CN1569387A - 管道内整形对口器 - Google Patents

Abstract

本发明是钢质管道对口焊接用的内整形对口器。它是将动力系统经缸1推动活塞杆4产生的推力经过压臂11、推杆22和第一级连杆20、24、两固定块12和转动块35驱使旋转连接盘17转动的第一级增力机构以及与旋转连接盘17固连的旋转盘18带动第二级连杆15最终推动涨紧顶杆13的第二级推力机构实现涨紧顶杆13的向外顶胀。本发明结构简单、合理，涨紧力大，能整形、对口，是保证施工质量的必备设备。

Description

管道内整形对口器

涉及领域

本发明是钢质管道对口焊接时的内整形对口器。涉及管道系统领域。

背景技术

管道运输作为一种新型的运输行业正在蓬勃发展，而管道在施工时须将一根根管子经焊接连接起来。为保证焊接的质量，首先要解决的是管子的对口问题，即要求施焊的两根管子对的正、对的齐，定位稳定、可靠，而且还能对变形管口进行整形。现在国内外已有多种对口器在大量应用着。使用效果好的则是内对口器，其中有液压的，也有气动的。不论是采用何种动力系统，现有的内对口器均不能整形。这是因为它们的结构及产生的涨紧力最大只有80000kn左右，都不能实现整形的功能，即都只采用了涨紧力的一级增力机构，增力远不足。但在实际的管道施工过程中，由于种种原因，管口产生变形是经常的，甚至是难以避免的。为保证管道工程的质量，在对口器上增加整形的功能是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是发明一种有整形、对口功能的管道内整形对口器。

本发明针对现有内对口器存在的不足，在现有内对口器动力系统、对称配置的两组缸1、活塞3、活塞杆4及一级增力机构的压臂11、连杆机构20、24和涨紧顶杆13基础上，将活塞杆4和涨紧顶杆13之间的涨紧力增力机构设置为两级增力机构。其具体结构如图1、图2和图3所示。两组缸1、活塞杆4、压臂11、第一级增力机构和第二级增力机构相向而布置，最后使两组涨紧顶杆13靠近。两组的第一级增力机构由压臂11、推杆22、第一级连杆20、24、固定块12、转动块36和旋转连接盘17组成。两组的第二级增力机构由旋转盘18、第二级连杆15、涨紧力顶杆13和基盘16组成。压臂11中心与活塞杆4固连，两端各由压臂螺母9与推杆连接柱10固连后由推杆销轴23连接推杆22，推杆22另一端各由第一级连杆销轴21铰链连接两根第一级连杆20、24，每组连杆20、24的另一端按顺时针方向分别由固定块销轴19和转动块销轴26铰链连接固定块12和转动块36，转动块36由转动块固定螺钉38固连在旋转连接盘17上，固定块12由固定块固定螺钉40固连在贴于旋转连接盘17里侧的基盘16上，套于基盘16内且与旋转连接盘17固连的旋转盘18两边各贴一只法兰盘31后与法兰盘31由第二级连杆销轴28铰链连接多个第二级连杆15，每根第二级连杆15的另一端由顶杆销轴29铰链连接从基盘16外圈孔中穿过的涨紧顶杆13。而在两组靠近的基盘16之间夹有中间盘14。在这样的由外向里排列的一组旋转连接盘17、基盘16、法兰盘31、旋转盘18、法兰盘31和中间盘14之中，一个法兰盘31套于旋转盘18后再套基盘16和旋转连接盘17，在旋转盘18的里侧再套一法兰盘31，而旋转盘18与中心轴35松配合，中间盘14与中心轴35由中间盘固定螺钉30与中心轴35上的凸环固连，基盘16由多根导向柱37用螺母6与缸体1固连，旋转连接盘17、里外的两个法兰盘31均与旋转盘18由螺钉27或销钉34固连，旋转连接盘17与旋转盘18由旋转盘螺钉27和定位销39固定，基盘16与旋转盘18成松配合。为耐磨，在基盘16可紧配合套一个基盘套33再与旋转盘18松配合。其中各个主要零件的形状是：如图6、图7所示，压臂11为条状，其中间有与活塞杆4配合的矩形孔及侧面的销孔，两端各有一个与推杆22配合的圆孔并端头向顺时针方向弯曲，在弯曲部有长孔，该孔以穿固连于缸盖7的定位柱8，使压臂11定位。转动块36(见图8、图9、图10)是一个底有一圆柱、下部有多个固定孔、中部有穿第一级连杆24的孔及连接第一级连杆24横向穿转动块销轴26的孔及上部有缺口的钢块，其固定孔分三面布局，与第一级连杆24相对方向突出一中间有月牙形缺口的条，其上有2个孔，与第一级连杆24平行方向的两侧各在块上开一长槽，在槽下的条上各开2个开口孔，共计6个孔，与转动块固定螺钉38配合作固定用。固定块12(见图19、图20、图21)是底下有圆柱、下部有2个固定孔、中部有穿第一级连杆20的孔及连接第一级连杆20横向穿销轴19的孔、上部一侧有缺口的钢块，其下部的2个固定孔是在与第一级连杆20相对方向突出的条上，在块的顶端面两侧各往下开2个通孔也作固定孔，且该孔的上端孔径略大，以容固定块固定螺钉40的帽并与之配合。旋转连接盘17(见图15、图16)是两外侧对应有两个耳的圆环片，其环上有多个与旋转盘18连接的固定孔，两耳中部有一大孔，与转动块36底的圆柱配合，在该孔的周围有6个固定转动块36的螺孔。旋转盘18(如图22和图23所示)是中心有轴孔、左侧有3个台阶、右侧有一台环的圆盘，其左侧里边的台阶配合套旋转连接盘17。第2个台阶配合套一个法兰盘31和基盘16，台上有与旋转连接盘17连接的多个螺孔或销孔，第3个台上铣有向顺时针方向斜的与涨紧顶杆13数量相等个数的锯齿及连接法兰盘31的螺孔或销孔，其右侧的台环配合套法兰盘31。基盘16(见图13、图14)是中心有轴孔、外周边有环凸的碗状圆盘，其碗底有多个固定导向柱37的孔和2个与固定块12底下的圆柱配合定位固定块12的孔，碗边径向开有多个与涨紧顶杆13数量相同的圆孔，碗边的轴向开有多个孔，是用来减重的。中间盘14(见图11、图12)是中心有轴孔、中部略薄且有多个减重孔、外边沿有多个孔的圆盘，外边沿的孔与基盘16外边沿的轴向孔相对应，是减重孔。法兰盘31(见图17、图18)是中心有轴孔且孔边向外有磨口的圆盘，盘面上里圈有多个与旋转盘18相固定的螺孔及销孔，外圈有连接第二级连杆15的销轴孔，其个数与涨紧顶杆13的个数相同。至于缸1、活塞3、活塞杆4及其定位的活塞杆螺母2均为常用结构，只是缸盖7(见图4、图5)除中心有活塞杆孔外，盖中部有与缸1固定的多个与缸盖螺钉5配合的螺孔、4个穿过导向柱37并用导向柱螺母6定位的孔及2个穿定位柱8的孔。

