CN110524181B - 一种管段内撑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管段内撑装置，包括花盘、大垫块、小垫块、水平伸缩机构、升降机构；若干水平伸缩机构依次周向均布于花盘的上盘面上且相对于花盘径向伸缩；所述大垫块、小垫块为分别与水平伸缩机构的伸缩端连接的弧形片，大垫块的弧长长于小垫块的弧长，所述大垫块与小垫块依次间隔对接以构成套设于花盘外部的环形垫圈，其中，所述大垫块的两端分别与小垫块对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递减的锥形端部，所述小垫块两端分别与大垫块对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递增的倒锥形端部；所述升降机构安装于小垫块与水平伸缩机构的伸缩端之间，所述小垫块与垂直升降机构的升降端连接。

Description

一种管段内撑装置
技术领域
本发明属于内撑装置技术领域，具体涉及一种可用于大型圆筒型薄壁零件机加和焊接工艺的管段内撑装置。
背景技术
火箭贮箱壳段环缝焊接工艺常采用的内撑夹具为气动、液压和电动轴式胀圈形式，如说明书附图13所示。气动、液压或电动轴式胀圈有12块带有不锈钢焊接垫板的支撑块组成，支撑块15通过活塞杆14与气缸、液压缸或电动缸13连接，整个结构用底盘12固定。工作时，底盘12装在型架的心轴上，可作前后移动，其中，气缸或液压缸的工作压力通常为9～11MPa，电动缸的额定推力通常为150KN。
气动胀圈形式虽然可以提供很大的输出力，但需要定制高压气缸，在使用时还需配备高压空气系统，使得整个系统制造成本和使用成本都较高，对操作人员具有一定的危险性。液压胀圈形式虽然可以提供很大的输出力，技术和制造成本相对也比较低，但液压元器件的密封问题无法得到根本性解决。一旦密封失败，液压油就会对火箭壳段造成污染，导致壳段焊接后的焊缝不合格，轻则返修，重则造成壳段报废。电动胀圈形式虽然可以避免液压胀圈漏油的问题，但电动缸成本高昂，而且还需配置伺服电机和驱动器，使得整个系统的成本比液压胀圈的成本高6～10倍。
经过国内专利知识库检索，尚未发现通过使用低压气缸(0.6～0.9MPa)和增力机构来实现大型贮箱壳体机加和环缝焊接的柔性内撑系统。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种管段内撑装置，在涉及像火箭贮箱壳段这种薄壁弱刚性的圆筒结构件在进行机加和焊接时，采用本装置实现对薄壁圆筒件的撑紧、定位及夹紧，以满足后续的机加和焊接工艺要求。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种管段内撑装置，包括花盘、大垫块、小垫块、水平伸缩机构、升降机构；若干水平伸缩机构依次周向均布于花盘的上盘面上且相对于花盘径向伸缩；所述大垫块、小垫块为分别与水平伸缩机构的伸缩端连接的弧形片，大垫块的弧长长于小垫块的弧长，所述大垫块与小垫块依次间隔对接以构成套设于花盘外部的环形垫圈，其中，所述大垫块的两端分别与小垫块对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递减的锥形端部，所述小垫块两端分别与大垫块对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递增的倒锥形端部；所述升降机构安装于小垫块与水平伸缩机构的伸缩端之间，所述小垫块与升降机构的升降端连接。
本发明提供的管段内撑装置，将其用于撑紧管段时，大垫块对应的水平伸缩机构径向伸长至使大垫块与管段内壁撑紧，相邻大垫块之间形成锥形空缺，然后升降机构的升降端带动小垫块相对于花盘的上盘面上升至相对高于大垫块的位置，小垫块对应的水平伸缩机构径向伸长至使小垫块与管段内壁接触，升降机构的升降端带动小垫块移动至锥形空缺内，此时，小垫块与大垫块依次对接形成撑紧于管段内部的圆形垫圈，撑紧期间，通过水平移动机构与升降机构控制小垫块的位置至与大垫块对接并撑紧管段处；当需要取下管段时，升降机构先带动小垫块相对于花盘垂直上升至移出大垫块之间的锥形空缺，然后小垫块收缩、大垫块收缩即可放松管段，取下本装置。本发明提供的内撑装置，通过将大垫块与小垫块的对接处设置成锥形，结合升降机构带动小垫块相对于大垫块在花盘的上盘面垂直升降，可以实现对不同内径管段的撑紧。
