CN114769715A - 轨道式大直径管道切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道式大直径管道切割装置，涉及管道切割技术领域，包括工作平台以及工作平台上用于切割的管道壁的刀片、驱动刀片旋转的切割电机、延管道径向排布的行走链条、与行走链条啮合的行走齿轮、驱动行走齿轮旋转的行走电机、用于行走链条定位的定位链条、用于定位链条以及行走链条的张紧和定位的锁紧箱和位于管道内部的内支撑结构，本发明内支撑结构中的内支撑轮可与刀片同步移动，在管道内部对切割点进行实时支撑，减少切割时的震动，保持刀片对管道的稳定切割，提高切割质量。

Description

轨道式大直径管道切割装置
技术领域
本发明涉及管道切割技术领域，尤其涉及一种轨道式大直径管道切割装置。
背景技术
管道作为能源输送系统的主要载体，其安全使用是保障能源稳定输送与运行的关键。随着近年来经济的快速发展，我国能源化工生产建设和城市化建设速度不断的加快，管件生产和制造行业得到了空前的发展，从而引发管件需求量的不断攀升。在管道应用中不可避免需要根据情况对管道进行切割。
市政大口径给排水管、石油化工管道等均为大型管道，大型管道的管径大，切割的切割量大，导致切割精度不够，且在实际切割中不易。人力切割效率低，切割定位把握不准，导致切割精度差；使用可移动式切割机进行切割，需要特定的固定装置，且安全性没有保障。
现有技术中出现了爬管式切割装置，比如专利CN112705785A中的用于管道切割的全自动冷切割装置，且切割装置可沿着管壁径向进行移动，对管道进行切割。但是由于管道为中空件，爬管式切割装置在切割时管道内部无支撑，所以切割点震动大，容易发生跳刀的情况，且切割不稳定，切口平整度大受影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中爬管式切割装置因管道中空切割震动大的问题，而提出的一种轨道式大直径管道切割装置，减少管道切割时的震动。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
轨道式大直径管道切割装置，包括工作平台以及工作平台上用于切割的管道壁的刀片、驱动刀片旋转的切割电机、延管道径向排布的行走链条、与行走链条啮合的行走齿轮、驱动行走齿轮旋转的行走电机、用于行走链条定位的定位链条、用于定位链条以及行走链条的张紧和定位的锁紧箱。
上述定位链条与管道外壁相贴且沿着管道径向排布，定位链条与行走链条平行设置。行走电机驱动行走齿轮旋转，使得工作平台整体沿着管道外径的径向行走，工作平台上的刀片跟工作平台移动，实现对管道圆周式切割。
优选的，所述工作平台的下方设置与管道外壁接触的下支撑轮，所述下支撑轮位于定位链条的两侧，用于工作平台的定位，避免工作平台和刀片在行走时的弯扭。
优选的，所述工作平台于行走齿轮的两侧设置上支撑轮，所述上支撑轮用于支撑行走链条，避免行走链条与行走齿轮之间结合力过大导致过度磨损。
上述锁紧箱内部设置用于行走链条或者定位链条张紧的张紧结构，张紧结构的数量与行走链条和定位链条的数量对应。
进一步的，所述张紧结构包括转向齿轮、张紧轮、张紧气缸和定位气缸，所述张紧轮旋转连接于张紧气缸的工作端，所述定位气缸的工作端设置定位杆，所述转向齿轮位于张紧气缸和定位气缸之间，所述转向齿轮和张紧轮用于与行走链条或者定位链条啮合。张紧气缸用于行走链条和定位链条的张紧，行走链条和定位链条张紧后，定位气缸伸展使定位杆压向管道外壁，使得行走链条和定位链条紧压于管道外壁，完成行走链条和定位链条的定位和锁紧。此过程中，张紧气缸配合定位气缸的动作微收缩。
