Машина сварочная ультразвуковая

(72) Авторы Мартыненко Александр Владимирович Кацебо Евгений Васильевич Новиков Руслан Вячеславович(57) 1. Машина сварочная ультразвуковая, содержащая станину, ультразвуковой преобразователь с концентратором, ультразвуковой генератор, питающий ультразвуковой преобразователь,головку, взаимодействующую с вращающимся сварочным роликом, выполняющим функцию пуансона и имеющим индивидуальной привод для его вращения, причем сварочный ролик расположен по отношению к концентратору ультразвукового преобразователя так, что вертикальная ось, проходящая через концентратор, проходит одновременно и по диаметру сварочного ролика, механизм транспортирования свариваемого рукава вдоль шва в процессе сварки, функцию которого выполняют упомянутый вращающийся сварочный ролик и дополнительный прижимной ролик, также снабженный индивидуальным приводом для его вращения и механизмом его прижима через свариваемый рукав к сварочному ролику, при этом скорости вращения сварочного и прижимного роликов засинхронизированы так, что в процессе сварки линейные скорости передвижения свариваемого рукава обоими роликами уравнены между собой,кроме того, машина содержит электромагнитный привод для подачи сварочного ролика в зону 1153 сварки и его прижима через свариваемый рукав к концентратору, механизм плавной регулировки зазора в зоне сварки и программируемый контроллер, управляющий технологическим процессом сварки, отличающаяся тем, что ультразвуковой преобразователь размещен в головке машины, а сама головка выполнена составной из двух частей, верхняя из которых составлена из набора листовых полос, между которыми жестко закреплены ультразвуковой преобразователь, кулисный механизм управления прижимным роликом и индивидуальный привод вращения прижимного ролика без частотного преобразователя, причем листовые полосы одними своими концами жестко связаны со станиной машины при помощи портальной стойки,другими противоположными концами при помощи связующего элемента жестко скреплены с подвешенной с зазором по отношению к станине нижней части головки, выполненной в виде П-образного короба, верхняя плоскость которого служит платформой машины, а внутренняя часть - для размещения в ней элементов конструкции, причем связующий элемент выполнен-образной формы, имеющей вертикальную и горизонтальную части, которыми он жестко соединен соответственно с листовыми полосами верхней части головки и с платформой короба нижней части головки, а на платформе короба между горизонтальной частью связующего элемента и вырезом для сварочного ролика жестко прикреплена улитка -образной формы, ориентирующая друг на друга края свариваемого рукава, кроме того, механизм транспортирования свариваемого рукава дополнительно усилен конвейером, содержащим стол, рассчитанный на максимальную длину заданного свариваемого рукава, и тяговое устройство, состоящее из лебедки с индивидуальном приводом и троса с зажимным устройством на конце, при этом линейная скорость передвижения сверенного рукава по столу конвейера засинхронизирована программируемым контроллером с линейными скоростями передвижения рукава сварочным и прижимным роликами. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что величина зазора между коробом нижней части головки и станиной машины выбрана с учетом обеспечения в процессе сварки свободного прохождения через него свариваемого рукава заданного максимального диаметра, а ширина платформы короба нижней части головки выбрана с учетом обеспечения свободного прохождения в процессе сварки всей нижней части головки внутри свариваемого рукава заданного минимального диаметра. 3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что индивидуальные приводы вращения сварочного ролика, прижимного ролика и барабана лебедки конвейера конструктивно выполнены одинаково и содержат асинхронные электродвигатели соответствующей мощности, редукторы и частотные преобразователи, управляемые программируемым контроллером. 4. Машина по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что ультразвуковой генератор,программируемый контроллер и частотные преобразователи индивидуальных приводов для вращения сварочного ролика, прижимного ролика и барабана лебедки конвейера размещены в отдельном шкафу электрооборудования, располагаемом на полу вблизи машины. 