CN109500504A - 大型管道的内置式不规则断面切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明包括支撑架组件、平移组件、旋转组件、伸缩平衡组件；三个伸缩组件呈人字形分布，等角度分布在人字形支撑架组件的三角位置；平移组件与旋转组件同轴布置，平移组件与伸缩平衡组件直角交错布置，旋转组件带动伸缩平衡组件整周转动。本装置采用交流伺服驱动技术和激光切割和焊接技术，实现切割轨迹的自动控制和自动调节，适合不同截面形状的管道的非竖直平面曲形断面的切割加工，无须对中定位操作，具有结构紧凑、操作简单、装卸方便、工作效率高等优点，可大幅度减少装卸时间，降低调节难度。

Description

大型管道的内置式不规则断面切割装置
技术领域
本发明属于机械制造工艺技术领域，涉及大型管道的内置式不规则断面切割装置，用于实现大型管道不规则断面或任意曲面的非接触式切割。
背景技术
随着经济和技术的发展，对于石油、天然气、水等远距离输送都需要用大直径管道，在管道的铺设过程中不可避免的需要对管道进行切割和焊接，以实现管道的平对接、直角对接和斜对接等。
现阶段，对于大直径管道的切割和对接断面多使用外卡式切管装置，但是也只能解决平对接，而直角或斜角的对接只能采用手工方式。首先采用人工划线，再经过人工砂轮切割和焊接。这样切割出来的管道断面的损耗大，精度低，无法保证对接质量。
激光切割作为一种非接触式热加工方法，几乎可以切割所有的材料，切割轨迹不受限制，即可实现工件的二维断面切割或三维断面切割。激光切割具有加工精度高、切割速度快、切口平滑、节省材料、加工成本低等优点。激光刀头的机械部分与工件无接触，在工作中过程没有切削抗力、无须特殊装夹，经济省时。
长期以来，在调速性能要求较高的场合中，直流电动机的调速系统一直占据主导地位。但直流电动机都存在一些固有的缺点，如电刷和换向器易磨损，需经常维护。换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度受到限制，也使应用环境受到限制，而且直流电动机结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高。在同样体积下，交流电动机输出功率可比直流电动机提高10﹪～70﹪，此外，交流电动机的容量可比直流电动机造得大，达到更高的电压和转速。现代数控机床都倾向采用交流伺服驱动，交流伺服驱动已有取代直流伺服驱动之势。
因此，为了解决大型管道在直角对接或斜对接过程中，在管道内任意部位切割出不规则的斜断面或特殊的相贯曲面，设计一种大型管道的内置式不规则断面切割装置，采用交流伺服驱动技术和激光切割和焊接技术，实现切割轨迹的自动控制和自动调节。
发明内容
大型管道的内置式不规则断面切割装置采用的技术方案如下：
包括支撑架组件、平移组件、旋转组件、伸缩平衡组件；支撑架组件包括三个结构相同的可以直线移动的伸缩组件，三个伸缩组件呈人字形分布，等角度分布在人字形支撑架组件的三角位置，三个伸缩组件相互之间通过支撑基座6固连；平移组件与旋转组件同轴连接，旋转组件固定连接在平移组件中的水平螺杆4的端部；旋转组件的轴线与伸缩平衡组件的轴线相互垂直，伸缩平衡组件的平衡电机定子24与旋转电机转子16固定连接。
所述的支撑架组件由支撑基座6、电机座7、支撑电机定子8、支撑电机转子9、螺套10、导向平键11、支撑丝杆12、锁止脚轮13组成；支撑电机定子8与支撑基座6固定连接，螺套10固定安装在支撑电机转子9的中心，螺套10套在支撑丝杆12上，支撑丝杆12上安装有导向平键11，支撑丝杆12末端安装有锁止脚轮13，支撑丝杆12、螺套10、支撑电机转子9、和支撑电机定子8同轴安装；支撑基座6和电机座7在支撑丝杆12轴线方向上内空腔，可供支撑丝杆12收入支撑基座6内；支撑电机端盖32内孔中开有与导向平键11相配合的通孔键槽。
所述的平移组件由法兰盘2、水平导向杆5、平移电机转子3、平移电机定子29、平移电机挡板31、水平螺杆4、水平螺套14组成；法兰盘2固定连接在水平螺杆4的端部，并空套在水平导向杆5上，水平导向杆5垂直固定安装在支撑基座6的侧面；水平螺套14与水平螺杆4螺纹连接，水平螺套14固定在平移电机转子3心部，平移电机定子29与平移电机挡板31固定连接，水平螺杆4、水平螺套14、平移电机转子3和平移电机定子29同轴安装在支撑基座6中心位置。
