CN103071699B - 螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，该系统中包括薄壁金属管的旋转和沿轴向方向前进的同步驱动机构，系统配备包括CPU在内的控制电路，其特征在于该系统的结构中包括长条状可调式的旋摆机座，以及依次在旋摆机座上定位的加强筋开卷机构、张力调节总成、和螺旋线预成型装置。本发明借助CPU调控开卷机构、张力调节总成、和螺旋线预成型装置的送进速率，形成同步控制、自动化程度高、适用于工业化生产的加工系统，该加工系统结构紧凑、生产线简单、成本低、便于操作，适宜批量生产、能够满足市场需求。

Description

螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统

技术领域

本发明涉及一种在薄壁金属管上加工加强筋的系统，特别是一种螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统。

背景技术

煤矿工业、石油和天然气工业以及给排水行业、环保行业等需要输送气体、液体或流化固体，不仅要求管道具有常规的力学性能（如环刚度和抗拉强度要求较高），还需要具备重量轻、便于安装，成本低等优点；螺旋筋增强管由于其极大提高了管道的抗外压和环刚度而将降低了管道的厚度，从而减轻了管道的重量、并便于安装、且成本低，因此，应用范围日益广泛，需求量也愈来愈多。

目前，螺旋筋的结构主要有两种：一种是在管体上直接形成螺旋筋，如公告号为CN 101813216B 的中国专利公开了一种复合结构壁管材及其制备方法，其采用两个平行的挤出机，一个挤出机在模具芯管上共挤出管壁平带，另一个挤出机挤出加强筋、在线依次螺旋热缠绕到转动并轴向平移的模具芯管上，粘结成型大口径结构壁管材，该方法不适用于加强筋为钢带的情况；还有一种是由异型钢带经螺旋焊接形成螺旋加强筋，如公告号为CN1928414B 的中国专利公开了加强筋型钢塑复合缠绕管的制造方法，其制造方法为，首先将条形钢带加工成两面喷涂有塑料包覆层的“П”型钢带结构，然后将“П”型钢带螺旋式缠绕形成具有倒“П”型钢带结构的加强筋型钢塑复合管。后一种方法适用于加工钢带型螺旋增强筋，但是只适用于螺旋焊缝的金属管，对于无缝焊管、电焊管不适用，而且对于薄壁金属，其环刚度和机械强度较低，很难承受在其外表面缠绕加强筋所需的张力和弯矩；而且上述专利采用热熔胶进行焊接，抗拉强度很低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其将加强筋以一定的预应力和螺旋角缠绕在自转并轴向平移的薄壁金属管外壁上、形成螺旋筋增强的结构，该系统结构简单、生产效率高、便于工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，该系统中包括同步驱动机构，所述同步驱动机构驱动薄壁金属管旋转和沿轴向方向前进，系统还配备包括CPU 在内的控制电路，该系统的结构中包括长条状可调式的旋摆机座，以及依次在旋摆机座上定位的加强筋开卷机构、张力调节总成、和螺旋线预成型装置。

优选的，所述旋摆机座的结构中包括长条状的摆臂、设置在摆臂下方的弧形导向轨和配套的滑动副、以及设置在摆臂侧面的转向油缸，所述摆臂借助转向油缸具有沿弧形导向轨调整的自由度、形成加强筋螺旋角调节机构。

所述张力调节总成的结构中包括前、后阻尼辊装置和交叉设置在阻尼辊装置后面的下、上导向辊以及设置在螺旋线预成型装置之前的测速辊；所述测速辊的主轴上设有第一光电编码器，第一光电编码器的输出端接控制电路的相应输入端。

所述螺旋线预成型装置的结构中包括由带减速器的第二电机驱动的第一压辊、第二压辊以及设置在第一压辊和第二压辊之间并设有竖直调节机构的顶推辊；所述第二压辊和顶推辊还分别设有水平调节机构。

上述技术方案中借助张力调节总成将加强筋以一定的预应力输送至螺旋线预成型装置、形成与薄壁金属管匹配的弧度；预弯的加强筋与薄壁金属管接触，在接触点上加强筋的切线与薄壁金属管的切平面重合，加强筋的弧度与薄壁金属管贴合，然后借助焊接机构焊接在薄壁金属管的外壁上。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）本发明借助CPU 调控开卷机构、张力调节总成、和螺旋线预成型装置的送进速率，形成同步控制、自动化程度高、适用于工业化生产的加工系统，该加工系统结构紧凑、生产线简单、成本低、便于操作，适宜批量生产、满足市场需求；（2）上述系统制备的螺旋筋增强的薄壁金属管环刚度和抗压强度大，从而在达到同等力学性能的条件，降低了管壁的厚度，减轻了管的重量，便于安装和运输；（3）在螺旋筋增强薄壁金属管的内壁和外壁上分别喷涂或涂覆阻燃抗静电涂层后，即可用于煤矿、石油、天然气等易燃、易腐蚀的场所，当螺旋筋增强薄壁金属管的内壁和外壁喷涂或涂

