CN106001173A - 测量管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值的测量系统，包括设定于弯管机圆盘状胎膜弯曲管子处设置的弧形刻度盘99，以及固定于胎膜上的可换式尾段滑尺座3，所述可换式尾段滑尺座3的滑座中设置在胎膜径向上有直尺刻度的尾段滑尺4；所述尾段滑尺4上设置相对所述可换式尾段滑尺座3固定且以电子读数方式的第一数显模块98；所述尾段滑尺4的外端通过销轴固定第二数显模块97，所述第二数显模块设置于有直尺刻度的首段滑尺2上，所述首段滑尺2设置于可换式首段滑尺座1的滑座中，所述可换式首段滑尺座1设置有用于卡在待弯直管弯曲部位外端的环形卡箍。本发明有利于金属直管弯曲成曲管过程中初始直管给定长度的确定。

Description

测量管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值的测量系统

技术领域

本发明涉及弯曲管件的加工，更具体地说，涉及初始直管件下料的改进。

背景技术

现有管子加工技术领域经常需要加工弯管，这些弯管通常是通过直管弯曲获得，如图1所示直管ST弯曲成如图2所示带有弯曲段的管子ST，弯曲起点为M，弯曲后原直管M点变为曲管段的起点M′，弯曲过程中出现△L的延长。

而且，如图3所示，在实际弯曲过程中在弯曲模具上经常是弯曲到M′点，卸载之后，出现回弹到M″点的情况。因此给初始下料带来不确定因素。

因此，现有技术管件加工企业都使用管子弯曲等比近似有余量下料计算，之所以有余量是因为无法解决管子弯曲回弹后两个方向切线值不对称的计算，这样管子弯曲下料前只能用近似两切线等同的切线值进行下料计算，在弯管前管子下料长度留有余量，待管子弯曲后再上平台进行测量并调整管件封闭尺寸，切除管子两端的余量。这种管子弯曲加工需要管材留余量、二次切割余量等工序，浪费了材料，降低了工作效率，而且管子中间段尺寸更无法得以保证。此外，由于弯曲回弹后实际曲率半径变大，如将两个方向切线值近似相等进行下料计算，各段尺寸均误差较大。

发明内容

本发明提供一种测量管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值的测量系统，通过管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值的确定，从而有利于金属直管弯曲成曲管过程中初始直管给定长度的确定。

本发明一种测量管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值的测量系统，包括设有圆盘状胎膜的弯管机，还包括设定于所述弯管机圆盘状胎膜弯曲管子处设置的弧形刻度盘，以及固定于胎膜上的可换式尾段滑尺座，所述可换式尾段滑尺座的滑座中设置在胎膜径向上有直尺刻度的尾段滑尺。所述尾段滑尺上设置相对所述可换式尾段滑尺座固定且以电子读数方式的第一数显模块；所述尾段滑尺的外端通过销轴固定第二数显模块，所述第二数显模块设置于有直尺刻度的首段滑尺上，所述首段滑尺设置于可换式首段滑尺座的滑座中，所述可换式首段滑尺座设置有用于卡在待弯直管弯曲部位外端的环形卡箍。

本发明主要解决的是测量出管子弯曲后回弹前后两个切线方向起弯点位移数据和延伸值，将测得数据导入研究建成的数学模型，经数学模型计算形成了弯曲最大成形角度和最小成形角度范围内任意角度弯曲后精确的切线值和延伸值。再辅以弯曲回弹角计算，使原有的管子弯曲有余量下料计算变成精确的无余量下料计算，实现管子弯曲精确加工。特别是利用这些数据辅以法兰预转角计算就可实现管子先焊后弯加工。同时能进行数字化方式使测量信息直接连接计算机、弯管机信息终端，可实现管子弯曲参数测量和应用的数字化、信息化、加工自动化，为智能制造奠定基础。

