CN114160606A - 一种管材收卷装置及其收卷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于管材技术领域，公开了一种管材收卷装置，包括输送机构、弯曲机构和托盘单元；还包括水平移动单元，水平移动单元包括移动座和第一驱动装置，移动座与第一驱动装置输出端固定连接，移动座包括移动框、连接件以及承载板，承载板与移动框通过连接件固定连接；还包括垂直移动单元，垂直移动单元下部固定在承载板上，上部穿过移动框并与托盘单元固定连接；还包括伺服控制单元，伺服控制单元与水平移动单元以及垂直移动单元均电性连接。本发明结构简单，易于加工和生产，且便于组装和拆卸，实用性强。本发明还公开了一种管材收卷方法，其驱动托盘按阿基米德螺旋轨迹运动，轴线卷内部管线之间形状规则，可减少运输中相邻管间摩擦而出现的划伤。
Description
技术领域
本发明涉及管材技术领域，特别涉及一种管材收卷装置及其收卷方法。
背景技术
在金属管的生产加工中，为了方便金属管的运输，一般是采用复绕机将金属管卷曲缠绕成轴线盘。而目前复绕机适合卷曲缠绕硬态金属管，不适合进行软态金属管和半硬态金属管的卷曲缠绕，所以一般在加工软态金属管时，首先使用复绕机将硬态金属管卷曲缠绕成轴线盘，然后对整盘的硬态金属管进行退火处理最终形成所需要的软态金属管。然而，在进行退火处理的过程中需要对硬态金属管进行高温处理，在高温中，相互接触的硬态金属管很容易相互作用发生粘连的情况，影响金属管的质量。
为了有效地避免对整盘的硬态金属管退火处理的过程中，相互接触的金属管容易发生粘连的问题，现有技术对传统的复绕机进行了改进，如专利号为CN102688910B的发明专利提出了一种收卷装置，其包括用于输送金属管的输送机构；收线机构，所述收线机构包括管盘、设置于管盘下方的回转支撑、驱动所述管盘旋转的第一驱动装置，还包括通过中间件与所述回转支撑固定连接的升降支座，驱动所述升降支座升降的第二驱动装置；支撑所述收线机构的基座。使用上述收卷装置之前对硬态金属管进行退火处理，可以有效地解决对整盘的硬态金属管退火处理的过程中，相互接触的金属管容易发生粘连的问题。
虽然该专利能解决对整盘的硬态金属管退火处理的过程中，相互接触的金属管容易发生粘连的问题，但其缠绕而成的轴线卷内部线管之间分布紊乱，且整个轴线卷几个形状不规则且松散，容易导致在运输中相邻金属管之间摩擦而出现划伤。
发明内容
本发明的目的是提出一种管材收卷装置，其结构简单，易于加工和生产，且便于组装和拆卸，实用性强。
实现本发明目的的技术方案为：
一种管材收卷装置，包括输送机构、弯曲机构和托盘单元，输送机构将软态金属管输送到弯曲机构进行弯曲后在托盘单元上进行收卷；
还包括水平移动单元，水平移动单元包括移动座和第一驱动装置，移动座与第一驱动装置输出端固定连接，其中，移动座包括与基座滑动连接的移动框、贯穿基座上部的连接件以及承载板，承载板与移动框通过连接件固定连接；
还包括垂直移动单元，垂直移动单元下部固定在承载板上，上部穿过移动框并与托盘单元固定连接为一体结构；
还包括伺服控制单元，伺服控制单元与水平移动单元以及垂直移动单元均电性连接。
进一步地，垂直移动单元包括托盘旋转驱动装置、升降装置和外挡杆装置，其中，托盘旋转驱动装置固定在托盘单元底部；升降装置上端与托盘单元固定连接，下端固定在承载板上；外挡杆装置上端设置于托盘单元边缘外侧，下端固定在承载板上。
进一步地，托盘旋转驱动装置包括旋转托盘、第一回转支承和第二驱动装置；旋转托盘的一面与托盘单元固定连接，另一面与第一回转支承固定连接；第二驱动装置的输出端与第一回转支承固定连接。
进一步地，升降装置包括升降导轨幅、支撑座、连接件、丝杆升降机和第三驱动装置；升降导轨幅垂直固定在移动座上；支撑座与升降导轨幅滑动连接；连接件一端与支撑座固定连接，另一端与托盘单元固定连接；丝杆升降机一端与支撑座固定连接，另一端与第三驱动装置的输出端固定连接。
