CN104325256B - 电动式管道内对口器 - Google Patents

Abstract

本发明的电动式管道内对口器，包括机架、电机、驱动装置、对口工作部分，其对口工作部分、驱动部分均与电机联接；还设置与电机联接的制动部分。本发明的对口器分为前后两部分，主要依靠由电机驱动的三套相同的同轴线对口涨紧机构，实现对口器中心线与管道中心线重合，其结构简单合理，占空比小，调整方便，惯性小，制动可靠，控制系统鲁棒性好，对口精度高,可以直接利用电能，相比于液压式和气动式内对口器，可以节约施工成本，提高施工效率。

Description

电动式管道内对口器

技术领域

本发明涉及油气、煤炭、水利等管道施工技术，具体是管道对口焊接时的对口装置，特别是电动式管道内对口器。

背景技术

管道建设施工中，管子的对口焊接就是把布好的管子一根根的通过管-管环焊缝组合焊接起来。焊接前，两待焊管必须进行管口组对，使所对接管口达到相关规范要求的圆度、错边量及对口间隙。这部分工作在管线建设中占有重要地位。管道对口器具是管道施工中实现实时快速、准确的管口组对，为管道焊接提供技术保证的一种专业设备；在国内外长距离输送管线建设中，内对口器已成为施工中必不可少的设备。目前常用的内对口器多为气动式内对口器、液压式内对口器2种。气动式内对口器、液压式内对口器不能直接利用电能工作，需要额外的空气压缩机、液压站进行动力的转化，增加了施工成本和投入，降低了工作效率。

专利号201320069196.0的发明专利公开了一种电驱动管道内对口器，其设置了蜗杆涡轮减速器、第一驱动链轮、过度链轮、第二驱动链轮、锥齿轮、第一传动齿轮、第二齿轮，特别是在对口时还要使用储气罐内压缩空气来驱动胀紧块向外伸出紧密贴合在两管道的内壁上。很显然，这样的对口器结构复杂，而且还是离不开压缩空气。

发明内容

为了克服液压式与气动式内对口器不能直接利用电能工作导致施工成本增加，工作效率降低等缺点，也为了克服已有的电驱动管道内对口器结构复杂以及仍然还是要使用压缩空气的弊端，本发明提供一种电动式管道内对口器。

本发明的电动式管道内对口器，包括机架、电机、驱动装置、对口工作部分，其对口工作部分、驱动部分均与电机联接；还设置与电机联接的制动部分；

所述的对口工作部分，为三套相同的同轴线对口涨紧机构，前对口涨紧机构与中对口涨紧机构贴合在一起；

前对口涨紧机构和弧形导向笼式前机体构成前支撑部分；

位于后机体两端的中对口涨紧机构和后对口涨紧机构与后机体构成后支撑部分；

前对口涨紧机构和中对口涨紧机构的中间装有盘式双向导向柱，后机体尾部装有后对口涨紧机构的盘式单向导向柱；

所述的对口涨紧机构由分配盘、V型块、连杆、支撑杆、涨紧块、滚轮和导向环组成；分配盘位于中心位置，分配盘中心孔壁上有传动螺纹，V型块固联于分配盘上，连杆的一端连接分配盘上的V型块中销轴，连杆的另一端通过销轴铰接于支撑杆，涨紧块固联于支撑杆外部端头，涨紧块上装有滚轮，支撑杆穿过导向环上的导向孔；

所述的驱动部分由驱动电机，主锥齿轮、从锥齿轮、前行走轮和后行走轮组成；相啮合从锥齿轮安装于后行走轮轴上，主锥齿轮安装于驱动电机轴上，驱动电机固定于后机体上；

所述的制动部分包括制动电机，制动杆和制动片，制动片位于制动杆顶部，制动杆通过丝杠与制动电机连接。

固定于前机体上的前支撑部分驱动电机通过前联轴器与前丝杠联接，前丝杠连接前对口涨紧机构的分配盘上的中心螺纹孔。

固定于后机体上的后支撑部分驱动电机通过两边的中联轴器和后联轴器分别联接中丝杠和后丝杠，中丝杠和后丝杠螺纹旋向相反，分别联接于中对口涨紧机构和后对口涨紧机构的分配盘上的中心螺纹孔。

前对口涨紧机构和中对口涨紧机构中间贴合的盘式双向导向柱以及尾对口涨紧机构贴合的盘式单向导向柱上的圆柱通过滑动副联接于前、中、后对口涨紧机构分配盘的导向通孔。这样设置可以以消除螺纹传动的摩擦扭动力矩。

