一种金属管材多功能智能校形装备
技术领域
本发明涉及金属管材生产技术领域,特别是涉及一种高等级金属管材多功能智能校形装备。
背景技术
随着国家能源布局的调整,金属管材输送各种能源的数量不断提高。高等级金属管材需求量急剧增加,且对金属管材的质量要求也越来越高。金属管材校形装备是高等级金属管材生产线的关键设备之一。在金属管材工业生产过程中,由于金属管材达不到相关标准规定的圆度、直线度等要求,需要对金属管材进行校形,使其满足规定的圆度和直线度。校形装备作为提高金属管材质量的一种极为关键的技术装备,越来越多地在高等级金属管材生产中得以运用。
但是目前市场上的校形装置,多是采用简单的校形工装或是简易的校形装置,手动或者半自动的形式对金属管材内径或直线度进行校正,人工成本高、成品质量不易控制。分步校圆或校直时彼此产生影响,且易造成已经成型的金属管材尺寸发生变化,影响金属管材的质量。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种自动化程度高、生产效率高且能降低工人劳动强度的金属管材多功能智能校形装备,可广泛应用于钛管、铝管、铜管、钢管等高等级金属管材的在线校形。
本发明采用的技术方案是:一种金属管材多功能智能校形装备,包括包括校圆装置、三工位校直装置、轴向进给系统、底座、从动支撑辊装置、主动驱动辊装置、悬臂支撑装置、光电传感装置、进给限位装置;所述的校圆装置、三工位校直装置、轴向进给系统安装在底座上,校圆装置位于三工位校直装置和轴向进给系统之间;所述的底座上校圆装置和轴向进给系统之间设有从动支撑辊装置、主动驱动辊装置和悬臂支撑装置,悬臂支撑装置靠近校圆装置设置,从动支撑辊装置靠近轴向进给系统;所述的光电传感装置、进给限位装置安装在底座上,对应于三工位校直装置设置;
所述的校圆装置包括校楔形扩孔校圆总成、悬臂总成、动力油缸和高度调整装置,动力油缸通过高度调整装置安装于底座上,动力油缸通过悬臂总成与楔形扩孔校圆总成连接;
所述三工位校直装置包括门式框架,门式框架的两立柱和顶梁上分别设有一个校直梁调节机构;所述的两立柱上的校直梁调节机构水平相对设置,顶梁上的校直梁调节机构竖直设置;校直梁调节机构的悬臂端分别连接一个校直梁,校直梁沿着钢管的轴线水平设置。
上述的金属管材多功能智能校形装备其中,所述的校直梁调节机构包括机架、伺服电机及滚珠丝杠;所述的伺服电机和滚珠丝杠安装在机架上;所述的伺服电机的输出轴与滚珠丝杠一端连接,滚珠丝杠上的螺母与校直梁连接;所述的校直梁调节机构通过机架安装在门式框架上。
上述的金属管材多功能智能校形装备其中,所述的轴向进给系统包括车体、夹钳组件、伺服电机、链条、链轮和导轨;所述的导轨和伺服电机安装在底座上,车体通过车体底部的车轮支撑在导轨上;所述的夹钳组件安装在车体上,与车体上的夹钳液压站连接;伺服电机的输出轴通过缓冲联轴器与链轮连接,缓冲联轴器上设有气动刹车装置;所述的链条的两端分别与车体连接,链条绕过链轮,链轮能够通过链条驱动车体在导轨上移动。
上述的金属管材多功能智能校形装备其中,所述的主动驱动辊装置包括辊轮、升降机、伺服电机、行星减速机、电磁离合器和支座;所述的支座安装在升降机的升降支架上,所述的辊轮、行星减速机和伺服电机安装在支座上,伺服电机的输出轴与行星减速机的输入轴连接;行星减速机的输出轴通过电磁离合器与辊轮连接。
上述的金属管材多功能智能校形装备其中,所述从动支撑辊装置包括多组前端从动支撑辊装置和后端从动支撑辊装置;所述前端从动支撑辊装置包括多组中部分离式支撑装置和V形支撑装置;所述中部分离式支撑装置包括两油缸安装座;两油缸安装座对称布置在底座上;油缸安装座上安装有带位置传感器的升降油缸,升降油缸上安装有升降安装板,升降安装板上安装有轴承座,半圆形辊安装在轴承座上;两半圆形辊的轴线平行;轴承座端部安装有电磁制动器;所述后端从动支撑辊装置包括行程补偿油缸、翻转支撑辊轮和滑动支座;所述翻转支撑辊轮通过行程补偿缸与滑动支座相连接,滑动支座安装在机架上。