进一步地，外挡杆装置包括外挡杆、固定盘、第二回转支承、升降盘、外挡杆升降导轨幅和第四驱动装置；外挡杆上部与托盘边缘接触，下部与固定盘的一面固定连接；第二回转支承的一端与固定盘的另一面固定连接，另一端与升降盘的一面固定连接，升降盘的另一面与第四驱动装置的输出端固定连接。
本发明的另一目的是提出一种管材收卷装置的收卷方法，其驱动托盘按阿基米德螺旋轨迹运动，轴线卷内部管线之间形状规则，整体美观，可减少运输中相邻金属管之间摩擦而出现的划伤。
实现本发明另一目的的技术方案为：
一种管材收卷装置的收卷方法，具体收卷方法为：
输送机构将软态金属管输送到弯曲机构进行弯曲后在托盘单元上进行收卷；
收卷过程中，伺服控制单元通过控制水平移动单元和垂直移动单元来控制托盘单元进行水平移动、垂直移动和旋转；
水平移动单元控制托盘单元进行水平移动；垂直移动单元中的升降装置控制托盘单元进行垂直移动；托盘旋转驱动装置控制托盘单元进行旋转；
伺服控制单元通过对水平移动单元和垂直移动单元的控制是托盘单元使每一层轴线卷呈阿基米德螺旋线分布。
本发明的伺服控制单元控制程序中，具体程序控制原理在于：
首先根据阿基米德螺旋线的极坐标方程建立铜管螺旋线运动极坐标的极径r计算公式为：
r＝a+bθ 式(1)
上述式(1)中，
a是螺旋线的初始位置量：t是螺旋线的间距；θ是坐标方程中的极角变量。
推导出成卷曲率半径R计算公式为：
推导出铜管螺旋线长度的L的计算公式为：
推导出弯曲工装辊伺服控制系统W计算公式为：
式(4)中A、B、C、D是弯曲机械结构确定的常量。
推导出收卷中心位置移动伺服控制系数E的计算公式为：
E＝R+E0
式(5)
式(5)中E0是收卷中心的初始位置量。
采用上述公式的原理可以根据来管的长度L，实现弯曲辊伺服控制W和收卷中心移动伺服控制E以及收卷的转速G进行线速度一致的控制，托盘收卷曲率R和收卷转速G的乘积就是铜管运行的线速度，这样形成了完整的阿基米德螺旋线伺服控制，垂直移动装置上下移动为每层下移0.94管径，0.94是经验值，在实际的控制中将弯曲辊的位置、收卷台转速控制以及收卷台升降控制设置微调开关，从而来校正理论与实际的误差，从而保证几何形状，可使得整体更加整齐美观。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明结构简单，易于加工和生产，且便于组装和拆卸，实用性强；
(2)采用本发明的收卷方法可驱动托盘按阿基米德螺旋轨迹运动，轴线卷内部管线之间形状规则，整体美观，可减少运输中相邻金属管之间摩擦而出现的划伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种整体结构示意图。
图2是图1中A向的一种结构示意图。
图3是本发明外挡杆装置的一种局部放大示意图。
图4是本发明卸卷机构的机构的一种结构示意图。
图5是发明的一种简单连接关系示意图。
图中：1.输送机构；2.弯曲机构；21.工装辊；22.弯曲辊；23.弯曲辊驱动电缸；24.伺服电机；3.托盘单元；31.木托；32.固定块；33.支撑件；4.水平移动单元；41.移动座；411.移动框；412.连接件；413.承载板；42.第一驱动装置；43.横向移动导轨幅；5.垂直移动单元；51.托盘旋转驱动装置；511.旋转托盘；512.第一回转支承；513.第二驱动装置；52.升降装置；521.升降导轨幅；522.支撑座；523.连接件；524.丝杆升降机；525.第三驱动装置；53.外挡杆装置；531.外挡杆；532.固定盘；533.第二回转支承；534.升降盘；535.外挡杆升降导轨幅；536.第四驱动装置；6.基座；7.卸卷机构；701.回转轴；702.卸卷驱动气缸；8.伺服控制单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
