CN100572024C - 悬臂水平固定工装及使用该工装的连续固化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种悬臂水平固定工装及使用该工装的连续固化装置，克服了立式固化装置产品性能不稳定和流胶等影响产品外观质量的缺陷。创新使用旋转连续固化方式，提高了产品质量和生产效率，同时节约了能源。本连固化续固化装置采用三温区设计，PID自动调节燃烧系统的先进控温方式，使气瓶固化过程温度控制更加准确，产品性能更加稳定可靠。传动采用液压和机械相结合的方式，气瓶步进前进的同时进行自转，使胶液覆盖更加均匀，提高了产品的外观质量。对于单极孔气瓶由于在连续固化装置中固定较难，特设计了单独的工装，使气瓶悬臂固定于工装上，这种结构也简化了气瓶的装卸，提高了工作效率。

Description

悬臂水平固定工装及使用该工装的连续固化装置

技术领域

本发明涉及一种钢内胆缠绕气瓶及其复合材料领域的整套水平固化装置。

背景技术

随着经济发展与现代技术的推广应用，像天然气、氢气、氦气等一类压缩气体用量急剧加大，气瓶成为了这类压缩气体的首选容器。为了提高气瓶的容重比和承压能力，在本领域内普遍采取的技术方案是尽可能的采取优质的高压无缝钢管，采用端头旋压缩颈方法加工成内胆，再选用高强度纤维增强树脂基体在内胆外壁上缠绕并固化形成一层复合材料层，来提高现有内胆的承压能力。

复合材料的固化是气瓶制造过程中的关键工序之一，对产品的性能和外观质量有较大影响。复合材料环缠气瓶由于其独特的结构，现有技术多为采用结构简单的箱式立式固化，固化工艺过程中气瓶为静止状态，由于受重力作用使上部胶液和纤维向下方流动，使固化后的气瓶下方出现流胶和纤维滑移等现象，同时固化时产品整体受热不均匀，使得产品树脂固化度性能不一致，影响产品树脂基体的性能和外观质量。而且这种固化装置为单温区设计，加热方式为电加热，手动调整球阀控温方式，这种装置具有加热温场不均，温度难于控制、浪费能源等缺陷。因此，对气瓶固化装置的研究，以克服立式固化装置产品性能不稳定和流胶等影响产品外观质量的缺陷，是我们接下来需要解决的关键技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种结构简单、操作方便的用于固化装置的悬臂水平固定工装。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种悬臂水平固定工装，包括一个连接杆，所述的连接杆的一端设有外螺纹，该外螺纹与气瓶内胆瓶口处的内螺纹配合；与所述的内胆螺纹相连的连接杆水平穿过中空的导向套，所述的导向套的一端抵接有一个支撑套，所述的支撑套的另一侧抵靠在水平放置的内胆外周，所述的导向套和支撑套都套在连接杆的外周、且设置于一个支撑架之上；有一个紧固螺栓螺纹连接于连接杆的另一端，所述的紧固螺栓的螺纹旋向与连接杆的外螺纹的旋向一致，所述的紧固螺栓的螺栓头的端面抵靠在导向套的另一端，当紧固螺栓锁定在连接杆上后，所述的紧固螺栓、连接杆、内胆、支撑套、导向套相互固定在一起。此时，内胆即被水平固定在支撑架上。

进一步地，所述支撑套为一横截面为圆形的中空凸台，所述支撑套最大直径的横截面与内胆外周形状相匹配。

再进一步地，所述紧固螺栓的螺栓头的顶面上设有一个连接套，用于与缠绕机的主轴卡套水平连接固定，以完成相关的缠绕作业。

再进一步地，所述导向套的外周与支撑架之间设有轴承，使得所述导向套可相对于支撑架旋转。

更进一步地，所述导向套上固定有一个自转齿轮，由一自转电机带动的自转链条与自转齿轮的齿啮合，以带动气瓶在固化过程中自转，实现了气瓶的水平旋转固化，确保气瓶的复合材料固化均匀，表面不滴胶。

