CN110586716B - 一种多圆弧管材热煨成型用伸缩摇臂、弯管设备及弯管工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多圆弧管材热煨成型用伸缩摇臂、弯管设备及弯管工艺，包括直管推进装置、热煨弯管机头、转换夹具、伸缩牵引摇臂和承管车；管材吊装到直管推进装置内，该装置推动钢管穿过热煨弯管机头，弯管机头的高频电磁感应线圈加热钢管至可塑状态，由伸缩式摇臂牵引软化后的钢管转动形成圆弧，摇臂转动半径根据圆弧管材多曲率半径要求伸缩变化，牵引直管时使用直管夹具，牵引弯管时采用弯管夹具，已成型的管材由带有万向轮的承管车拖动，重复推进‑弯管‑调整摇臂与夹具‑继续弯管，最终实现多曲率半径管材的一次成型。该发明通过改变原有的工艺装置和工序，提供一种对多曲率半径圆弧管材一次精确热煨成型的工艺，从而达到了提高生产效率，保证了产品质量的目的。

Description

一种多圆弧管材热煨成型用伸缩摇臂、弯管设备及弯管工艺

技术领域

本发明属于管材成型加工领域，具体涉及一种多圆弧管材热煨成型用伸缩摇臂、弯管设备及弯管工艺，适用于圆钢管、方钢管及其他截面型式的钢管。

背景技术

随着我国经济发展对隧道巷道支护要求的提高，对管件的的使用越来越多，弯管作为管件的关键组成之一，它的制备工艺对支架支护的发展起着至关重要的作用，热煨弯管以其生产效率高，劳动强度低的特点，其工艺被广泛采用。钢管混凝土支架作为一种高强支护结构，在隧道或巷道等地下工程支护中应用越来越广。依据隧道或巷道等地下工程断面设计的钢管支架，钢管直径一般在168mm到273mm之间选取，支架一般分4-6段，对于浅底拱圆形、马蹄形或椭圆形支架的分段，分段通常为多个曲率半径共存的圆弧段，普通热煨方法采用直板夹具夹持钢管，因牵引摆臂不能灵活伸缩，调整弯管半径工艺复杂，为降低弯管的总时长，一根直钢管每次只能弯一种曲率半径，一批次直钢管统一热煨弯制一种半径后，调整牵引摆臂位置，再逐根吊装已经弯制了一种半径的钢管，继续弯制下一种曲率半径的圆弧，如此支架的多半径圆弧段需要分多次热煨弯制。弯制期间需要多次装卸钢管，两次弯制的间隔时间长，第二次弯制并不能完全找对上次弯制的末位点；无论直管还是弯管均采用直板夹具，直板夹具夹持弯管时，半径测量精度不易控制，种种原因最终导致多圆弧弯管成型效果差，支架闭合安装时接头处的拼接误差大，整个支架断面扭曲，甚至出现无法安装到位的问题。本发明为解决这一问题，提出一种改变原有弯管工序以及提高弯管精度和效率的一种新型伸缩摇臂、转换夹具及热煨弯管工艺方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种多圆弧管材热煨成型用伸缩摇臂、弯管设备及弯管工艺，在于解决目前多曲率半径钢管圆弧段难以热煨成型，或成型后存在误差大，无法达到安装标准的问题。通过改变原有的工艺装置和工序，提供一种对多曲率半径圆弧管一次精确热煨成型的工艺，从而达到了提高生产效率，保证了产品质量的目的。

一种多圆弧管材热煨成型用伸缩摇臂，其特征在于，包括机体，摇臂柱，摇臂和夹持单元；

所述机体的至少一部分嵌入地面，所述摇臂柱向上伸出机体，所述摇臂垂直于所述摇臂柱可转动地安装，并可沿着所述摇臂柱前后方向移动以调节摇臂半径，所述机体内设置有驱动机构，驱动机构可驱动摇臂柱沿机体长度方向移动，所述摇臂前端连接有夹持型钢的夹持单元。