所述实施例和附图仅仅作为描述本发明的参考实施例，本发明不限于此，而是仅由权利要求限制。所描述的附图仅仅为示意性附图而非限制性附图。为了进一步说明本发明的目的，在附图中，一些元件的尺寸可能被放大而未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于实施本发明的实际减少量。此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二和第三等用于区分相似元件，且不一定用于在时间上、空间上、排序中或以任何其他方式描述序列。应当理解，上述使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施方案能够以除本文描述或说明的其他顺序操作。
如图1、图2、图4和图5所示，一种管材收卷装置，包括输送机构1、弯曲机构2和托盘单元3，输送机构1将软态金属管输送到弯曲机构2进行弯曲后在托盘单元3上进行收卷；
还包括水平移动单元4，水平移动单元4包括移动座41和第一驱动装置42，移动座41与第一驱动装置42输出端固定连接，其中，移动座41包括与基座6滑动连接的移动框411、贯穿基座上部的连接件412以及承载板413，承载板413与移动框411通过连接件412固定连接。
本发明中的基座可为现有技术中的基座，如专利号为CN102688910B的发明专利中的基座，也可以为其他形式的承载座，保证其能承载其他设备以及内部开设有供移动座41水平和垂直移动的空间即可。
第一驱动装置42输出端与移动座41固定连接以此来带动与移动座41连接的垂直移动装置进行水平移动，且第一驱动装置42为直线驱动装置，可驱动移动座41按R曲率中心移动。在现有的直线驱动装置中由于电动气缸，其将伺服电机24与丝杠一体化设计，采用闭环伺服控制，移动精度高，还增加了压力传感器，推力控制精度高；电动气缸还具有噪音低，刚性高，抗冲击力和操作维护简单等优点。因此，本发明的第一驱动装置42优选电动气缸。
还包括垂直移动单元5，垂直移动单元5下部固定在承载板413上，上部穿过移动框411并与托盘单元3固定连接为一体结构。本发明的移动框411为框架结构，其内部贯穿，供垂直移动单元5从其内部通过。
还包括伺服控制单元8，伺服控制单元8与水平移动单元4以及垂直移动单元5均电性连接。伺服控制单元8为现有技术中的伺服控制系统，其主要是用来精确控制水平移动单元4和垂直移动单元5中相关的驱动装置的位移或转速，从而使得每一层线卷呈阿基米德螺旋线分布。伺服控制单元8与水平移动单元4和垂直移动单元5的具体连接关系如下：伺服控制单元8与水平移动单元4中的第一驱动装置42，垂直移动单元5中的第二驱动装置513、第三驱动装置525以及第四驱动装置536均电性连接，从而控制托盘单元3进行旋转、水平移动和垂直移动。
弯曲机构2为现有的结构，具体为：弯曲机构2包括工装辊21、弯曲辊22、弯曲辊驱动电缸23和伺服电机24；其中，工装辊21用于确定管的运行轴线；弯曲辊22用于将管子弯曲形成曲率，弯曲辊驱动电缸23用于驱动弯曲辊22运动，伺服电机24作为动力源驱动弯曲结构工作。
托盘单元3包括木托31、固定块32和支撑件33；其中，木托31用于承载卷料；固定块32用于将木托31准确定位；支撑件33用于支撑木托31及确定外挡杆531位置，使外挡杆531随托盘旋转；
所述水平移动单元4包括横向固定在基座6上的横向移动导轨幅43，其可保证移动座41的移动轨迹。
进一步地，垂直移动单元5包括托盘旋转驱动装置51、升降装置52和外挡杆装置53，其中，托盘旋转驱动装置51固定在托盘单元3底部；升降装置52上端与托盘单元3固定连接，下端固定在承载板413上；外挡杆装置53上端设置于托盘单元3边缘外侧，下端固定在承载板413上。
在本发明中，输送机构1将管连续输送到弯曲机构2进行弯曲；弯曲机构2将半硬态管或软态管按阿基米德螺旋线的曲率R进行弯曲处理；托盘单元3用于放置承载卷料的底托；托盘旋转驱动装置51驱动托盘按阿基米德螺旋轨迹运动，将管收成多层阿基米德螺旋线线卷；升降装置52用于控制成卷层的位置以及成卷的高度；外挡杆装置53用于限制成卷的外径以及卸卷；移动座41是承载托盘单元3、托盘旋转驱动装置51、升降单元和外挡杆装置53的基体，可以随着阿基米德螺旋线的曲率R变动来上下移动收卷中心适配阿基米德螺旋线；固定基座6承载移动座41水平移动。
