CN117086588A - 一种管式换热器自动穿管机及其穿管方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管式换热器自动穿管机及其穿管方法，实现了长度长、重量大、多种管径的管束的自动穿装，能够兼容不同尺寸和型号的管式换热管。导向臂支架固定在横向行走台车上；导向臂上下滑动安装在导向臂支架上；导向臂高度调节机构与导向臂连接；导向臂安装板上下滑动安装在导向臂支架上；导向臂移动板水平滑动安装在导向臂安装板上；导向臂伸缩驱动机构与导向臂移动板连接；夹头安装在导向臂移动板上，夹头驱动机构与夹头连接；推板上下滑动安装于纵向行走台车上，推板驱动机构与推板连接；支撑臂固定板上下滑动安装在纵向行走台车上；支撑臂高度调节机构与支撑臂固定板连接；支撑臂水平转动安装在支撑臂固定板上。

Description

一种管式换热器自动穿管机及其穿管方法

技术领域

本发明涉及一种管式换热器自动穿管机及其穿管方法。

背景技术

常见的冷凝器、蒸发器、散热器等管式换热器通常由管板、壳体、管束、封头等部分组成，其内冷、热两种介质通过管束间壁实现热量交换。该种换热器的用量非常大，占换热器重量的90%以上。

在管式换热器的生产过程中，换热管穿装大多只能依靠人力完成，耗时长，且常有伤害事故发生。但是，由于换热管结构细长、折流板数量多、分布密集，且外径与管板孔径直径尺寸偏差小（＜0.65mm），以及加工误差导致的管板孔和对应折流板孔同轴度偏差，使得管式换热器的穿管加工过程难以实现自动化。

中国专利ZL201510765348.4公开了一种固定管板列管式穿管机，由两个成一定角度的挂胶辊轮带动换热管移动实现穿装，兼容的管径范围小，辊轮夹紧力容易造成圆管变形，且尺寸较长的管件在多组辊轮驱动下也容易产生长度方向的变形，并只适用于插装直管。中国专利CN202210623407 .4公开的管式换热器换热管自动穿管系统及穿管方法，通过移动机器人搭载穿管机机头实现管件抓取、穿装换热管，当管件较长发生下弯时将导致驱动机构卡死，且只适用小弯折半径的U型管。中国专利ZL202111039482.8、中国专利CN202220216782.2中公开的自动穿管机分别通过皮带输送、推管机构实现了长直管束的穿装，但均不适用于U型管。

综合现有技术可知，如何同时实现长度长、重量大、多种管径的管束自动穿装，是现在亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的管式换热器自动穿管机及其穿管方法，实现了长度长、重量大、多种管径的管束的自动穿装，能够兼容不同尺寸和型号的管式换热管。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种管式换热器自动穿管机，其特征在于：包括纵向行走台车、导向机构、推板、推板驱动机构、穿管支撑臂机构、横向行走台车、横向移动轨道和纵向移动轨道；

横向移动轨道横向设置，横向行走台车安装在横向移动轨道上；导向机构固定安装于横向行走台车上，其包括导向臂支架、导向臂高度调节机构和导向臂；导向臂支架固定在横向行走台车上；导向臂上下滑动安装在导向臂支架上；导向臂高度调节机构与导向臂连接；导向臂包括夹头、夹头驱动机构、导向臂安装板、导向臂伸缩驱动机构和导向臂移动板；导向臂安装板上下滑动安装在导向臂支架上；导向臂移动板水平滑动安装在导向臂安装板上；导向臂伸缩驱动机构与导向臂移动板连接；夹头安装在导向臂移动板上，夹头驱动机构与夹头连接；纵向移动轨道固定安装在横向行走台车上，纵向移动轨道纵向设置，纵向行走台车安装在纵向移动轨道上；推板上下滑动安装于纵向行走台车上，推板驱动机构与推板连接；穿管支撑臂机构安装于纵向行走台车上，包括支撑臂高度调节机构、支撑臂固定板和支撑臂；支撑臂固定板上下滑动安装在纵向行走台车上；支撑臂高度调节机构与支撑臂固定板连接；支撑臂水平转动安装在支撑臂固定板上。

