CN101801571B - 用于加工管端部的装置及包括该装置的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管端部处理工具及用于该工具的端部处理系统。其采用的引导滚筒(40)沿待加工的管(3)的内周面(24)延伸,作为结果,将设计用于加工所述管的外边缘倒角的机具(45)保持在远离所述内周面(24)的恒定径向距离。作为结果,即使在管不是严格地圆形,如是所示的卵形时,同样可以在管的整个周部形成恒定的剩余壁厚。
Description
技术领域
本发明涉及管端部处理装置,下文将其称为管端部处理系统。
此外,本发明涉及包括这种管端部处理系统的管端部处理工具。
背景技术
根据美国专利US6,082,235(即EP 0855944B1)及美国专利US6,176,163(即DE19816179C1)可知管端部处理工具和设计用于该管端部处理工具的管端部处理系统。
在现有技术中,当管端部不是圆形,例如是卵形时,由于切屑机具以恒定的半径圆形地旋转,相对于具有较小管直径的部分,会从具有较大外部管直径处去除更多的管材料,在这些位置会形成倒角或外部偏移的管端面(chamferedor externally offset pipe end faces)。作为结果,沿所述管的圆周,在管端部会形成不同的剩余壁厚。当这种管端部被焊接到另一个圆形或者非圆形的管端部时,在焊接过程中会出现以下危险,其中一个管在具有较小剩余壁厚的位置可能被烧穿,并且/或者电焊电极材料可能会穿过这种烧孔进入所述管的内部。此外,还存在以下危险,所述管的内部不再齐平,而是形成会对穿过所述管的后续流体流造成不利影响的分支。为了克服这些问题,已想到不仅在管端部的外周部对管端部定形,同时采用切割机具在相对于所述管中心的内周部圆形地定形。然而这一步骤带来了其它危险,即,管端部为了焊接等被处理的过薄,这使管不具有足够的机械强度以承受从其通过的介质(液体、气体、蒸汽)的压力。为了解决最后所述的缺陷,若所有管为准确的圆形且在各处均有恒定的半径,通常需要使用的管必须具有大于所需的壁厚,然而在现实中并不会这样。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相关的管端部处理工具以及管端部处理系统,该管端部处理系统能够在外部对圆形及非圆形管在其外部管端部进行斜切,或者以管端部上的剩余壁厚在整个管周部上恒定的方式冲销(offset)非圆形管。
本发明的另一个目标在于,设计一种能够以紧凑及轻量化的方式制造的管端部处理工具以及管端部处理系统。
本发明的另一个目标在于,设计一种易于操作的管端部处理工具以及管端部处理系统。
本发明的目标在于,获得一种管端部处理系统,其包括:本体,其能够被定位或者被定位以绕系统旋转轴旋转;以及机具固定器,其由所述本体承载;其特征在于:当所述机具固定器相对于所述系统旋转轴沿径向移动时,所述机具固定器被配置在所述本体上;至少一个弹簧被配置在所述机具固定器和所述本体之间,并迫使所述机具固定器沿径向方向从系统旋转轴向外抵抗所述本体;至少一个引导滚筒被配置在所述机具固定器上,并且其相对于所述机具固定器的机具座更为靠近所述系统旋转轴,其中,所述引导滚筒的旋转轴被配置以平行于所述系统旋转轴,从而使所述引导滚筒在待处理的管的内周面上运动,并且,所述引导滚筒能够抵抗所述弹簧的弹簧力在整个管表面上将所述机具固定器保持在相对于所述管的内周面的相同径向位置处;楔以可调整的方式被配置在所述机具固定器和所述本体之间,并且其包括楔面,该楔面相对于所述系统旋转轴径向作用,并且通过该楔面,所述机具固定器可选择地能够抵抗所述弹簧的弹簧力被调整到离所述系统旋转轴最小距离的位置,或者能够被释放以朝离所述系统旋转轴较大径向距离的位置移动,其中,在后一种情形下,所述机具固定器由所述弹簧调整到离所述系统旋转轴较大距离的位置。
所述楔可移动地固定到所述本体并且通过其所述楔面作用于所述机具固定器。
所述楔为在其外周部配备有所述楔面的可旋转凸轮。