所述的制动部分中的丝杠包括正反旋向的左丝杠和右丝杠，制动电机固定于后机体上部，制动电机通过左右的输出轴分别与左丝杠和右丝杠相联；左丝杠和右丝杠螺纹旋向相反，通过螺纹副与左右两根制动杆联接，制动杆顶部通过螺钉安装有制动片，左右的丝杠、制动杆与制动片关于后机架轴向竖直截面呈对称布置。

另外，后支撑部分的中丝杠和后丝杠以及制动部分中左丝杠和右丝杠，均为旋向相反成对丝杠，除螺纹旋向相反外，其余参数完全相同。

所述的对口器中，制动部分的制动片为非金属制动片或金属制动片，优选为橡胶制动片。

整个制动装置使电动式内对口器整体在适当位置停止行走。

所述驱动部分中的前行走轮通过两根轴安装于后机体的前底部，后行走轮通过一根轴竖直安装于后机体的后底部,驱动电机通过一伸出板固定于后机体上；

所述的前行走轮和后行走轮关于电动式管道内对口器中心竖直截面呈对称布置，前、后行走轮在工作过程中与管道壁的接触点距离对口器中心轴线等距，使对口器机体中心轴线水平；

前行走轮和后行走轮的尺寸参数均相同。

所述的对口涨紧机构的分配盘沿圆周均布安装有V型块，V型块的中心具有插入连杆的销轴孔，由销轴将V型块与连杆的一端铰接在一起，连杆的另一端连杆与支撑杆通过销铰接；对口涨紧机构中的导向环上沿圆周均布对支撑杆起到导向作用的圆孔；对口涨紧机构以分配盘为中心，呈罗盘辐射型，V型块、连杆、支撑杆、涨紧块与导向环上的通孔数量相匹配。导向环上的通孔数量为4～12个。

对口涨紧机构中，连杆机构可以对涨紧力起到放大作用。

所述的前丝杠、中丝杠、后丝杠均通过螺旋副与前对口涨紧机构、中对口涨紧机构、后对口涨紧机构各自的分配盘中心的螺纹孔联接，利用螺纹传动的增力作用可以将涨紧力大大提高，螺纹为小螺纹升角传动螺纹，自锁止退性能好。

本发明的电动式内对口器整体强度和刚性裕度充足，前机体呈笼形弧形导向笼，在对口器使用中可起到导向作用，防止在管道对接过程中发生碰撞；后机体呈圆柱状。

本发明还设置由漏电保护开关和空气开关共同构成的漏电保护装置，保证供电路的安全运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用电机驱动对口涨紧机构、制动机构与驱动机构，直接利用电能，相比于液压式和气动式内对口器，可以提高施工效率，节约施工成本；螺旋传动和四连杆机构对涨紧力起到双重放大作用；采用三套对口涨紧机构，可在对口过程中自动实现对口器中心线与管道中心线重合，避免传统对口器前后轮高度不一导致的对口精度不符合要求；采用电力驱动避免了液压或者气动带来的瞬间冲击力，这种瞬间冲击力若过大会对小管径管道造成破坏性的损伤，运用电力驱动可完全规避冲击力带来的破坏性损伤；装置行走速度平缓，顶杆的伸出速度可控，方便调节；本发明的对口器结构简单合理，占空比小，调整方便，惯性小，制动可靠，控制系统鲁棒性好，对口精度高。

附图说明

图1为本发明的电动式管道内对口器俯视图；

图2为后机架以及驱动和制动部分；

图3为对口涨紧机构；

图4为盘式双向导向柱；

图5为盘式单向导向柱。

具体实施方式

见图1、2、3、4、5。本发明的电动式管道内对口器，其对口工作部分、驱动部分、制动部分均与电机联接；

所述的对口工作部分，为三套相同的同轴线对口涨紧机构，前对口涨紧机构5与中对口涨紧机构7贴合在一起；

前对口涨紧机构5和弧形导向笼式前机体1构成前支撑部分；

位于后机体15两端的中对口涨紧机构7和后对口涨紧机构13与后机体15构成后支撑部分；

前对口涨紧机构5和中对口涨紧机构7的中间固联有盘式双向导向柱6，后机体15尾部的后对口涨紧机构13固联有盘式单向导向柱14；

固定于前机体1上的前支撑部分驱动电机2通过前联轴器3与前丝杠4联接，前丝杠4联接前对口涨紧机构5的分配盘33上的中心螺纹孔。

固定于后机体15上的后支撑部分驱动电机10通过两边的中联轴器9和后联轴器11分别联接中丝杠8和后丝杠12，中丝杠8和后丝杠12旋向相反，分别联接中对口涨紧机构7和后对口涨紧机构13的分配盘33上的中心螺纹孔。

所述的对口涨紧机构由分配盘33、V型块34、连杆31、支撑杆30、涨紧块29、滚轮28和导向环32组成；分配盘33位于中心位置，V型块34固联于分配盘33上，连杆的31一端铰接分配盘33上的V型块34中的销，连杆31的另一端通过销轴铰接于支撑杆30，涨紧块29固定于支撑杆30外部端头，支撑杆30穿过导向环32上的导向孔；