通过系统的研究管子弯曲延伸以及两个切线方向起弯点位移的具体变化规律，建立延伸及切线计算这两个数学模型；然后测量系统测量出同一炉批号的同一规格管子的两个弯曲角度后所对应的延伸值、以及两个切线方向起弯点位移量数据；再将所测得数据导入已经建立的两个数学模型，就可以精确的计算出这种炉批号、规格管子在设定的最大弯曲角度和最小弯曲角度范围内任意弯曲角度时相应的延伸值、以及两个方向不对称的切线值，再辅以弯曲回弹数据和数学模型，用数学模型参数再来转换管子弯曲加工参数，就可实现无余量下料计算，并精确进行管子弯曲加工，使管子弯曲加工的产品质量大大提高。特别是利用这些数据再辅以法兰预转角计算就可实现先进的管子先焊后弯加工。打破目前国内同行业管子弯曲等比近似有余量下料计算方法，解决了技术难点，国内首创。

本发明建立了数学模型并在线测量回弹前后起弯点在两个切线方向的位移量再通过数学模型计算便能精确的计算出两个方向不对称的切线值，真正实现精确无余量下料计算，精确下料、精确进行管子无余量弯曲加工，解决了长期困扰管子弯曲加工无余量计算的技术难点及核心工艺。

附图说明

图1是待加工直管示意图。

图2是管子弯曲加工未卸载管形示意图。

图3是直管加工成曲管卸载前后的状态结构示意图。

图4是图3中弯曲段起弯点M变化的分解示意图。

图5是图3中弯曲段起弯点M变化的另一分解示意图。

图6是实际直管在弯曲模具上实现弯曲的过程示意图。

图7是本发明改进弯曲模具加入的测量系统原理结构示意图。

图8是图7中圆圈内的局部放大图。

图9是弯曲模具上设置的弧形刻度示意图。

图10是图7所示测量系统中首段滑尺部件的结构示意图。

图11是图7所示测量系统中第二数显模块部件的结构示意图。

图12是图7所示测量系统中首段滑尺座部件的结构示意图。

图13是图7所示测量系统中第一数显模块部件的结构示意图。

图14是图7所示测量系统中尾段滑尺部件的结构示意图。

图15是图7所示测量系统中可换式尾段滑尺座部件的结构示意图。

图16是多段弯曲的管件加工情况分解图。

图17是本发明带有一个弯曲段的管件下料长度确认图。(F₁＝500mm，α₁＝45°，F_L＝500mm，R＝350mm，C₁＝C₂＝6mm，如图17。)

图18是本发明带有两个弯曲段的管件下料长度确认图。(F₁＝845mm，α₁＝90°，F₂＝1015mm，α₂＝70°，F_L＝745mm，R＝350mm，C₁＝C₂＝6mm，如图18。)

具体实施方式

如图1～3所示同一规格直管SM，经弯管机弯曲θ角后管形变为SM′，卸载后管子回弹至α角管形变为SM″，此时参考附图，做定义如下：

管子弯曲半径为R；

管子弯曲前输入的弯曲角为θ；

管子弯曲后卸载，测量管子回弹后成形角为α；

弯曲后产生延伸值为ΔL＝SM″长度-SM长度；

M′与M″点之间水平X向和竖向Y向的变化长度：尾部增量X，首部减量Y(如图4所示)；

弯曲段末端切线与弯曲段首端切线的交点，分别与弯曲段末端切点、弯曲段首段起点的距离为A和B。

本发明用于不同角度弯曲管件的直管下料长度确认方法，包括如下步骤：S1、首先设定两个弯曲角度，分别设定和实验测量(利用弯管机)如下参数：

弯曲设定的最大角度θ₁【90＜θ₁≤95】，测量对应成形角α₁，测量延伸ΔL₁，弯曲设定的最小角度θ₂【22＜θ₂≤25】，测量对应成形角α₂，测量延伸ΔL₂；同时通过测量和计算获得X₁、Y₁、X₂、Y₂；

S2、根据步骤S1的数值，建立如下数学模型：

S3、根据设计图纸管子的弯曲段数n，以及每一段弯管的成形角为α₁、α₂……α_n，再按上述模型1～4，可以得出如下参数ΔL₁、ΔL₂……ΔL_n，X₁、X₂……X_n，Y₁、Y₂……Y_n。

