CN201842883U - 长管件表面热喷涂装置 - Google Patents

Abstract

长管件表面热喷涂装置，应用于管件外表面热喷涂防护层。轨道水平固定在支架上，在轨道上有行走小车；行走小车上固定有热喷涂系统。在轨道一侧的支座上固定有气缸式升降机构，气缸式升降机构的数量在4～6个之间。在气缸式升降机构的支座一端固定有夹持旋转机构。每组控制机构由两个行程开关、一个继电器和一个电磁阀组成，控制机构固定在轨道上。效果是：实现了较长管件外表面的自动化连续高效热喷涂，气缸式升降机构解决了因轴承支撑点的阻挡而造成的喷涂漏点问题。使喷涂过程完全连续、高效。

Description

长管件表面热喷涂装置

技术领域

本实用新型涉及管件外表面喷涂防护层技术领域，特别涉及一种管件表面的热喷涂装置，尤其适用于较长管件的外表面热喷涂加工。

背景技术

腐蚀和磨损是导致金属构件受损害的两种主要形式，据一些工业发达国家统计，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10％，损失金额约占国民经济总产值的2～4％。热喷涂技术能显著提高金属构件的耐腐蚀性能和抗磨损性能，获得较好的表面防护效果，有很好的经济效益和应用价值。近年来，热喷涂技术已经在航空航天、石油化工、钢铁、电力等领域得到了广泛应用。

热喷涂技术是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力和外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合，形成具有耐磨、耐蚀、耐热和抗高温氧化等功能的表面覆盖涂层的一种技术。

热喷涂技术主要应用于大型设备上重要零部件的表面处理，如齿轮、高速风机叶片、汽车传动轴等，来提高零件表面的耐磨损和抗腐蚀性能。然而，对于油管、套管等较长管件应用较少，主要因为管件较长时，运动稳定性会变差，容易产生跳动和摆动，使同一截面上的涂层厚度不均匀，严重影响管件表面的热喷涂质量。另外，对于被喷涂管件支撑点处的表面，由于支撑物的阻挡，使该处表面不易被喷涂，从而会产生喷涂漏点或涂层不均匀现象，导致成品率下降。因此，目前对于这种长管件的表面热喷涂加工，多数采用手工或半手工操作，只能进行小批量生产，生产效率低；并且对工人的操作要求高，加工难度大，涂层质量难以保证。以上这些都极大的降低了热喷涂技术在长管件上的应用前景和市场竞争力，影响了热喷涂技术的发展和推广。

中国专利公开号：CN2673516Y，提供了“一种双工位铸管喷锌机”，桥状支架的水平梁上通过导轨固定喷涂机构，喷涂机构沿水平梁左右移动，包括喷锌小车和喷枪；左、右夹紧旋转机构分别固定在桥状支架下方左右两侧的地面上，左夹紧旋转机构由插口顶尖、夹紧装置及旋转驱动装置组成，右夹紧旋转机构由承口顶尖、夹紧装置及旋转驱动装置组成，两个顶尖下部各有一个液压缸与顶尖相连；轨道垂直固定在桥状支架下的地面上；左、右举升机构固定在桥状支架下轨道两侧的地面上，左、右举升机构结构相同，都包括托架、连杆和液压缸；电液控制控制箱固定在桥状支架上。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种长管件表面热喷涂装置，采用多个气缸式升降机构分别支撑被喷涂的管件，保证热喷涂管件表面涂层均匀、无漏点，喷涂过程平稳、连续、高效，提高长管件表面的热喷涂质量。

本实用新型采用的技术方案是：长管件表面热喷涂装置，主要由夹持旋转机构、气缸式升降机构、轨道、行走小车、热喷涂系统和控制机构组成，轨道水平固定在支架上，在轨道上有行走小车；行走小车上固定有热喷涂系统。行走小车沿轨道水平行走，并能带动热喷涂系统沿轨道行走。热喷涂系统主要由喷枪、喷枪架、脉冲点火器、热喷涂丝、盘丝架、自动送丝机构和导链组成，喷枪固定在喷枪架上，喷枪架通过螺栓固定在行走小车上，喷枪前端有脉冲点火器，采用电子脉冲方式点燃喷枪，安全方便，喷枪后端固定有送丝机构，热喷涂丝缠绕在盘丝架上，热喷涂丝的一端穿过自动送丝机构和喷枪，从喷嘴露出，露出长度根据喷涂的速度、工艺和送丝速度决定，导链与盘丝架相连，使盘丝架转动平稳、匀速。热喷涂系统是采购的热喷涂设备，不详细叙述。