进一步地，如图1和图5所示，托盘旋转驱动装置51包括旋转托盘511、第一回转支承512和第二驱动装置513；旋转托盘511的一面与托盘单元3固定连接，另一面与第一回转支承512固定连接；第二驱动装置513的输出端与第一回转支承512固定连接。
旋转托盘511用于带动木托31旋转；回转支承用于支撑旋转托盘511；第二驱动装置513为现有技术中能够与回转支承相配合的驱动电机，且在第二驱动装置513和第一回转支承512之间还设有减速电机。通过托盘旋转驱动装置51带动托盘单元3进行旋转。
进一步地，如图1和图5所示，升降装置52包括升降导轨幅521、支撑座522、连接件523、丝杆升降机524和第三驱动装置525；升降导轨幅521垂直固定在移动座41上；支撑座522与升降导轨幅521滑动连接；连接件523一端与支撑座522固定连接，另一端与托盘单元3固定连接；丝杆升降机524一端与支撑座522固定连接，另一端与第三驱动装置525的输出端固定连接。
升降导轨幅521设置于升降丝杆两侧的移动座41上，可保证装置在升降过程中更加稳定，以及垂直移动单元5的升降轨迹，支撑座522是升降的主体；丝杆升降机524，驱动升降座升降；第三驱动装置525驱动丝杆升降机524进行升降。
进一步地，如图1、图3和图5所示，外挡杆装置53包括外挡杆531、固定盘532、第二回转支承533、升降盘534、外挡杆升降导轨幅535和第四驱动装置536；外挡杆531上部与托盘边缘接触，下部与固定盘532的一面固定连接；第二回转支承533的一端与固定盘532的另一面固定连接，另一端与升降盘534的一面固定连接，升降盘534的另一面与第四驱动装置536的输出端固定连接。
外挡杆531用于限制收卷外径；固定盘532用于固定外挡杆531，第二回转支承533使外挡杆531能随托盘单元3回转；升降盘534用于连接回转支撑及升降驱动，外挡杆升降导轨幅535保证外挡杆531升降轨迹；第四驱动装置536为电动气缸，用于驱动外挡杆531沿导柱升降。
进一步地，如图4所示，本发明的管材收卷装置还包括卸卷机构7,所述卸卷机构7包括回转轴701和卸卷驱动气缸702，所述回转轴701与卸卷驱动气缸702的输出端固定连接。在卸卷时气缸推出，和运行中心线成70～90度，从而离开收卷工作台，方便卸卷。
一种管材收卷装置的收卷方法，具体收卷方法为：
输送机构1将软态金属管输送到弯曲机构2进行弯曲后在托盘单元3上进行收卷；
收卷过程中，伺服控制单元8通过控制水平移动单元4和垂直移动单元5来控制托盘单元3进行水平移动、垂直移动和旋转；
水平移动单元4控制托盘单元3进行水平移动；垂直移动单元5中的升降装置52控制托盘单元3进行垂直移动；托盘旋转驱动装置51控制托盘单元3进行旋转；
伺服控制单元8通过对水平移动单元4和垂直移动单元5的控制是托盘单元3使每一层轴线卷呈阿基米德螺旋线分布。
伺服控制单元8分别与第一驱动装置42、第二驱动装置513、第三驱动装置525和第四驱动装置536电性连接。如此可保证控制到每一个驱动装置，从而各个驱动装置配合控制托盘单元3运动，从而使得每一层轴线卷形成完美的阿基米德螺旋线，进一步减少管间摩擦，保证轴线卷的质量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方法而已，并不用于限制本发明，凡是在本发明的主旨之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种管材收卷装置，包括输送机构(1)、弯曲机构(2)和托盘单元(3)，输送机构(1)将软态金属管输送到弯曲机构(2)进行弯曲后在托盘单元(3)上进行收卷；其特征在于：