按照上述零件的形状及相互间的连接方式，在组装时先将中间盘14套到中心轴35中心位置定位，在旋转盘18的两边各拧固一个法兰盘31，将各个二级连杆15插到旋转盘18外沿的锯齿内由第二级连杆销轴28一并穿过两法兰盘31边的孔和二级连杆15杆头的孔成铰链状，再将基盘16套到旋转盘18上，把多个涨紧顶杆13从基盘16的外边插进孔内，由顶杆销轴29将涨紧顶杆13与二级连杆15铰链连接，最后将旋转连接盘17套在旋转盘18的第一个台阶上，用螺钉拧固。此后将已连接好的固定块12定位在基盘16上，转动块36定位在旋转连接盘17上。

本对口器的动力系统采用气动，由普通的空气压缩机提供。

将本内整形对口器置于两根管段25、32之中，开始涨紧工作时，缸1的活塞杆4推动压臂11前移，推动一级推杆22，推杆22带动一级连杆20、24，一级连杆24作用于转动块36上一个切向分力，两个转动块36沿圆周方向对称布置在转动连接盘17上，这样作用于两个转动块36的切向力形成一个力偶，作用于旋转连接盘17上使其产生旋转。设推杆22上的推力为F₁，作用于转动块36上的切向力为F₂，由F₂新所生的力偶矩为M₁，则：

F₂＝F₁×tan(90°-1/2A)    (A——两个一级连杆之间的夹角)

M₂＝F₁×D(D₁——两个转动块36之间的垂直距离)

在一级增力的驱动下，由旋转连接盘17带动旋转盘18旋转。当旋转盘18逆时针方向旋转时，涨紧顶杆13向外伸出，最终胀紧管壁；当旋转盘18顺时针方向旋转时，涨紧顶杆13向内回缩，则脱离管壁，设旋转盘18上的切向力为F₃，那么，F₃＝M₁/R₂(R₂二级连杆15与旋转盘18连接处至旋转盘18中心的距离)