进一步的，所述锁紧箱的底部设置移动滚轮，锁紧箱的底部设置驱动移动滚轮旋转的驱动电机。移动滚轮可在锁紧箱不定位的情况下带动锁紧箱沿着管道外径移动，改变锁紧箱的位置，消除工作平台的移动死角。
进一步的，本管道切割装置还包括位于管道内部的内支撑结构，内支撑结构包括内支撑轮、定位轴和平衡轮。所述平衡轮和内支撑轮对称位于定位轴的两侧，所述定位轴与管道同轴设置。所述定位轴与内支撑轮和平衡轮之间分别通过支撑杆连接，所述支撑杆上设置伸缩杆和旋转电机，伸缩杆用于调节支撑杆的长度，旋转电机用于调节内支撑轮和平衡轮的角度。
上述下支撑轮用于对管道的切割部进行支撑，支撑杆端部设置驱动下支撑轮旋转的同步电机，下支撑轮可跟随工作平台同步移动，即下支撑轮与行走齿轮的线速度相同。
为实现内支撑轮对管道切割部的有效支撑。所述内支撑轮始终位于刀片对管道的切割点，因此支撑杆与刀轴和定位轴的连线之间的角度ɑ需要满足以下条件：
Figure BDA0003614098490000031
其中，R1为刀片的半径，R2为管道内孔的半径，H为管壁的厚度，L为刀轴的轴心与管道外壁的最小距离。
优选的，所述内支撑轮的外壁设置用于容纳刀片的环形槽，所述环形槽的槽壁嵌装平行设置电极片，刀片位于电极片之间，当刀片的位置发生偏移，电极片之间的电容量发生变化，产生电信号，可用于对刀片的状态进行感知。
进一步的，所述工作平台设置用于刀片切割过程调整的调整驱动组，调整驱动组包括用于驱动切割电机在工作平台上平面旋转的矫正电机和用于驱动切割电机在垂直于工作平台上平面方向移动的切深油缸。调整驱动组中的切深油缸和矫正电机可在刀片在状态发生变化时进行及时调整，保持刀片对管道的稳定切割状态。
本发明的有益效果是：
1、本管道切割装置的工作平台通过定位链条定位后，可沿着行走链条行走，其中行走链条和定位链条上的锁紧箱可在管道外壁移动，工作平台上的刀片可对管道进行整体圆周式切割，切割效率高，无切割死角。
2、本管道切割装置内部设置与切割用刀片配套的内支撑轮，内支撑轮可与刀片同步移动，在管道内部对切割点进行实时支撑，支撑效果好，减少切割时的震动，保持刀片对管道的稳定切割，提高切割质量；同时，在支撑轮内部设置电极板，可对刀片的状态进行跟踪感知，并进行实时调整，进一步保持稳定切割。
附图说明
图1为本管道切割装置的结构示意图；
图2为本管道切割装置俯视的结构示意图；
图3为本管道切割装置管道截面方向的结构示意图；
图4为本管道切割装置管道切割点处的几何关系示意图；
图5为本管道切割装置管道截面方向A处的结构示意图。
图中：1、工作平台；2、刀片；3、调整驱动组；4、切割电机；5、行走链条；6、行走齿轮；7、行走电机；8、定位链轮；9、锁紧箱；10、下支撑轮；11、上支撑轮；12、支撑杆；13、内支撑轮；14、定位轴；15、伸缩杆；16、旋转电机；17、平衡轮；91、转向齿轮；21、刀轴；92、张紧轮；93、张紧气缸；94、定位气缸；95、定位杆；96、移动滚轮；131、环形槽；132、电极片。
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。
实施例1
参照图1-2，轨道式大直径管道切割装置，包括工作平台1以及工作平台1上用于切割的管道壁的刀片2、驱动刀片2旋转的切割电机4、延管道径向排布的行走链条5、与行走链条5啮合的行走齿轮6、驱动行走齿轮6旋转的行走电机7、用于行走链条5定位的定位链条8、用于定位链条8以及行走链条5的张紧和定位的锁紧箱9。
上述定位链条8与管道外壁相贴且沿着管道径向排布，定位链条8与行走链条5平行设置。行走电机7驱动行走齿轮6旋转，使得工作平台1整体沿着管道外径的径向行走，工作平台1上的刀片跟工作平台1移动，实现对管道圆周式切割。
本实施例中，所述工作平台1的下方设置与管道外壁接触的下支撑轮10，所述下支撑轮10位于定位链条8的两侧，用于工作平台1的定位，避免工作平台1和刀片2在行走时的弯扭。