所述凸轮的旋转轴平行于所述系统旋转轴。
所述弹簧为螺旋弹簧,并且其配置以相对于所述系统旋转轴沿径向作用。
所述螺旋弹簧为压缩弹簧。
所述弹簧被一体化进入由所述本体和所述机具固定器组成的子部件中。
所述弹簧被配置在所述本体的凹陷中,并且所述机具固定器以可径向移动的方式配置为紧靠所述弹簧。
管端部处理系统包括杆,其配置以沿所述本体的系统旋转轴的径向延伸穿过位于本体的壁中的贯孔,其被固定在所述壁的径向内侧以固定到所述机具固定器,其在所述本体的壁的径向外侧延伸穿过所述弹簧,并且包括终端段,该终端段配有从所述弹簧突出的头,所述弹簧被直接夹持在所述本体的壁和所述头之间或者通过隔层夹持在所述本体的壁和所述头之间。
所述头在所述杆的螺纹段配备有螺纹螺母。
采用了机具支架,其旋转中心定位在所述系统旋转轴上,并且以相对于所述系统旋转轴径向偏移的方式可拆卸的将所述本体固定到所述机具支架。
所述本体的至少一部分由机具固定器构成,所述固定器的旋转中心包括所述系统旋转轴。
管端部处理系统还包括卡盘,所述卡盘配备有夹爪,所述夹爪能够沿位于待处理的管(3)内部的所述系统旋转轴对称地被夹持抵接所述管内周面,以便将所述管端部处理系统固定到所述管上。
所述弹簧的至少90%的长度被一体化进入所述本体中。
所述弹簧的全部长度被一体化进入所述本体中。
此外,本发明的上述目标由配备有这种管端部处理系统的管端部处理工具获得。该管端部处理工具包括:根据本发明所述的管端部处理系统;以及承载所述管端部处理系统的支撑轴,其在所述系统旋转轴的轴向上被可旋转地支撑于壳体中,以被电动机驱动。
管端部处理工具可以包括用于将管端部处理系统驱动进入旋转状态的电动机,或者由电动机启动的可被旋转支撑的驱动器。
所述电动机可以是电力、气力或液压电动机。
在下文中通过示例的方式,以及与附图相结合的优选实施例来说明本发明。
附图说明
图1示出了具有本发明管端部处理系统的管端部处理工具的侧视图;
图2示出了本发明管端部处理系统沿图1的轴向II方向的前正视图;
图3示出了管端部处理系统从图2的平面A-A观看的轴向截面图,所述平面E-E相对于所述系统的旋转轴沿纵向及径向延伸;
图4示出了所述管端部处理系统的细节沿图2的平面B-B的纵向截面图,Q其中平面B-B平行于平面A-A;
图5示出了图3示出的管端部处理系统从系统旋转轴沿径向向外观看的仰视图;
图6示出了待处理的管的端视图,其中所述管结合使用切割器以及引导滚筒处理,所述引导滚筒沿所述管的内周运动并引导所述切割器;以及
图7示出了图6中的管以及要焊接到第一根管上的第二根管的端视图。
具体实施方式
图1示出的管端部处理工具2是便携式的,并且可以被固定到待处理的管3上,随后管3将会支撑/支持该工具。在本发明的另一种实施方式中,管端部处理工具同样可以设计成以定点固定,例如固定在适当的支架上。
这种支架可以为凸缘、轮子或者轴6,并且被可旋转地配置在图1示出的所述管端部处理工具2的壳体4中,以沿所述系统的旋转轴8被旋转,并且,其还会通过电动机10以及如皮带、锁链或齿轮单元的驱动传递元件11被驱动。在另一种实施例方式中(被省略),电动机10以及驱动传递11可以被安装到壳体4的外侧,或者可以是能够被连接到可旋转地支撑在所述壳体4中的驱动元件13的分离单元,所述驱动元件能够连接到所述轴6或者被连接到所述轴6。电动机可以为电力、气力或者液压电动机。
机具支架14靠近壳体4的前端被固定到轴6的前端,从而允许机具固定器与轴6沿系统的旋转轴8共同地旋转。
中空的附加管16非旋转地固定到壳体4中并相对于系统的旋转轴8轴向延伸,穿过中空的轴6。附加管16从壳体4的前端延伸,并同样从被省略的机具支架14的中心孔突出。附加管16在其突出的管端部前段承载卡盘20。该卡盘20配有至少三个夹爪22,该夹爪相互之间绕系统旋转轴8等距地相隔120°,并且允许将管端部处理工具2夹持到待处理的管3的内部周面24上。该系统旋转轴8被定位在管3的径向中心,并因此与中央纵向管轴28对齐。手动开动的轮30和系统旋转轴8中心地被配置在壳体4的末端的外部,通过系统旋转轴8,被省略的、如螺杆或轴向可拆卸连接杆(axially displaceablelinkage)的机械传递机构可以驱动卡盘20进入夹持或脱开夹爪22的状态,以使夹爪22径向地抵抗管或者从管脱离。手动轮30的移动变送器(displacementtransmission)穿过附加管16。管端部处理工具2包括由附图2、3、4、5具体示出的管端部处理系统32。