上述的金属管材多功能智能校形装备其中,还包括升降导向装置,所述升降导向装置安装于底座上,位于轴向进给系统与校圆装置之间,与中部分离式支撑装置交替布置;所述升降导向装置包括两个油缸安装底座,两个油缸安装底座对称布置在底座上;油缸安装底座上安装有升降油缸,升降油缸上安装有升降安装板和位置传感器,升降安装板上安装有轴承座,旋转辊安装在轴承座上,与旋转电机相连;两个旋转辊的轴线平行。
上述的金属管材多功能智能校形装备其中,所述悬臂支撑装置包括悬臂交替支撑装置和悬臂更换支撑装置;所述悬臂交替支撑装置安装于底座上,位于主动驱动辊装置后方,包括翻转支撑辊轮、翻转轮支座、两个滑动支座、翻转油缸以及光电传感器;两个滑动支座对称安装于底座上,翻转轮支座铰接在两个滑动支座之间;翻转轮支座上端设有翻转支撑辊轮;翻转油缸铰接在滑动支座上,翻转油缸的一端与翻转轮支座铰接;
所述悬臂更换支撑装置安装于底座上,位于校圆装置悬臂中部,包括机座、升降机、升降支撑架;所述的机座安装于底座上,升降机安装在机座上,升降机与升降支撑架相连,能够驱动升降支撑架升降。
上述的金属管材多功能智能校形装备其中,所述整体底座为整体铸件或结构件。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1. 本发明结构紧凑,整体布局合理,各部件功能完善,使用安全可靠,能满足各种金属管材(钛管、铝管、铜管、钢管等)的校形,成本低、结构简单、性能好、使用方便及生产质量高。
2. 本发明有效的实现的校圆和校直的同步进行,减少了传统复杂的校圆、校直工序;同时进行校圆和校直工序,可以有效的避免分步进行校圆和校直工序,彼此之间的影响,并且节省了成本,提高了生产效率和产品质量。本发明校圆和校直机构可以单动进行微调;每个机构也可以作为一个独立工位进行单独工作。
3. 本发明通过电气系统、液压系统、机械系统联动,实现对金属管材的圆度、直线度等几何尺寸同时进行校形,保证了金属管材的几何尺寸精度,为高等级金属管材的后续工序提供可靠保障。
附图说明
图1 为本发明金属管材多功能智能校形装备的主视图。
图2 为本发明金属管材多功能智能校形装备的侧视图。
其中:1、校圆装置;2、三工位校直装置;3、轴向进给系统;4、底座;5、升降导向装置;6、从动支撑辊装置;7、主动驱动辊装置;8、悬臂支撑装置;9、光电传感装置;10、进给限位装置;11、液压系统;12、电气系统;13、润滑系统;14、金属管材。
图3 为本发明金属管材多功能智能校形装备的在线三工位校直装置的主视图。
图4 为本发明金属管材多功能智能校形装备的在线三工位校直装置的侧视图。
其中:2a、门式框架;2b、伺服电机;2c、滚珠丝杆;2d、校直梁;2e、检修扶梯;2f、连接横梁。
图5为本发明金属管材多功能智能校形装备的校圆装置的主视图。
图6为本发明金属管材多功能智能校形装备的校圆装置的俯视图。
其中:1A1、校圆总成;1B1、校圆悬臂总成;1C1、动力油缸;1D1、高度调整装置。
图7 为本发明金属管材多功能智能校形装备的轴向进给系统的主视图。
图8 为本发明金属管材多功能智能校形装备的轴向进给系统的俯视图。
其中:3A1、夹钳组件;3A2、车体;3A3、车轮;3A4、链条;3A5、夹钳液压站;3A6、防冲击缓冲联轴器;3A7、导轨。
图9为本发明金属管材多功能智能校形装备的中部分离式支撑装置示意图.