优化的，所述水平伸缩机构包括推力气缸、连杆、推杆；若干推力气缸周向均布于花盘上部，推力气缸的缸体垂直设置，推力气缸的活塞杆相对于花盘上盘面轴向靠近或远离；花盘的上盘面的气缸与环形垫圈之间设置环形座，环形座上设置若干限位孔；推杆的首端作为伸缩端与大垫块或升降机构连接，尾端径向延伸至穿过环形座上的限位孔；连杆的一端与推杆的尾端铰接，另一端沿花盘上盘面径向延伸并与推力气缸的活塞杆铰接。撑紧时，推力气缸的活塞杆伸长，活塞杆带动连杆的端部向花盘的上盘面垂直靠近，因连杆是倾斜设置的状态，随着活塞杆的伸长，连杆与花盘上盘面之间的倾角变小，连杆连接推杆的一端径向向外推动推杆，从而带动大垫块或小垫块径向向外移动至与筒段内壁接触；当需要取下装置时，推力气缸的活塞杆收缩，随着活塞杆的收缩，连杆与花盘上盘面之间的倾角变大，连杆连接推杆的一端径向向内拉推杆，从而带动大垫块或小垫块径向向内移动至松弛以便于取上装置。
优化的，所述环形座由与若干水平伸缩机构依次对应的若干基座环向排列得到，所述基座靠近大垫块或小垫块的一端设置相对于花盘径向延伸并贯穿所述基座的通孔作为限位孔，所述基座上设置滑道，所述滑道由推力气缸的活塞杆下部相对于花盘径向向外延伸至与限位孔联通，所述连杆位于滑道内且相对滑道内壁平行设置；所述推杆的尾端与连杆的铰接处的铰接轴的两端与滑道内壁滑动连接。这样的结构使推杆与限位孔始终保持同轴性，推力气缸带动连杆移动时，连杆与推杆的铰接处沿滑道水平移动，推杆在限位孔内稳定的水平往复移动，推杆带动的大垫块、小垫块稳定的相对于花盘径向移动，从而保证涨紧或放松管件的准确性。
优化的，所述水平伸缩机构还包括支撑块，所述支撑块设置于推杆与大垫块或升降机构之间，所述支撑块连接大垫块或升降机构的一端为弧形面，所述支撑块连接推杆的一端设置平行的两根支腿，所述两根支腿分别穿过所述基座并与基座上的滑道两端的外壁滑动连接。推杆推动支撑块相对于花盘上盘面径向移动，支撑块支撑于大垫块或升降机构与推杆之间，使本装置在撑紧管体时更加稳固。
优化的，所述基座与支撑块之间设置顶紧机构，所述顶紧机构包括安装座、下顶紧螺母、销轴、调节螺杆、上顶紧螺母，所述安装座安装于基座靠近支撑块的一端，安装座上设置通槽；下顶紧螺母的下端带有一体式连接的柱体，下顶紧螺母的柱体嵌设于安装座上的通槽内，所述销轴从外向里依次穿过通槽壁与柱体以将下顶紧螺母安装于安装座上，所述调节螺杆一端与下顶紧螺母螺接，另一端与上顶紧螺母螺接。当推杆带动支撑块移动至使大垫块、小垫块顶紧管体内壁时，转动下顶紧螺母的柱体至使调节螺杆的两端分别与基座、支撑块对应，此时，上顶紧螺母与支撑块位置适配，然后转动调节螺杆与上顶紧螺母至使上顶紧螺母与支撑块接触并顶紧支撑块，这样，整个顶紧机构的两端分别顶紧于基座与支撑块之间，使支撑块位置固定，即使推杆拉动支撑块，在顶紧机构的作用下，支撑块仍然不会缩回，这样保证整个装置在撑紧管体内壁时不会因意外而回缩，当需要拆下本装置时，先转动调节螺杆与上顶紧螺母使之松弛，然后将顶紧机构转回至原位，再通过推杆将支撑块与大垫块或小垫块拉回。
优化的，若干水平移动机构的支撑块依次对接形成环形支撑圈；具体的，所述大垫块的弧长大于支撑块外圆的弧长，所述小垫块的弧长小于支撑块外圆的弧长。
优化的，所述推力气缸外部设置支撑架。所述支撑架罩设于推力气缸外部，对推力气缸起支撑与保护的作用。
优化的，所述升降机构包括三位气缸、连接块，所述三位气缸的缸体固定于水平伸缩机构的伸缩端且相对于花盘的上盘面垂直设置，所述连接块设置于所述三位气缸的活塞杆的端部，所述小垫块固设于所述连接块上远离花盘中部的一端。水平伸缩机构的伸缩端带动三位气缸水平移动至使小垫块与待撑紧的管道内壁接触处，三位气缸带动小垫块垂直移入或移出相邻两个大垫块之间的锥形空缺。
本发明的有益效果为：