本实施例中，所述工作平台1于行走齿轮6的两侧设置上支撑轮11，所述上支撑轮11用于支撑行走链条5，避免行走链条5与行走齿轮6之间结合力过大导致过度磨损。
上述锁紧箱9内部设置用于行走链条5或者定位链条8张紧的张紧结构，张紧结构的数量与行走链条5和定位链条8的数量对应。
参考图3，所述张紧结构包括转向齿轮91、张紧轮92、张紧气缸93和定位气缸94，所述张紧轮92旋转连接于张紧气缸93的工作端，所述定位气缸94的工作端设置定位杆95，所述转向齿轮91位于张紧气缸93和定位气缸94之间，转向齿轮91与锁紧箱9旋转连接，所述转向齿轮91和张紧轮92用于与行走链条5或者定位链条8啮合。张紧气缸93用于行走链条5和定位链条8的张紧，行走链条5和定位链条8张紧后，定位气缸94伸展使定位杆95压向管道外壁，使得行走链条5和定位链条8紧压于管道外壁，完成行走链条5和定位链条8的定位和锁紧。此过程中，张紧气缸93配合定位气缸94的动作微收缩。
进一步的，所述锁紧箱9的底部设置移动滚轮96，锁紧箱9的底部设置驱动移动滚轮96旋转的驱动电机。移动滚轮96可在锁紧箱9不定位(定位气缸94为收缩状态)，的情况下带动锁紧箱9沿着管道外径移动，改变锁紧箱9的位置，消除工作平台1的移动死角，工作平台1上的刀片2可对管道进行整体圆周式切割，切割效率高。本实施例中的驱动电机连接控制器，控制器可工作平台1到达锁紧箱9之前完成锁紧箱9的移动。
实施例2
参考图1-3，与实施例1不同的是，本实施例中的管道切割装置还包括位于管道内部的内支撑结构，内支撑结构包括内支撑轮13、定位轴14和平衡轮17。所述平衡轮17和内支撑轮13对称位于定位轴14的两侧，所述定位轴14与管道同轴设置。所述定位轴14与内支撑轮13和平衡轮17之间分别通过支撑杆12连接，所述支撑杆12上设置伸缩杆15和旋转电机16，伸缩杆15用于调节支撑杆12的长度，旋转电机16用于调节内支撑轮13和平衡轮17的角度。
上述下支撑轮10用于对管道的切割部进行支撑，支撑杆12端部设置驱动下支撑轮10旋转的同步电机，下支撑轮10可跟随工作平台同步移动，即下支撑轮10与行走齿轮6的线速度相同。
为实现内支撑轮13对管道切割部的有效支撑。所述内支撑轮13始终位于刀片2对管道的切割点，参考图4，支撑杆与刀轴21和定位轴14的连线之间的角度ɑ需要满足以下条件：
Figure BDA0003614098490000071
其中，R1为刀片2的半径，R2为管道内孔的半径，H为管壁的厚度，L为刀轴21的轴心与管道外壁的最小距离。
本实施例中，内支撑结构的工作过程为：支撑杆12伸展后使得内支撑轮13和平衡轮17与管道内壁接触，旋转电机16使内支撑轮13的行走方向与管道的轴线平行，同步电机驱动内支撑轮13行走，定位轴14和平衡轮17跟随内支撑轮13移动。当内支撑轮13位于刀轴21对应位置时，旋转电机16使内支撑轮13的行走方向与管道的轴线垂直，同步电机驱动内支撑轮13行走，使得支撑杆12与刀轴21和定位轴14的连线之间为角度ɑ。
在工作平台1移动的过程中，内支撑轮12可与刀片2同步移动，在管道内部对切割点进行实时支撑，减少切割时的震动，保持刀片2对管道的稳定切割，提高切割质量。
实施例3
与实施例2不同的是，参考图5，本实施例中的管道切割装置的内支撑轮13的外壁设置用于容纳刀片2的环形槽131，所述环形槽131的槽壁嵌装平行设置电极片132，刀片2位于电极片132之间，当刀片2的位置发生偏移，电极片132之间的电容量发生变化，产生电信号，控制器可用于对刀片2的状态进行感应。