对口涨紧机构的分配盘33沿圆周均布安装有八个V型块34，V型块34的中心具有插入连杆31的销轴孔，通过销轴将V型块34与连杆31的一端活动联接，连杆31另一端与支撑杆30通过销轴铰接；对口涨紧机构还设置导向环32，导向环32上沿圆周均布对支撑杆30起到导向作用的八个圆孔；对口涨紧机构以分配盘33为中心，呈罗盘辐射型，V型块34、连杆31、支撑杆30、涨紧块29数量相同，均为八个。

所述对口涨紧机构的连杆31通过转动副联接着V型块34中的销，V型块34利用螺栓固定于分配盘33上；涨紧块29通过螺栓固定于连杆31上，涨紧块29上装有滚轮28。对口涨紧机构中，连杆机构也可以对涨紧力起到放大作用。

所述的前丝杠4、中丝杠8、后丝杠12均通过螺旋副与前对口涨紧机构5、中对口涨紧机构7、后对口涨紧机构13各自的分配盘中心的螺纹孔联接，利用螺纹传动中的增力作用可以将涨紧力大大提高，螺纹为小螺纹升角传动螺纹，自锁止退性能好。

所述的驱动部分由驱动电机23，主锥齿轮24、从锥齿轮25、前行走轮16和后行走轮26组成；相啮合的从锥齿轮25安装于后行走轮轴27上，主锥齿轮24安装于驱动电机23轴上，驱动电机23固定于后机体15上。

进一步，驱动部分的前行走轮16和后行走轮26的尺寸参数均相同。另外，后支撑部分的中丝杠8和后丝杠12以及制动部分中左丝杠18和右丝杠20，均为旋向相反成对丝杠，除旋向相反外，其余参数完全相同。

所述的制动部分包括制动电机19，左制动杆17，右制动杆22，左丝杠18，右丝杠20，制动片21，制动片21位于左制动杆17和右制动杆22顶部，左制动杆17通过左丝杠18与制动电机19联接，右制动杆22通过右丝杠20与制动电机19联接。

制动电机19固定于后机体15上部，制动电机19通过左右的输出轴分别与左丝杠18和右丝杠20相联；左丝杠18和右丝杠20旋向相反，通过螺纹副与左制动杆17、右制动杆22联接，左制动杆17和右制动杆22顶部通过螺钉安装有制动片21，左丝杆18、右丝杠20、左制动杆17与右制动杆22、制动片21关于后机架15轴向竖直截面呈对称布置。

制动部分的制动片21为橡胶制动片。

所述制动装置中，后机体15上设置制动杆孔，以便地对左制动杆17和右制动杆22起到导向作用。

所述的前行走轮16通过两根轴安装于后机体15的前底部，后行走轮26通过轴27竖直安装于后机体15的后底部；从锥齿轮25安装于后行走轮轴27中央，相啮合的主锥齿轮24安装于驱动电机23轴上，驱动电机23通过一伸出板固定于后机体15上。

所述的前行走轮21和后行走轮26均关于电动式内对口器中心竖直截面呈对称布置，前后行走轮16、26在工作过程中与管道的接触点距离中心线等距，使对口器机体中心轴线水平。

管道焊接施工现场，首先启动单输出轴电机2和双输出轴电机10正转，使全部涨紧块29收缩至最低位置。

利用吊装设备将电动式内对口器后部插入安装管之中，直至对口器前行走轮16和后行走轮26进入安装管之中；启动驱动电机23，驱动电机27通过相啮合的主锥齿轮28和从锥齿轮29驱动后行走轮26从而实现电动式内对口器机体整体的移动；内对口器在行走装置的驱动下不断向管道内部行走，当对口器行至中对口涨紧机构7到达管道预设的对口焊接位置时，启动制动部分的制动电机20，制动电机20驱使正反旋向的左丝杠18、右丝杠20旋转，在两旋向相反丝杆的推进下，左制动杆17和右制动杆22端部的制动片21与管道内壁接触，在摩擦力的阻碍下让对口器停止移动。

当对口器到达管道预设对口位置时，启动双输出轴电机10，双输出轴电机10驱动中丝杆8和后丝杆12转动，源于两丝杆的旋向相反，两条丝杆带动中对口涨紧机构5和后对口涨紧机构13的分配盘33朝背离双输出轴电机10的方向移动，两分配盘33上均布的V型块34推动连杆31驱使支撑杆31沿着导向环32上均匀分布的通孔伸出，使中对口涨紧机构7和后对口涨紧机构13的涨紧块28贴紧管道一的内壁，从而涨紧管道一；