本发明的一种优选实施方式，所述驱动机构为齿轮链条机构，液压机构或丝杠螺母机构。

本发明的一种优选实施方式，所述机体壳体上开设有长条滑槽，所述摇臂柱在长条滑槽内滑动，并下端安装在驱动机构的执行部件上。

本发明的一种优选实施方式，所述齿轮链条机构包括设置机体两端部的齿轮，环绕两齿轮的链条，固定在下侧链条的隔板；所述摇臂柱的下端与固定板固定可在隔板上滑动；或者所述液压机构包括液压缸和伸缩摇臂，所述摇臂柱的底端与所述机体底部通过滑轨方式滑动连接，所述伸缩摇臂与机体内的摇臂柱固定连接。或者所述丝杠螺母机构包括设置在机体内一端的电机和丝杠，所述丝杠安装在电机驱动端，所述摇臂柱的下端固定有螺母，所述丝杠与螺母传动连接。

本发明的一种优选实施方式，所述摇臂柱的顶端转动连接有穿臂环，所述穿臂环内设置有滑动念珠，所述摇臂穿设在穿臂环内并通过驱动电机驱动所述摇臂前后方向移动。

本发明的一种优选实施方式，所述夹持单元包括两个固定夹具,夹具杆和转换结，两个所述固定夹具成90度夹角和转换结一体相连，夹具杆上与摇臂连接位置处设有穿孔，夹具依靠转化结可绕轴转动，使用时根据需要选择所需夹具，转动至与摇臂呈直线并且两者穿孔位置重合时，通过用螺栓结合夹具固定板的穿孔拧紧固定夹具位置。

本发明的一种优选实施方式，两个夹具分别为直夹具和弧形夹具，夹具靠油缸推动楔铁夹紧，所述夹具内测附加一层钢丝层软垫。

本发明的一种优选实施方式，所述夹具包括上夹具单元和下夹具单元，上下夹具单元均设置有耳板，耳板上开设有固定孔。

本发明的一种优选实施方式，还包括一种多圆弧型钢热煨成型弯管机，包括直管推进装置，热煨弯制机，如权利要求-任一项所述的伸缩摇臂和承管车；直管推进装置推动型钢在热煨弯制机内移动，经过导向辊和感应线圈加热，所述伸缩摇臂通过摇臂的伸缩实现多曲率半径型钢的一次成型，成型后的型钢承载在承管车上。

本发明的一种优选实施方式，还包括一种多圆弧管材热煨成型弯管机的弯管工艺，包括如下步骤：

第一步，弯管开始前，根据钢管支架设计方案，选择合适型号和长度的型钢，在直钢管上对每段圆弧段做分段标记，运用抬管机吊装钢管到弯管机上，将钢管调整到合适位置为弯管做准备；

第二步，打开电动伸缩摇臂，调整摇臂柱，根据钢管所需曲率调整摇臂到合适长度，摇臂调整到出口端；

第三步，将直管推进装置的感应线圈套在型钢待弯部分上，用直夹具固定住钢管，给感应线圈通电，使其产生高频电磁波加热钢管；

第四步，当型钢温度升高到塑性状态时，在钢管后端用直管推进装置推动钢管向前运动，伸缩摇臂牵引钢管转动，弯制出的钢管迅速用水冷却,边加热、边推进、边弯制、边冷却，不断将钢管弯制出来，当钢管弯至第一分段标记后停机，同时水冷钢管30秒恢复钢管强度；

第五步，松开夹具，快速调整摇臂位置到第二个所需半径位置，根据第二段是否与弧线段相接选择夹具，如果第二段与第一段之间存在直线段，依旧使用直夹具，如果第一段与第二段没有直线段，更换夹具为弧形夹具，摇臂重新调整回出口端，利用夹具夹住第二段前端，固定住钢管；

第六步，再次给感应线圈通电，使其产生高频电磁波加热钢管，重复第四步弯制第二分段钢管；当弯制到达第二个标记点后再次停机，同时水冷钢管30秒恢复钢管强度；

重复上述第五、六步进行后续弯制工作，直至所有半径圆弧全部弯制完成；

在此过程中，弯出的钢管由承管车支撑，承管车底部有万向橡胶轮，可以实现任意方向移动，保护弯制成型后不发生破坏。

本发明至少具有以下有益效果：

1、本发明提出了多曲率半径圆弧管材一次精确热煨成型工艺方法，适用于浅底拱圆形，马蹄形或椭圆形等存在数段不同半径弧形段的支架，可以弯制圆钢管、方钢管及其他截面型式的管材，管材可一次煨制成型，和当前煨制工艺比，提高生产效率和减小煨制误差，保证了产品质量。