管端部处理系统32包括本体34以及机具固定器36。本体34配置以沿径向远离系统旋转轴8,并固定地/可固定地位于机具支架14的径向外部终点区域,并且,作为结果其由机具支架14绕系统旋转轴8旋转。优选地,本体34可以被定位在远离系统旋转轴8不同距离的位置。
机具固定器36相对于系统旋转轴8沿径向可移动地被安装到本体34上。该机具固定器36配有与位于本体34上的引导面35相接触的引导面37,作为结果,机具固定器36沿径向可移动,并且同样优选,沿纵向(相对于系统旋转轴8)被固定到本体34。优选地,引导面35和37共同地构成燕尾榫(dovetail)形引导或T形引导。沿径向将机具固定器36向外偏置的弹簧38被定位在所述机具固定器和本体34之间。优选地,弹簧38为配置以沿系统旋转轴8的径向的螺旋压缩弹簧。虽然使用特定的设计具有优势,但不排除其它弹簧。
至少一个引导滚筒40被配置在机具固定器36上,其相对于机具固定器36的机具座42沿径向方向离系统旋转轴8更近。最少的一个引导滚筒40以自由旋转的方式被支撑,并且其引导滚筒旋转轴44与系统旋转轴8平行,作为结果,引导滚筒40能够在使机具固定器36抵抗来自弹簧38的弹性力的同时,抵靠待处理的管3的内表面24运动;并且,甚至在管半径沿其外周变化时,其仍能够将所述固定器36保持在管3的全部内周面24上相对于管3的内表面24位于相同的径向位置。
机具固定器36的机具座42被设计以保持机具45,并且为了该目的,例如,机具座42配有螺钉以将机具45夹入所述座42中。优选地,机具座42是位于所述保持器中的空隙或凹陷。机具45为切割/切屑机具,如图所示的车床凿、钻头。在另一个实施例中,机具可以是研磨机具。
如图所示,引导滚筒40可以是一个、两个、三个或更多轴向邻接的滚筒或轴承,如图3、5中所示出的,例如三个滚筒轴承。
本体34可以是一体的或是具有多个部件。示意性地,本体34可以为基盘34-1,中间元件34-2以及盖盘34-3。
楔50可调整地被配置在机具固定器36和本体34之间,并且配有沿系统旋转轴8的径向方向作用于机具固定器36的楔面52,通过这种方式,所述固定器可以相对于本体34进行调整,从而抵抗来自弹簧38的反作用力,并且可选择地,最小化其远离系统旋转轴8的距离或者被释放以朝远离系统旋转轴8的较大径向距离移动。当楔50以这种方式释放机具固定器36时,机具固定器可以通过弹簧进行调整,从而呈现离所述旋转轴8相对较大的距离。
优选地,楔50可移动地固定到本体34上,例如,在本体34的盖盘34-3上,并通过其楔面52作用于机具固定器36。
在本发明的优选实施例中,楔面50为配置以在本体34上(例如在本体34的盖盘34-3上)绕凸轮旋转轴54旋转的离心的凸轮50,所述楔面52被构成在所述凸轮的外周上。凸轮50可以绕凸轮旋转轴54被手动旋转,例如,使用手动轮或者扳钳。为了该目的,凸轮50可以配有钳头56,其配有板钳可以施用的内多边形凹陷或外部多边形。当凸轮50的旋转轴54与系统旋转轴8平行时,凸轮50可被适当地操作。
如图2、4所示,凸轮50可以配有弹簧加载销58,当销位于本体34的凹陷60中时会被停止,这时如图2、3和4所示,凸轮的最高楔面指向机具固定器36,但是,当凸轮50绕凸轮旋转轴54被旋转180°,销会被停止在进入偏置了180°的本体34的第二凹陷61中,此时凸轮的最低楔面指向机具固定器36。定位在凸轮50上的最高和最低楔面同样可以彼此偏置大于或小于180°。在随后的情况中,凹陷60和61必须对称定位。