S4、根据如下公式5和6，分别输入X₁、X₂……X_n，Y₁、Y₂……Y_n，确定A₁、A₂……A_n，B₁、B₂……B_n；

B＝R sinθ+X-[R(1-cosθ)-Y]/tanα (公式6)

S5、针对连续n个弯曲段的一根同规格管件，n>＝2，相应参数加角标1……n表示，并通过设计和测量得如下参数值：

首直管段长D₁、第二段直管段长D₂、……第n段直管段长D_n、……尾直管段长D_L；

第一弯曲角弧长G₁、第二弯曲角弧长G₂、……第n弯曲角弧长G_n；

根据设计情况，获得设计图纸中的首段封闭尺寸F₁、第二段封闭尺寸F₂、……第n段封闭尺寸F_n、……尾段封闭尺寸F_L；

两端带有法兰的情况，首法兰内角焊缝值C₁,尾法兰内角焊缝值C₂，管件下料总长L；

根据如下公式7，以及之前确定的参数，确定管子下料总长，以及每一段直管段长度：

D₁＝F₁-A₁-C₁；

D₂＝F₂-B₁-A₂-ΔL₁；

……

D_n＝F_n-B_n-1-A_n-ΔL_n-1；

D_L＝F_L-B_n-ΔL_n-C₂；

L＝D₁+G₁+D₂+G₂+……+D_n+G_n+……+D_L (公式7)。

本发明进一步改进在于，步骤S1中，通过测量两段长度E、H，确认X₁、Y₁、X₂、Y₂；其中，如图5所示，

E表示测量仪第一数显模块98显示值(或者：管子弯曲卸载回弹前后，通过原起弯点M′处半径方向上的行程)；

H表示测量仪第二数显模块97显示值(或者：管子弯曲卸载回弹前后，首段直管段方向上的行程)。

α＝90°时

X＝Ecos(θ-α) (公式8)

Y＝H-Esin(θ-α) (公式9)

当22°≤α<90°时

为了获取E、H，本发明设计一套用于弯管机的测量系统，如图6～15所示，包括设定于弯管机圆盘状胎膜弯曲管子处设置的弧形刻度盘99，以及固定于胎膜上的可换式尾段滑尺座3，所述可换式尾段滑尺座3的滑座中设置在胎膜径向上有直尺刻度的尾段滑尺4；所述尾段滑尺4上设置相对所述可换式尾段滑尺座3固定且以电子读数方式的第一数显模块98；所述尾段滑尺4的外端通过销轴固定第二数显模块97，所述第二数显模块设置于有直尺刻度的首段滑尺2上，所述首段滑尺2设置于可换式首段滑尺座1的滑座中，所述可换式首段滑尺座1设置有用于卡在待弯直管弯曲部位外端的环形卡箍；E和H分别通过第一数显模块98和第二数显模块97确定。

实施例1：

图纸要求制作管子Φ114×6一根。(F₁＝500mm，α₁＝45°，F_L＝500mm，R＝350mm，C₁＝C₂＝6mm，如图17。)

S1、选用管子Φ114×6(炉批号：11-200842)进行弯曲并测量数据:

θ₁＝92.655°，α₁＝90°、ΔL₁＝24.61mm、X₁＝27.631mm、Y₁＝24.258mm；

θ₂＝22.968°，α₂＝22°、ΔL₁＝8.44mm、X₂＝2.043mm、Y₂＝8.689mm。

S2、代入模型，确定模型k值

k₁＝1.0247，k₂＝0.4265，k₃＝0.2378，k₄＝3.2085，k₅＝0.0030，k₆＝0.0200，k₇＝-0.0017，k₈＝0.4167。

得到具体的数学模型

弯曲角θ＝1.0247×α+0.4265 (模型1)

延伸值ΔL＝0.2378×α+3.2085 (模型2)

尾增X＝0.0030×θ²+0.0200×θ (模型3)