2、本发明提出了完整的摇臂半径调整方式，设计齿轮链条、液压或丝杠螺母驱动摇臂结构。驱动机构带动与固定板螺栓连接的摇臂柱移动，完成摇臂半径变化。

3、本发明提出了适用于不同情况的弯制夹具，设计可转换的夹具，由两种夹具、转换结和固定板组成，直管夹具应用于直线形式弯制，弧形夹具适用于弧形弯制，保护已经完成的弯管，防止弧形钢管被传统直夹具固定导致成型精度差。

4、本发明提出了完整的钢管一次煨制施工工艺，具体地，先选择合适型号的钢管，根据产品要求形式在直钢管上做分段标记，吊装钢管到弯管机上，调整摇臂到所需半径，在钢管上套上感应线圈，利用夹具固定型钢，开机煨制第一个半径圆弧段，到第一分段后停机，水冷型钢后，松开夹具，调整摇臂和夹具适应第二个半径圆弧段所需要的要求，继续开机煨制第二个分段，到达第二分段后，再次停机，重复第二段的煨制过程，进行第三段圆弧的煨制，直到所有圆弧段煨制结束。在此过程中，弯出的钢管由承管车支撑，承管车底部有万向橡胶轮，可以实现任意方向移动。

附图说明

图1是本发明多圆弧管材热煨成型弯管机结构示意图；

图2是本发明伸缩摇臂结构示意图；

图3是本发明伸缩摇臂剖视图；

图4是本发明夹持单元结构示意图；

图5是本发明直夹具结构示意图；

图6是本发明弧形夹具结构示意图。

主要附图标记说明：

1-直管推进装置，2-热煨弯制机，3-导向辊，4-摇臂，5-感应线圈，6-正在弯制的钢管，7-穿臂环，8-摇臂柱稳定板，9-长条滑槽，10-夹持单元,11-已弯制完成的钢管，12-承管车，13-万向橡胶轮，14-地面，15-固定夹具，16-转换结，17-夹具固定板，18-穿孔，19-转换轴，20-摇臂柱，21-链条，22-外壳，23-传动转轴，24-第一齿轮，25-隔板，26-滑动念珠，27-螺栓，28-摇臂柱固定板，29-第二齿轮，30-直夹具上夹具单元，31-直夹具固定孔，32-直夹具下夹具单元，33-弧形夹具上夹具，34-弧形夹具固定孔，35-钢丝层软垫，36-弧形夹具下夹具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的说明。

(1)伸缩摇臂

如图所示，电动伸缩摇臂包括外壳22、摇臂柱20和摇臂4组成。其中外壳22上开设长条滑槽9(见图1)，摇臂柱稳定板8用于夹持并稳固摇臂柱20，防止其晃动；外壳22内部包括驱动机构，摇臂柱20包括隔板、柱身和穿臂环7；摇臂4前端固定有由直夹具和弧形夹具及转换结组成的夹具单元10。

如图2，电动机带动齿轮23,29转动，齿轮23,29带动链条21循环转动，链条21与固定板28连接，实现固定板(固定板上下被夹住，不会出现翻转或低头或翘头问题)前后移动动作，摇臂柱底连接板与固定板螺栓连接，由此固定板带动摇臂柱前后移动，臂杆夹具端固定，摇臂杆体可以在穿臂环7内前后移动(穿臂环7内有滑动念珠，并安装电动机，实现摇臂杆体前后移动，如此适应弯制型钢半径变化，杆体前后移动摩擦力小，且杆体不低头。同时穿臂环可在摇臂柱上转动)，实现摇臂半径变化。齿轮23,29上具有测量摇臂柱20位移量的传感器，可实现对摇臂半径(即弯管半径)的精准控制。电动机配减速机提供摇臂前后移动的动力。

(2)夹具单元

夹具单元10由两种夹具和转换结16组成，两个夹具成90度夹角(见图4)和转换结一体相连，夹具杆上与摇臂在同一位置穿孔。夹具依靠转化结可绕轴转动，使用时根据需要选择所需夹具，转动至与摇臂呈直线并且两者穿孔位置重合时，通过用长螺栓加固定板穿孔拧紧固定夹具位置。