其中:6a1、半圆形辊;6a2、轴承座;6a3、电磁制动器;6a4、磁致伸缩位置传感器;6a5、升降油缸;6a5、油缸安装座。
图10为本发明金属管材多功能智能校形装备的升降导向装置的主视图。
图11为本发明金属管材多功能智能校形装备的升降导向装置的侧视图。
其中:5a1、旋转辊;5a2、轴承座;5a3、旋转电机;5a4、磁致伸缩位置传感器;5a5、升降油缸;5a6、油缸安装底座。
图12 为本发明金属管材多功能智能校形装备的悬臂交替支撑装置的主视图。
图13 为本发明金属管材多功能智能校形装备的悬臂交替支撑装置的侧视图。
其中: 8a1、翻转支撑辊轮;8a2、翻转轮支座;8a3、滑动支座 ;8a4、翻转油缸;8a5、光电传感器。
图14 为本发明金属管材多功能智能校形装备的悬臂更换支撑装置的主视图。
图15 为本发明金属管材多功能智能校形装备的悬臂更换支撑装置的侧视图。
其中:8b1、V型升降支撑;8b2、升降机;8b3、升降限位传感器;8b4、升降机座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细、完整的描述。
如图1-2所示,本发明包括校圆装置1、三工位校直装置2、轴向进给系统3、底座4、升降导向装置5、从动支撑辊装置6、主动驱动辊装置7、悬臂支撑装置8、光电传感装置9、进给限位装置10、液压系统11、电气系统12、润滑系统13。
所述的校圆装置1、三工位校直装置2、轴向进给系统3安装在底座4上,校圆装置1位于三工位校直装置2和轴向进给系统3之间;所述的底座4上校圆装置1和轴向进给系统3之间设有从动支撑辊装置6、主动驱动辊装置7和悬臂支撑装置8,悬臂支撑装置8靠近校圆装置1设置,从动支撑辊装置6靠近轴向进给系统3;所述的光电传感装置9、进给限位装置10安装在底座4上,对应于三工位校直装置2设置。
如图5、6所示,所述校圆装置1,包含楔形扩孔校圆总成A1、校圆悬臂总成A2、动力油缸A3和高度调整装置A4组成,所述的校圆装置包括校楔形扩孔校圆总成A1、悬臂总成A2、动力油缸A3和高度调整装置,动力油缸通过高度调整装置安装于底座上,动力油缸通过悬臂总成与楔形扩孔校圆总成连接。动力油缸A3通过悬臂总成A2提供动力给楔形扩孔校圆总成A1。校圆装置1可根据金属管材的管径范围,通过动力油缸底部的高度调整装置进行高度调节,与之使校圆装置1与管材中心高一致。
如图3、4所示,所述在线三工位校直装置2包括门式框架2a,门式框架2a的两立柱和顶梁上分别设有一个校直梁调节机构。两立柱上的校直梁调节机构水平相对设置,顶梁上的校直梁调节机构竖直设置。所述的校直梁调节机构的悬臂端分别连接一个校直梁,校直梁沿着钢管的轴线水平设置。所述的校直梁调节机构包括伺服电机2b和滚珠丝杆2c,伺服电机2b与滚珠丝杆2c连接,滚珠丝杆2c与校直梁2d连接。三组校直梁2d呈十二点钟方向左右间隔45°布置,伺服电机2b通过滚珠丝杆2c提供动力给校直梁2d,对金属管材水平及垂直方向的位置变化进行精准控制,校直装置2通过底板安装于整体底座4上。
