CN1021506C - 钢管道内涂层焊口补口机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管道内涂层焊口补口机，主要由行走、定位、除锈、吸尘、喷涂、往复限位、控制、电源和辅助部件组成，是一种自行式自动完成各种补口作业的管道施工专用机具。与国内外已有技术对比，该补口机的主要优点是焊口定位精确可靠，除锈快效果好，吸尘干净，喷涂厚度均匀范围可控，可以深入管道内1公里，一次完成几种作业，工效很高。该机本身结构紧凑轻巧，搬运和操作灵活方便，制造成本较国外同类产品低。

Description

本发明涉及到钢管内涂层的除锈喷涂装置，特别是专用于钢管道内涂层焊口处的一种补口机具。

需要进行内防腐的钢管道，首先在预制厂对每根钢管内部喷涂绝缘防腐层，钢管两端只留很少一段不喷涂。在管道施工现场焊接之后，再在管道内部的环焊缝区域喷涂绝缘防腐层。过去常采用开孔补口方法，工效很低，质量不好，成本又高。自七十年代以来，国外出现了一些管道内涂层补口装置。例如，1972年美国商业树脂公司研制出一种环氧粉末内涂层补口车，其焊口定位方法是将微量同位素铯置于管道外壁顶部焊口附近，当补口车在管道内部自动走到该处时，就接收到铯辐射源发出的信号而停止前进。这种定位方法只适用于焊口无外涂层的情况。又例如，美国专利4092950采用管内触指式传感器找到焊口，并通过较复杂的制动装置使补口车停止在焊口处完成补口作业。其喷涂机构是6根管状喷头，粉末料被压缩空气送往喷头，靠离心力喷涂到预热过的焊口区。喷涂完一道焊口，再焊上一根管子，再喷这道焊口。所以这种补口车只能用于边焊接边补口的情况，由于焊接和补口互相等待，所以焊接和补口的工效都不高。又例如，日本钢铁和管道公司研制的自动内补口机具，可深入到直径为354至609毫米管道内部500米处进行除锈和补口作业。它主要由工作小车、驱动小车和外接控制盘三大部分组成。首先由驱动小车将有 钢丝刷的工作小车送入管道，把焊口附近的焊渣、焦涂层等刷掉，然后驱动小车再带动真空吸尘装置进入管道清管。最后工作小车再换上叶轮喷涂器，再次进入管道完成喷涂补口作业。以上作业程序均由管外控制盘通过电缆遥控完成。这种补口机具虽然能深入管道较远处补口作业，但其作业过程中需要多次进出管道，所以也影响到工作效率，并且要拖着很长的电缆在管外遥控，很不方便。此外，还有美国专利3967584，4340010等，都有上述共同性的缺点和不足之处。

本发明的目的就在于克服已有补口装置的上述主要缺点和不足之处，提供一种更加理想的多功能、全自动钢管道内涂层焊口补口机。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。该补口机主要由行走、定位、除锈、吸尘、喷涂、往复限位、控制、电源和辅助部件等九部分组成。其中的行走部分主要包括机架、行走电机、传动装置、驱动轮和从动轮;定位部分主要包括触指探头和定位信号电路;除锈部分主要包括除锈电机、皮带传动轮和除锈钢丝刷;吸尘部分主要包括吸尘电机和吸尘器;喷涂部分主要包括涂料电机、涂料泵、涂料箱、涂料管、喷涂电机、挡盘和旋喷杯;往复限位部分主要包括往复电机、减速器、推拉杆、推拉杆缸套、限位导杆、限位挡块和限位开关;控制部分主要包括可编程序控制器、继电器组和操作开关;电源采用电瓶;辅助部分主要包括滑动轴，滑动轴支承套，空心轴、推拉杆缸套支撑板和悬臂支撑板，以及电源电缆、信号线、盖板等。