(1)、本发明提供的管段内撑装置，通过水平伸缩机构带动大垫块、小垫块撑紧管段内壁，通过将大垫块与小垫块的对接处设置成锥形，结合升降机构带动小垫块相对于大垫块在花盘的上盘面垂直升降，可以实现对不同内径管段的撑紧。
附图说明
图1至为实施例中的管段内撑装置的示意图；
图2为实施例中的管段内撑装置的俯视图；
图3为实施例中的管段内撑装置的仰视图；
图4为花盘示意图；
图5为大垫块、水平伸缩机构与花盘安装示意图；
图6、7为大垫块与水平伸缩机构连接示意图；
图8、9为小垫块与水平伸缩机构连接示意图；
图10为顶紧机构示意图；
图11为顶紧机构俯视图；
图12为图11中的A-A剖图；
图13为现有技术中采用的管段内撑装置示意图；
其中，1为花盘，2为大垫块，3为小垫块，4为推力气缸，5为连杆，6为推杆，7为升降机构，7a为三位气缸，7b为连接块，8为基座，9为支撑块，10为顶紧机构，10a为安装座、10b为下顶紧螺母、10c为销轴、10d为调节螺杆、10e为上顶紧螺母，11为支撑架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1至12所示，本实施例提供一种管段内撑装置；包括花盘1、大垫块2、小垫块3、水平伸缩机构、升降机构7；本实施例中的花盘1如图4所示为环形双层镂空盘，花盘1的上盘面采用筋条分隔成若干工位；若干水平伸缩机构依次周向均布于花盘1的工位内且相对于花盘1径向伸缩；大垫块2、小垫块3为分别与水平伸缩机构的伸缩端连接的弧形片，大垫块2的弧长大于小垫块3的弧长，若干大垫块2与小垫块3依次间隔对接以构成套设于花盘1外部的环形垫圈，其中，大垫块2的两端分别与小垫块3对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递减的锥形端部，小垫块3两端分别与大垫块2对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递增的倒锥形端部；升降机构7安装于小垫块3与水平伸缩机构的伸缩端之间，小垫块3与升降机构7的升降端连接；本实施例中花盘1上设置16个安装工位，相应的具有16个水平伸缩机构、8个大垫块2以及8个升降机构7与小垫块3。
其中，如图5至9所示，水平伸缩机构包括推力气缸4、连杆5、推杆6、支撑块9；16个推力气缸4周向均布于花盘1上部，推力气缸4的缸体垂直设置，推力气缸4的活塞杆相对于花盘1上盘面轴向靠近或远离，推力气缸4外部设置支撑架11；花盘1的上盘面的气缸与环形垫圈之间设置环形座，环形座上设置16个限位孔；推杆6的首端作为伸缩端与大垫块2或升降机构7连接，尾端径向延伸至穿过环形座上的限位孔；连杆5的一端与推杆6的尾端铰接，另一端沿花盘1上盘面径向延伸并与推力气缸4的活塞杆铰接；支撑块9设置于推杆6与大垫块2或升降机构7之间，支撑块9连接大垫块2或升降机构7的一端为弧形面，支撑块9连接推杆6的一端设置平行的两根支腿，两根支腿分别穿过基座8并与基座8上的滑道两端的外壁滑动连接；环形座由与16个水平伸缩机构依次对应的16个基座8环向排列得到，基座8靠近大垫块2或小垫块3的一端设置相对于花盘1径向延伸并贯穿基座8的通孔作为限位孔，基座8上设置滑道，滑道由推力气缸4的活塞杆下部相对于花盘1径向向外延伸至与限位孔联通，连杆5位于滑道内且相对滑道内壁平行设置；推杆6的尾端与连杆5的铰接处的铰接轴的两端与滑道内壁滑动连接；基座8与支撑块9之间设置顶紧机构，如图10至12所示，顶紧机构包括安装座10a、下顶紧螺母10b、销轴10c、调节螺杆10d、上顶紧螺母10e，安装座10a安装于基座8靠近支撑块9的一端，安装座10a上设置通槽；下顶紧螺母10b的下端带有一体式连接的柱体，下顶紧螺母10b的柱体嵌设于安装座10a上的通槽内，销轴10c从外向里依次穿过通槽壁与柱体以将下顶紧螺母10b安装于安装座10a上，调节螺杆10d一端与下顶紧螺母10b螺接，另一端与上顶紧螺母10e螺接；
如图8、9所示，升降机构7包括三位气缸7a、连接块7b，三位气缸7a的缸体固定于水平伸缩机构的推杆6首端且相对于花盘1的上盘面垂直设置，连接块7b设置于三位气缸7a的活塞杆的端部，小垫块3固设于连接块7b上远离花盘1中部的一端。
