Патент на изобретение №2313028

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРЕЗАНИЯ ОТВЕРСТИЯ В ДЕЙСТВУЮЩЕМ ТРУБОПРОВОДЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется для присоединения ответвлений к стенкам труб без прекращения подачи по ним рабочей среды, например нефти. В корпусе установлен полый шпиндель с режущим инструментом на конце, выходящем из корпуса через герметичное уплотнение подвижного контакта. Механизм вращения шпинделя содержит кинематически связанное с электродвигателем зубчатое колесо, ступица которого установлена на шпинделе на скользящей шпонке, неподвижно присоединенной к шпинделю. Механизм осевого перемещения шпинделя содержит винт, установленный в полом шпинделе с возможностью относительного вращения, и блок из двух, неподвижно соединенных между собой соосных шестерен, которые установлены с возможностью взаимодействия с зубчатыми колесами механизма вращения шпинделя. Расширяет арсенал технических средств. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим металлообрабатывающие процессы для вырезки отверстий с целью присоединения ответвлений к стенкам труб без прекращения подачи по ним рабочей среды, например, нефти, и может быть использовано при трубопроводном транспорте.

Известно устройство для вырезки отверстий в трубопроводе, представленное на чертеже и в описании к патенту РФ №2229961, В23В 41/08, F16L 41/04, опубл. 10.06.2004 г., являющееся наиболее близким аналогом к заявляемому устройству. Устройство содержит корпус, в котором установлен полый шпиндель. В полом шпинделе расположены винт и гайка на винте. Полый шпиндель имеет режущий инструмент на конце, выходящем из корпуса через герметичное уплотнение подвижного контакта. Винт установлен в полом шпинделе соосно с ним с возможностью вращения относительно шпинделя, но закреплен от осевого перемещения в корпусе. Это закрепление выполнено с того конца винта, который противоположен режущему инструменту. Гайка образует с винтом механическую передачу «винт-гайка» и неподвижно соединена с концом шпинделя, противоположным режущему инструменту.

Устройство также содержит механизм вращения шпинделя от электродвигателя и механизм осевого перемещения шпинделя. Механизм вращения шпинделя от электродвигателя включает червячную пару, червячное колесо которой установлено соосно на шпинделе. В составе механизмов имеются два соосных со шпинделем зубчатых колеса, установленных у конца винта, ближнего к режущему инструменту, блок из двух шестерен, взаимодействующих с этими двумя зубчатыми колесами. Первое зубчатое колесо жестко связано с червячным колесом червячной пары следующим образом: червячное колесо и первое зубчатое колесо установлены неподвижно на одной ступице (выполнены за одно целое). Ступица расположена на шпинделе, является протяженной по длине шпинделя, установлена в корпусе на подшипниковой опоре и имеет по высоте своего отверстия шпоночный паз. В этом шпоночном пазу закреплена скользящая по нему шпонка. Шпонка неподвижно соединена со шпинделем. Второе зубчатое колесо неподвижно соединено с винтом. Ступица второго зубчатого колеса выполнена в виде тонкостенного цилиндра, протяженного по длине шпинделя.

Торец этого тонкостенного цилиндра, удаленный от второго зубчатого колеса, неподвижно соединен с тем концом винта, который противоположен режущему инструменту. Количество зубьев первого и второго зубчатых колес неравное. Шестерни блока шестерен соосны и неподвижно соединены между собой, а также выполнены с одинаковым количеством зубьев, при этом зубья одной из шестерен выполнены корригированными.

Недостатком этого устройства является неравномерность нагрузки при работе устройства на его вращающиеся детали. Это обусловлено следующими причинами.

Во-первых, из-за того, что ступица второго зубчатого колеса выполнена в виде тонкостенного цилиндра, протяженного по длине шпинделя, второе зубчатое колесо расположено у конца винта, ближнего к режущему инструменту, а соединение этой ступицы и винта, передающего вращательное движение шпинделю, расположено у конца винта, противоположного режущему инструменту. В результате существует неравномерность нагрузки от крутящего момента вдоль ступицы второго зубчатого колеса и, следовательно, недостаточная жесткость передачи крутящего момента от второго зубчатого колеса к шпинделю.