上述各部分均直接或间接安装在机架上，构成一个完整的管道内自行式自动补口作业小车。其中小车的前端有驱动轮、传动机构和行走电机，小车中后部有从动轮，都直接安装在机架上;触指探头安装在从动轮处两侧机架上，其定位信号电路则安装在小车最前端的控制箱内;除锈部分安装在小车后部的悬臂支撑板上;吸尘部分安装在除锈部分之后喷涂机构之前的空心轴上;小车最后端是悬臂旋喷杯，其涂料箱、涂料泵、涂料电机则安装在小车的中部，并用涂料管穿过滑动轴和空心轴的轴心孔腔，把旋喷杯与涂料泵相连;往复限位部分安装在小车中后部，其中的往复电机、减速器和推拉杆缸套都固定安装在推拉杆缸套支撑板上，推拉杆、限位导杆和滑动轴都固定安装在悬臂支撑板上，限位挡块安装在限位导杆前端，限位开关分别安装在滑动轴支撑套端部和机架一侧;电源安装在小车的前部，处于控制箱和涂料箱之间;电机的电源电缆，触指探头和限位开关的导线均从空心轴和滑动轴的轴心孔腔穿过，分别与电源或控制箱中各部分相连。

该补口机的可编程序控制器中储存着最常用的两种工作程序，EPROM芯片中储存着第三种工作程序，可根据工作需要选用。其中第一种工作程序可完成除锈、吸尘和喷涂底漆，第二种工作程序只在焊口区喷涂绝缘涂料，第三种工作程序专用于两段长管段互相焊接后的死焊口的内涂层补口。当选用第三种工作程序时，就把EPROM芯片插入可编程序控制器中，就优先执行EPROM中的工作程序。

本发明与已有技术对比具有八个主要优点：第一，焊口定位 精确，蜗轮蜗杆传动机构既简单又自锁可靠。第二，除锈既快又效果好，并且除锈宽度可以人为地设定。第三，采用吸尘器能把焊口区的锈渣等吸收干净，比用压缩空气或风扇吹走好，并且结构简单。第四，采用旋喷杯式的喷头特别适合喷涂液态涂料，焊口区不需加热，比喷涂粉末料成本低，喷涂宽度和厚度可以人为设定。第五，控制部分与补口机其它部分固定安装成为一个整体，不需外接电缆，适合深入管道较远距离作业。第六，管道焊接与补口不必同时进行交叉作业，避免了焊接与补口互相等待而影响工效。第七，由于采用可编程序控制器实现了程序自动控制，能连续完成多种作业，所以工效很高，一段长1公里直径529毫米的钢管道，约有近百道焊口，一个半小时即可完成第一种工作程序，即除锈、吸尘和喷底漆，包括行走时间在内平均每道焊口只需约1分钟。第八，本补口机结构紧凑轻巧，操作和维修非常方便，制造成本远低于国外同类产品。

附图1是本发明的补口机结构示意图主视图。附图2是其俯视图。附图3是往复限位部分的断面右视图。附图4是其传动原理示意图。附图5是定位信号电路的方框图。附图6是其控制部分原理示意图。

上述附图中，1为机架，2为行走电机，3为传动装置，4为驱动轮，5为从动轮，6为触指探头，7为定位信号电路，8为除锈电机，9为皮带传动轮，10为除锈钢丝刷，11为吸尘电机，12为吸尘器，13为涂料电机，14为涂料泵，15为涂料箱，16为涂料管，17为喷涂电机，18为挡盘，19为 旋喷杯，20为往复电机，21为减速器，22为推拉杆，23为推拉杆缸套，24为限位导杆，25为限位挡块，26为向前限位开关，27为除锈和喷底漆限位开关，28为喷涂绝缘涂料限位开关，29为控制箱，30为可编程序控制器，31为继电器组，32为按钮开关，33为起动开关，34为程序选择开关，35为滑动轴，36为滑动轴支承套，37为空心轴，38为推拉杆缸套支撑板，39为悬臂支撑板，40为总电源。附图5中的41是定位信号电路7中的振荡器，42为信号输出探头耦合线圈，43为信号检测电路，44为信号展宽电路，45为定位信号电路与可编程序控制器之间的继电器接口。附图6中的46是存储第三工作程序的EPROM芯片。