设作用于二级连杆15上的合力为F₄，F₄＝F₃/sin(B+C)(B是二级连杆15、旋转盘18之间的连接点和旋转盘18中心的连线与涨紧顶杆13之间的夹角。C是二级连杆15中心线与涨紧顶杆13中心线之间的夹角)那么作用于涨紧顶杆13上的垂直管壁的涨力F₅＝F₄×cosC

具体实施

实施例：一种用于φ1016mm管径、壁厚14.7mm的内整形对口器，其结构如上所述。具体结构参数为：涨紧顶杆13为18个，故旋转盘18外周有18个锯齿，盘面有18个固定旋转连接盘17的螺孔或销孔，固定法兰盘32的螺孔6个、销孔3个，基盘16外周有18个径向涨紧顶杆13穿孔。法兰盘32上有18个连接二级连杆15的销孔；基盘16与气缸1用导向柱37连接的4个孔；中间盘14与基盘16外圈有14个孔；中间盘14盘中面有12个减重孔。

主要尺寸：总长1468mm，直径986.6mm，总重量1200kg，旋转连接盘17外径350mm，厚28mm；旋转盘18外径362mm，厚123mm，中心轴孔径170mm；基盘16外径760mm，厚112mm，涨紧顶杆13孔径60mm，中心轴孔径320mm，碗边高84mm；中间盘14外径760mm，轴孔径170mm，厚38mm；法兰盘31外径390mm，轴孔径280mm，厚15mm。空气压缩机输出压力为0.8Mpa，输出力为900kg，当涨到极限时夹角A＝170°，B＝5°，C＝7.3°。于是可以算出一级增力后，F₂＝7F₁，最后总涨紧力为300000KN，足以校正管口的椭圆度。

由上可知，本发明由于采用了两级增力，且第二级增力机构结构合理、简单，但却使涨紧力增加到足以能校正管口椭圆度的程度，实现了既能对口，又能整形功能，为管道施工质量提供了可靠的保证。

附图说明

图1内整形对口器总体正视图

图2内整形对口器总体侧视图

图3第二级增力机构结构图

图4缸盖侧视图

图5缸盖正视图

图6压臂正视图

图7压臂俯视图

图8转动块侧视图

图9转动块正视图

图10转动块俯视图

图11中间盘侧视图

图12中间盘正视图

图13基盘侧视图

图14基盘图正视

图15旋转连接盘正视图

图16旋转连接盘侧视图

图17法兰盘正视图

图18法兰盘侧视图

图19固定块侧视图

图20固定块正视图

图21固定块俯视图

图22旋转盘侧视图

图23旋转盘正视图

其中1——缸                 2——活塞杆螺母

    3——活塞               4——活塞杆

5——缸盖螺钉               6——导向柱螺母

7——气缸盖                 8——定位柱

9——压臂螺母               10——推杆连接柱

11——压臂                  12——固定块

13——涨紧顶杆              14——中间盘

15——第二级连杆            16——基盘

17——旋转连接盘            18——旋转盘

19——固定块销轴            20——第一级连杆1

21——第一级连杆销轴        22——推杆

23——推杆销轴              24——第一级连杆2

25——管段1                 26——转动块销轴

27——旋转连接盘固定螺钉    28——第二级连杆销轴

29——顶杆销轴              30——中间盘固定螺钉

31——法兰盘                32——管段2

33——基盘套                34——旋转连接盘固定销钉

35——中心轴                36——转动块

37——导向柱                38——转动块固定螺钉

39——定位销                40——固定块固定螺钉

Claims (11)

1、一种钢质管道对口焊接的内整形对口器，包括动力系统、对称配置的两组缸[1]、活塞[3]、活塞杆[4]及一级增力机构的压臂[11]、连杆[20]、[24]和涨紧顶杆[13]，其特征是在活塞杆[4]与涨紧顶杆[13]之间设置两级增力机构。

