CN112091390A - 一种高可靠的管道等离子开孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高可靠的管道等离子开孔装置，包括云台组件、摆臂组件、滑轨组件和切割组件，云台组件包括云台支撑盘、中空旋转台和转台，摆臂组件包括摆臂和支架板，摆臂水平固定在转台上，支架板垂直固定在摆臂上，滑轨组件竖向安装在支架板上，切割组件包括与滑轨组件连接的转接座，转接座的中部固定有等离子切割枪，等离子切割枪的一侧设有激光测距仪，等离子切割枪的另一侧设有摄像仪或红外线测距仪，等离子切割枪和激光测距仪到中空旋转台轴线的垂直距离相等。其具有结构紧凑、重量轻、开孔速度快、功能性强、可靠性高的优点，可有效提高作业效率，降低使用维护成本和劳动强度。

Description

一种高可靠的管道等离子开孔装置

技术领域

本发明涉及一种管道开孔装置，具体涉及一种基于等离子切割且具有纠错功能的管道开孔装置。

背景技术

在燃气管网的运营管理过程中，经常需要进行接切改线作业，而管道开孔是接切改线的重要工序。目前本领域采用的管道开孔机主要为筒刀式开孔机，其在实际应用中存在着诸多问题，主要表现在以下方面：1、产品较为笨重，需专门配备液压站，安装、运输均不方便；2、开孔效率低，开一次孔往往需要耗费几个小时的时间，且需要多人配合完成，劳动强度大；3、筒刀磨损速度快，使用、维护成本较高；4、开孔直径具有一定的局限性，对于大口径的开孔需求往往不能满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高可靠的管道等离子开孔装置，其具有结构紧凑、重量轻、开孔速度快、功能性强、可靠性高的优点，可有效提高作业效率，降低使用维护成本和劳动强度。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供的一种高可靠的管道等离子开孔装置，包括云台组件、摆臂组件、滑轨组件和切割组件，所述云台组件包括云台支撑盘和固定在云台支撑盘上的中空旋转台，中空旋转台的转盘同轴固定有中空的转台，所述摆臂组件包括摆臂和支架板，摆臂水平固定在转台上，支架板垂直固定在摆臂上，所述滑轨组件竖向安装在支架板上，所述切割组件包括与滑轨组件连接的转接座，转接座的中部固定有等离子切割枪，等离子切割枪的一侧设有激光测距仪，等离子切割枪的另一侧设有摄像仪或红外线测距仪，等离子切割枪和激光测距仪到中空旋转台轴线的垂直距离相等。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，还包括废料提取组件，所述废料提取组件包括支撑管、电磁铁和开关支撑盘，支撑管的上端穿过摆臂、转台和中空旋转台并与云台支撑盘固定连接，电磁铁和开关支撑盘通过弹性缓冲件安装在支撑管的下端，开关支撑盘上安装有多个分布在电磁铁周围的接近开关。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述弹性缓冲件包括管螺帽、套管、连杆、弹簧和六角柱，管螺帽通过螺纹旋装在支撑管的下端，套管穿过管螺帽的底壁，套管的外壁在管螺帽底壁的上侧位置设有第一限位台，套管的内壁上半部设有第二限位台，连杆穿过套管，连杆的下半部设有处于套管中的第三限位台，连杆的下端设有第四限位台，连杆的上端设有处于套管上侧的第五限位台，弹簧套在连杆上，弹簧的上下端对应顶压在第二限位台和第三限位台上，六角柱的上端通过螺纹孔旋装在连杆的下端；所述电磁铁的顶部通过螺纹孔旋装在与六角柱一体的螺纹柱上，所述开关支撑盘与套管的下端固定连接。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述套管的上端设有对称的限位槽，所述连杆上设有处于限位槽中的限位块。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述滑轨组件包括基座、导轨、滑块、电机、丝杠和滑台，基座固定在支架板上，基座的上下端对应固定有上端板和下端板，导轨固定在基座上，滑块卡装在导轨上并使两者滑动配合，电机固定在上端板和摆臂之间，丝杠的下端通过轴承安装在下端板上，丝杠的上端通过联轴器与电机的轴出轴连接，滑台分别与滑块和转接座固定连接，滑台中设有与丝杠配合的螺母。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述基座的一侧通过第一固定条安装有轴向光电开关，所述滑台上固定有与轴向光电开关配合的轴向挡片。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述基座的另一侧通过第二固定条安装有上限位开关和下限位开关，所述滑台上固定有与上限位开关和下限位开关配合的挡块。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述接近开关沿开关支撑盘的周向均匀设有四个，开关支撑盘上还安装有与电磁铁配合的冗余限位开关。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述支撑管的上端贯穿云台支撑盘，支撑管上设有多个穿线孔。