所述的旋转组件由挡板30、旋转电机定子15、旋转电机转子16组成；旋转电机定子15与水平螺杆4右端部固定连接，旋转电机挡板30通过轴承与水平螺杆4连接，旋转电机转子16与旋转电机挡板30固定连接。
所述的伸缩平衡组件由平衡电机定子24、平衡电机转子23、右旋丝杆22、右旋螺母21、右旋套筒20、红外距离传感器19、激光切割头18、左旋丝杆25、左旋螺母26、左旋套筒27、平衡配重28组成；平衡电机定子24固定在旋转电机转子16的外壳上；平衡电机转子23与平衡电机定子24同轴，并通过轴承与电机外壳连接；平衡电机转子23与分别同轴固定连接在其两端右旋丝杆22和左旋丝杆25直连直驱；右旋螺母21套在右旋丝杆22上，右旋螺母21同时空套在竖直导向杆17上，竖直导向杆17与电机外壳固定连接，且与电机转子23轴线平行；左旋螺母26套在左旋丝杆25上，左旋螺母26同时空套在导向杆17上；右旋螺母21与右旋套筒20固定连接，左旋螺母26与左旋套筒27固定连接；右旋套筒20用于安装激光切割头19和红外距离传感器18，而左旋套筒27用于安装平衡配重28；平衡电机选用交流伺服电机。
本发明的有益效果是：一种大型管道的内置式不规则断面切割装置，采用伺服电机与丝杆螺母机构直联直驱的方式实现机架的支撑；利用双头螺杆与伺服电机直联直驱的方式实现激光安装座与配重的自动进给与调节。利用两个正交方向的直线进给，并在两个直线进给方向之间加入一个旋转运动实现激光切割头安装座的任意空间运动。本装置具有结构紧凑、操纵方便、工作效率高等优点，可以切割出所需要任意的非竖直平面曲形断面，大幅度提高管道切割装置的操作效率和切割效率。
附图说明
图1为大型管道的内置式不规则断面切割装置的总体结构图。
图2为大型管道的内置式不规则断面切割装置的在管道内的工作断面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明:
如图1，一种大型管道的内置式不规则断面切割装置，包括支撑架组件、平移组件、旋转组件、伸缩平衡组件；支撑架组件包括三个结构相同的可以直线移动的伸缩组件，三个伸缩组件呈人字形分布，等角度分布在人字形支撑架组件的三角位置，三个伸缩组件相互之间通过支撑基座6固连；平移组件与旋转组件同轴连接，旋转组件固定连接在平移组件中的水平螺杆4的端部；旋转组件的轴线与伸缩平衡组件的轴线相互垂直，伸缩平衡组件的平衡电机定子24与旋转电机转子16固定连接。
如图2，支撑架组件由支撑基座6、电机座7、支撑电机定子8、支撑电机转子9、螺套10、导向平键11、支撑丝杆12、锁止脚轮13组成；支撑电机定子8与支撑基座6固定连接，螺套10固定安装在支撑电机转子9的中心，螺套10套在支撑丝杆12上，支撑丝杆12上安装有导向平键11，支撑丝杆12末端安装有锁止脚轮13，支撑丝杆12、螺套10、支撑电机转子9、和支撑电机定子8同轴安装；支撑基座6和电机座7在支撑丝杆12轴线方向上内空腔，可供支撑丝杆12收入支撑基座6内；支撑电机端盖32内孔中开有与导向平键11相配合的通孔键槽。三个支撑电机选用相同型号的交流伺服电机。
本发明的工作过程：
大型管道的内置式不规则断面切割装置，将装置放置在管道内，启动支撑架组件的三个支撑伺服电机旋转支撑丝杆12至管道1内壁用锁止脚轮13锁止固定，再启动伸缩平衡组件中的平衡电机，平衡电机转子23带动右旋丝杆22和左旋丝杆25旋转，把激光切割头18和平衡配重28分别调至恰当位置，实现整体装置的轴线对称平衡；切割过程中由红外距离传感器探测激光切割头随被切割管道断面形状的随动调节；再启动平移组件的平移电机，通过平移电机转子3带动水平螺套14旋转给与水平螺杆4侧向力，在水平导向杆5的限位和导向作用下，使其带动旋转组件和伸缩平衡组件实现左右位移；启动旋转组件的旋转电机，旋转电机转子15，带动平衡电机、丝杆及激光切割头18做轴向转动，同时打开激光切割头18，切割管道，装置转动一周，即可切割出一个完整的不规则断面或任意曲面。
本发明的工作原理：