本实施例提供的管段内撑装置，使用时，将其用于撑紧管段时，对应大垫块的推力气缸启动并通过连杆、推杆推动大垫块沿花盘的上盘面径向向外移动至撑紧于管段内壁上，此时，相邻大垫块之间形成锥形空缺，控制三位气缸使小垫块相对于花盘的上盘面上升至相对高于大垫块的位置处，启动与小垫块对应的推力气缸推动小垫块相对于花盘的上盘面径向向外移动至与管段内壁接触处，然后三位气缸收缩以带动小垫块填充于大垫块之间的空缺处，大垫块、小垫块顶紧管体内壁；转动顶紧机构的下顶紧螺母的柱体至使调节螺杆的两端分别与基座、支撑块对应，此时，上顶紧螺母与支撑块位置适配，然后转动调节螺杆与上顶紧螺母至使上顶紧螺母与支撑块接触并顶紧支撑块；当需要拆下本装置时，先转动调节螺杆与上顶紧螺母使之松弛，然后将顶紧机构转回至原位，再通推力气缸驱动推杆将大垫块与小垫块拉回即可拆下本装置。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种管段内撑装置，其特征在于，包括花盘、大垫块、小垫块、水平伸缩机构、升降机构；若干水平伸缩机构依次周向均布于花盘的上盘面上且相对于花盘径向伸缩；所述大垫块、小垫块为分别与水平伸缩机构的伸缩端连接的弧形片，大垫块的弧长长于小垫块的弧长，所述大垫块与小垫块依次间隔对接以构成套设于花盘外部的环形垫圈，其中，所述大垫块的两端分别与小垫块对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递减的锥形端部，所述小垫块两端分别与大垫块对接处的端部是沿其轴线由下向上的方向递增的倒锥形端部；所述升降机构安装于小垫块与水平伸缩机构的伸缩端之间，所述小垫块与升降机构的升降端连接；
所述水平伸缩机构包括推力气缸、连杆、推杆；若干推力气缸周向均布于花盘上部，推力气缸的缸体垂直设置，推力气缸的活塞杆相对于花盘上盘面轴向靠近或远离；花盘的上盘面的气缸与环形垫圈之间设置环形座，环形座上设置若干限位孔；推杆的首端作为伸缩端与大垫块或升降机构连接，尾端径向延伸至穿过环形座上的限位孔；连杆的一端与推杆的尾端铰接，另一端沿花盘上盘面径向延伸并与推力气缸的活塞杆铰接；
所述环形座由与若干水平伸缩机构依次对应的若干基座环向排列得到，所述基座靠近大垫块或小垫块的一端设置相对于花盘径向延伸并贯穿所述基座的通孔作为限位孔，所述基座上设置滑道，所述滑道由推力气缸的活塞杆下部相对于花盘径向向外延伸至与限位孔联通，所述连杆位于滑道内且相对滑道内壁平行设置；所述推杆的尾端与连杆的铰接处的铰接轴的两端与滑道内壁滑动连接。
2.根据权利要求1所述的管段内撑装置，其特征在于，所述水平伸缩机构还包括支撑块，所述支撑块设置于推杆与大垫块或升降机构之间，所述支撑块连接大垫块或升降机构的一端为弧形面，所述支撑块连接推杆的一端设置平行的两根支腿，所述两根支腿分别穿过所述基座并与基座上的滑道两端的外壁滑动连接。
3.根据权利要求2所述的管段内撑装置，其特征在于，所述基座与支撑块之间设置顶紧机构，所述顶紧机构包括安装座、下顶紧螺母、销轴、调节螺杆、上顶紧螺母，所述安装座安装于基座靠近支撑块的一端，安装座上设置通槽；下顶紧螺母的下端带有一体式连接的柱体，下顶紧螺母的柱体嵌设于安装座上的通槽内，所述销轴从外向里依次穿过通槽壁与柱体以将下顶紧螺母安装于安装座上，所述调节螺杆一端与下顶紧螺母螺接，另一端与上顶紧螺母螺接。
4.根据权利要求2所述的管段内撑装置，其特征在于，若干水平移动机构的支撑块依次对接形成环形支撑圈。
5.根据权利要求1所述的管段内撑装置，其特征在于，所述推力气缸外部设置支撑架。
6.根据权利要求1所述的管段内撑装置，其特征在于，所述升降机构包括三位气缸、连接块，所述三位气缸的缸体固定于水平伸缩机构的伸缩端且相对于花盘的上盘面垂直设置，所述连接块设置于所述三位气缸的活塞杆的端部，所述小垫块固设于所述连接块上远离花盘中部的一端。
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