5. Машина по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что в коробе нижней части головки компактно размещены сварочный ролик, электродвигатель и редуктор привода вращения сварочного ролика, электромагнитный привод с системой рычагов и тяга управления механизмами, обеспечивающими подачу сварочного ролика в зону сварки, плавную регулировку величины зазора в зоне сварки и прижим сварочного ролика через свариваемый рукав к концентратору ультразвукового преобразователя.(56) 1. Патент РБ на полезную модель 668, 2001. Заявляемая полезная модель относится к ультразвуковым сварочным машинам, широко используемым в швейной промышленности для соединения (сварки) материалов из синтетических волокон или искусственной кожи с выполнением на них непрерывного шва 2 1153 неограниченной протяженности. В частности, заявляемая полезная модель предназначена для соединения с помощью ультразвуковых колебаний виниловой искусственной кожи в замкнутый рукав для изготовления шахтных вентиляционных труб или для герметизации вышедших из строя шахтных вентиляционных труб, изготовленных с помощью швейного оборудования. Известна машина сварочная ультразвуковая 1. Данная машина содержит станину,ультразвуковой преобразователь с концентратором, ультразвуковой генератор, питающий ультразвуковой преобразователь, головку, взаимодействующую с вращающимся сварочным роликом, выполняющим функцию пуансона и имеющим индивидуальный привод для его вращения, механизм транспортирования свариваемого материала вдоль шва в процессе сварки, функции которого выполняют упомянутый вращающийся сварочный ролик и дополнительный прижимной ролик, также снабженный индивидуальным приводом для его вращения и механизмом его прижима через свариваемый материал к сварочному ролику, при этом скорости вращения сварочного и прижимного роликов засинхронизированы так, что в процессе сварки линейные скорости передвижения свариваемого материала обоими роликами уравнены между собой, а также электромагнитный привод для подачи сварочного ролика в зону сварки и его прижима через свариваемый материал к концентратору, механизм плавной регулировки зазора в зоне сверки и программируемый контроллер управления технологическим процессом сварки. Указанная машина является близким аналогом к заявляемой полезной модели по своей технической сущности, большому количеству общих существенных признаков и достигаемому результату. Поэтому она является прототипом заявляемой полезной модели. Однако прототипу присущи существенные недостатки. Так, он не позволяет производить соединение (сварку) материалов непрерывным прямолинейным швом в замкнутый рукав большой протяженности, поскольку у него зона сварки непосредственно привязана к станине машины, что не позволяет пропускать рукав в процессе сварки. Кроме того, при сшивании (сварке) толстых материалов из искусственной кожи большой длины требуется большее усилие прижима сварочного ролика к концентратору, что не обеспечивается конструкцией электромагнитного привода в прототипе. Механизм транспортирования свариваемого материала с помощью сварочного и прижимного роликов в прототипе не может обеспечить надежную работу машины при сшивании толстых и тяжелых материалов. Прототип также нуждается в повышении производительности машины за счет увеличения скорости сшивания, особенно при работе с толстыми материалами большой длины. При разработке заявляемой полезной модели ставилась цель устранить недостатки прототипа путем решения следующих технических задач устранить непосредственную привязку зоны сварки к станине машины путем создания технологического зазора между зоной сварки и станиной, позволяющего в процессе сварки пропускать через него замкнутый рукав существенно усилить прижим сварочного ролика к концентратору усовершенствовать механизм транспортирования машины путем увеличения его тяговых и скоростных характеристик. Указанные технические задачи решены тем, что в машине сварочной ультразвуковой,содержащей станину, ультразвуковой преобразователь с концентратором, ультразвуковой генератор, питающий ультразвуковой преобразователь, головку, взаимодействующую с вращающимся сварочным роликом, выполняющим функцию пуансона и имеющим индивидуальный привод для его вращения, причем сварочный ролик расположен по отношению к концентратору ультразвукового преобразователя так, что вертикальная ось, проходящая через концентратор, проходит одновременно и по диаметру сварочного ролика,механизм транспортирования свариваемого рукава вдоль шва в процессе сварки, функции которого выполняют упомянутый вращающийся сварочный ролик и дополнительный прижимной ролик, также снабженный индивидуальным приводом для его вращения и ме 3 1153 ханизмом его прижима через свариваемый рукав к сварочному ролику, при этом скорости вращения сварочного