进一步的，本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置，其中，所述等离子切割枪通过夹具和卡扣固定在转接座上，所述激光测距仪通过转接板固定在转接座的一侧，所述摄像仪或红外线测距仪通过转接板固定在转接座的另一侧。

本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置云台组件、摆臂组件、滑轨组件和切割组件，使云台组件设置云台支撑盘和固定在云台支撑盘上的中空旋转台，在中空旋转台的转盘上同轴固定中空的转台，使摆臂组件设置摆臂和支架板，将摆臂水平固定在转台上，将支架板垂直固定在摆臂上，将滑轨组件竖向安装在支架板上，使切割组件设置与滑轨组件连接的转接座，在转接座的中部固定等离子切割枪，在等离子切割枪的一侧设置激光测距仪，在等离子切割枪的另一侧设置摄像仪或红外线测距仪，并使等离子切割枪和激光测距仪到中空旋转台轴线的垂直距离相等。由此就构成了一种高可靠的管道等离子开孔装置。在实际应用中，将开孔装置通过云台支撑盘与开孔机中的升降装置连接。开孔作业时，首先通过控制升降装置将开孔装置从连箱中下移至焊接管件中，下移到位后停止升降装置。然后通过控制中空旋转台和滑轨组件使等离子切割枪和激光测距仪移动到设定的初始位置。接着通过控制中空旋转台使摆臂组件、滑轨组件及等离子切割枪和激光测距仪旋转一周，并通过激光测距仪扫描切割路径。随后启动等离子切割枪，让中空旋转台以设定的速度转动一周，并根据切割路径控制等离子切割枪与管壁的距离，管壁切割完成后停止中空旋转台、滑轨组件及等离子切割枪。最后通过控制升降装置将开孔装置上移至连箱后即可进行后续工序。本发明通过采用等离子切割进行管道开孔，与传统的筒刀开孔相比大大提高了开孔速度和工作效率，且能有效降低开孔机的整体重量及使用维护成本，经实际应用表明，采用等离子切割开一次孔仅需几分钟即可完成。通过采用激光测距仪进行切割路径扫描，并使激光测距仪与等离子切割枪到中空旋转台轴线的垂直距离相等，利用两者的夹角、高度差及中空旋转台的转速，很容易通过控制滑轨组件使等离子切割枪到管壁的距离保持在工作距离范围内，提高了控制的便利性和切割的可靠性。通过设置摄像仪或红外线测距仪，在切割开孔过程中当出现故障中断切割或因误差未将管壁完全切断时，可快速查找未切割位置，确定位置后将等离子切割枪定位到该位置并进行再次切割即可实现纠错目的，提高了开孔装置的功能性、可靠性及实用性。采用摄像仪时可通过人工查找未切割位置，并进行等离子切割枪定位；采用红外线测距仪时应使其与等离子切割枪到中空旋转台轴线的垂直距离相等，以便通过旋转中空旋转台使红外线测距仪沿着切割路径检测距离，切割后区域的距离检测值较大，而未切割或未切透区域的距离检测值会明显变小，通过这种区别即可快速确定未切割位置及区域。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置的正视图；

图2为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置的左视图；

图3为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置的右视图；

图4为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置的立体图一；

图5为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置的立体图二；

图6为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中云台组件的立体图一；

图7为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中云台组件的立体图二；

图8为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中滑轨组件的正视图；

图9为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中滑轨组件的立体图；

图10为图8中的A-A向视图；

图11为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中切割组件的立体图一；

图12为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中切割组件的立体图二；

图13为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中废料提取组件的正视图；

图14为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中废料提取组件的立体图；

图15为图13中的B-B向视图；

图16为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中弹性缓冲件的正视图；

图17为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中弹性缓冲件的左视图；

图18为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置中弹性缓冲件的立体图；

图19为图17中的C-C向视图；

图20为本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置的安装使用状态示意图。

具体实施方式

首先需要说明的，本发明中所述的上、下、左、右、前、后等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案及请求保护范围进行的限制。