进一步的，所述工作平台1设置用于刀片2切割过程调整的调整驱动组3，调整驱动组3包括用于驱动切割电机4在工作平台1上平面旋转的矫正电机和用于驱动切割电机4在垂直于工作平台1上平面方向移动的切深油缸。控制器连接调整驱动组3中的切深油缸和矫正电机，切深油缸和矫正电机可在刀片2在状态发生变化时进行及时调整，保持刀片2对管道的稳定切割状态。
当确定刀片规格、管道规格和切深油缸的状态后，刀片半径R1、管道内孔半径R2、管壁厚度H以及刀轴轴心与管道外壁的最小距离L均为已知数据，通过计算，可得到支撑杆与刀轴21和定位轴14的连线之间的角度ɑ，控制器连接同步电机，根据角度ɑ调节支撑杆12的姿态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.轨道式大直径管道切割装置，包括工作平台(1)以及工作平台(1)上用于切割的管道壁的刀片(2)、驱动刀片(2)旋转的切割电机(4)、延管道径向排布的行走链条(5)、与行走链条(5)啮合的行走齿轮(6)和驱动行走齿轮(6)旋转的行走电机(7)，其特征在于，还包括定位链条(8)、锁紧箱(9)和位于管道内部的内支撑轮(13)；
所述定位链条(8)用于与管道外壁相贴且沿着管道径向排布，所述锁紧箱(9)用于定位链条(8)和行走链条(5)的张紧和定位；
所述下支撑轮(10)用于对管道的切割部进行支撑，并跟随工作平台同步移动。
2.根据权利要求1所述的轨道式大直径管道切割装置，其特征在于，所述锁紧箱(9)内部设置用于行走链条(5)或者定位链条(8)张紧的张紧结构，所述张紧结构包括转向齿轮(91)、张紧轮(92)、张紧气缸(93)和定位气缸(94)，所述张紧轮(92)旋转连接于张紧气缸(93)的工作端，所述定位气缸(94)的工作端设置定位杆(95)，所述转向齿轮(91)位于张紧气缸(93)和定位气缸(94)之间，所述转向齿轮(91)和张紧轮(92)用于与行走链条(5)或者定位链条(8)啮合。
3.根据权利要求2所述的轨道式大直径管道切割装置，其特征在于，所述工作平台(1)于行走齿轮(6)的两侧设置上支撑轮(11)，所述上支撑轮(11)用于支撑行走链条(5)。
4.根据权利要求3所述的轨道式大直径管道切割装置，其特征在于，所述工作平台(1)的下方设置与管道外壁接触的下支撑轮(10)，所述下支撑轮(10)位于定位链条(8)的两侧。
5.根据权利要求1所述的轨道式大直径管道切割装置，其特征在于，所述工作平台(1)设置用于刀片(2)切割过程调整的调整驱动组(3)，调整驱动组(3)包括用于驱动切割电机(4)在工作平台(1)上平面旋转的矫正电机和用于驱动切割电机(4)在垂直于工作平台(1)上平面方向移动的切深油缸。
6.根据权利要求1-5任一一项所述的轨道式大直径管道切割装置，其特征在于，还包括定位轴(14)和平衡轮(17)，所述平衡轮(17)和内支撑轮(13)对称位于定位轴(14)的两侧，所述定位轴(14)与管道同轴设置；
所述定位轴(14)与内支撑轮(13)和平衡轮(17)之间分别通过支撑杆(12)连接，所述支撑杆(12)上设置伸缩杆(15)和旋转电机(16)。
7.根据权利要求6所述的轨道式大直径管道切割装置，其特征在于，所述内支撑轮(13)的外壁设置用于容纳刀片(2)的环形槽(131)，所述环形槽(131)的槽壁嵌装平行设置电极片(132)。
8.根据权利要求7所述的轨道式大直径管道切割装置，其特征在于，所述内支撑轮(13)始终位于刀片(2)对管道的切割点，支撑杆与刀轴(21)和定位轴(14)的连线之间形成角度ɑ；
所述角度ɑ满足以下条件：
Figure FDA0003614098480000021
其中R1为刀片(2)的半径，R2为管道内孔的半径，H为管壁的厚度，L为刀轴(21)的轴心与管道外壁的最小距离。
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