接着把管道二沿着弧形导向笼套入，将管道二缓慢移动至预设的对口位置附近时，控制单输出轴电机2反向转动，在单输出轴电机2的带动下，与电机相联的前丝杆4推动前对口涨紧机构5的分配盘33移动，铰接于分配盘33上均布的V型块34的连杆31推动支撑杆31沿着导向环32上沿圆周均匀分布的通孔向外伸出，直至前对口涨紧机构5的涨紧块28贴紧管道二内壁，当两管道的间隙达到焊接标准时，对口成功。

Claims (10)

1.电动式管道内对口器，包括机架、电机、驱动部分、对口工作部分，其特征是：对口工作部分、驱动部分均与电机联接；还设置与电机联接的制动部分；

所述的对口工作部分，为三套相同的同轴线对口涨紧机构，前对口涨紧机构与中对口涨紧机构贴合在一起；

前对口涨紧机构和弧形导向笼式前机体构成前支撑部分；

位于后机体两端的中对口涨紧机构和后对口涨紧机构与后机体构成后支撑部分；

前对口涨紧机构和中对口涨紧机构的中间装有盘式双向导向柱，后机体尾部装有后对口涨紧机构的盘式单向导向柱；

所述的对口涨紧机构由分配盘、V型块、连杆、支撑杆和涨紧块组成；分配盘位于中心位置，分配盘中心孔壁上有传动螺纹，V型块固联于分配盘上，连杆的一端连接分配盘上的V型块中销轴，连杆的另一端通过销轴铰接于支撑杆，涨紧块固联于支撑杆外部端头，涨紧块上装有滚轮，支撑杆穿过导向环上的导向孔；

所述的驱动部分由驱动电机，主锥齿轮、从锥齿轮、前行走轮和后行走轮组成；相啮合的锥齿轮的从锥齿轮安装于后行走轮轴上，主锥齿轮安装于驱动电机轴上，驱动电机固定于后机体上；

所述的制动部分包括制动电机，制动杆和制动片，制动片位于制动杆顶部，制动杆通过丝杠与制动电机联接。

2.根据权利要求1所述的对口器，其特征在于：固定于前机体上的前支撑部分驱动电机通过前联轴器与前丝杠联接，前丝杠联接前对口涨紧机构的分配盘的中心螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的对口器，其特征在于：固定于后机体上的后支撑部分驱动电机通过两边的中联轴器和后联轴器分别联接中丝杠和后丝杠，中丝杠和后丝杠旋向相反，分别联接中对口涨紧机构和后对口涨紧机构的分配盘的中心螺纹孔。

4.根据权利要求1所述的对口器，其特征在于：前对口涨紧机构和中对口涨紧机构中间贴合的盘式双向导向柱以及尾对口涨紧机构贴合的盘式单向导向柱上的圆柱通过滑动副联接于前、中、后对口涨紧机构分配盘的导向通孔。

5.根据权利要求1所述的对口器，其特征在于：所述的制动部分中的丝杠包括正反旋向的左丝杠和右丝杠，制动电机固定于后机体上部，制动电机通过上下的输出轴分别与左丝杠和右丝杠相联；左丝杠和右丝杠旋向相反，通过螺纹副与左右两根制动杆联接，制动杆顶部通过螺钉安装有制动片，左右的丝杠、制动杆与制动片关于后机架轴向竖直截面呈对称布置。

6.根据权利要求1所述的对口器，其特征在于：制动部分的制动片为非金属制动片或金属制动片。

7.根据权利要求1或6所述的对口器，其特征在于：制动部分的制动片为橡胶制动片。

8.根据权利要求1所述的对口器，其特征在于：所述驱动部分中的前行走轮通过两根轴安装于后机体的前底部，后行走轮通过一根轴竖直安装于后机体的后底部,驱动电机通过一伸出板固定于后机体上；

所述的前行走轮和后行走轮关于电动式管道内对口器中心竖直截面呈对称布置，前、后行走轮在工作过程中与管道壁的接触点距离对口器中心轴线等距，使对口器机体中心轴线水平；

前行走轮和后行走轮的尺寸参数均相同。

9.根据权利要求1所述的对口器，其特征在于：所述的对口涨紧机构的分配盘沿圆周均布安装有若干个V型块，V型块的中心具有插入连杆的销轴孔，通过销轴将V型块与连杆的一端活动联接；对口涨紧机构还设置导向环，导向环上沿圆周均布对支撑杆起到导向作用的若干圆孔；对口涨紧机构以分配盘为中心，呈罗盘辐射型，V型块、连杆、支撑杆、涨紧块与导向环上的通孔数量相匹配。

10.根据权利要求9所述的对口器，其特征在于：导向环上的通孔数量为4～12个。