如图7、8所示,所述轴向进给系统3包含车体3A2、夹钳组件3A1、车轮3A3、链条3A4、夹钳液压站3A5、缓冲联轴器3A6、电缆滑线和导轨3A7,所述的导轨3A7和伺服电机安装在底座上,车体3A2通过车体底部的车轮3A3支撑在导轨3A7上。所述的夹钳组件3A1安装在车体3A2上,与车体3A2上的夹钳液压站3A5连接;伺服电机的输出轴通过缓冲联轴器3A6与链轮连接,缓冲联轴器3A6上设有气动刹车装置;所述的链条3A4的两端分别与车体3A2连接,链条3A4绕过链轮,链轮能够通过链条3A4驱动车体在导轨3A7上移动。由伺服电机进行驱动,控制增减速,伺服电机通过缓冲联轴器3A6与行星减速机耦合,缓冲联轴器3A6上装有气动刹车装置,快捷止动。
如图10、11所示,所述升降导向装置5包括两个油缸安装底座5a6,两个油缸安装底座5a6对称布置在底座4上;油缸安装底座5a6上安装有升降油缸5a5,升降油缸5a5上安装有升降安装板和磁致伸缩位置传感器5a4,升降安装板上安装有轴承座5a2,旋转辊5a1安装在轴承座5a2上,与旋转电机5a3相连。两个旋转辊的轴线平行。所述升降导向装置安装于底座上,位于轴向进给系统与校圆装置之间,与中部分离式支撑装置交替布置。所述整体底座4,采用整体铸件或结构件。
所述从动支撑辊装置6包括前端从动支撑辊装置和四组后端从动支撑辊装置6D1、6D2、6D3、6D4;所述前端从动支撑辊装置包括三组中部分离式支撑装置6A1、6A2、6B1和V形支撑装置6C1。如图9所示,所述中部分离式支撑装置包括两油缸安装座6a5;两油缸安装座6a5对称布置在底座4上;油缸安装座6a5上安装有带磁致伸缩位置传感器6a4的升降油缸6a5,升降油缸6a5上安装有升降安装板,升降安装板上安装有轴承座6a2,半圆形辊6a1安装在轴承座6a2上,两个半圆形辊6a1的轴线平行。轴承座6a2端部安装有电磁制动器6a3。所述中部分离式支撑装置便于轴向进给系统3从中间行走,完成金属管材校圆、校直的步进式送进的支撑,安装在轴向进给系统轨道中心线上。所述V形支撑装置6C1,包含半圆形辊、轴承座、支撑底座和电磁制动器,轴承座通过支撑底座安装在底座4上,半圆形辊安装在轴承座上,轴承座端部安装有电磁制动器。
所述后端从动支撑辊装置包括行程补偿油缸、翻转支撑辊轮和滑动支座,所述翻转支撑辊轮通过行程补偿缸与滑动支座相连接,滑动支座安装在机架上。行程补偿油缸可以对输送辊的高度进行微调,防止金属管材在校圆校直进管时产生碰撞。
所述主动驱动辊装置7包括辊轮、升降机、伺服电机、行星减速机、电磁离合器、升降支架和支座;所述的支座安装在升降机的升降支架上,所述的辊轮、行星减速机和伺服电机安装在支座上,伺服电机的输出轴与行星减速机的输入轴连接;行星减速机的输出轴通过电磁离合器与辊轮连接。
所述悬臂支撑装置8包含悬臂交替支撑装置8A1和悬臂更换支撑装置8B1。如图12、13所示,所述悬臂交替支撑装置8安装于整体底座4上,位于主动驱动辊装置后方,包括翻转支撑辊轮8a1、翻转轮支座8a2、两个滑动支座8a3、翻转油缸8a4以及光电传感器8a5,两个滑动支座8a3对称安装于底座4上,翻转轮支座8a2铰接在两个滑动支座8a3之间。翻转轮支座8a2上端设有翻转支撑辊轮8a1;翻转油缸8a4铰接在滑动支座8a3上,翻转油缸8a4的一端与翻转轮支座8a2铰接。通过和主动驱动辊装置7的旋转支撑交替操作,支撑校圆悬臂。
