет более высокого системного давления в узле снабжения.

Из DE 19825770 С2 известно устройство для надевания электродных наконечников, у которого на противоположной выпускному отверстию стороне магазина электродных наконечников расположено надвигающее устройство и которое состоит из цилиндропоршневого узла, привод которого осуществляется пневматически или гидравлически. Один из вариантов этого решения только возвращает поршень посредством силы пружины.

Недостатком известных из уровня техники решений является то, что более высокая сила возможна только за счет увеличения диаметра поршня и вместе с тем конструктивного размера линейного привода или за счет более высокого системного давления в узле снабжения.

Задачей изобретения является предложить решение, которое позволит реализовать действие более высокой силы при почти одинаковом конструктивном размере линейного привода.

Эта задача решается с помощью комбинации (механического/пневматического/гидравлического) линейного привода с пружиной с целью одностороннего увеличения силы этой комбинации с превышением чистой номинальной силы линейного привода.

При этом в соответствии с изобретением с помощью комбинации из размещенной снаружи пружинной системы с линейным приводом двойного действия (в обоих направлениях) специфичным для пользователя образом с одной стороны реализуется увеличение силы без изменения размеров линейного привода или системного давления в узле снабжения сверх номинальной силы линейного привода.

Ниже надо подробнее пояснить предлагаемое изобретением решение как пример осуществления на устройстве для смены наконечников, а также на фиг. 1-5.

При этом на фиг. 1 показано такое примерное пневматическое устройство для смены наконечников,

на фиг. 2 показано пневматическое устройство для смены наконечников в покомпонентном изображении части подпружиненного линейного привода,

на фиг. 3 показано пневматическое устройство для смены наконечников на изображении в разрезе с видом подпружиненного линейного привода,

на изображении 4 показано пневматическое устройство для смены наконечников с пружинным аккумулятором в разряженном состоянии в положении покоя и

на фиг. 5 показано пневматическое устройство для смены наконечников с пружинным аккумулятором в заряженном состоянии и открытыми инструментами со сменной головкой.

Однако идее изобретения отвечает применение предлагаемых изобретением решений подпружиненного линейного привода 5 также при любой другой прикладной задаче.

Для этого соединенный с зубчатой рейкой 6 в качестве элемента силовой передачи поршневой шток 7 линейного привода 5 оснащается продолжением 2 поршневого штока, которое выполнено с такими размерами, что на нем помещается дополнительная пружина 4 и соответствующий ход этой пружины.

При этом пружина 4 опирается одним своим концом на линейный привод 5, другим своим концом на приемную шайбу 3, которая прочно соединена с продолжением 2 поршневого штока.

На фиг. 4 показано исходное положение пневматического устройства 1 для смены наконечников в положении покоя.

Пневматический цилиндр в качестве линейного привода 5 находится в своем выдвинутом конечном положении, поддерживающая пружина 4 расслаблена, и инструменты 8 со сменной головкой закрыты.

Чтобы начать процесс смены наконечника, надо открыть инструменты 8 со сменной головкой. Это происходит, когда на пневматический цилиндр в качестве линейного привода 5 со стороны поршневого штока 7 подается сжатый воздух. Посредством внутренней зубчатой рейки 6 и соединенных зубчатых колес инструменты 8 со сменной головкой открываются. Соединенная с продолжением 2 поршневого штока в определенном положении приемная шайба 3 вызывает напряжение пружины 4.

Созданная пневматическим цилиндром в качестве линейного привода 5 со стороны поршневого штока сила должна быть больше номинальной силы пружины, чтобы можно было полностью напрягать ее.

Выбор размеров подпружиненного линейного привода зависим от требуемой силы на действующем инструменте, в этом прикладном примере от требуемого вращающего момента на инструменте со сменной головкой, чтобы можно было отсоединять электродный наконечник от конуса сварочных клещей.

Требуемая системная сила [Fсистемы], которая должна прикладываться к зубчатой рейке 6 пневматического устройства 1 для смены наконечников, чтобы можно было посредством цилиндрической зубчатой передачи создавать требуемый вращающий момент на инструментах 8 со сменной головкой, рассчитывается упрощенно следующим образом:

Fсистемы(s)=Fцилиндра+Fпружины(s).

Выбор размеров пневматического цилиндра в качестве линейного привода 5 осуществляется обычно в зависимости от имеющегося в распоряжении давления воздуха, диаметра поршня и требуемой длины хода.

Следует учитывать, что поддержка силой пружины зависит от пути (s) напряжения преднапряжения пружины линейно соответственно постоянной этой пружины. В ненапряженном состоянии пружины L0 (s=0 мм) поддержка равна 0.

Fпружины(sL0)=0, Fсистемы(sL0)=Fцилиндра+0.

В максимально допустимом напряженном состоянии пружины при Ln (наименьшая длина пружины) или, соответственно, при наибольшем пути sn напряжения поддержка пружиной 4 является максимальной.