结合附图对本发明的实施例详述如下。本发明提供的钢管道内涂层焊口补口机，是一台自行式自动补口作业小车，其各部分的组成及相互位置关系见附图1、2和3所示。其中的行走部分由行走电机2做动力，通过蜗轮蜗杆传动装置3，使小车前端的两个驱动轮4获得转动力矩，并带动小车中后部的两个从动轮5，能在管道内自动向前或向后行走。定位部分的触指探头6见附图2和3，由导电小滚轮、支撑杆和压紧弹簧组成。小滚轮安装在支撑杆的顶端。两只小滚轮和两根支撑杆为一组，分别安装在机架1后端两侧，小滚轮与机架1绝缘。压紧弹簧使得各小滚轮同时触压在管道内壁上并能灵活滚动。每对小滚轮分别用两根导线与控制箱29中的定位信号电路7的接探头耦合线圈42的两端连接。两侧的小滚轮互相并联，万一有一侧的探头接触不良，或 者出现断线现象，另一侧探头仍能正常工作。当补口小车走到管道焊口处，触指探头6的导电小滚轮触压到没有内涂层的钢管内壁上，就使线圈42被短路，使得振荡器41因失谐而停振，检测电路43中产生一个跃变信号，信号展宽电路44将该跃变信号展宽保持一定时间，并进行功率放大，以保证被驱动的定位信号继电器45状态改变，从而使得可编程序控制器30去控制行走电机2停转，使补口小车停住，并被蜗杆传动机构3自锁不动。除锈电机8安装在补口小车中后部悬臂支撑板39的下部，并通过皮带轮9将转动力矩传送给除锈刷子10，见附图1或4所示。吸尘器12安装在除锈刷子10之后的空心轴37上，吸尘器电机11安装在吸尘器12上。需要说明的是本发明的除锈刷子与刷架连接处采用弹簧张拉机构。当刷架高速旋转时，由于离心力的作用，使钢丝刷子紧贴在管道内壁上除锈;当刷架不转动时，由于张拉弹簧的位力作用，使钢丝刷子向里缩回而离开管道内壁。所以在喷涂作业往复运动时，钢丝刷子不至于把涂层损坏。除锈完毕并且刷子停转后，吸尘电机立即启动吸尘。喷涂机构中的喷涂电机17和挡盘18等也都与空心轴37固定联接成为一个整体，涂料电机13和涂料泵14则安装在补口小车中部涂料箱15底下的机架1上。涂料管16从涂料泵14出来，先后穿过滑动轴35的轴心孔腔和空心轴37，再从吸尘器12后边出来，绕过喷涂电机17，穿过挡板18，最后至旋喷杯19，在喷涂时，可连续不断的向旋喷杯输送液态底漆或绝缘涂料。旋喷杯19被喷涂电机17带动着高速旋转，靠离心力将液态涂料喷在 管道焊口区内部，同时在往复限位机构带动下沿管道轴向作往复运动。除锈和喷涂的往复次数受可编程序控制器30控制，往复行程由限位开关的安装位置决定。往复限位开关有三个，如附图2或图6所示，其中向前的限位开关26安装在滑动轴支承套36右侧的后端;向后的除锈限位开关27和喷绝缘涂料限位开关28都安装在滑动轴支承套36的左侧，除锈的在前，喷绝缘涂料的在后，所以喷绝缘涂料的宽度要比除锈宽度宽些。往复电机20、减速器21和推拉杆缸套23都安装在补口小车中部推拉杆缸套支撑板38上，该支撑板安装在机架1的后端。推拉杆22和滑动轴35的伸出端，以及空心轴37的前端，都固定安装在悬臂支撑板39上。因此安装在空心轴37上的除锈机构、吸尘器和喷涂机构都能与往复限位机构的推拉杆22同步往复动作。控制箱29安装在补口小车最前端的机架1上，控制箱中主要有附图6所示的可编程序控制器30，继电器组31，按钮开关32，电源开关33和工作程序选择开关34。可编程序控制器30中存储着用梯形图语言编写的第一、二两种最常用的工作程序。第三种工作程序也是用梯形图语言编写的，存储在另外的EPROM芯片46中。这三种工作程序都可以根据工作需要重新编写或修改。若选用第三种工作程序，就把芯片46插入控制器30的专用插口，即优先执行该程序。不用该程序时，将此芯片拔下即可。总电源40可采用两只100安时12伏电瓶，安装在补口小车机架1上。