и прижимного роликов засинхронизированы так, что в процессе сварки линейные скорости передвижения свариваемого рукава обоими роликами уравнены между бой, кроме того, машина содержит электромагнитный привод для подачи сварочного ролика в зону сварки и его прижима через свариваемый рукав к концентратору, механизм плавной регулировки зазора в зоне сварки и программируемой контроллер,управляющий технологическим процессом сварки, для выполнения поставленной цели в машину введены следующие усовершенствования ультразвуковой преобразователь размещен в головке машины, а сама головка выполнена составной из двух частей, верхняя из которых составлена из набора листовых полос, между которыми жестко закреплены ультразвуковой преобразователь, кулисный механизм управления прижимным роликом и индивидуальный привод вращения прижимного ролика (без частотного преобразователя),причем листовые полосы одними своими концами жестко связаны со станиной машины при помощи портальной стойки, другими противоположными концами при помощи связующего элемента жестко скреплены с подвешенной с зазором по отношению к станине машины нижней части головки, выполненной в виде П-образного короба, верхняя плоскость которого служит платформой машины, а внутренняя часть - для размещения в ней элементов конструкции, причем связующий элемент выполнен-образной формы,имеющей вертикальную и горизонтальную части, которыми он жестко соединен соответственно с листовыми полосами верхней части головки и с платформой короба нижней части головки, а на платформе короба между горизонтальной частью связующего элемента и вырезом для сварочного ролика жестко прикреплена улитка -образной формы, ориентирующая друг на друга края свариваемого рукава, кроме того, механизм транспортирования свариваемого рукава дополнительно усилен конвейером, содержащим стол,рассчитанный на максимальную длину свариваемого рукава, и тяговое устройство, состоящее из лебедки с индивидуальным приводом и троса с зажимным устройством на конце, при этом линейная скорость передвижения сваренного рукава по столу конвейера засинхронизирована программируемым контроллером с линейной скоростью передвижения рукава сварочным и прижимным роликами. Величина зазора между коробом нижней части головки и станиной машины выбрана с учетом обеспечения в процессе сварки свободного прохождения через него свариваемого рукава заданного максимального диаметра, а ширина платформы короба нижней части головки выбрана с учетом обеспечения свободного прохождения в процессе сварки всей нижней части головки внутри свариваемого рукава заданного минимального диаметра. Индивидуальные приводы вращения сварочного ролика, прижимного ролика и барабана лебедки конвейера конструктивно выполнены одинаково и содержат асинхронные электродвигатели соответствующей мощности,редукторы и частотные преобразователи, управляемые программируемым контроллером. Ультразвуковой генератор, программируемый контроллер и частотные преобразователи индивидуальных приводов для вращения сварочного ролика, прижимного ролика и барабана лебедки конвейера размещены в отдельном шкафу электрооборудования, располагаемом на полу вблизи машины. В коробе нижней части головки компактно размещены сварочный ролик, электродвигатель и редуктор индивидуального привода сварочного ролика, электромагнитный привод с системой рычагов и тяга управления механизмами,обеспечивающими подачу сварочного ролика в зону сварки, плавную регулировку величины зазора в зоне сварки и прижим сварочного ролика через свариваемый рукав к концентратору ультразвукового преобразователя. Решением поставленных задач достигнуты следующие технические результаты благодаря конструкции головки, состоящей из двух (верхней и нижней) частей, жесткому соединению верхней и нижней частей с помощью связующего элемента, а также благодаря размещению ультразвукового преобразователя в верхней части головки, а сварочного ролика и механизмов управления им - в нижней части головки, и использованию 4 1153 портальной стойки, жестко связанной со станиной, обеспечена возможность установки нижней части головки по отношению к станине машины с зазором, через который свободно пропускается свариваемый рукав в процессе сварки, что невыполнимо для всех известных швейных машин благодаря разработке компактной конструкции нижней части головки и размещению в ней всех функционально необходимых элементов, а также благодаря выбранной конструкции электромагнитного привода управления сварочным роликом, содержащим систему рычагов и тягу, существенно усилен прижим