本发明所述的导向机构设置有多个，沿着纵向依次固定安装于横向行走台车上。

本发明所述的夹头包括压紧板和支撑板，支撑板固定安装在导向臂移动板上，压紧板上下滑动安装在导向臂移动板上，夹头驱动机构与压紧板连接。

本发明所述的压紧板和支撑板上均安装有定位条。

本发明所述的推板从上到下依次设置有多个推头，中间的推头前端设置为平面，其它的推头前端设置为弧形面。

本发明所述的推头的前端上安装有测力传感器。

本发明所述的纵向行走台车包括纵向台车架、横移驱动机构和横移轮组；横移驱动机构和横移轮组均安装在纵向台车架上；横移轮组与纵向移动轨道连接。

本发明所述的支撑臂通过支撑臂旋转机构水平转动安装在支撑臂固定板上。

本发明所述的穿管支撑臂机构还包括支撑臂角度调整机构，支撑臂角度调整机构安装在支撑臂固定板上，并与支撑臂连接。

一种管式换热器自动穿管机的穿管方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）夹头驱动机构驱动夹头打开，将待穿装管束送入夹头中；

（2）夹头驱动机构驱动夹头闭合，横向行走台车将管束运送至管式换热器的管板正前方；

（3）导向臂高度调节机构驱动导向臂上下移动，实现管束的高度方向定位；

（4）纵向行走台车移动至待穿装管束末端；支撑臂高度调节机构驱动支撑臂固定板向上移动，支撑臂固定板带动支撑臂向上移动托住管束；推板驱动机构驱动推板上下移动，使得推板对准管束；纵向行走台车带动推板纵向移动，直至推板与管束的末端接触;

（5）开始穿管，夹头驱动机构驱动夹头打开松开管束，纵向行走台车沿纵向移动轨道向前移动，带动推板向前移动将管束穿装到管式换热器内；当纵向行走台车行走至导向机构的位置时，导向臂伸缩驱动机构控制导向臂移动板水平滑动回缩，导向臂移动板带动夹头和夹头驱动机构回缩；

（6）当纵向行走台车带动推板插装管束，行至末端接近管板位置时，支撑臂高度调节机构带动支撑臂固定板下移，支撑臂旋转移开，由推板将最后一段管束穿进管式换热器内。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1）实现了长度长、重量大、多种管径的U型管、直管的自动穿装，能够兼容不同尺寸和型号的换热管，并同时进行多根换热管穿装；

2）实现了换热管的稳定夹持和高精准的直线输送，避免管束穿装过程中发生顶板和磨损。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1的俯视结构示意图。

图3为本发明实施例的局部结构示意图。

图4为本发明实施例导向臂的结构示意图。

图5为本发明实施例穿管支撑臂机构的结构示意图。

图6为本发明实施例推板的结构示意图。

图7为本发明实施例纵向行走台车的结构示意图。

图8为本发明实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明实施例包括纵向行走台车1、导向机构2、导向桥架3、纵向桥架4、推板5、穿管支撑臂机构6、横向行走台车7、推板驱动机构8、横向移动轨道9和纵向移动轨道10。

横向移动轨道9固定安装在厂区地面基础上，横向移动轨道9横向设置。横向行走台车7安装在横向移动轨道9上，横向移动由伺服电机通过滚珠丝杠同步驱动。

导向机构2设置有7个，沿着纵向依次固定安装于横向行走台车7上，从管束11末端向管板12方向，依次为第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7个导向机构2，间距2500mm。导向机构2位于纵向移动轨道10的旁边，其包括导向臂支架21、导向臂高度调节机构22和导向臂24。导向臂支架21固定在横向行走台车7上；导向臂24上下滑动安装在导向臂支架21上；导向臂高度调节机构22安装在导向臂支架21上，与导向臂24连接，驱动导向臂24上下移动以调节高度，导向臂高度调节机构22可采用电机丝杆机构。

导向臂24包括夹头、夹头驱动机构242、导向臂安装板243、导向臂伸缩驱动机构244、定位条246和导向臂移动板247。

导向臂安装板243上下滑动安装在导向臂支架21上；导向臂移动板247通过导轨水平滑动安装在导向臂安装板243上；导向臂伸缩驱动机构244安装在导向臂安装板243上，与导向臂移动板247连接，驱动导向臂移动板247水平滑动，实现导向臂水平伸缩；导向臂伸缩驱动机构244采用气缸。

夹头和夹头驱动机构242安装在导向臂移动板247上，夹头驱动机构242与夹头连接，驱动夹头开闭。夹头包括压紧板241和支撑板245，支撑板245固定安装在导向臂移动板247上，压紧板241上下滑动安装在导向臂移动板247上。夹头驱动机构242与压紧板241连接，驱动压紧板241上下移动，实现夹头开闭。