覆不同的材料时，可衍生出不同种类的产品，广泛应用到不同的领域。

附图说明

图1 是本发明的加工系统的主视结构示意图；

图2 是图1 的俯视结构示意图；

图3 是图1 中阻尼辊装置的右视结构示意图；

其中，1、开卷机构，2、加强筋，3、阻尼辊装置，3-1、第一电机，3-2、主动辊，3-3、被动辊，3-4、下压油缸，4、下导向辊，5、上导向辊，6-1、第一压辊，6-2、第二压辊，6-3、顶推辊，7、薄壁金属管，8、托辊，9、测速辊，10、转向油缸，11、驱动辊，12、弧形导向轨，13、摆臂。

具体实施方式

一种螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，该系统中包括薄壁金属管的旋转和沿轴向方向前进的同步驱动机构，系统配备包括CPU 在内的控制电路，该系统的结构中包括长条状可调式的旋摆机座，以及依次在旋摆机座上定位的加强筋开卷机构1、张力调节总成、和螺旋线预成型装置。

所述旋摆机座的结构中包括长条状的摆臂13、设置在摆臂13 下方的弧形导向轨12 和配套的滑动副、以及设置在摆臂13 侧面的转向油缸10，所述摆臂13 借助转向油缸10具有沿弧形导向轨12 调整的自由度、形成加强筋螺旋角调节机构。所述滑动副包括设置在摆臂13 底面上、与弧形导向轨12 配合的滚轮，所述滚轮上设有锁紧机构，现有技术中能够实现锁紧功能的结构均可。

所述开卷机构1 的结构中包括带有减速器的电机和借助传动带与电机连接、用于固定加强筋卷的主轴。

在张力调节总成之前、旋摆机座上还设有加强筋的倒角加工装置，所述倒角加工装置的结构中包括设置在加强筋2 送进方向上、位于加强筋2 两侧的底面、与水平呈45°夹角的一对切刀。增加倒角的作用是为了将加强筋2 与薄壁钢管7 牢固地进行焊接。

在另一个实施例中，在倒角加工装置与开卷机构2 之间、旋摆机座上设有加强筋的输送形态整理机构，所述输送形态整理机构的结构中包括3 对以上沿加强筋2 送进方向依次排列的、角度渐变的对辊，加强筋2 的成卷面由水平送进的形态调整成竖直送进的形态。尤其是当加强筋2 的厚度较大时。

所述张力调节总成的结构中包括前、后阻尼辊装置和交叉设置在阻尼辊装置后面的下、上导向辊以及设置在螺旋线预成型装置之前的测速辊9 ；所述测速辊9 的主轴上设有第一光电编码器，第一光电编码器的输出端接控制电路的相应输入端。CPU 将在张力调节总成处测得的加强筋2 的传送速率与螺旋线预成型装置处测得的加强筋传送速率保持一致，并与薄壁金属管的同步驱动机构处测得的薄壁金属管7 的轴向移动速率保持同步。

所述夹前、后阻尼辊装置的结构相同，其结构参见图3，包括由带减速器的第一电机3-1驱动的主动辊3-2、和借助下压油缸3-4 调节下压量的被动辊3-3，所述主动辊3-2 和被动辊3-3 上设有与加强筋2 形状相匹配的沟槽。下导向辊4 和上导向辊5 设有与加强筋2 形状相匹配的沟槽。前阻尼辊装置的作用是实现加强筋的夹送，后阻尼辊装置与前阻尼辊装置配合对加强筋2 以设定的预应力进行张紧。

所述螺旋线预成型装置的结构中包括由带减速器的第二电机驱动的第一压辊6-1、第二压辊6-2 以及设置在第一压辊6-1 和第二压辊6-2 之间并设有竖直调节机构的顶推辊6-3 ；所述第二压辊6-2 和顶推辊6-3 还分别设有水平调节机构。所述竖直调节机构为油缸，借助油缸调节顶推辊6-3的竖直高度，所述水平调节机构为分别驱动第二压辊6-2 和顶推辊6-3 水平移动的步进电机。从张力调节总成引出的筋料引入至第一压辊6-1、第二压辊6-2和顶推辊6-3 形成的水平辊道，然后顶推辊6-3 以与张力调节总成推进线速度同步的参数向上顶推加强筋2、并在第一压辊6-1 和第二压辊6-2 的滚压下、加强筋2 的端部加工成弧形，弧形加强筋与薄壁金属管7 接触，在接触点上加强筋2 的切线与薄壁金属管7 的切平面

重合，此时加强筋2 的弧度与薄壁金属管7 的外管壁贴合，然后借助焊接机构焊接在薄壁金属管7 的外壁上。当加强筋2 焊接到薄壁钢管7 上后，即可形成连续生产。

所述第二压辊6-2 和顶推辊6-3 还分别设置的水平移动机构，便于形成不同弧度的螺旋筋，即不同螺距或螺旋角的螺旋筋。

第二压辊6-2 的主轴上设有第二光电编码器，第二光电编码器的输出端接控制电路的相应输入端。第二光电编码器测得的速度与第一光电编码器测得的速率应当保持同步。

所述同步驱动机构的结构中包括设置在薄壁金属管7 下表面的托辊8 和设置在薄壁金属管上表面的倾斜的驱动辊11，薄壁金属管7 借助倾斜的驱动辊11 具有旋转自由度和沿轴向方向前进的自由度；在驱动辊11 的主轴上设有第三光电编码器。

