CN113305223B - 基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装方法及装置 - Google Patents

基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装方法及装置，设置于壳体内的辊子通过外接离合驱动器实现螺旋进给，调整壳体与外接设备之间的垫圈使待扩管满足扩孔参数，装入滚珠后的辊子进入管道并向管内进给，辊子顺时针旋转且相对于壳体转动，使辊子与格栅内孔壁点接触扩孔且向纵深推进直至格栅全部扩孔，焊接管子端部与厚管格栅。本发明采用旋转驱动，实现单工步将管子固定到厚板格栅上，较现有CP步进式的扩孔器生产率高5倍以上。同时，由于将面接触转变为点接触，摩擦阻力减小，摩擦热也随之减少。

Description

基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装方法及装置
技术领域
本发明涉及的是一种机械制造领域的技术，具体是一种基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装方法及装置。
背景技术
目前在换热器中，广泛采用厚板格栅使用复合连接，在锥管一端预先扩口，插入管板预先加工孔中，扩口端与管板端部焊接，随后沿厚壁管板端部向纵深扩孔。焊接后径向扩孔有几个不同的方法，在所有已知的连接方式中，管子和管子格栅连接是最常见的。当采用脉冲方法时，存在以下问题：冲击波不能保证提供稳定的连接质量；爆炸连接会在连接管道内表面产生纵向裂纹，需要专门机器和场所进行爆炸连接工作。当采用液体压力扩孔时，存在以下问题：在增加管子和管板径向间隙时，无法把管子固定到管口；无法满足固定管道高精度和表面质量高要求，需要大型设备。还有一种方法是将管子固定到厚管板格栅端部焊接之后，用步进扩孔器扩口后固定两端，用加长调节步进扩孔器辊压长孔。该方法耗时长，因此，管道格栅越厚，必须采取的步骤越多，耗费更长的时间。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装方法及装置，能够通过单工步将管子固定到厚板格栅上。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装方法，对设置于壳体内的辊子通过外接摩擦离合驱动器实现螺旋进给，调整壳体与外接设备之间的垫圈使待扩管满足扩孔参数，装入滚珠后的辊子进入管道并向管内进给，辊子顺时针旋转且相对于壳体转动，从而向纵深推进直至管子与格栅全部扩孔紧密过盈贴合，焊接管子端部与厚管格栅。
所述的扩孔参数为扩孔后的管外径大于插入格栅的管子的管径1.5-2.5mm，优选为1.5mm。
本发明涉及一种实现所述方法的单工步换热器格栅安装装置，包括：设置于壳体内的辊子，以及摩擦离合驱动器、垫圈、长杆和制动器，其中：辊子轴与壳体连接，壳体与长杆连接，长杆又与摩擦离合驱动器的螺杆连接，垫圈设置于长杆与壳体之间，制动器设置于长杆上。
所述的摩擦离合驱动器采用电液装置及摩擦驱动。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用螺旋旋转驱动，螺旋旋转锥形辊珠掘进，使管内孔在压力下连续而局部变形，接触面积小，每次变形量小，实现单工步将管子固定到厚板格栅上，较现有CP步进式的扩孔器生产率高5倍以上。
附图说明
图1为本实施例的扩孔器部分结构示意图；
图中：a为长杆的结构示意图；b为壳体的结构示意图；
图2为离合驱动器的结构示意图；
图中：辊轴及辊子1、螺杆2、离合器3、摩擦块4、壳体5、支架6、摩擦盘7、液压缸8、垫圈9、长杆10、制动器11、飞轮12、滚子轴14。
图3为本实施例的方法示意图；
图中：a为连接过程的开始示意图；b为连接过程的结束示意图；
图4为内孔直径的示意图；
图5为内孔格栅完成扩孔的示意图；
具体实施方式
本实施例将直径为19mm、壁厚为3.5mm的TA1钛管固定至厚500mm的厚管格栅内，采用加工中心加工格栅通孔直径为20mm。
如图1所示，本实施例涉及一种基于优化扩孔器的单工步换热器格栅安装装置，包括：设置于壳体5内的辊子1，以及如图2所示的离合驱动器、长杆10和制动器11，其中：辊子1活动装于壳体5上，壳体与长杆10相连，长杆与离合驱动器的螺杆2连接并用楔紧固，制动器11设置于长杆10上。
所述的壳体5与长杆10之间设有可调垫圈9，根据扩孔直径的需要，增加垫圈9厚度则减小扩孔直径，减小垫圈9厚度则增加扩孔直径。
如图2所示，所述的离合驱动器的转速为5～10转/s，液体介质压力值为20-50MPa，该离合驱动器采用电液装置及摩擦驱动，具体为：主电机带动飞轮12达到额定转速后连续单向旋转。需要扩孔时，控制系统根据设定的参数通过比例调整离合器3进油并达额定压力，离合器3通过液压缸8压紧摩擦块4，使飞轮12通过摩擦块4与螺杆2上的摩擦盘7快速结合，把飞轮12与螺杆2连接，带动辊子1以2～5mm/s速度向前旋转扩孔。完成扩孔后，离合器3迅速排油脱开，此时飞轮12立即与螺杆2分离。在左右回程缸推动下，螺杆2回程，同时带动辊子1回程。
如图2和图3所示，本实施例涉及一种基于上述安装装置的单工步换热器格栅安装方法，离合驱动器控制相互连接的辊子1和螺杆2进入或脱离工作状态，调整垫圈9使待扩管满足扩孔参数。在驱动器螺杆带动下，长杆带动辊子1进入管道并向管内进给，辊子1顺时针旋转且相对于其外部包裹的壳体5转动，从而向纵深推进直至格栅全部扩孔，焊接管子端部与厚管格栅。
所述的辊子1的最大扩孔直径为14mm，辊子大头直径为3mm，与中心轴线倾斜3°。
所述的辊子1的材质为GCr15轴承钢，热处理硬度HRC60-62，则内孔最大
Figure BDA0003095185370000031
当选垫圈9的厚度为5mm，则使辊轴前进5mm，直径上减小2×5tg3°＝2×0.262＝0.5241mm。
所述长杆10与辊子1配合部分母线与轴中心线双面夹角6°，与辊子配合的芯轴的大头直径为8mm，芯轴的材质为Cr12MoV，热处理硬度为HRC58-60。
如图4所示，所述的装入厚管格栅的管子扩孔后内孔直径达到Dp＝14.0mm。
如图5所示，内孔格栅已完成扩孔。
通过实验，本装置能够将管内径为5～35mm(通过计算选择合适扩孔器规格)装入厚度为150～500mm的厚管格栅内。
现有技术的扩孔器不能连续扩孔，即从上一个工步转移到下一个工步连接过程花费时间太长，换另一个工步时要重叠扩孔4～8mm。因此，当管道格栅越厚，采用的换接步骤越多，耗费的时间越长。相比之下，本装置采用旋转螺杆2驱动辊子1，把硬性直进变成旋转推进；把挤压变成锥形辊子1旋压；上述两个措施，把面接触变成点接触，减小掘进摩擦阻力，从而减小总的挤压力，进而设备体积减小，摩擦热损失减小等。实现单工步内连续作业完成扩孔。将本实施例与CP-12步进扩口器对比，把管子一端固定到厚管格栅上，本实施例200转/min，大约4分钟完成；而采用CP-12步进扩口器则必须走20步，每步消耗1分钟。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (2)