Во-вторых, устройство имеет две подшипниковые опоры, обе из которых расположены в корпусе у конца винта, ближнего к режущему инструменту: одна рядом с червячным колесом под его ступицу, вторая рядом со вторым зубчатым колесом соответственно под его ступицу. Несмотря на то, что ступица второго зубчатого колеса является протяженной по длине шпинделя, она имеет лишь одну подшипниковую опору непосредственно у второго зубчатого колеса и, следовательно, неравномерную нагрузку. Таким образом, расположение подшипниковых опор также обуславливает неравномерность нагрузки при работе устройства на его вращающиеся детали.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности устройства для вырезания отверстия в действующем трубопроводе.

Технический результат заключается в повышении равномерности нагрузки при работе устройства на его вращающиеся детали.

Как и наиболее близкий аналог, устройство для вырезания отверстия в действующем трубопроводе содержит установленный в корпусе полый шпиндель с режущим инструментом на конце, выходящем из корпуса через герметичное уплотнение подвижного контакта, механизм вращения шпинделя от электродвигателя, включающий кинематически связанное с электродвигателем зубчатое колесо, ступица которого установлена на шпинделе, имеющее шпоночный паз по высоте отверстия ступицы с закрепленной в нем скользящей шпонкой, неподвижно присоединенной к шпинделю, причем ступица зубчатого колеса выполнена протяженной по длине шпинделя и установлена в корпусе на подшипниковой опоре, механизм осевого перемещения шпинделя, включающий винт, установленный в полом шпинделе с возможностью вращения относительно шпинделя и закрепленный от осевого перемещения концом, противоположным режущему инструменту, гайку, образующую с винтом механическую передачу и неподвижно соединенную с концом шпинделя, противоположным режущему инструменту, первое зубчатое колесо, неподвижно установленное на ступице зубчатого колеса механизма вращения, второе зубчатое колесо со ступицей, которая установлена в корпусе на подшипниковой опоре, неподвижно соединенное с винтом и имеющее количество зубьев, неравное количеству зубьев первого зубчатого колеса, при этом зубчатое колесо механизма вращения, винт, первое и второе зубчатые колеса механизма осевого перемещения расположены соосно со шпинделем, блок, содержащий две неподвижно соединенные между собой соосные шестерни с одинаковым количеством зубьев, установленные с возможностью взаимодействия с первым и вторым зубчатыми колесами, при этом зубья одной из шестерен выполнены корригированными.

В отличие от наиболее близкого аналога первое и второе зубчатые колеса установлены у закрепленного конца винта.

Ступица зубчатого колеса механизма вращения снабжена дополнительной подшипниковой опорой, причем подшипниковые опоры разнесены по длине этой ступицы.

Устройство изображено на чертеже со следующими обозначениями:

1 – корпус, 2 – шпиндель, 3 – режущий инструмент, 4 – герметичное уплотнение подвижного контакта, 5 – зубчатое колесо механизма вращения шпинделя, 6 – ступица зубчатого колеса механизма вращения шпинделя, 7 – шпоночный паз по высоте отверстия ступицы зубчатого колеса механизма вращения шпинделя, 8 – скользящая шпонка, 9 – подшипниковая опора ступицы зубчатого колеса механизма вращения шпинделя, 10 – винт, 11 – гайка, 12 – первое зубчатое колесо механизма осевого перемещения шпинделя, 13 – второе зубчатое колесо механизма осевого перемещения шпинделя, 14 – ступица второго зубчатого колеса, 15 – подшипниковая опора ступицы второго зубчатого колеса, 16 – блок шестерен, 17 – дополнительная подшипниковая опора ступицы зубчатого колеса механизма вращения шпинделя.

В корпусе 1 заявленного устройства установлен полый шпиндель 2. На одном конце полого шпинделя 2 имеется режущий инструмент 3. Режущий инструмент 3 включает фрезу и сверло (позицией не обозначены). Корпус фрезы имеет чашеобразную форму и снабжен по окружности своей торцевой части зубьями. Зубья могут быть, например, двух типов: трапецеидальные и с ломаной режущей кромкой, расположенные с чередованием. Сверло расположено в центре фрезы и выступает относительно плоскости резания фрезы.