再进一步地，所述支撑架上设置有导向轴承，该导向轴承可在工装导轨中滑动，从而带动所述支撑架相对于工装导轨水平滑动前进。这样，水平固定有气瓶的支撑架即可移动到连续固化炉炉膛内对复合材料进行固化。

本发明还提供了一种使用上述悬臂水平固定工装的连续固化装置，包括一个机械传动系统和一个燃烧加热系统，所述的机械传动系统把水平固定有气瓶的悬臂水平固定工装拉入到燃烧加热系统内部，所述的气瓶为钢内胆纤维环向缠绕气瓶，所述的机械传动系统为步进式拉动，所述的燃烧加热系统包括三个相互连通的加热温区，用于给气瓶加热固化。

进一步地，所述的机械传动系统包括液压缸，由液压缸驱动的可往复移动的拉杆，所述的拉杆上设有若干个拨块，所述的拨块用以拉动所述的悬臂水平固定工装的支撑架相对于工装导轨水平滑动前进。

所述的拨块为枢轴设置在拉杆上，其一侧设有与拉杆相配合的限位装置。

再进一步地，所述的燃烧加热系统的加热温区包括燃烧室和保温箱以及一个炉膛，燃烧室中产生的热气经过保温箱后由热风输送管道输送到设置在炉膛底部的热风箱中，所述的热风箱上开有若干个出风孔，热气从所述的出风孔出来后直接给气瓶外周的复合材料加热固化。

更进一步地，所述的出风孔上安装有温度调节板，用以改变出风孔径的大小。

本发明的有益效果主要体现在：由于气瓶为水平固化，且可自身旋转，使得气瓶树脂基体固化度均匀，产品表面复合材料平整度高，从而大大提高了产品的整体质量；这种结构也简化了气瓶的装卸，提高了工作效率。采用上述工装配套的连续固化装置采用三温区单独控温设计，PID自动调节燃烧系统的先进控温方式，使固化制度易于更改、气瓶固化过程温度控制更加准确，温度精度达到±3℃，产品性能更加稳定可靠，同时节约了能源；传动采用液压和机械相结合的方式，气瓶步进前进的同时进行自转，比通常的链条传动更加平稳，使胶液覆盖更加均匀，提高了产品的外观质量。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明悬臂水平固定工装的示意图。

图2：本发明连续固化装置的示意图。

图3：图2中A部分的放大图。

图4：本发明连续固化装置的燃烧加热系统的示意图。

其中：

1内胆           2支撑套      3支撑架

4内螺纹         5外螺纹      6导向轴承

7工装导轨       8自转齿轮    9紧固螺栓

10连接套        11导向套     12连接杆

13自转链条导轨  14轴承       15液压缸

16拉杆          17拨块       18前炉门

19后炉门        20传动支架   21自转电机

22传动链轮      23张紧轮     24自转链条

25拖轮          26燃烧室     27保温箱

28热风输送管道  29热风箱     30出风孔

31温度调节板    32PLC系统    33气瓶

34废气管道      35检修门

具体实施方式

本发明揭示了一种悬臂水平固定工装，如图1所示，包括一个连接杆12，所述的连接杆12的一端设有外螺纹5，该外螺纹5与气瓶内胆1瓶口处的内螺纹4配合。连接杆12与所述的内胆1螺纹相连后，水平穿过中空的导向套11，所述的导向套11的一端抵接有一个支撑套2，所述的支撑套2的另一侧抵靠在水平放置的内胆1外周。所述支撑套2为一横截面为圆形的中空凸台，所述支撑套2最大直径的横截面与内胆1外周形状相匹配。当然，为了需要，支撑套2也可以是其他的形式，例如类似于车床的卡盘状等。

所述的导向套11和支撑套2都套在连接杆12的外周、且设置于一个支撑架3之上。所述导向套11的外周与支撑架3之间设有轴承14，使得所述导向套11可相对于支撑架3旋转。