大型管道的内置式不规则断面切割装置，采用伺服电机与丝杆螺母机构直联直驱的方式实现机架的支撑，伺服电机调节使得支撑距离可变，用平移电机转子带动水平螺套转动从而使水平螺杆水平位移，调整激光切割头水平往返位移以实现不规则断面或任意曲面的切割；用旋转电机转子带动电机转动实现激光切割头的周转切割运动；用正、反向丝杠螺母副的同轴固定连接和红外测距实现自动平衡回转中心和激光头与管道内壁之间的动态调整，以适应不同形状的管道截面；采用平衡电机与正反向丝杠螺母副的直连直驱，实现调节过程的闭环控制，从而避免对切割机的事前繁琐调整和定位。

Claims (5)

1.大型管道的内置式不规则断面切割装置，其特征包括：包括支撑架组件、平移组件、旋转组件、伸缩平衡组件；支撑架组件包括三个结构相同的可以直线移动的伸缩组件，三个伸缩组件呈人字形分布，等角度分布在人字形支撑架组件的三角位置，三个伸缩组件相互之间通过支撑基座（6）固连；平移组件与旋转组件同轴连接，旋转组件固定连接在平移组件中的水平螺杆（4）的端部；旋转组件的轴线与伸缩平衡组件的轴线相互垂直，伸缩平衡组件的平衡电机定子（24）与旋转电机转子（16）固定连接。
2.如权利要求1所述的大型管道的内置式不规则断面切割装置，其特征包括：所述的支撑架组件由支撑基座（6）、电机座（7）、支撑电机定子（8）、支撑电机转子（9）、支撑电机端盖（32）、螺套（10）、导向平键（11）、支撑丝杆（12）、锁止脚轮（13）组成；支撑电机定子（8）与支撑基座（6）固定连接，螺套（10）固定安装在支撑电机转子（9）的中心，螺套（10）套在支撑丝杆（12）上，支撑丝杆（12）上安装有导向平键（11），支撑丝杆（12）末端安装有锁止脚轮（13），支撑丝杆（12）、螺套（10）、支撑电机转子（9）、和支撑电机定子（8）同轴安装；支撑基座（6）和电机座（7）在支撑丝杆（12）轴线方向上内空腔，可供支撑丝杆（12）收入支撑基座（6）内；支撑电机端盖（32）内孔中开有与导向平键（11）相配合的通孔键槽。
3.如权利要求1所述的大型管道的内置式不规则断面切割装置，其特征包括：所述的平移组件由法兰盘（2）、水平导向杆（5）、平移电机转子（3）、平移电机定子（29）、平移电机挡板（31）、水平螺杆（4）、水平螺套（14）组成；法兰盘（2）固定连接在水平螺杆（4）的端部，并空套在水平导向杆（5）上，水平导向杆（5）垂直固定安装在支撑基座（6）的侧面；水平螺套（14）与水平螺杆（4）螺纹连接，水平螺套（14）固定在平移电机转子（3）心部，平移电机定子（29）与平移电机挡板（31）固定连接，水平螺杆（4）、水平螺套（14）、平移电机转子（3）和平移电机定子（29）同轴安装在支撑基座6中心位置。
4.如权利要求1所述的大型管道的内置式不规则断面切割装置，其特征包括：所述的旋转组件由挡板（30）、旋转电机定子（15）、旋转电机转子（16）组成；旋转电机定子（15）与水平螺杆（4）右端部固定连接，旋转电机挡板（30）通过轴承与水平螺杆（4）连接，旋转电机转子（16）与旋转电机挡板（30）固定连接。
5.如权利要求1所述的大型管道的内置式不规则断面切割装置，其特征包括：所述的伸缩平衡组件由平衡电机定子（24）、平衡电机转子（23）、右旋丝杆（22）、右旋螺母（21）、右旋套筒（20）、红外距离传感器（19）、激光切割头（18）、左旋丝杆（25）、左旋螺母（26）、左旋套筒（27）、平衡配重（28）组成；平衡电机定子（24）固定在旋转电机转子（16）的外壳上；平衡电机转子（23）与平衡电机定子（24）同轴，并通过轴承与电机外壳连接；平衡电机转子（23）与分别同轴固定连接在其两端右旋丝杆（22）和左旋丝杆（25）直连直驱；右旋螺母（21）套在右旋丝杆（22）上，右旋螺母（21）同时空套在竖直导向杆（17）上，竖直导向杆（17）与电机外壳固定连接，且与电机转子（23）轴线平行；左旋螺母（26）套在左旋丝杆（25）上，左旋螺母（26）同时空套在导向杆（17）上；右旋螺母（21）与右旋套筒（20）固定连接，左旋螺母（26）与左旋套筒（27）固定连接；右旋套筒（20）用于安装激光切割头（19）和红外距离传感器（18），而左旋套筒（27）用于安装平衡配重（28）；平衡电机选用交流伺服电机。
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