Герметичное уплотнение подвижного контакта 4, через которое конец шпинделя с режущим инструментом выходит из корпуса 1, представляет из себя любое известное уплотнение подвижного контакта (сальниковая камера, манжета и т.п.).

Механизм вращения шпинделя 2 от электродвигателя содержит зубчатое колесо 5, установленное на шпинделе 2 и кинематически связанное с электродвигателем (не показан). Зубчатое колесо 5 может быть кинематически связано с электродвигателем, например, по следующей кинематической цепи: вал электродвигателя (не показан), соединенный муфтой (не показана) с червяком (позицией не обозначен) червячной пары, червячным колесом которой является зубчатое колесо 5 или, например, вал электродвигателя, на котором установлена шестерня (не показана), находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 5. По высоте отверстия ступицы 6 зубчатого колеса 5 имеется шпоночный паз 7 с закрепленной в нем скользящей шпонкой 8. Шпонка 8 неподвижно присоединена к шпинделю 2.

Ступица 6 зубчатого колеса 5 выполнена протяженной по длине шпинделя 2, то есть по высоте она не ограничивается высотой зубчатого колеса 5, а охватывает некоторую длину шпинделя 2. Ступица 6 установлена в корпусе на подшипниковой опоре 9. Ступица 6 может быть снабжена дополнительной подшипниковой опорой 17 для создания еще большей устойчивости ступицы 6. Причем подшипниковые опоры 9 и 17 разнесены по длине ступицы 6, например одна опора может быть установлена у одного конца ступицы 6 рядом с зубчатым колесом 5, а вторая опора у другого конца ступицы 6 рядом с первым зубчатым колесом 12.

Механизм осевого перемещения шпинделя 2 включает винт 10, гайку 11, первое зубчатое колесо 12, второе зубчатое колесо 13, блок 16 из двух шестерен. Винт 10 установлен в полом шпинделе 2 с возможностью вращения относительно шпинделя, в том числе за счет того, что между винтом 10 и внутренней поверхностью шпинделя 2 имеется зазор. Винт 10 закреплен от осевого перемещения, например, в корпусе 1 поджимной гайкой или любым другим соединением. Винт 10 закреплен тем концом, который противоположен режущему инструменту 3. Гайка 11 навинчена на винт 10 и образует с винтом 10 механическую передачу «винт-гайка». Гайка 11 неподвижно соединена с тем концом шпинделя 2, который противоположен режущему инструменту 3. Первое зубчатое колесо 12 неподвижно, например, с помощью шпоночного соединения установлено на ступице 6 зубчатого колеса 5 механизма вращения. Второе зубчатое колесо 13 неподвижно, например, также с помощью шпоночного соединения соединено с винтом 10. Ступица 14 второго зубчатого колеса установлена в корпусе на подшипниковой опоре 15. Первое и второе зубчатые колеса 12 и 13 имеют разное количество зубьев и установлены у того конца винта 10, который закреплен в корпусе 1 от осевого перемещения и противоположен режущему инструменту 3.

Зубчатое колесо 5 механизма вращения шпинделя 2, винт 10, первое и второе зубчатые колеса 12 и 13 механизма осевого перемещения шпинделя 2 расположены соосно со шпинделем 2.

Блок 16 содержит две шестерни. Шестерни блока 16 расположены соосно, и неподвижно соединены между собой, например, за счет того, что они выполнены за одно целое, как одна деталь. Шестерни блока 16 установлены с возможностью взаимодействия с первым и вторым зубчатыми колесами 12 и 13, то есть зубья шестерен блока 16 могут входить в зацепление с зубьями зубчатых колес 12 и 13 и приводить зубчатые колеса 12 и 13 во вращательное движение. При этом вращательное движение передается от зубчатого колеса 12 зубчатому колесу 13. Шестерни блока 16 имеют одинаковое количество зубьев, при этом зубья одной из шестерен выполнены корригированными.