压紧板241和支撑板245上均安装有定位条246，定位条246采用尼龙，并设置有V型滑槽，定位条246压紧定位管束11，保证管束11有效准直输送的同时减小摩擦损伤。

管件穿装过程中，当纵向行走台车1沿纵向移动轨道10行走至导向机构2的位置，夹头驱动机构242控制夹头松开管束11，导向臂伸缩驱动机构244控制导向臂移动板247及其他导向臂结构回缩。

导向桥架3与导向臂支架21顶部固定，将7个导向机构2连接在一起，提高稳定性。纵向桥架4固定在导向桥架3上，并设置于穿管装置上方，用于线缆25的支撑。

纵向移动轨道10固定安装在横向行走台车7上，纵向移动轨道10纵向设置。纵向行走台车1安装在纵向移动轨道10上，纵向行走台车1包括纵向台车架27、横移导向轮28、横移驱动机构29和横移轮组30；横移驱动机构29、横移轮组30和横移导向轮28均安装在纵向台车架27上；横移轮组30与纵向移动轨道10连接；横移导向轮28起到移动导向的作用；横移驱动机构29驱动纵向行走台车1行走。

推板5上下滑动安装于纵向行走台车1的纵向台车架27上，推板5上从上到下依次设置有7个推头51，推板5通过推头51推送管束1；中间的推头51前端设置为平面，其它的推头51前端设置为弧形面，这样既能使用中间推头51穿装直管，也能够适应不同弯角半径的U型管。每个推头51的前端上安装有测力传感器52，实时检测推板55与管束11之间的作用力，防止管束11发生顶板或磨损。推板驱动机构8安装在纵向行走台车1的纵向台车架27上，与推板5连接，驱动推板5上下移动。

穿管支撑臂机构6安装于纵向行走台车1上，包括支撑臂高度调节机构61、支撑臂固定板62、支撑臂角度调整机构63、支撑臂旋转机构64、支撑垫块65和支撑臂66。

支撑臂固定板62上下滑动安装在纵向行走台车1的纵向台车架27上；支撑臂高度调节机构61安装在纵向行走台车1的纵向台车架27上，与支撑臂固定板62连接，驱动支撑臂固定板62上下移动以调节高度，支撑臂高度调节机构61可采用电机丝杆机构；支撑臂66通过支撑臂旋转机构64水平转动安装在支撑臂固定板62上；支撑臂角度调整机构63安装在支撑臂固定板62上，与支撑臂66连接，驱动支撑臂66旋转；支撑垫块65安装在支撑臂66上。支撑臂高度调节机构61采用上下2段丝杠传动调节的电机丝杆机构，能实现2个穿管支撑臂机构6升降。

一种管式换热器自动穿管机的穿管方法，包括如下步骤：

（1）夹头驱动机构242驱动夹头打开，待穿装管束11（U型管或直管）通过车间行车、叉车等方式送入夹头的支撑板245上，并通过定位条246实现管束11上料后的初定位。

（2）夹头驱动机构242驱动夹头闭合，压紧板241压紧管束11后，横向行走台车7将管束11运送至管板12正前方，实现管束横向定位。

（3）导向臂高度调节机构22驱动导向臂24上下移动，实现管束11的高度方向定位。

（4）纵向行走台车1移动至待穿装管束11末端；支撑臂高度调节机构61驱动支撑臂固定板62向上移动，支撑臂固定板62带动支撑臂66向上移动，支撑臂66上的支撑垫块65托住管束11；推板驱动机构8驱动推板5上下移动，使得推板5上的推头51对准管束11的末端；纵向行走台车1带动推板5上的推头51缓慢纵向移动，直至推头与管束11的末端完全接触，实现管束11的纵向定位，并辅助高度定位。

（5）开始穿管，夹头驱动机构242驱动夹头打开松开管束11，纵向行走台车1沿纵向移动轨道10向前移动，带动推板5向前移动，将1~5根管束11同时穿装到换热器的管板12和折流板13内的管孔内；当纵向行走台车1依次行走至第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7个导向机构2的位置时，第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7个导向机构2的导向臂伸缩驱动机构244依次控制导向臂移动板247水平滑动回缩，导向臂移动板247带动夹头和夹头驱动机构242回缩，让出纵向行走台车1的向前移动路线。

（6）当第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7个导向机构2的导向臂24均已回缩，纵向行走台车1带动推板5插装管束11行至管束11的末端接近管板12位置时，支撑臂高度调节机构61带动支撑臂固定板62下移，支撑臂角度调整机构63带动支撑臂65旋转90°，将支撑臂66移开，让出推板5继续向前移动的空间。最后，由推板5将最后一段管束穿进换热器的管板12和折流板13内的管孔内。