1.一种基于优化扩孔器的单工步换热器TA1钛管与格栅的单工步安装方法，其特征在于，对设置于壳体内的辊子通过外接摩擦离合驱动器实现螺旋进给辊扩，调整壳体与外接设备之间的垫圈使待扩管满足扩孔参数，装入滚珠后的辊子进入管道并向管内进给，辊子顺时针旋转且相对于壳体转动，使辊子与格栅内孔壁点接触扩孔且向纵深推进直至管子与格栅全部扩孔紧密过盈贴合，焊接管子端部与厚管格栅，实现直径为19mm、壁厚为3.5mm的TA1钛管与厚500mm的厚管格栅的固定连接；
所述的优化扩孔器包括：设置于壳体内的辊子，以及摩擦离合驱动器、垫圈、长杆和制动器，其中：辊子与壳体连接，壳体与长杆连接，长杆又与摩擦离合驱动器的螺杆连接，垫圈设置于长杆与壳体之间，制动器设置于长杆上；
所述的壳体与长杆之间设有可调垫圈，根据扩孔直径的需要，增加垫圈厚度则减小扩孔直径，减小垫圈厚度则增加扩孔直径；
所述的辊子大头直径为3mm，与中心轴线倾斜3°，对应最大扩孔直径φ=(8+3×2)=14mm，当选垫圈的厚度为5mm，则使辊子前进5mm，直径上减小2×5tg3°=2×0.262=0.5241mm；
所述的长杆与辊子配合部分母线与轴中心线双面夹角6°，与辊子配合的芯轴的大头直径为8mm；
所述的辊子为GCr15轴承钢制成且热处理硬度HRC60-62；所述的芯轴为Cr12MoV制成且热处理硬度为HRC58-60；
所述的摩擦离合驱动器通过电液装置进行摩擦驱动，具体为：主电机带动飞轮达到额定转速后连续单向旋转；需要扩孔时，调整离合器进油并达额定压力，离合器通过液压缸压紧摩擦块，使飞轮通过摩擦块与螺杆上的摩擦盘快速结合，从而将飞轮与螺杆连接并带动辊子向前旋转扩孔；完成扩孔后，离合器迅速排油脱开，此时飞轮立即与螺杆分离；在左右回程缸推动下，螺杆回程并带动辊子回程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的扩孔参数为扩孔后的管外径大于插入格栅的管子的管径1.5-2.5mm。
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