两个夹具分别为直夹具和弧形夹具，夹具靠油缸推动楔铁夹紧，当被弯制段前端为直钢管时选择直夹具，当被弯制段前端为弧形段时选择弧形夹具，弧形夹具曲率半径2.5m,内测附加一层2-5mm的钢丝层软垫，提高其对于不同曲率半径弧形段的契合性。直夹具和弧形夹具夹住钢管后，用螺栓穿入穿孔，拧紧螺栓，将型钢与夹具固定在一起。

(3)弯管工艺

对有多种曲率半径的钢管圆弧段一次热煨成型的施工简单方便，运用电动伸缩摇臂和直管推进装置的协同作用，电动伸缩摇臂在每段弯制段弯制开始前固定钢管，调整钢管弯制半径，电动伸缩摇臂到位后开启直管推进装置加热、推进、弯制、冷却钢管，两者交替作用直到钢管弯制结束。以某大于四段不同曲率的钢管为例，整体工艺如下：

第一步，弯管开始前，根据钢管支架设计方案，选择合适型号和长度的钢管(无缝钢管或直缝钢管)，在直钢管上对每段圆弧段做分段标记。运用抬管机吊装钢管到弯管机上，将钢管调整到合适位置为弯管做准备。

第二步，打开电动伸缩摇臂，利用电机带动链条转动进而调整握臂柱，根据钢管所需曲率调整摇臂到合适长度，摇臂调整到出口端。

第三步，将直管推进装置的感应线圈套在钢管待弯部分上，用直管夹具固定住钢管，给感应线圈通电，使其产生高频电磁波加热钢管。

第四步，当钢管温度升高到塑性状态时，在钢管后端用机械推力推进，进行弯制，弯制出的钢管部分迅速用水冷却,这样边加热、边推进、边弯制、边冷却，不断将弯管弯制出来。当弯管弯至第一分段标记后停机，同时水冷钢管30秒恢复钢管强度。

第五步，松开夹具，快速调整摇臂位置到第二个所需半径位置，根据第二段是否与弧线段相接选择夹具，如果第二段与第一段之间存在直线段，依旧使用直管夹具，如果第一段与第二段没有直线段，更换夹具为弧形夹具，摇臂重新调整回出口端，利用夹具夹住第二段前端，固定住钢管。

第六步，再次给感应线圈通电，使其产生高频电磁波加热钢管，重复第四步弯制第二分段钢管。当弯制到达第二个标记点后再次停机，同时水冷钢管30秒恢复钢管强度。

重复上述第五、六步进行后续弯制工作，直至所有半径圆弧全部弯制完成。

在此过程中，弯出的钢管由承管车支撑，承管车底部有三个万向橡胶轮，可以实现任意方向移动，保护弯管成型后不发生破坏。

本专利除适用于圆钢管、方钢管和其他截面型式的管材外，还适用于工字钢和槽钢多圆弧弯曲。

伸缩摇臂除采用电动机带动链条旋转实现移动外，还可以使用液压千斤顶，液压缸或安装在摇臂握臂柱下方的电动机直接驱动等方式实现移动。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多圆弧管材热煨成型用伸缩摇臂，用于牵引钢管弯曲成型，其特征在于，包括机体，摇臂柱（20），摇臂（4）和夹持单元（10）；

所述机体的至少一部分嵌入地面（14），所述摇臂柱（20）向上伸出机体，所述摇臂垂直于所述摇臂柱（20）可转动地安装，并可沿着所述摇臂柱（20）前后方向移动以调节摇臂（4）转动半径，所述机体内设置有驱动机构，驱动机构可驱动摇臂柱（20）沿机体长度方向移动，所述摇臂（4）前端连接有夹持管材的夹持单元（10）；

所述摇臂柱（20）的顶端转动连接有穿臂环（7），所述穿臂环（7）内设置有滑动念珠（26），所述摇臂（4）穿设在穿臂环（7）内并通过驱动电机驱动所述摇臂（4）前后方向移动；

所述夹持单元（10）包括直管夹具和弯管夹具，夹具杆和转换结（16），两个所述直管夹具和弯管夹具成 90 度夹角和转换结（16）一体相连，夹具杆上与摇臂（4）连接位置处设有穿孔，夹具依靠转换 结（16）可绕轴转动，使用时根据需要选择所需夹具，转动至与摇臂（4）呈直线并且两者穿孔位置重合时，通过用螺栓结合夹具固定板（17）的穿孔（18）拧紧固定夹具位置。