（7）为防止管束11发生顶板或磨损，推板5上推头51的测力传感器52实时检测推板55与管束11之间的作用力F，当F发生突变，或者超过设定常规范围，控制系统自动停止纵向行走台车1，此时工作人员识别问题后，操作设备重新进行高度定位、纵向定位或横向定位，直至作用力F满足要求，继续管束11的穿装，其工作流程如图8。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管式换热器自动穿管机，其特征在于：包括纵向行走台车、导向机构、推板、推板驱动机构、穿管支撑臂机构、横向行走台车、横向移动轨道和纵向移动轨道；

横向移动轨道横向设置，横向行走台车安装在横向移动轨道上；导向机构固定安装于横向行走台车上，其包括导向臂支架、导向臂高度调节机构和导向臂；导向臂支架固定在横向行走台车上；导向臂上下滑动安装在导向臂支架上；导向臂高度调节机构与导向臂连接；导向臂包括夹头、夹头驱动机构、导向臂安装板、导向臂伸缩驱动机构和导向臂移动板；导向臂安装板上下滑动安装在导向臂支架上；导向臂移动板水平滑动安装在导向臂安装板上；导向臂伸缩驱动机构与导向臂移动板连接；夹头安装在导向臂移动板上，夹头驱动机构与夹头连接；纵向移动轨道固定安装在横向行走台车上，纵向移动轨道纵向设置，纵向行走台车安装在纵向移动轨道上；推板上下滑动安装于纵向行走台车上，推板驱动机构与推板连接；穿管支撑臂机构安装于纵向行走台车上，包括支撑臂高度调节机构、支撑臂固定板和支撑臂；支撑臂固定板上下滑动安装在纵向行走台车上；支撑臂高度调节机构与支撑臂固定板连接；支撑臂水平转动安装在支撑臂固定板上。

2.根据权利要求1所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的导向机构设置有多个，沿着纵向依次固定安装于横向行走台车上。

3.根据权利要求1所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的夹头包括压紧板和支撑板，支撑板固定安装在导向臂移动板上，压紧板上下滑动安装在导向臂移动板上，夹头驱动机构与压紧板连接。

4.根据权利要求3所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的压紧板和支撑板上均安装有定位条。

5.根据权利要求1所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的推板从上到下依次设置有多个推头，中间的推头前端设置为平面，其它的推头前端设置为弧形面。

6.根据权利要求5所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的推头的前端上安装有测力传感器。

7.根据权利要求1所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的纵向行走台车包括纵向台车架、横移驱动机构和横移轮组；横移驱动机构和横移轮组均安装在纵向台车架上；横移轮组与纵向移动轨道连接。

8.根据权利要求1所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的支撑臂通过支撑臂旋转机构水平转动安装在支撑臂固定板上。

9.根据权利要求1所述的管式换热器自动穿管机，其特征在于：所述的穿管支撑臂机构还包括支撑臂角度调整机构，支撑臂角度调整机构安装在支撑臂固定板上，并与支撑臂连接。

10.一种权利要求1-9任一权利要求所述的管式换热器自动穿管机的穿管方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）夹头驱动机构驱动夹头打开，将待穿装管束送入夹头中；

（2）夹头驱动机构驱动夹头闭合，横向行走台车将管束运送至管式换热器的管板正前方；

（3）导向臂高度调节机构驱动导向臂上下移动，实现管束的高度方向定位；

（4）纵向行走台车移动至待穿装管束末端；支撑臂高度调节机构驱动支撑臂固定板向上移动，支撑臂固定板带动支撑臂向上移动托住管束；推板驱动机构驱动推板上下移动，使得推板对准管束；纵向行走台车带动推板纵向移动，直至推板与管束的末端接触;

（5）开始穿管，夹头驱动机构驱动夹头打开松开管束，纵向行走台车沿纵向移动轨道向前移动，带动推板向前移动将管束穿装到管式换热器内；当纵向行走台车行走至导向机构的位置时，导向臂伸缩驱动机构控制导向臂移动板水平滑动回缩，导向臂移动板带动夹头和夹头驱动机构回缩；

（6）当纵向行走台车带动推板插装管束，行至末端接近管板位置时，支撑臂高度调节机构带动支撑臂固定板下移，支撑臂旋转移开，由推板将最后一段管束穿进管式换热器内。