还包括水平移动单元(4)，水平移动单元(4)包括移动座(41)和第一驱动装置(42)，移动座(41)与第一驱动装置(42)输出端固定连接，其中，移动座(41)包括与基座(6)滑动连接的移动框(411)、贯穿基座(6)上部的连接件(412)以及承载板(413)，承载板(413)与移动框(411)通过连接件(412)固定连接；
还包括垂直移动单元(5)，垂直移动单元(5)下部固定在承载板(413)上，上部穿过移动框(411)并与托盘单元(3)固定连接为一体结构；
还包括伺服控制单元(8)，伺服控制单元(8)与水平移动单元(4)以及垂直移动单元(5)均电性连接。
2.根据权利要求1所述的管材收卷装置，其特征在于：
垂直移动单元(5)包括托盘旋转驱动装置(51)、升降装置(52)和外挡杆装置(53)，其中，托盘旋转驱动装置(51)固定在托盘单元(3)底部；升降装置(52)上端与托盘单元(3)固定连接，下端固定在承载板(413)上；外挡杆装置(53)上端设置于托盘单元(3)边缘外侧，下端固定在承载板(413)上。
3.根据权利要求2所述的管材收卷装置，其特征在于：
托盘旋转驱动装置(51)包括旋转托盘(511)、第一回转支承(512)和第二驱动装置(513)；旋转托盘(511)的一面与托盘单元(3)固定连接，另一面与第一回转支承(512)固定连接；第二驱动装置(513)的输出端与第一回转支承(512)固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的管材收卷装置，其特征在于：
升降装置(52)包括升降导轨幅(521)、支撑座(522)、连接件(523)、丝杆升降机(524)和第三驱动装置(525)；升降导轨幅(521)垂直固定在移动座(41)上；支撑座(522)与升降导轨幅(521)滑动连接；连接件(523)一端与支撑座(522)固定连接，另一端与托盘单元(3)固定连接；丝杆升降机(524)一端与支撑座(522)固定连接，另一端与第三驱动装置(525)的输出端固定连接。
5.根据权利要求2或3所述的管材收卷装置，其特征在于：
外挡杆装置(53)包括外挡杆(531)、固定盘(532)、第二回转支承(533)、升降盘(534)、外挡杆升降导轨幅(535)和第四驱动装置(536)；外挡杆(531)上部与托盘边缘接触，下部与固定盘(532)的一面固定连接；第二回转支承(533)的一端与固定盘(532)的另一面固定连接，另一端与升降盘(534)的一面固定连接，升降盘(534)的另一面与第四驱动装置(536)的输出端固定连接。
6.根据权利要求4所述的管材收卷装置，其特征在于：
外挡杆装置(53)包括外挡杆(531)、固定盘(532)、第二回转支承(533)、升降盘(534)、外挡杆升降导轨幅(535)和第四驱动装置(536)；外挡杆(531)上部与托盘边缘接触，下部与固定盘(532)的一面固定连接；第二回转支承(533)的一端与固定盘(532)的另一面固定连接，另一端与升降盘(534)的一面固定连接，升降盘(534)的另一面与第四驱动装置(536)的输出端固定连接。
7.基于权利要求1-6中任一权利要求所述的管材收卷装置，还包括一种管材收卷装置的收卷方法，其特征在于：具体收卷方法为：
输送机构(1)将软态金属管输送到弯曲机构(2)进行弯曲后在托盘单元(3)上进行收卷；
收卷过程中，伺服控制单元(8)通过控制水平移动单元(4)和垂直移动单元(5)来控制托盘单元(3)进行水平移动、垂直移动和旋转；
水平移动单元(4)控制托盘单元(3)进行水平移动；垂直移动单元(5)中的升降装置(52)控制托盘单元(3)进行垂直移动；托盘旋转驱动装置(51)控制托盘单元(3)进行旋转；
伺服控制单元(8)通过对水平移动单元(4)和垂直移动单元(5)的控制是托盘单元(3)使每一层轴线卷呈阿基米德螺旋线分布。
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