在本发明另一个省略的实施例中,楔面50并不是凸轮,同样可以是配置于机具固定器36和本体34的两个沿径向相对的面之间、且相对于系统旋转轴8相切地移动的楔形滑块。
在图中示出的本发明的一个优选实施例中,使用杆63,杆63相对于系统旋转轴8径向配置并穿过位于本体34(隔片34-2)的壁64中的贯通孔62。相对于系统旋转轴8,杆63沿径向被固定在壁64的内侧,从而被固定到机具固定器36,例如,位于杆下部的螺纹段66进入机具固定器36的螺纹钻孔68中。沿系统旋转轴8的方向观察,在本体34的壁64的径向外侧,杆63沿弹簧的纵向穿过弹簧38并在其径向外端部配有头70,该头70直接或间接支撑所述弹簧38的径向外端部或者隔层71。弹簧38的径向内端部直接坐落在本体34的壁64的径向外部指向面(radially outwardly pointing face)上,或者通过垫圈72坐落在本体34的壁64的径向外部指向面上。通过这种方式,弹簧38被加持在本体34和机具固定器36之间,从而使其施加沿径向从系统旋转轴8向外抵抗凸轮50的压力。头70可以为杆63(如螺钉/螺杆)的一体元件(如螺杆头)。在示出的实施例中,头部元件70为拧在杆63的上螺纹段74上的螺纹螺母。通过这种方式,弹簧38的弹簧偏置可以以简单的方式调整。然而,若靠近螺纹段66的杆63的部分并未坐落抵靠螺纹钻孔的边缘,同样可以通过在螺纹钻孔68中旋转杆63的内部螺纹段66来调整弹簧偏置。
杆63的纵向杆轴76相对于系统旋转轴8沿径向延伸。
当凸轮50沿径向的最高楔面位置沿径向与所述固定器36的沿径向向外指向的第一停止面75相对并且与该停止面75相接触时,机具固定器36沿径向位于最内侧位置。若凸轮50按以下方式旋转,楔面52相对于第一停止面75从最高位置移动到楔面的最低位置,弹簧38将相对于本体34朝系统旋转轴8沿径向向外移动机具固定器36,直到机具固定器36的第二停止面78与沿径向相对的、本体34的停止面80相接触。示出的停止面78可以由具有螺纹68的机具固定器36的沿径向平行的凸起79构造。停止面80可以由本体34的壁64沿径向向内指向的表面构造。在这种情况下,当两个停止面78和80相互接触时,机具固定器36位于其径向最外侧位置。
在本发明的另一个实施例中,固定器36的径向最外侧位置可以由凸轮50的鞋面位置在第一停止面75实现,而不是停止面78和80。
管优选应当为均匀的圆形。但情况不总是这样。图6示意性地示出了一定程度上非圆形的管、位于管的内周24上的本发明引导滚筒40、以及由引导滚筒40引导的机具45的正视图,其中该机具用于在管3的前端部形成边缘刃角82。机具45由引导滚筒40引导,二者均被固定到机具固定器36上。由于机具45由在管3的内周面24上沿轴向滚动的滚筒40引导,无论管壁和管中心轴28之间的距离如何变化,机具尖端45-1总是处于离开管内周24相同的距离,其中,管中心轴28同时是系统的旋转轴8)。在图6中,机具45绕管3的旋转方向由箭头84表示。
管3的外部边缘刃角82可以是平坦、凸起或凹陷的斜面,或者如图7所示的管3的侧视图的终端管齐平(offset)的形式。图7示出了第二管103,其前端按照相同的方式配有如前述管3的外部边缘刃角82。以这种方式,管3和103两者可以按照以下方式相互对接在一起,并且分别绕着管中心轴28,系统旋转轴8,彼此相互旋转;即,管3和103的内周面24在全部的轴向位置沿轴向相互齐平,并且外部边缘刃角82的轴向向内边缘85同样在全部周向位置相互对齐,为了将管3和103焊接到一起,其剩余的、沿径向位于外部边缘刃角82之中的、沿轴向向内的表面86彼此相邻,并彼此相互接触,从而使两个轴向相对的外部边缘刃角82共同地相对形成圆周凹槽,在该凹槽中可以形成焊接密封线。由于沿径向保持在外部边缘刃角之中的轴向管凸起89的剩余壁厚88通过本发明的管端部处理系统被准确地形成,则不会出现所述壁厚在一些圆周位置较大而在其他位置较小或者甚至不连续的危险。