如图1至图20所示本发明一种高可靠的管道等离子开孔装置的具体实施方式，包括云台组件1、摆臂组件2、滑轨组件3和切割组件4。使云台组件1设置云台支撑盘11和固定在云台支撑盘11上的中空旋转台12，并在中空旋转台12的转盘同轴固定中空的转台13。使摆臂组件2设置摆臂21和支架板22，将摆臂21水平固定在转台13上，将支架板22垂直固定在摆臂21上，将滑轨组件3竖向安装在支架板22上。使切割组件4设置与滑轨组件3连接的转接座41，在转接座41的中部固定等离子切割枪42，在等离子切割枪42的一侧设置激光测距仪43，在等离子切割枪42的另一侧设置摄像仪或红外线测距仪44，并使等离子切割枪42和激光测距仪43到中空旋转台12轴线的垂直距离相等。

通过以上结构设置就构成了一种高可靠的管道等离子开孔装置。在实际应用中，将开孔装置通过云台支撑盘11与开孔机中的升降装置100连接。开孔作业时，首先通过控制升降装置将开孔装置从连箱200中下移至焊接管件400中，下移到位后停止升降装置。然后通过控制中空旋转台12和滑轨组件3使等离子切割枪42和激光测距仪43移动到设定的初始位置。接着通过控制中空旋转台12使摆臂组件2、滑轨组件3及等离子切割枪42和激光测距仪43旋转一周，并通过激光测距仪43扫描切割路径。随后启动等离子切割枪42，让中空旋转台12以设定的速度转动一周，并根据切割路径控制等离子切割枪42与管壁的距离，管壁切割完成后停止中空旋转台12、滑轨组件3及等离子切割枪42。最后通过控制升降装置将开孔装置上移至连箱后即可进行后续工序。本发明通过采用等离子切割进行管道开孔，与传统的筒刀开孔相比大大提高了开孔速度和工作效率，且能有效降低开孔机的整体重量及使用维护成本，经实际应用表明，采用等离子切割开一次孔仅需几分钟即可完成。通过采用激光测距仪43进行切割路径扫描，并使激光测距仪43与等离子切割枪42到中空旋转台12轴线的垂直距离相等，利用两者的夹角、高度差及中空旋转台12的转速，很容易通过控制滑轨组件3使等离子切割枪42到管壁的距离保持在工作距离范围内，提高了控制的便利性和切割的可靠性。通过设置摄像仪或红外线测距仪44，在切割开孔过程中当出现故障中断切割或因误差未将管壁完全切断时，可快速查找未切割位置，确定位置后将等离子切割枪定位到该位置并进行再次切割即可实现纠错目的，提高了开孔装置的功能性、可靠性及实用性。采用摄像仪时可通过人工查找未切割位置，并进行等离子切割枪定位；采用红外线测距仪时应使其与等离子切割枪42到中空旋转台12轴线的垂直距离相等，以便通过旋转中空旋转台使红外线测距仪沿着切割路径检测距离，切割后区域的距离检测值较大，而未切割或未切透区域的距离检测值会明显变小，通过这种区别即可快速确定未切割位置及区域。需要说明的是，所述扫描切割路径是指激光测距仪旋转一周并检测、记录管壁距离；所述转接座41与滑轨组件3连接是指转接座41与滑轨组件3的滑动部件连接；开孔作业时，开孔机的连箱200是通过闸板阀300安装在焊接管件400上的，而焊接管件400是焊接在待开孔的管道500上的。

作为优化方案，本具体实施方式还设置了废料提取组件5。废料提取组件5具体包括支撑管51、电磁铁52和开关支撑盘53。让支撑管51的上端依次穿过摆臂21、转台13和中空旋转台12并与云台支撑盘11固定连接，将电磁铁52和开关支撑盘53通过弹性缓冲件安装在支撑管51的下端，并在开关支撑盘53上安装多个分布在电磁铁52周围的接近开关54。通过设置废料提取组件5，并使电磁铁52和开关支撑盘53通过弹性缓冲件安装在支撑管51上，增强了开孔装置的功能性，且在开孔装置下移过程中可有效避免电磁铁52被管壁挤压损坏，提高了安全可靠性。在实际应用中，支撑管51是与中空旋转台12同轴设置的，并与摆臂21、转台13和中空旋转台12间隙配合，以免影响中空旋转台12的旋转动作，且使废料提取组件5保持稳定状态。通过在电磁铁52的周围设置多个接近开关54，当下移到位后接近开关54就会触发信号，提高了控制的便利性和安全性。