Устройство работает следующим образом. Вращательное движение от электродвигателя (не показан) по кинематической цепи от электродвигателя передается зубчатому колесу 5 и первому зубчатому колесу 12, размещенному вместе с зубчатым колесом 5 на одной ступице 6. Первое зубчатое колесо 12 передает движение блоку шестерен 16. Блок шестерен 16 приводит в движение второе зубчатое колесо 13. Второе зубчатое колесо 13 передает движение винту 10. Так как первое и второе зубчатые колеса имеют неравное количество зубьев, то скорость вращения гайки 11 не равна скорости вращения винта 10. За счет разности скоростей вращения гайка 11 начинает перемещаться по винту 10. Соответственно шпиндель 2, неподвижно соединенный своим концом с гайкой 11, перемещается в осевом направлении. Перемещение шпинделя 2 в сторону трубопровода (не показан) обеспечивается направлением витков резьбы винта 10. В результате режущий инструмент 3 осуществляет вырезку отверстия в трубопроводе.

В случае необходимости винт 10 может быть соединен с маховиком (позицией не обозначен) для ручного управления устройством. При этом блок шестерен 16 снабжен механизмом (позицией не обозначен) для отсоединения блока 16 от зубчатых колес 12 и 13 (то есть для отключения механизма вращения шпинделя 2 от электродвигателя) путем смещения оси блока 16.

Так как первое 12 и второе 13 зубчатые колеса установлены у закрепленного конца винта, то ступица второго зубчатого колеса 13 не является протяженной по шпинделю 2, как в наиболее близком аналоге. В результате этого повышается равномерность нагрузки от крутящего момента на ступицу второго зубчатого колеса 13 и жесткость передачи крутящего момента от второго зубчатого колеса 13 к шпинделю 2.

Добавление к подшипниковой опоре 9 подшипниковой опоры 17 для ступицы 6 зубчатого колеса 5 и разнесение подшипниковых опор 9 и 17 дополнительно увеличивают равномерность нагрузки в заявленном устройстве. Повышение равномерности нагрузки на вращающиеся детали устройства при его работе обеспечивает повышение эксплуатационной надежности в заявленном устройстве по сравнению с наиболее близким аналогом.

Таким образом, в заявленном устройстве для вырезания отверстия в действующем трубопроводе повышается равномерность нагрузки при работе устройства на его вращающиеся детали и, следовательно, повышается его эксплуатационная надежность.

Формула изобретения

1. Устройство для вырезания отверстия в действующем трубопроводе, содержащее установленный в корпусе полый шпиндель с режущим инструментом на конце, выходящем из корпуса через герметичное уплотнение подвижного контакта, механизм вращения шпинделя от электродвигателя, включающий кинематически связанное с электродвигателем зубчатое колесо, ступица которого установлена на шпинделе, имеющее шпоночный паз по высоте отверстия ступицы с закрепленной в нем скользящей шпонкой, неподвижно присоединенной к шпинделю, причем ступица зубчатого колеса выполнена протяженной по длине шпинделя и установлена в корпусе на подшипниковой опоре, механизм осевого перемещения шпинделя, включающий винт, установленный в полом шпинделе с возможностью вращения относительно шпинделя и закрепленный от осевого перемещения концом, противоположным режущему инструменту, гайку, образующую с винтом механическую передачу и неподвижно соединенную с концом шпинделя, противоположным режущему инструменту, первое зубчатое колесо, неподвижно установленное на ступице зубчатого колеса механизма вращения, второе зубчатое колесо со ступицей, которая установлена в корпусе на подшипниковой опоре, неподвижно соединенное с винтом и имеющее количество зубьев, неравное количеству зубьев первого зубчатого колеса, при этом зубчатое колесо механизма вращения, винт, первое и второе зубчатые колеса механизма осевого перемещения расположены соосно со шпинделем, блок, содержащий две неподвижно соединенные между собой соосные шестерни с одинаковым количеством зубьев, установленные с возможностью взаимодействия с первым и вторым зубчатыми колесами, при этом зубья одной из шестерен выполнены корригированными, отличающееся тем, что первое и второе зубчатые колеса установлены у закрепленного конца винта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ступица зубчатого колеса механизма вращения снабжена дополнительной подшипниковой опорой, причем подшипниковые опоры разнесены по длине ступицы.

РИСУНКИ