该补口机的第一工作程序的工作过程是：首先将控制箱29 内的程序选择开关34拨到第一程序位置，并把补口小车放置在钢管道的入口处。按住按钮开关32，并合上起动开关33，等待驱动轮4转动后补口小车就进入钢管道。当它到达第一道焊口处，触指探头的铜小滚轮同时接触到没有内涂层的管道内壁，定位信号电路7的振荡器因探头耦合线圈42被短路而失谐停振，使定位信号继电器45失电，触点断开，控制器30控制延时少许后行走电机2停转。由于蜗轮蜗杆传动机构3的自锁作用，补口小车停住后不再移动。此时除锈机的钢丝刷子10正好停在焊口区的前沿处。此时可编程序控制器30则控制除锈电机8和往复电机20同时起动，使除锈刷子10高速旋转的同时，又被往复限位机构通过悬臂支撑板39带动沿轴向往复运动。向后运动时，当限位挡块25碰压到限位开关27时，即停止向后运动并改为向前运动。当悬臂支撑板39碰压到限位开关26时，即停止向前运动并改为向后运动。其往复行程就是要求的除锈宽度，其往复次数可根据除锈要求设定。除锈作业完毕，并待刷子10停转后，可编程序控制器30控制吸尘器电机11起动，进行吸尘，补口小车同时向前行走。根据设定的时间参数，当旋喷杯19正好到达焊口区前沿时，补口小车正好停住，吸尘电机11也停转。此时可编程序控制器30控制涂料电机13、喷涂电机17和往复电机20同时起动，由高速旋转的旋喷杯19将液态底漆均匀地喷涂到焊口区已除过锈、吸过尘的管道内壁上。此喷涂行程宽度与除锈一样，喷涂厚度可按要求设定，也可人为调整。一道焊口完成上述作业后，补口小车自动走到下道焊口，重复上 述作业动作。直至这段管道的所有焊口（一般不超过100道焊口，长度约1公里左右）处理完毕，补口小车自动走出管道。

第二工作程序的工作过程是：将涂料换成液态绝缘涂料，将程序选择开关34拨到第二程序位置，其他操作同第一工作程序一样，由于已喷涂过的特种底漆具有导电性能而无绝缘作用，所以触指探头的小滚轮处于喷过底漆的焊口区仍能使定位信号电路7的接探头耦合线圈42短路，达到精确定位的目的。当补口小车到达焊口区时，像上述喷涂过程一样，将绝缘涂料均匀地喷涂到焊口区的底漆之上，所不同的是绝缘涂料的喷涂宽度要比底漆宽些，由限位开关28或限位挡块调整。

第三工作程序是专用于两段长管段的焊接死口补口，并且是各道焊口都已内补口完毕，只剩下最后焊的死口。从新焊接的一段管道进去一般有1公里左右。在这种情况下，首先将储存着第三工作程序的EPROM芯片46插入可编程序控制器30的专用插口，则优先执行该程序。与前不同的是，补口小车要先倒退着进入钢管道。当触指探头6找到要补的死焊口时，可编程序控制器30使行走电机2延时一定时间停转，直到补口小车全部越过该焊口区再停住。然后再像上述第一、二程序那样改为向前行走，在该焊口区停住。首先进行除锈、吸尘和喷涂底漆。第二次再进去喷涂绝缘涂料。

Claims (7)