Fпружины(sn)=максимальна,

Fсистемы(sn)=Fцилиндра+Fпружины(sn)=максимальна.

При открытых инструментах 8 со сменной головкой пневматическое устройство 1 для смены наконечников размещается над подлежащим отсоединению наконечником, так чтобы он стоял в инструменте 8 со сменной головкой коаксиально.

С подачей сжатого воздуха на сторону поршня пневматического цилиндра в качестве линейного привода 5 начинается линейное движение зубчатой рейки при максимальной системной силе (Fсистемы(sn)=Fцилиндра+Fпружины(sn)=максимальна).

Напряженная пружина 4 давит на приемную шайбу 3, которая благодаря своей фиксации с продолжением 2 поршневого штока передает на зубчатую рейку дополнительно к силе пневматического цилиндра в качестве линейного привода 5 аккумулированную силу пружины 4. Инструменты со сменной головкой закрываются и захватывают подлежащий отсоединению наконечник. Наряду с силой пружины, эффект отсоединения поддерживается повышенным импульсом массы при попадании инструмента 8 со сменной головкой во время закрытия на еще прочно сидящий на конусе наконечник.

Фактически действующая системная сила на зубчатой штанге б/вращающий момент на инструменте 8 со сменной головкой линейно зависим от длины пути (s) напряжения предварительного напряжения пружины.

В конкретном прикладном примере было найдено повышение системной силы на 78% относительно номинальной силы пневматического цилиндра, имеющего диаметр поршня в 63 мм, в качестве линейного привода, при системном давлении р=6 бар и максимальном пути напряжения пружины sn=4 9,31 мм.

Fпружины (sn=49,31 мм)=1454,42 Н

Fцилиндра=1870 Н

Fсистемы (sn=49,31 мм)=3324,42 Н

При попадании инструмента 8 со сменной головкой на подлежащий отсоединению наконечник при s=4 2 мм было найдено повышение системной силы на 59% относительно номинальной силы пневматического цилиндра в качестве линейного привода 5 при р=6 бар.

Fпружины (s=42 мм)=1119,648 Н

Fцилиндра=1870 Н

Fсистемы (s=42 мм)=2980,648 Н

В качестве пружины могут рассматриваться все известные системы, которые реализуют эквивалентные действия при одинаковой поддержке линейного привода.

Изобретение относится к системам смены наконечников электродов сварочных клещей, в частности к линейному приводу для этих систем. Зубчатая рейка передает необходимый вращающий момент на инструмент (8) со сменной головкой посредством сопрягаемых с ней зубчатых колес. Поршневой шток (7) линейного привода двойного действия оснащен продолжением (2) поршневого штока с размещенной на нем пружиной (4) и с зафиксированной на нем приемной шайбой (3), обеспечивающей передачу упомянутой зубчатой рейке линейного движения. Пружина (4) имеет возможность опоры одного ее конца на линейный привод (5), а другого ее конца – на приемную шайбу (3) для аккумулирования в ней напряжения вследствие смещения продолжения (2) поршневого штока при подаче давления со стороны поршневого штока (7). Параметры пружины выбраны из условия получения максимальной силы Fсистемы(sn), равной сумме сил Fцилиндра и Fпружины(sn), где (sn) – наибольший путь напряжения пружины, с возможностью передачи аккумулированной силы напряженной пружины (4) на приемную шайбу дополнительно к силе линейного привода (5) при подаче давления на поршень штока линейного привода. Изобретение обеспечивает одностороннее увеличение силы линейного привода. 5 ил.

Система смены наконечников электродов сварочных клещей, содержащая инструмент (8) со сменной головкой, зубчатую рейку, передающую необходимый вращающий момент на инструмент со сменной головкой посредством сопрягаемых с ней зубчатых колес, и линейный привод двойного действия, поршневой шток (7) которого оснащен продолжением (2) поршневого штока, с размещенной на нем пружиной (4) и с зафиксированной на нем приемной шайбой (3), обеспечивающей передачу упомянутой зубчатой рейке линейного движения, причем размер продолжения (2) поршневого штока выбран из условия обеспечения размещения пружины (4) с учетом соответствующего ее хода и с возможностью опоры одного конца пружины (4) на линейный привод (5), а другого ее конца – на приемную шайбу (3) для аккумулирования в ней напряжения вследствие смещения продолжения (2) поршневого штока при подаче давления со стороны поршневого штока (7), причем параметры пружины выбраны из условия получения максимальной силы Fсистемы(sn), равной сумме сил Fцилиндра и Fпружины(sn), где (sn) – наибольший путь напряжения пружины, с возможностью передачи аккумулированной силы напряженной пружины (4) на приемную шайбу дополнительно к силе линейного привода (5) при подаче давления на поршень штока линейного привода.