作为具体实施方式，本发明使弹性缓冲件采用了以下结构：包括管螺帽55、套管56、连杆57、弹簧58和六角柱59。将管螺帽55通过螺纹旋装在支撑管51的下端，使套管56穿过管螺帽55的底壁，并在套管56的外壁上且处于管螺帽55底壁的上侧位置设置第一限位台561，在套管56的内壁上半部设置第二限位台562。让连杆57穿过套管56，并在连杆57的下半部设置处于套管56中的第三限位台571，在连杆57的下端设置第四限位台572，在连杆57的上端设有处于套管56上侧的第五限位台573。将弹簧58套在连杆57上，并使弹簧58的上下端对应顶压在第二限位台562和第三限位台571上。将六角柱59通过其上端的螺纹孔旋装在连杆57的下端。其中，电磁铁52通过其顶部的螺纹孔旋装在与六角柱59一体的螺纹柱上，开关支撑盘53与套管56的下端固定连接。这一结构的弹性缓冲件具有结构简单、拆装方便、缓冲效果好、适应性强的优点。在开孔装置下移过程中，通过弹簧58的弹性缓冲作用可避免电磁铁52被管壁挤压损坏，提高了安全可靠性；且套管56与管螺帽55之间通过第一限位台561搭接的方式，能有效避免管壁对接近开关54造成挤压损坏，增强了安全性。作为优化方案，本具体实施方式在套管56的上端设置了对称的限位槽，在连杆57上设置了处于限位槽中的限位块574。通过限位槽与限位块574的配合可防止电磁铁52和开关支撑盘53相对转动，增强了结构的稳定性。

作为具体实施方式，本发明使滑轨组件3采用了以结构形式：包括基座31、导轨32、滑块33、电机34、丝杠35和滑台36。让基座31固定在支架板22上，并在基座31的上下端对应设置固定的上端板311和下端板312。将导轨32固定在基座31上，让滑块33卡装在导轨32上并使两者滑动配合。将电机34固定在上端板311和摆臂21之间。将丝杠35的下端通过轴承37安装在下端板312上，让丝杠35的上端通过联轴器38与电机34的轴出轴连接。让滑台36分别与滑块33和转接座41固定连接，并在滑台36中设置与丝杠35配合的螺母39。这一结构的滑轨组件3具有装配方便、传动平稳的优点，在电机34驱动丝杠35旋转的过程中，通过螺母39与丝杠35的配合即可使滑台36、滑块33及转接座41沿导轨32上下滑动。需要说明的是，在实际应用中本发明通常采用铝型材制作基座31，以简化制备工艺，减小重量，但基座31并不限于此种结构形式。

作为优化方案，本具体实施方式在基座31的一侧通过第一固定条313安装了轴向光电开关314，在滑台36上设置了与轴向光电开关314配合的轴向挡片361。通过轴向光电开关314与轴向挡片361的配合，可对等离子切割枪42和激光测距仪43进行轴向定位，以便确定其轴向初始位置，提高了控制的便利性和精确性。需要说明的是，在实际应用中本发明还在云台支撑盘11和摆臂21上设置了相互配合的径向光电开关(图中未示出)和径向挡片(图中未示出)，以便对等离子切割枪42和激光测距仪43进行径向定位。为实现对滑轨组件3的上下移动范围进行限制，以免移动超限造成有关部件损坏，本具体实施方式在基座31的另一侧通过第二固定条315安装了上限位开关316和下限位开关317，在滑台36上设置了与上限位开关316和下限位开关317配合的挡块362。

作为具体实施方式，本发明使接近开关54沿开关支撑盘53的周向均匀设置了四个，以提高触发信号的可靠性，但并不限于四个，还可以根据具体需要设置其他数量的接近开关。为增强安全可靠性，本具体实施方式还在开关支撑盘53上安装了与电磁铁52配合的冗余限位开关510，当接近开关失效或出现故障下移动作没有停止时，冗余限位开关510会与电磁铁52接触并触发信号，此时通过强行停止升降装置可实现安全保护目的。