1、一种钢管道内涂层焊口补口机，由行走、定位、除锈、喷涂、往复限位、控制、电源和辅助部件九部分组成，各部分均直接或间接安装在机架上，构成一个完整的自行式管道内涂层自动补口作业小车，其中的行走部分包括机架、行走电机、传动装置、驱动轮和从动轮，定位部分包括触指探头和定位信号电路，除锈机构包括除锈电机、传动机构和除锈钢丝刷，吸尘部分包括吸尘电机和吸尘器，电源采用电瓶，其特征是喷涂机构包括涂料电机、液体涂料泵、涂料箱、涂料管、喷涂电机、挡盘和旋喷杯，往复限位机构包括往复电机、减速器、推拉杆、限位导杆、限位挡块和限位开关，控制部分包括可编程序控制器、继电器和操作开关，辅助部分包括滑动轴、滑动轴支承套、空心轴、推拉杆缸套支撑板和悬壁支撑板，以及电缆、导线、盖板等；驱动轮、传动机构和行走电机都在前端，从动轮在中后部，都直接安装在机架上，触指探头安装在从动轮处两侧机架上，定位信号电路安装在最前端的控制箱内，除锈机构安装在中后部的悬臂支撑板上，吸尘部分安装在除锈机构之后的空心轴上，最后端是旋喷杯，其涂料筒、涂料泵、涂料电机都安装在中部，并用涂料管穿过滑动轴和空心轴的轴心孔腔，把旋喷杯与涂料泵相连，往复限位机构安装在中后部，其中的往复电机减速器和推拉杆缸套都固定安装在推杆缸套支撑板上，推拉杆，限位导杆、滑动轴和空心轴都固定安装在悬壁支撑板上，限位挡块安装在限位导杆前端，限位开关分别安装在滑动轴支承套端部和机架一侧，电源安装在前部，处于控制箱和涂料箱之间，电缆和导线从空心轴和滑动轴的轴心孔腔穿过，分别与电源和控制箱相连；可编程序控制器中储存着最常用的两种工作程序EPROM芯片中储存着第三种工作程序，其中第一种工作程序可完成除锈，吸尘和喷涂底漆，第二种工作程序在焊口区喷涂液态绝缘涂料，第三种工作程序专用于两段长管段互相焊接后的死焊口内涂层补口，当选用第三种工作程序时，就把EPROM芯片插入可编程序控制器中，则优先执行该程序。

2、根据权利要求1所述的钢管道内涂层焊口补口机，其特征在于定位部分的触指探头由导电小滚轮、支撑杆和压紧弹簧组成，小滚轮安装在支撑杆的顶端，两只小滚轮和两根支撑杆为一组，分别安装在机架后端两侧，小滚轮与机架绝缘，压紧弹簧使得各个小滚轮同时触压在管道内壁上并且能灵活滚动，每对小滚轮分别用两根导线与控制箱中的定位信号电路的探头耦合线圈两端相连，两侧小滚轮互相并联。

3、根据权利要求1或2所述的管道内涂层焊口补机，其特征在于定位信号电路主要由振荡器、信号检测电路、信号展宽电路、定位继电器和探头耦合线圈等部分组成，当补口小车走到管道焊口处，探头的小滚轮触压到没有内涂层的钢管内壁上，就使接探头的耦合线圈被短路，振荡器失谐停振、检测电路中产生一个跃变信号，信号展宽电路将该跃变信号展宽保持一定时间并进行功率放大，以保证被驱动的定位信号继电器状态改变，使行走电机停转。

4、根据权利要求1所述的钢管道内涂层焊口补口机，其特征在于安装在空心轴上的除锈机构、吸尘器和喷涂机构都能与往复限位机构的推拉杆同步往复动作，其往复次数受可编程序控制器控制，其往复行程由限位开关的安装位置决定。

5、根据权利要求1或4所述的钢管道内涂层焊口补口机，其特征在于往复限位机构的限位开关有三个，其中的向前限位开关安装在滑动轴支撑套右侧的后端部，向后的除锈限位开关和喷绝缘涂料限位开关都安装在滑动支撑套左侧，除锈的在前，喷绝缘涂料的在后，所以喷绝缘涂料的宽度要比除锈的宽度宽些。

6、根据权利要求1所述的钢管道内涂层焊口补口机，其特征在于除锈刷子与刷架连接处采用弹簧张拉机构，当刷架高速旋转时，由于离心力的作用，使钢丝刷子紧贴在管道内臂上除锈，当刷架不转动时，由于张拉弹簧的拉力作用，使钢丝刷子向里缩回而离开管道内壁，所以在喷涂作业往复运动时，钢丝刷子不至于把涂层损坏。

7、根据权利要求1所述的钢管道内涂层焊口补口机，其特征在于控制部分的可编程序控制器中存储的第一、二两种工作程序和EPROM芯片中存储的第三种工作程序都是用梯形图语言编写的，可根据工作要求重新编写程序或修改程序。

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