сварочного ролика к концентратору, что привело к повышению надежности работы машины и увеличению скорости сшивания благодаря усилению транспортирующего механизма машины за счет дополнительного введения в состав машины конвейера с лебедкой, также существенно повышена надежность работы и производительность машины. На прилагаемых чертежах представлены фиг. 1 - общий вид машины с разрезом нижней части и вырезом в верхней части головки фиг. 2 - вид машины слева на фиг. 1 с разрезом связующего элемента и показом прохождения через него свариваемого рукава фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1 нижней части головки с показом ориентации краев свариваемого рукава с помощью улитки фиг. 4 - электрическая функциональная схема машины. Машина сварочная ультразвуковая содержит станину 1, ультразвуковой преобразователь 2 с концентратором 3, ультразвуковой генератор 4, питающий ультразвуковой преобразователь 2, головку 5, взаимодействующую с вращающимся сварочным роликом 6, выполняющим функцию пуансона и имеющим индивидуальный привод 7, включающий электродвигатель 8, редуктор 9 и частотный преобразователь 10, управляемый программируемым контроллером 11. Сварочный ролик 6 расположен по отношению к концентратору 3 так, что вертикальная ось 12, проходящая через концентратор 3, проходит одновременно и по диаметру сварочного ролика 6. Механизм транспортирования свариваемого рукава 13 вдоль шва в процессе сворки, функции которого выполняет упомянутый вращающийся сварочный ролик 6 и дополнительный прижимной ролик 14, который также снабжен для вращения его индивидуальным приводом 15, включающим электродвигатель 16, редуктор 17 и частотный преобразователь 18, также управляемый программируемым контроллером 11. Прижимной ролик 14 снабжен механизмом 1 для прижима его с помощью кулисного механизма 20 через свариваемый рукав 13 к сварочному ролику 6. Электромагнитный привод 21 служит для подачи сварочного ролика 6 в зону сварки 22 и его прижима через свариваемый рукав 13 к концентратору 3. Для плавной регулировки зазора в зоне сварки 22 и, следовательно, для плавного изменения прижима сварочного ролика 6 через свариваемый рукав 13 к концентратору 3 служит механизм 23. Ультразвуковой преобразователь 2 размещен в головке 5, а сама головка 5 выполнена составной из верхней 24 и нижней 25 частей. Верхняя часть 24 головки 5 составлена из набора листовых полос, между которыми жестко закреплены ультразвуковой преобразователь 2, кулисный механизм 20, на котором установлены электродвигатель 16 и редуктор 17 индивидуального привода 15 прижимного ролика 14. Листовые полосы верхней части 24 головки 5 одними своими концами жестко связаны со станиной 1 при помощи портальной стойки 26, а другими противоположными копиями при помощи связующего элемента 27, имеющего вертикальную 28 и горизонтальную 29 части, жестко соединены с платформой 30 нижней части 25 головки 5, установленной по отношению к станине 1 с зазором 31. При этом нижняя часть 25 головки 5, установленная консольно с помощью связующего элемента 27 по отношению к станине 1 с зазором 31, выполнена в виде П-образного короба 32, верхняя плоскость которого служит платформой 30 машины, а внутренняя часть короба 33 служит для размещения в нем элементов конструкции. Вертикальная часть 28 5 1153 связующего элемента 27 жестко закреплена между листовыми полосами верхней части 24 головки 5, а горизонтальная часть 29 связующего элемента 27 жестко соединена с платформой 30 нижней части 25 головки 5 так, что она оказывается консольно подвешенной над станиной 1 с зазором 31. На платформе 30 нижней части 25 головки 5 между скрепленной с ней горизонтальной частью 29 связующего элемента и вырезом для пропускания сварочного ролика 6 жестко закреплена улитка 34, служащая для ориентации друг на друга краев свариваемого рукава 13. Механизм транспортирования свариваемого рукава 13,ввиду его большой длины и массы, дополнительно усилен конвейером 35 в виде стола 36 и тягового устройства 37 в виде лебедки 38 с индивидуальным приводом 39, содержащим электродвигатель 40, редуктор 41, частотный преобразователь 42, а также троса 43 с зажимным устройством 44 на его конце. Величина зазора 31 между нижней частью 25 головки 5 и станиной 1 выбрана с учетом обеспечения в процессе сварки свободного прохождения через зазор 31 свариваемого рукава 13 с максимальным заданным диаметром, а ширина платформы короба 32 выбрана с учетом свободного ее прохождения при сварке внутри свариваемого рукава 13 с минимальным заданным диаметром. Индивидуальный