综上，采用本实施例的加工系统基于自动化控制，设有包括CPU 在内的控制电路，各工序中测速用的光电编码器的输出端接控制电路的相应输入端，控制电路的相应输出端接各工序的控制端，形成系统参数的同步控制。具体的步骤为：

步骤a、借助转向油缸10 调整旋摆机座的角度与设计的螺旋角相适应，根据设定的预应力调整前、后阻尼辊装置的张紧力，并调整开卷机构1、张力调节总成、以及螺旋线预成型装置的加强筋推进参数同步；

步骤b、然后借助开卷机构1 将加强筋2 展开，并通过张力调节总成将加强筋2 输送至螺旋线预成型装置，所述螺旋线预成型装置将加强筋2 端部预弯成设计的弧度；

步骤c、将加强筋2 的端部与薄壁金属管7 接触，此时，加强筋2 的弧度与薄壁金属管7的外管壁贴合，借助焊接机构将加强筋2 端部焊接在薄壁金属管7 的外壁上；然后全面配套设备的同步控制、设定薄壁钢管的外圆面上任意点的旋向线速度作为加强筋在调质系统中的推进线速度，实施连续同步焊接工艺，形成螺旋筋增强管。

螺旋筋增强了薄壁金属管环向、轴向的抗拉和抗压强度。当在该螺旋筋增强薄壁金属管的内壁和外壁分别涂覆阻燃抗静电涂层后，可将其用于煤矿、石油和天然气等易燃易爆、易腐蚀的场所，还可广泛应用于环保、市政等领域。

Claims (9)

1.一种螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，该系统中包括同步驱动机构，所述同步驱动机构驱动薄壁金属管旋转和沿轴向方向前进，系统还配备包括CPU 在内的控制电路，其特征在于该系统的结构中包括长条状可调式的旋摆机座，以及依次在旋摆机座上定位的加强筋开卷机构（1）、张力调节总成和螺旋线预成型装置；所述旋摆机座的结构中包括长条状的摆臂（13）、设置在摆臂（13）下方的弧形导向轨（12）和配套的滑动副以及设置在摆臂（13）侧面的转向油缸（10），所述摆臂（13）借助转向油缸（10）具有沿弧形导向轨（12）调整的自由度、形成加强筋螺旋角调节机构；所述滑动副包括设置在摆臂（13） 底面上、与弧形导向轨（12） 配合的滚轮，所述滚轮上设有锁紧机构。

2.根据权利要求1 所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于所述开卷机构（1）的结构中包括带有减速器的电机和借助传动带与电机连接、用于固定加强筋卷的主轴。

3.根据权利要求1 所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于在张力调节总成之前、旋摆机座上还设有加强筋的倒角加工装置，所述倒角加工装置的结构中包括设置在加强筋（2）送进方向上、位于加强筋（2）两侧的底面、与水平呈45°夹角的一对切刀。

4.根据权利要求3所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于在倒角加工装置与开卷机构（1）之间、旋摆机座上设有加强筋的输送形态整理机构，所述输送形态整理机构的结构中包括3 对以上沿加强筋（2）送进方向依次排列的、角度渐变的对辊，加强筋（2）的成卷面由水平送进的形态调整成竖直送进的形态。

5.根据权利要求1所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于所述张力调节总成的结构中包括前、后阻尼辊装置和交叉设置在阻尼辊装置后面的下、上导向辊以及设置在螺旋线预成型装置之前的测速辊（9）；所述测速辊（9）的主轴上设有第一光电编码器，第一光电编码器的输出端接控制电路的相应输入端。

6.根据权利要求5 所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于所述前、后阻尼辊装置的结构相同，其结构中包括由带减速器的第一电机（3-1）驱动的主动辊（3-2）和借助下压油缸（3-4）调节下压量的被动辊（3-3），所述主动辊（3-2）和被动辊（3-3）上设有与加强筋（2）形状相匹配的沟槽。

7.根据权利要求1 所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于所述螺旋线

预成型装置的结构中包括由带减速器的第二电机驱动的第一压辊（6-1）、第二压辊（6-2）以及设置在第一压辊（6-1）和第二压辊（6-2）之间并设有竖直调节机构的顶推辊（6-3）；所述第二压辊（6-2）和顶推辊（6-3）还分别设有水平调节机构。

8.根据权利要求7 所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于第二压辊（6-2）的主轴上设有第二光电编码器，第二光电编码器的输出端接控制电路的相应输入端。

9.根据权利要求1 所述的螺旋筋增强薄壁金属管的加工系统，其特征在于所述同步驱动机构的结构中包括设置在薄壁金属管（7）下表面的托辊（8）和设置在薄壁金属管上表面的倾斜的驱动辊（11），薄壁金属管（7）借助倾斜的驱动辊（11）具有旋转自由度和沿轴向方向前进的自由度；在驱动辊（11）的主轴上设有第三光电编码器。