2、根据权利要求1所述的内整形对口器，其特征是每组的第一级增力机构由压臂[11]、推杆[22]、第一级连杆[20]、[24]、固定块[12]、转动块[36]和旋转连接盘[17]组成，每组的第二级增力机构由旋转盘[18]、第二级连杆[15]、涨紧顶杆[13]、法兰盘[31]和基盘[16]组成；压臂[11]中心与活塞杆[4]固连，两端各由压臂螺母[9]与推杆连接柱[10]固连后由推杆销轴[23]连接推杆[22]，推杆[22]另一端各由第一级连杆销轴[21]铰链连接两根第一级连杆[20]、[24]，每组第一级连杆[20]、[24]的另一端按顺时针方向分别由固定块销轴[19]和转动块销轴[26]铰链连接固定块[12]和转动块[36]，转动块[36]由转动块固定螺钉[38]固连在旋转连接盘[17]上，固定块[12]由固定块固定螺钉[40]固连在贴与旋转连接盘[17]里侧的基盘[16]上，套于基盘[16]内且与旋转连接盘[17]固连的旋转盘[18]两边各贴一只法兰盘[31]后与法兰盘[31]由第二级连杆销轴[28]铰链连接多个第二级连杆[15]，每根第二级连杆[15]的另一端由顶杆销轴[29]铰链连接从基盘[16]外圈孔中穿过的涨紧顶杆[13]，在两组靠近的基盘[16]夹有中间盘[14]。

3、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是由外向里排列的一组旋转连接盘[17]、基盘[16]、法兰盘[31]、旋转盘[18]、法兰盘[31]和中间盘[14]之中，1个法兰盘[31]套于旋转盘[18]后再套基盘[16]和旋转连接盘[17]，在旋转盘[18]的里侧再套一只法兰盘[31]，而旋转盘[18]与中心轴[35]松配合，中间盘[14]与中心轴[35]紧配合，基盘[16]由多根导向柱[37]与缸[1]体固连，旋转连接盘[17]、里外的两个法兰盘[31]均与旋转盘[18]由螺钉[27]或销钉[34]固连，旋转连接盘[17]与旋转盘[18]由旋转盘螺钉[27]和定位销[39]固定，基盘[16]与旋转盘[18]成松配合，或在基盘[16]内孔紧配合套一基盘套[33]再与旋转盘[18]松配合，中间盘[14]则由中间盘固定螺钉[30]与中心轴[35]固连。

4、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述压臂[11]为条状，其中间有与活塞杆[4]配合的矩形孔及侧面的销孔，两端各有一个与推杆[22]配合的圆孔并端头向顺时针方向弯曲，在弯曲部有长孔。

5、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述转动块[36]是一个底下有一圆柱、下部有多个固定孔、中部有穿第一级连杆[24]的孔及连接第一级连杆[24]横向穿转动块销轴[26]的孔及上部有缺口的钢块，其固定孔分三面布局，与第一级连杆[24]相对方向突出一个中间有月牙形缺口的条，其上有2个孔，与第一级连杆[24]平行方向的两侧各在块上开一长槽，在槽下的条上各开2个开口孔，共6个固定孔与转动块固定螺钉[38]配合。

6、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述固定块[12]是底下有圆柱、下部有2个固定孔、中部有穿第一级连杆[20]的孔及连接第一级连杆[20]横向穿销轴[19]的孔、上部一侧有缺口的钢块，其下部的固定孔是在与第一级连杆[20]相对方向突出的条上，在块的顶端面两侧各有2个通孔，共6个固定孔与固定块固定螺钉[40]配合。

7、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述旋转连接盘[17]是两外侧对应有2个耳的圆环片，其环上有多个与旋转盘[18]连接的固定孔，两耳中部有一大孔与转动块[36]底的圆柱配合，在该孔的周围有6个固定转动块[36]的螺孔。

8、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述旋转盘[18]为中心有轴孔、左侧有3个台阶、右侧有一台环的圆盘，其左侧里边的台阶配合套旋转连接盘[17]，第2个台阶配合套一个法兰盘[31]和基盘[16]，台上有与旋转连接盘[17]连接的多个螺孔或销孔，第3个台阶上铣有向顺时针方向斜的与涨紧顶杆[13]数量相等个数的锯齿及连接法兰盘[31]的螺孔或销孔，其右侧的台环配合套法兰盘[31]。

9、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述基盘[16]为中心有轴孔、外周边有环凸的碗状圆盘，其碗底有多个固定导向柱[37]的孔和2个与固定块[12]底下的圆柱配合定位固定块[12]的孔，碗边径向开有多个与涨紧顶杆[13]数量相同的孔，碗边的轴向开有多个孔。

10、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述中间盘[14]是中心有轴孔、中部略薄且有多个减重孔、外边沿有多个孔的圆盘，外边沿的孔与基盘[16]外边沿的轴向孔相对应。

11、根据权利要求1或2所述的内整形对口器，其特征是所述法兰盘[31]是中心有轴孔且孔边向外有磨口的圆盘，盘面上里圈有多个与旋转盘[18]相固定的螺孔及销孔，外圈有连接第2级连杆[15]的销轴孔，其个数与涨紧顶杆[13]的个数相同。

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