如图14、15所示,所述悬臂更换支撑装置8B1,所述悬臂更换支撑装置安装于底座上,位于校圆装置悬臂中部,包括机座8b4、升降机8b2、升降支撑架8b1和升降限位传感器8b3;所述的机座8b4安装于底座4上,升降机8b2安装在机座8b4上,升降机8b2与升降支撑架8b1相连,能够驱动升降支撑架8b1升降。升降限位传感器8b3安装在机座8b4上,对应于升降支撑架8b1设置。悬臂更换支撑装置8B1用于更换悬臂和检修时对悬臂的支撑。所述光电传感装置9,包含支撑架、光电检测器和反射板,对金属管材的在线情况进行检测。所述进给限位装置10,包含旋转支撑架、接触器和底座,用于对金属管材的最终限位。
本发明使得金属管材14在校圆的同时进行校直,具体表现为:在金属管材的步进式校圆过程中,当检测到管体弯曲时,通过电气系统12自动生成程序指令给在线三工位校直装置2,校直梁2d通过伺服电机2b的作用,根据实际管体弯曲度来调节三工位门式框架2a内上、左、右三个方向的校直梁2d与管体的相对位置,对管材在水平及垂直方向的位置进行控制,根据三点定圆理论使钢管的弯曲部位被夹紧梁校直。
为了进一步优化方案,所述校圆装置1设有高度调整装置1D1,高度调整装置1D1可根据金属管材的口径对校圆悬臂的中心高进行调节,使之与管材中心高一致,可有效地简化了校圆工艺的控制过程,节省了支撑辊道的升降成本,提高了工作效率。
为了进一步优化方案,所述所述在线三工位校直装置2,通过3组校直梁呈垂直间隔45°布置,对校圆过程中金属管材水平及垂直方向的位置变化进行精准控制,进行在线校直。这种装置适用于管径14"~32"的金属管材,能有效改善管材的侧弯曲量。
为了进一步优化方案,所述轴向进给系统3,为整体式垂直结构,夹钳液压站安装于车体上,随进给系统行走,采用伺服电机链轮链条进行驱动。前端从动支撑辊装置可使得轴向进给系统3整体从半圆形辊道中通过,降低了轴向进给系统的设计和制作难度,减轻了整体重量和占地面积。
为了进一步优化方案,所述主动驱动辊装置6,在校圆校直金属管材时,当递送金属管材的轴向进给系统夹钳松开时,伺服电机开始驱动主动驱动辊装置递送钢管,进行管材末端的送进;管材校圆校直完毕,主动驱动辊装置还用来负责金属管材的送出直至轴向进给系统夹钳夹紧钢管退管。主动驱动辊装置还用来在校圆时将管材、校圆总成及悬臂总成前部的重力传递给整体底座。
本发明的使用过程如下:
金属管材(钛管、铝管、铜管、钢管等)送达校形工位,根据提前输入的管材材质、壁厚等参数,电气系统自动检测管材长度,自动生成校形程序(校圆校直步数、从动支撑辊装置补偿量、夹钳补偿量。轴向进给系统根据程序指令将管材步进式送进校圆装置,校圆装置通过楔块扩孔原理,对钢管进行步进式校圆,与此同时,校直装置根据校直工艺,同时对管材进行校直。在校圆、校直过程中,当轴向进给系统递送金属管材到限定位置时夹钳松开,主动驱动辊装置伺服电机开始驱动主动驱动辊递送管材,直至校圆校直完毕;管材校圆校直完毕,主动驱动辊装置负责将金属管材的送出直至限定位置,轴向进给系统夹钳夹紧钢管退管,校形工序结束。