首减Y＝-0.0017×θ²+0.4167×θ (模型4)

S3、将图纸要求α₁＝45°代入模型求出ΔL₁＝13.909mm，X₁＝7.434mm，Y₁＝15.771mm，θ₁＝46.538°。

S4、将求出的X₁、Y₁及已知的R＝350mm代入公式5、6求出对应的A₁＝132.192mm、B₁＝168.001mm。

S5、进行管子无余量下料计算：将A₁＝132.192mm、B₁＝168.001mm、θ₁＝46.538°(G₁＝2πRθ/360＝284.286mm)、ΔL₁＝13.909mm代入公式7：

D₁＝500-132.192-6＝361.808mm

D_L＝500-168.001-13.909-6＝312.09mm

L＝361.808+284.286+312.09＝958.184mm

管子无余量下料总长958.184mm。

无余量计算管子总长为958.184mm，原设计近似有余量下料计算管子总长为962mm，两者差值3.816mm。

实施例2：

图纸要求制作管子Φ114×6一根。(F₁＝845mm，α₁＝90°，F₂＝1015mm，α₂＝70°，F_L＝745mm，R＝350mm，C₁＝C₂＝6mm，如图18。)

S1、S2同实例1。

S3、将图纸要求α₁＝90°代入模型求出ΔL₁＝24.61mm，X₁＝27.631mm，Y₁＝24.258mm，θ₁＝92.655°。

将图纸要求α₂＝70°代入模型求出ΔL₂＝19.92mm，X₂＝17.078mm，Y₂＝21.364mm，θ₂＝72.159°。

S4、将求出的X₁、Y₁、X₂、Y₂及已知的R＝350mm代入公式5、6求出对应的A₁＝341.95mm、B₁＝377.26mm，A₂＝235.61mm、B₂＝269.66mm。

S5、进行管子无余量下料计算：将A₁＝341.95mm、B₁＝377.26mm、θ₁＝92.655°、ΔL₁＝24.61mm，A₂＝235.61mm、B₂＝269.66mm、θ₂＝46.538°、ΔL₂＝19.92mm(G₁＝2πRθ/360＝566mm、G₂＝2πRθ/360＝440.79mm)代入公式7：

D₁＝845-341.95-6＝497.05mm

D₂＝1015-377.26-235.61-24.61＝377.52mm

D_L＝745-269.66-19.92-6＝449.42mm

L＝497.05+566.00+377.52+440.79+449.42＝2330.78mm

管子无余量下料总长2330.78mm。

无余量计算管子总长为2330.78mm，原设计近似有余量下料计算管子总长为2343mm，两者差值12.34mm。

综上，本发明涉及测量管子弯曲回弹前后起弯点在两个切线方向的位移数据和延伸值的测量用设备，更具体地说，是通过管子弯曲过程中集数据采集、数据转换、精确计算结果于一体的测量计算系统。

本发明数显式管子弯曲延伸值及测量起弯点在两个切线方向位移量的测量系统主要由以下几部分组成：可换式首段滑尺座1、首段滑尺2、可换式尾段滑尺座3、尾段滑尺4、第二数显模块97、第一数显模块98、弯管机胎膜刻度显示盘99。具体说明：

可换式首段滑尺座，主要是将首段滑尺紧固在弯管的首段直管段上，当管子弯曲时，能保证首段滑尺随着首段直管段运动；

首段滑尺，主要由滑尺、重锤组成。当管子回弹时，首段滑尺跟随首段直管段弯曲回弹进行圆弧运动，滑尺在第二数显模块中向切线交点运动。第二数显模块可以显示起弯点向切线交点运动的移动距离，利用这个移动距离可以计算出起弯点在径向(Y方向)的坐标数值。

可换式尾段滑尺座，主要是将尾段滑尺固定在弯管的胎膜上，当管子弯曲时，能保证尾段滑尺随着胎膜转动；

尾段滑尺，当管子回弹时，其由首段直管段拉动在第一数显模块中向切线交点运动，第一数显模块可以显示起弯点向切线交点运动的移动距离，利用这个移动距离可以计算出起弯点在轴向(X方向)的坐标数值。