2.如权利要求 1 所述的伸缩摇臂，其特征在于，所述驱动机构为齿轮链条机构，液压机构或丝杠螺母机构。

3.如权利要求 1 所述的伸缩摇臂，其特征在于，所述机体壳体上开设有长条滑槽（9），所述摇臂柱（20）在长条滑槽（9）内滑动，并且下端安装在驱动机构的执行部件上。

4.如权利要求 2 所述的伸缩摇臂，其特征在于，所述齿轮链条机构包括设置机体两端部的齿轮（24）、（29），环绕两齿轮（24）、（29）的链条（21），所述摇臂柱（20）的下端通过螺母与固定板（28）固定相连，进而通过固定板（28）与链条（21）相连，隔板（25）固定在机体外壳上，摇臂柱与固定板可在隔板上方通过链条拉动进而滑动；或者所述液压机构包括液压缸和伸缩杆，所述摇臂柱（20）的底端与所述机体底部通过滑轨方式滑动连接，所述伸缩杆前端与机体内的摇臂柱（20）固定连接；或者所述丝杠螺母机构包括设置在机体内一端的电机和丝杠，所述丝杠安装在电机驱动端，所述摇臂柱（20）的下端固定有螺母，所述丝杠与螺母传动连接。

5.如权利要求 1-4 任一项所述的伸缩摇臂，其特征在于，两个夹具靠油缸推动楔铁夹紧，所述夹具内测附加一层钢丝层软垫。

6.如权利要求 5 所述的伸缩摇臂，其特征在于，所述夹具包括上夹具单元和下夹具单元，上下夹具单元均设置有耳板，耳板上开设有固定孔（31）。

7.一种多圆弧管材热煨成型弯管机，其特征在于，包括直管推进装置（1），热煨弯制机（2），如权利要求 1-6 任一项所述的伸缩摇臂和承管车（12）；直管推进装置（1）推动钢管在热煨弯制机（2）内移动，经过导向辊（3）后在高频电磁感应线圈内（5）加热钢管至可塑状态，由伸缩式摇臂牵引软化后的钢管转动形成圆弧，摇臂转动半径根据圆弧管材多曲率半径要求伸缩变化，牵引直管时使用直管夹具，牵引弯管时采用弯管夹具，已成型的管材由带有万向轮的承管车（12）拖动，重复推进-弯管-调整摇臂与夹具-继续弯管，最终实现多曲率半径管材的一次成型。

8.一种采用权利要求7 中多圆弧钢管热煨成型弯管机的弯管工艺，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，弯管开始前，根据钢管混凝土支架设计方案，选择合适型号和长度的钢管，在直钢管上对每段圆弧段做分段标记，运用抬管机吊装钢管到弯管机上，将钢管调整到合适位置为弯管做准备；

第二步，打开电动伸缩摇臂，调整摇臂柱，根据钢管所需曲率调整摇臂到合适长度，摇臂调整到出口端；

第三步，将热煨弯管机上的感应线圈套在钢管待弯部分上，用直管夹具固定住钢管，给感应线圈通电，使其产生高频电磁波加热钢管；

第四步，当钢管温度升高到可塑状态时，在钢管后端用机械推力推进，进行弯制，弯制出的钢管部分迅速用水冷却, 边加热、边推进、边弯制、边冷却，不断将钢管弯制出来，当钢管弯至第一分段标记后停机，同时水冷钢管 30 秒恢复钢管强度；

第五步，松开夹具，快速调整摇臂位置到第二个所需半径位置，根据第二段是否与弧线段相接选择夹具，如果第二段与第一段之间存在直线段，依旧使用直管夹具，如果第一段与第二段没有直线段，更换夹具为弯管夹具，摇臂重新调整回出口端，利用夹具夹住第二段前端，固定住钢管；

第六步，再次给感应线圈通电，使其产生高频电磁波加热钢管，重复第四步弯制第二分段钢管；当弯制到达第二个标记点后再次停机，同时水冷钢管 30 秒恢复钢管强度；

重复上述第五、六步进行后续弯制工作，直至所有半径圆弧全部弯制完成；在此过程中，弯出的钢管由承管车支撑，承管车底部有万向橡胶轮，可以实现任意方向移动，保护弯制成型后不发生破坏。

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