有一个紧固螺栓9螺纹连接于连接杆12的另一端，所述的紧固螺栓9的螺纹旋向与连接杆12的外螺纹5的旋向一致，所述的紧固螺栓9的螺栓头的端面抵靠在导向套11的另一端，当紧固螺栓9锁定在连接杆12上后，螺栓头对导向套11和支撑套2施加一个压力，该压力可以通过支撑套2传递给内胆1；由于内胆1与连接杆12螺纹连接，所以内胆1会对连接杆12产生一个拉力，而连接杆12的另一端与紧固螺栓9螺纹连接，所以连接杆12也会对紧固螺栓9传递一个拉力。此时，紧固螺栓9同时受到导向套11的压力和连接杆12的拉力，使得所述的紧固螺栓9、连接杆12、内胆1、支撑套2、导向套11被相互固定在一起。而且此时，内胆1被水平固定在支撑架3上。

所述紧固螺栓9的螺栓头的顶面上设有一个连接套10。导向套11上固定有一个自转齿轮8，由一自转电机21带动的自转链条24与自转齿轮8的齿啮合(图3中所示)。由于自转齿轮8固定于导向套11上，而导向套11与支撑套2和内胆1又相互固定。所以，当自转电机21转动后，自转链条24会带动自转齿轮8转动，从而带动支撑套2和内胆1一起转动。这样，内胆1就能产生自转。

所述支撑架3上设置有导向轴承6，该导向轴承6可在工装导轨7中滑动，从而带动所述支撑架3相对于工装导轨7水平滑动前进。

下面简单描述一下悬臂水平固定工装的安装过程。

连接杆12的螺纹和内胆1的螺纹对接紧固后起吊穿过导向套11，通过紧固螺栓9的水平拉力固定在支撑套2和支撑架3上。内胆1和工装固定为一体后，再通过工装上部导向轴承6固定在工装导轨7上，最终实现内胆的水平放置。

内胆水平放置完毕后，沿着工装导轨7水平前进架上缠绕机，其中缠绕机的主轴卡套和工装连接套10进行水平连接固定，完成相关的缠绕作业，此时内胆的外周缠绕上一层复合材料层。然后重新沿着工装导轨7把工装和气瓶一并送到贯通步进式连续固化装置的进口处。此时所述的气瓶为钢内胆纤维环向缠绕气瓶。

如图2-图4所示，连续固化装置包括一个机械传动系统和一个燃烧加热系统。所述的机械传动系统把水平固定有气瓶的悬臂水平固定工装拉入到燃烧加热系统内部，所述的机械传动系统为步进式拉动，所述的燃烧加热系统包括三个相互连通的加热温区，用于给气瓶加热固化。

如图2所示，所述的机械传动系统包括液压缸15，由液压缸15驱动的可往复移动的拉杆16。所述的拉杆16上设有若干个拨块17，所述的拨块17用以拉动所述的悬臂水平固定工装和气瓶相对于工装导轨7水平滑动前进，从而进入燃烧加热系统的炉膛内。

下面简述一下机械传动系统的步进方式，如图3所示，所述的拨块17为枢轴设置在拉杆16上，其一侧为凸块，另一侧设有与拉杆16相配合的限位装置。所述的限位装置为拨块17的平面部分，该平面部分与设置拉杆16上的平面相互紧贴设置，使拨块17不能在图中为顺时针旋转。而拨块17的平面部分连接有一个圆弧部分，因此拨块17可以在图中为逆时针旋转。结合图2所示，由于凸块抵在悬臂水平固定工装的支撑架3上，当拉杆16受液压缸15驱动沿图中箭头方向移动时，拨块17会带动悬臂水平固定工装沿图中箭头方向移动。当液压缸15驱动拉杆16沿图中箭头反方向移动时，拨块17的凸块会被下一个悬臂水平固定工装的支撑架推动，使拨块17逆时针旋转，当拨块17移动到支撑架3的左端时，拉杆16停止沿图中箭头反方向移动，此时，拨块17的凸块又会回复到初始状态。然后，拉杆16在液压缸15的驱动下换向，转而沿图中箭头方向移动，然后重复刚才的拉动过程，这样就可以实现步进水平固化的作业方式。步进时间控制来源于PLC输入模块，向PLC输入固化周期后，PLC接收到指令开始调用固化了的PLC程序，就可自动控制步进时间和相关的传动系统，完成整个产品固化过程。