需要说明的是，在实际应用中本发明让支撑管51的上端贯穿云台支撑盘11，并在支撑管51上设置了多个穿线孔，以便于走线。作为具体固定方式，本发明通常采用夹具421和卡扣422将等离子切割枪42固定在转接座41上，而将激光测距仪43通过转接板固定在转接座41的一侧，将摄像仪或红外线测距仪44通过转接板固定在转接座41的另一侧。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高可靠的管道等离子开孔装置，包括云台组件(1)、摆臂组件(2)、滑轨组件(3)和切割组件(4)，其特征在于，所述云台组件(1)包括云台支撑盘(11)和固定在云台支撑盘(11)上的中空旋转台(12)，中空旋转台(12)的转盘同轴固定有中空的转台(13)，所述摆臂组件(2)包括摆臂(21)和支架板(22)，摆臂(21)水平固定在转台(13)上，支架板(22)垂直固定在摆臂(21)上，所述滑轨组件(3)竖向安装在支架板(22)上，所述切割组件(4)包括与滑轨组件(3)连接的转接座(41)，转接座(41)的中部固定有等离子切割枪(42)，等离子切割枪(42)的一侧设有激光测距仪(43)，等离子切割枪(42)的另一侧设有摄像仪或红外线测距仪(44)，等离子切割枪(42)和激光测距仪(43)到中空旋转台(12)轴线的垂直距离相等。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，还包括废料提取组件(5)，所述废料提取组件(5)包括支撑管(51)、电磁铁(52)和开关支撑盘(53)，支撑管(51)的上端穿过摆臂(21)、转台(13)和中空旋转台(12)并与云台支撑盘(11)固定连接，电磁铁(52)和开关支撑盘(53)通过弹性缓冲件安装在支撑管(51)的下端，开关支撑盘(53)上安装有多个分布在电磁铁(52)周围的接近开关(54)。

3.根据权利要求2所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述弹性缓冲件包括管螺帽(55)、套管(56)、连杆(57)、弹簧(58)和六角柱(59)，管螺帽(55)通过螺纹旋装在支撑管(51)的下端，套管(56)穿过管螺帽(55)的底壁，套管(56)的外壁在管螺帽(55)底壁的上侧位置设有第一限位台(561)，套管(56)的内壁上半部设有第二限位台(562)，连杆(57)穿过套管(56)，连杆(57)的下半部设有处于套管(56)中的第三限位台(571)，连杆(57)的下端设有第四限位台(572)，连杆(57)的上端设有处于套管(56)上侧的第五限位台(573)，弹簧(58)套在连杆(57)上，弹簧(58)的上下端对应顶压在第二限位台(562)和第三限位台(571)上，六角柱(59)的上端通过螺纹孔旋装在连杆(57)的下端；所述电磁铁(52)的顶部通过螺纹孔旋装在与六角柱(59)一体的螺纹柱上，所述开关支撑盘(53)与套管(56)的下端固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述套管(56)的上端设有对称的限位槽，所述连杆(57)上设有处于限位槽中的限位块(574)。

5.根据权利要求4所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述滑轨组件(3)包括基座(31)、导轨(32)、滑块(33)、电机(34)、丝杠(35)和滑台(36)，基座(31)固定在支架板(22)上，基座(31)的上下端对应固定有上端板(311)和下端板(312)，导轨(32)固定在基座(31)上，滑块(33)卡装在导轨(32)上并使两者滑动配合，电机(34)固定在上端板(311)和摆臂(21)之间，丝杠(35)的下端通过轴承(37)安装在下端板(312)上，丝杠(35)的上端通过联轴器(38)与电机(34)的轴出轴连接，滑台(36)分别与滑块(33)和转接座(41)固定连接，滑台(36)中设有与丝杠(35)配合的螺母(39)。

6.根据权利要求5所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述基座(31)的一侧通过第一固定条(313)安装有轴向光电开关(314)，所述滑台(36)上固定有与轴向光电开关(314)配合的轴向挡片(361)。

7.根据权利要求6所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述基座(31)的另一侧通过第二固定条(315)安装有上限位开关(316)和下限位开关(317)，所述滑台(36)上固定有与上限位开关(316)和下限位开关(317)配合的挡块(362)。

8.根据权利要求7所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述接近开关(54)沿开关支撑盘(53)的周向均匀设有四个，开关支撑盘(53)上还安装有与电磁铁(52)配合的冗余限位开关(510)。

9.根据权利要求7所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述支撑管(51)的上端贯穿云台支撑盘(11)，支撑管(51)上设有多个穿线孔。

10.根据权利要求7所述的一种高可靠的管道等离子开孔装置，其特征在于，所述等离子切割枪(42)通过夹具(421)和卡扣(422)固定在转接座(41)上，所述激光测距仪(43)通过转接板固定在转接座(41)的一侧，所述摄像仪或红外线测距仪(44)通过转接板固定在转接座(41)的另一侧。

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