在本发明的一个特别有利的实施例中,弹簧38被完全一体化,或者至少沿其90%的长度进入由本体34和机具固定器36组成的子组件中,进入本体之中,或进入固定器之中,或进入两者之中。根据优选实施例,弹簧38被完全罩在本体34的凹陷92中。凹陷92配有面向机具固定器36的凹陷盖94,并且至少被其部分覆盖,所述凹陷被定位在弹簧38的纵向侧。
在本发明另一个被省略的实施例中,本体34,在其最小的基盘34-1处,不是单独的部件,而是由机具支架14的一部分构成的。
作为结果,本发明同样允许采用非常薄的管,该管被焊接到一起以通过高压流体;这种流体可以是液体、气体或蒸汽/湿气。
如图1所示,机具支架14可以承载一个或多个管端部处理系统,如上文所述的管端部处理系统32,并且,为了使管端部准确地与中心纵向管轴28成直角,管端部处理系统132配有用于处理管端部的金属切割机具145,例如,管端部可以是管3沿轴向向内剩余的终端面86。
操作
首先将凸轮50旋转到图中所示的位置,在该位置,楔面52的最高楔面处挤压抵靠机具固定器36的停止面75,并使机具固定器36保持在其径向最内侧位置。在这一阶段,机具固定器36的第二停止面78对着离开本体34的停止面80最大的距离。在这种状态下,管端部处理工具2能够连同其引导滚筒40沿轴向被插入到待处理的管3中。
在停止面78和80之间的径向间隙中,待处理的管3可以具有不同的内部直径或者是非圆形的。作为结果,能够处理具有不同尺寸的管。优选地,本体34在机具支架14处可沿径向来调整,并且能够被固定在不同的径向位置以处理具有较小和极大内部直径的管。
在管端部处理工具2与其引导滚筒40沿轴向被插入到待处理的管3中后,按以下方式旋转凸轮50,即,凸轮的较低或最低楔面处与第一停止面向对。作为结果,凸轮50释放机具固定器36,从而允许弹簧38径向向外移动,直到引导滚筒与管3的内周面相接触。随后,机具固定器36能够通过机具支架14绕管3旋转而进行旋转,并且在处理中,其能够通过滚筒40被保持在离开管内周面24恒定径向空间的位置。
优选的是,通过以下方式选择上述部件的径向尺寸,即:当凸轮50的最低楔面处被定位以与第一停止表面75相对,并且已经沿径向向其靠近时,停止面78和80二者能够相互接触。
Claims (16)
1.一种管端部处理系统(32),其包括:本体(34),其能够被定位或者被定位以绕系统旋转轴(8)旋转;以及机具固定器(36),其由所述本体(34)承载;其特征在于:
当所述机具固定器(36)相对于所述系统旋转轴(8)沿径向移动时,所述机具固定器(36)被配置在所述本体(34)上;至少一个弹簧(38)被配置在所述机具固定器(36)和所述本体(34)之间,并迫使所述机具固定器(36)沿径向方向从系统旋转轴(8)向外抵抗所述本体(34);至少一个引导滚筒(40)被配置在所述机具固定器(36)上,并且其相对于所述机具固定器(36)的机具座(42)更为靠近所述系统旋转轴(8),其中,所述引导滚筒(40)的旋转轴(44)被配置以平行于所述系统旋转轴(8),从而使所述引导滚筒在待处理的管(3)的内周面(24)上运动,并且,所述引导滚筒能够抵抗所述弹簧(38)的弹簧力在整个管表面上将所述机具固定器(36)保持在相对于所述管(3)的内周面(24)的相同径向位置处;楔(50)以可调整的方式被配置在所述机具固定器(36)和所述本体(34)之间,并且其包括楔面(52),该楔面(52)相对于所述系统旋转轴(8)径向作用,并且通过该楔面(52),所述机具固定器(36)可选择地能够抵抗所述弹簧(38)的弹簧力被调整到离所述系统旋转轴(8)最小距离的位置,或者能够被释放以朝离所述系统旋转轴(8)较大径向距离的位置移动,其中,在后一种情形下,所述机具固定器(36)由所述弹簧(38)调整到离所述系统旋转轴(8)较大距离的位置。
2.根据权利要求1所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述楔(50)可移动地固定到所述本体(34)并且通过其所述楔面(52)作用于所述机具固定器(36)。