弯管机胎膜刻度显示盘固定在胎膜上，利用这个显示盘上的刻度可以精确的确定弯管切点位置，在没有卸载的情况下，可在线直接精确测量出末端直管段的尺寸，计算出管子设定弯曲角度时的延伸值。

测量过程主要如下：

管子弯曲前将以上部件安装到胎膜，管子上。调整首段滑尺水平使尾端重锤处于垂直位置，此时首段滑尺位置垂直于管中心。首、尾段滑尺连接处连接好，确定为90°后，两个数显模块清零。在管子上标识起弯点(将胎膜上弯曲角度尺0度刻度位置平移标识到管子上)。

管子弯曲，首段滑尺随着首段直管段运动，尾段滑尺随着胎膜转动，直到设定弯曲角度后停止。在管子上标识切点位置(将胎膜上弯曲角度尺设定的弯曲角度刻度位置平移标识到管子上)。

松开前卡，管子回弹。此时首段滑尺在数显模块中做向切线交点做径向运动，同时拉动尾段滑尺在数显模块中向切线交点做轴向运动，并显示径向和轴向这两个位移的数据。将最大弯曲角度和最小弯曲角度时所测得数据导入数学模型，就可以精确的计算出这种炉批号、规格管子在设定的最大弯曲角度和最小弯曲角度范围内任意弯曲角度时相应的两个方向不对称的切线值。

通过两个数显模块显示的数据经数学模型可以计算出起弯点坐标位置，通过记录切点位置，可以计算出弯曲延伸值。

本发明公开了一种数显式测量管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值测量系统，包括可换式尾段滑尺座3；可换式尾段滑尺座3上镶嵌第一数显模块98，尾段滑尺4套在第一数显模块98中；首段滑尺2的滑尺上套着第二数显模块97，第二数显模块97端部的圆孔套在尾段滑尺的端部连接轴上；首段滑尺2安装在可换式首段滑尺座1上；弯管机胎膜刻度显示盘99固定在弯管机胎膜上。

本发明可在线测量管子弯曲回弹后在两个切线方向起弯点位移量数据，通过采集两组数据经数学模型计算，可实现设定的最大弯曲成形角度和最小弯曲成形角度范围内任意角度弯曲后精确的切线值计算和延伸值计算。打破目前国内同行业管子弯曲后双向切线近似相等的计算方法。再辅以弯曲回弹角计算，使原有的管子弯曲有余量下料计算变成精确的无余量下料计算，实现管子弯曲精确加工。特别是利用这些数据辅以法兰预转角计算就可实现管子先焊后弯无余量下料计算进而实现管子先焊后弯加工。本发明可以从根本上解决目前国内管件加工企业管子弯曲加工等比近似有余量下料方法，实现管子弯曲加工精确无余量下料计算。同时由于进行数字化测量设备直接连接计算机、弯管机信息终端，可实现管子弯曲参数测量和应用的数字化、信息化及加工自动化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种测量管子弯曲回弹前后起弯点位移和延伸值的测量系统，包括设有圆盘状胎膜的弯管机，其特征在于，

还包括设定于所述弯管机圆盘状胎膜弯曲管子处设置的弧形刻度盘(99)，以及固定于胎膜上的可换式尾段滑尺座(3)，所述可换式尾段滑尺座(3)的滑座中设置在胎膜径向上有直尺刻度的尾段滑尺(4)；

所述尾段滑尺(4)上设置相对所述可换式尾段滑尺座(3)固定且以电子读数方式的第一数显模块(98)；所述尾段滑尺(4)的外端通过销轴固定第二数显模块(97)，所述第二数显模块设置于有直尺刻度的首段滑尺(2)上，所述首段滑尺(2)设置于可换式首段滑尺座(1)的滑座中，所述可换式首段滑尺座(1)设置有用于卡在待弯直管弯曲部位外端的环形卡箍。