привод 7 сварочного ролика 6, индивидуальный привод 15 прижимного ролика 14, а также индивидуальный привод 39 лебедки 38 выполнены одинаково в виде асинхронных электродвигателей соответствующей мощности, 8, 16 и 40 соответственно, редукторов 9, 17 и 41 соответственно, и частотных преобразователей 10, 18 и 42 соответственно, управляемых программируемым контроллером 11. Ультразвуковой генератор 4, программируемый контроллер 11, частотный преобразователь 10, частотный преобразователь 18 и частотный преобразователь 42 размещены вне машины в отдельном шкафу электрооборудования 45, располагаемом на полу вблизи машины. В коробе 33 нижней части 25 головки 5 компактно размещены сварочный ролик 6,электродвигатель 8 привода 7 сварочного ролика 6, редуктор 9 привода 7 сварочного ролика 6, электромагнитный привод 21 с системой рычагов 46, тяга 47 системы управления механизмами 48 и 23, обеспечивающими подачу сварочного ролика 6 в зону сварки 22, главную регулировку величины зазора в зоне сварки 22 и прижим сварочного ролика 6 через свариваемый рукав 13 к концентратору 3 ультразвукового преобразователя 2. Электрическая схема электромагнитного привода 21 конструктивно оформлена в виде печатной платы 49. Для управления процессом сварки предусмотрен пульт оператора 50, а для включения машины предусмотрена педаль пуска 51 и для выключения (остановки) - педаль остановки 52. Для большей наглядности и упрощения чертежа на фиг. 2 не показаны конвейер 35,состоящий из стола 36, тягового устройства 37, содержащего лебедку 38 с индивидуальным приводом 39, состоящим из электродвигателя 40, редуктора 41, частотного преобразователя 42 (на фиг. 4), троса 43 с зажимным устройством 44 на его конце. Все эти элементы наглядно представлены на фиг. 1 и фиг. 4. Работа на машине производится следующим образом Механизмом 23 в зависимости от толщины выбранного материала для свариваемого рукава 13 устанавливается в зоне сварки 22 необходимый исходный зазор между сварочным роликом 6 и концентратором 3 ультразвукового преобразователя 2. Механизмом 19 также в зависимости от толщины выбранного материала для свариваемого рукава 13 устанавливается исходный зазор между прижимным 14 и сварочным 6 роликами. Материал свариваемого рукава 13 складывается вдвое так, что края заходят друг на друга и располагаются посередине рукава, и в таком виде рукав складывается гармошкой. При этом конец свариваемого рукава 13 пропускают через связующий элемент 27 (как показано на фиг. 2) и затем через улитку (как показано на фиг. 3). После улитки 34 свариваемый рукав 13 6 1153 пропускают последовательно через установленные исходные зазоры между концентратором 3 и сварочным роликом 6 и между прижимным роликом 14 и сварочным роликом 6. На выходе после прижимного ролика 14 свариваемый рукав 13 в месте будущей сварки закрепляется зажимным устройством 44 троса 43. На пульте оператора 50 задают следующие режимы сварки усилие прижима краев свариваемого рукава 13, усилие прижима сварочного ролика 6, мощность ультразвукового генератора 4, амплитуду ультразвуковых колебаний, давление сварочного ролика 6 на свариваемый рукав 13, необходимую скорость сварки и необходимую силу натяжения свариваемого рукава 13. После выполнения указанных подготовительных работ приступают непосредственно к процессу сварки. Ногой нажимают на педаль пуска 51, чем запускают технологический процесс сварки, причем управление машиной осуществляется с помощью программируемого контроллера 11. При этом синхронно вращаются сварочный ролик 6, прижимной ролик 14 и барабан лебедки 38. По мере сварки свариваемый рукав 13 передвигается по столу 36,рассчитанному на максимальную длину свариваемого рукава 13 (20 м), в направлении к лебедке 38. П окончании сварки нажимают на педаль остановки машины 52. Свариваемый рукав 13 отсоединяют от зажимного устройства 44. После стабилизации температуры шва сваренный готовый рукав направляется на складирование. Вс управление машиной осуществляется с помощью программируемого контроллера типа ЕС-28. Программа, записанная в контроллер, при необходимости может быть легко изменена при изменении технологического процесса сварки. В машине использованы ультразвуковой генератор типа Сонотроник 200 М, ультразвуковой преобразователь 4000/20, частотные преобразователи серии 100. Заявляемая полезная модель может быть легко изготовлена на любом предприятии,имеющем промышленное оборудование, с оптимальными затратами производства и использована по своему прямому назначению. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8