3.根据上述任意一项权利要求所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述楔(50)为在其外周部配备有所述楔面(52)的可旋转凸轮。
4.根据权利要求3所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述凸轮的旋转轴(54)平行于所述系统旋转轴(8)。
5.根据权利要求1所述的管端部处理系统(32),其特征在于:所述弹簧(38)为螺旋弹簧,并且其配置以相对于所述系统旋转轴(8)沿径向作用。
6.根据权利要求5所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述螺旋弹簧为压缩弹簧。
7.根据权利要求1所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述弹簧(38)被一体化进入由所述本体(34)和所述机具固定器(36)组成的子部件中。
8.根据权利要求7所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述弹簧(38)被配置在所述本体(34)的凹陷(92)中,并且所述机具固定器(36)以可径向移动的方式配置为紧靠所述弹簧(38)。
9.根据权利要求1所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
包括杆(63),其配置以沿所述本体(34)的系统旋转轴(8)的径向延伸穿过位于本体(34)的壁(64)中的贯孔(62),其被固定在所述壁(64)的径向内侧以固定到所述机具固定器(36),其在所述本体(34)的壁(64)的径向外侧延伸穿过所述弹簧(38),并且包括终端段,该终端段配有从所述弹簧(38)突出的头(70),所述弹簧(38)被直接夹持在所述本体(34)的壁(64)和所述头(70)之间或者通过隔层(72)夹持在所述本体(34)的壁(64)和所述头(70)之间。
10.根据权利要求9所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述头(70)在所述杆(63)的螺纹段(74)配备有螺纹螺母。
11.根据权利要求1所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
采用了机具支架(14),其旋转中心定位在所述系统旋转轴(8)上,并且以相对于所述系统旋转轴(8)径向偏移的方式可拆卸的将所述本体(34)固定到所述机具支架(14)。
12.根据权利要求1所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述本体(34)的至少一部分由机具固定器(36)构成,所述固定器(36)的旋转中心包括所述系统旋转轴(8)。
13.根据权利要求1所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
还包括卡盘(20),所述卡盘(20)配备有夹爪(22),所述夹爪(22)能够沿位于待处理的管(3)内部的所述系统旋转轴(8)对称地被夹持抵接所述管内周面(24),以便将所述管端部处理系统(32)固定到所述管(3)上。
14.根据权利要求7所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述弹簧(38)的至少90%的长度被一体化进入所述本体(34)中。
15.根据权利要求14所述的管端部处理系统(32),其特征在于:
所述弹簧(38)的全部长度被一体化进入所述本体(34)中。
16.一种管端部处理工具(2),其特征在于包括:
根据上述任意一项权利要求所述的管端部处理系统(32);
以及承载所述管端部处理系统(32)的支撑轴(6),其在所述系统旋转轴(8)的轴向上被可旋转地支撑于壳体(4)中,以被电动机(10)驱动。
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