如图3所示，自转链条24排布在自转链条导轨13上，所述的传动支架20上设有传动链轮22和托轮25，设置在传动支架20上的自转电机21带动自转链条24旋转，通过配接的张紧轮23带动工装上的自转齿轮8旋转，最终带动气瓶在固化过程中自转，实现了气瓶的水平旋转固化，确保气瓶的复合材料固化均匀，表面不滴胶。自传机构单独于PLC程序，自传转速可以根据实际固化效果来调整自传电机的频率值达到控制自传电机转速。本优选实施例中，一个自转电机21可以同时带动三条自转链条24，而三条自转链条24又可以各自带动一个气瓶在固化过程中自转。因此，在本优选实施例中，一个支撑架3上设有3套悬臂水平固定工装。

如图2所示，所述的燃烧加热系统包括有一个炉膛和设置在炉膛上的燃烧室26和保温箱27。气瓶从前炉门18进入后，在炉膛内固化后，从后炉门19中被取出。拉杆16从炉膛内穿过，而在炉膛外还设有废气管道34和检修门35。

下面介绍一下燃烧加热系统的工作过程，结合图4所示，天然气和空气混合后，在燃烧室26中燃烧后，通过传热风机把热气送到保温箱27保温，待热气温度稳定后再次通过传热风机由热风输送管道28输送到炉膛底部，炉膛底部安置有三个单独的热风箱29(即每个加热温区为单独的一个热风箱)，热风箱按照温度场分布规律开有出风孔30，出风孔上还安装温度调节板31，通过调节温度调节板改变出风孔径大小，达到调整加热温区炉温、温场分布的目的。当热气从底部热风箱29的出风孔30出来时，就可以直接给气瓶33外周的复合材料加热固化，固化过程中放热以及加热固化完毕后所剩余的热量在排废风机的作用下，微量废气通过上部出风孔排至大气，大部分又重新被输送到底部热风箱，从而实现热气的充分利用，一方面节约能源，另一方面又保护了生态环境。

燃烧系统和电气系统相结合，使得燃烧系统和温度控制及纪录真正实现了全部自动化和无纸化。本套燃烧系统燃烧率可高达90％左右，真正达到充分燃烧的效果。燃烧系统在其配套的天然气和空气管道相关点设置了球阀、过滤阀、电磁阀、反向切断阀、稳压阀，实现了电气系统控制和监控燃烧系统的目的，完成了设备自动化升级，提高了燃烧系统运行的稳定性和易维修性。由于具备了燃烧系统自动化程度高，电气系统对其控制精确等基础，使得连续固化炉在控温方面显得极度精确：炉膛温度能够稳定控温在±3℃。其控温原理大致为：向控温仪表输入设定温度后，仪表通过数据线把温度参数传给PLC系统32，PLC系统32接收到温度参数后，对燃烧系统输出控温指令，燃烧系统及时调整天然气压力、空气压力和烧嘴阀门大小，待燃烧量满足设定温度要求后把燃烧参数反馈给PLC系统32，PLC系统32接收到指令后再次传给控温仪表，从而形成整套系统控温闭环。在升温和保温阶段，控温仪表的PID参数会发挥作用，它和PLC系统32、燃烧系统两者相结合，确保了设备温度运行稳定，温度梯度分布合理、炉温场分布均匀。

由于本设备共分成三个加热温区，各个温区能够单独控温，其度数分别为110度、140度、75度，因此极易分别设置不同的固化温度段和树脂基体的固化制度相匹配。连续固化炉的固化一区为预固化温区，所述的气瓶在该区中的时间为133分钟，满足树脂从A阶段逐步向B阶段转变。固化二区为固化成型区，所述的气瓶在该区中的时间为126分钟，此段树脂全部发生胶联反应，形成网状结构。固化三区为降温区，所述的气瓶在该区中的时间为126分钟，主要目的是消除高温出炉的树脂基体在室温下内部产生的应力集中。

在本优选实施例中，三个加热温区总长为29.5米，内部可以排列有52个支撑架，而每个支撑架上有三个悬臂水平固定工装，因此，本连续固化装置可以同时对156个气瓶进行加热固化，生产效率大大提高。而且采用连续的步进结构，也进一步地提高了产品的质量。因此，本发明的连续固化装置具有很强的推广意义。

本发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。例如：本发明的水平固化装置还可以用于其他的复合材料的固化，仅将内衬的钢瓶内胆替换成其他的物件，而其外表面的复合材料的固化仍采用本发明的连续固化装置的，属于本发明的等同方案，仍属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1、一种悬臂水平固定工装，其特征在于：包括一个连接杆(12)，所述的连接杆(12)的一端设有外螺纹(5)，该外螺纹(5)与气瓶内胆(1)瓶口处的内螺纹(4)配合；与所述的内胆(1)螺纹相连的连接杆(12)水平穿过中空的导向套(11)，所述的导向套(11)的一端抵接有一个支撑套(2)，所述的支撑套(2)的另一侧抵靠在水平放置的内胆(1)外周，所述的导向套(11)和支撑套(2)都套在连接杆(12)的外周、且设置于一个支撑架(3)之上；有一个紧固螺栓(9)螺纹连接于连接杆(12)的另一端，所述的紧固螺栓(9)的螺纹旋向与连接杆(12)的外螺纹(5)的旋向一致，所述的紧固螺栓(9)的螺栓头的端面抵靠在导向套(11)的另一端，当紧固螺栓(9)锁定在连接杆(12)上后，所述的紧固螺栓(9)、连接杆(12)、内胆(1)、支撑套(2)、导向套(11)相互固定在一起，所述导向套(11)的外周与支撑架(3)之间设有轴承(14)，使得所述导向套(11)可相对于支撑架(3)旋转。

2、根据权利要求1所述的悬臂水平固定工装，其特征在于：所述支撑套(2)为一横截面为圆形的中空凸台，所述支撑套(2)最大直径的横截面与内胆(1)外周形状相匹配。

3、根据权利要求1所述的悬臂水平固定工装，其特征在于：所述紧固螺栓(9)的螺栓头的顶面上设有一个连接套(10)。

4、根据权利要求1所述的悬臂水平固定工装，其特征在于：所述导向套(11)上固定有一个自转齿轮(8)，由一自转电机(21)带动的自转链条(24)与自转齿轮(8)的齿啮合。

5、根据权利要求1所述的悬臂水平固定工装，其特征在于：所述支撑架(3)上设置有导向轴承(6)，该导向轴承(6)可在工装导轨(7)中滑动，从而带动所述支撑架(3)相对于工装导轨(7)水平滑动前进。

6、一种使用权利要求1所述的悬臂水平固定工装的连续固化装置，其特征在于：包括一个机械传动系统和一个燃烧加热系统，所述的机械传动系统把水平固定有气瓶的悬臂水平固定工装拉入到燃烧加热系统内部，所述的气瓶为钢内胆纤维环向缠绕气瓶，所述的机械传动系统为步进式拉动，所述的燃烧加热系统包括三个相互连通的加热温区，用于给气瓶加热固化。

7、根据权利要求6所述的连续固化装置，其特征在于：所述的机械传动系统包括液压缸(15)，由液压缸(15)驱动的可往复移动的拉杆(16)，所述的拉杆(16)上设有若干个拨块(17)，所述的拨块(17)用以拉动所述的悬臂水平固定工装的支撑架(3)相对于工装导轨(7)水平滑动前进。

8、根据权利要求7所述的连续固化装置，其特征在于：所述的拨块(17)为枢轴设置在拉杆(16)上，其一侧设有与拉杆(16)相配合的限位装置。

9、根据权利要求6所述的连续固化装置，其特征在于：所述的燃烧加热系统的加热温区包括燃烧室(26)和保温箱(27)以及一个炉膛，燃烧室(26)中产生的热气经过保温箱(27)后由热风输送管道(28)输送到设置在炉膛底部的热风箱(29)中，所述的热风箱(29)上开有若干个出风孔(30)，热气从所述的出风孔(30)出来后直接给气瓶(33)外周的复合材料加热固化。

10、根据权利要求9所述的连续固化装置，其特征在于：所述的出风孔(30)上安装有温度调节板(31)，用以改变出风孔径的大小。

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