在轨道的一侧固定有支座，在支座上固定有气缸式升降机构，气缸式升降机构的数量在4～6个之间，气缸式升降机构与轨道平行排列并均匀分布。在气缸式升降机构上放入被喷涂管件，被喷涂的管件能在气缸式升降机构上旋转。

在气缸式升降机构的支座一端固定有夹持旋转机构，夹持旋转机构能夹持被喷涂的管件的一端部，并带动管件旋转。

每组控制机构由两个行程开关、一个继电器和一个电磁阀组成，控制机构的数量与气缸式升降机构数量相同；两个行程开关、一个继电器和一个电磁阀固定在轨道上；继电器和电磁阀之间由导线连接；电磁阀与气缸的进排气管之间由气管线连接。当行走小车行走到任一个气缸式升降机构的位置触动第一个行程开关，控制机构控制该气缸式升降机构降低并脱离对被喷涂管件；当热喷涂系统完成支撑部分的喷涂后，行走小车继续行走触动第二个行程开关，控制机构控制该气缸式升降机构升起并对被喷涂管件再次支撑。解决了被喷涂管件支撑点被阻挡而造成的喷涂漏点或需要人工补喷问题，使喷涂过程连续、高效。

所述的夹持旋转机构主要由电机、电机支架、带轮、三角皮带和十字轴式万向节卡盘组成，电机支架固定在地面上，防止滑动，电机与十字轴式万向节卡盘之间通过带轮和三角皮带连接，将电机输出的动力传递给十字轴式万向节卡盘。十字轴式万向节卡盘主要由主轴、滚动轴承座、传动轴连接套、十字轴式万向联轴器、卡盘连接板和三爪卡盘组成。主轴外壁上有滚动轴承，滚动轴承在滚动轴承座内。在主轴的动力输出端有传动轴连接套，主轴与传动轴连接套之间通过螺栓固定，传动轴连接套的端部固定有十字轴式万向联轴器，在十字轴式万向联轴器的端部连接有卡盘连接板，卡盘连接板通过螺栓连接三爪卡盘。三爪卡盘能够自动定心，能夹牢被热喷涂工件端部。

十字轴式万向联轴器是由十字轴、十字连接节和轴销组成。在圆柱体形的传动轴连接套的另一端有槽，在传动轴连接套端部的槽内插入十字轴一端的平行凸起块。在传动轴连接套的端部与十字轴凸起块上有垂直十字轴凸起块平面的孔，在孔内有轴销。十字轴中间为圆柱体，在圆柱体的两端分别有横截面为矩形的凸起块，两个凸起块相互垂直，并且在两个凸起块上分别有一个垂直凸起块的孔。十字轴另一端的平行凸起块插入十字连接节端部的槽内。十字轴另一端的平行凸起块与十字连接节的端部有垂直十字轴凸起块平面的孔，在孔内有轴销。十字连接节另一端的平行凸起块插入卡盘连接板端部凸起轴的槽内。十字连接节另一端的平行凸起块与卡盘连接板端部凸起轴有垂直十字连接节凸起块平面的孔，在孔内有轴销。

传动轴连接套、十字轴、十字连接节和卡盘连接板均设有定位通孔，通过轴销装配联接，实现在某一方向上的自由转动，具有自动调节功能，能避免因十字轴式万向节卡盘的主轴与管件的中心轴不在同一直线上而影响热喷涂质量，使管件运转平稳、高效，确保相同截面上热喷涂涂层的厚度均匀。

所述的气缸式升降机构主要包括气缸、限位螺母、气缸固定板、导杆、支撑轴承、轴承座固定板和轴承支架；在气缸固定板下平面固定有气缸，气缸的活塞杆穿过气缸固定板；气缸活塞杆的端部固定在轴承座固定板上；轴承座固定板与气缸固定板平行；在轴承座固定板上固定有圆柱形导杆，导杆的另一端穿过导向套，导向套固定在气缸固定板的导向孔内；在轴承座固定板的上平面对称固定有轴承支架，在轴承支架上有支撑轴承，支撑轴承对称分布在气缸杆中心线两侧。在导杆的下端固定有限位螺母。气缸下端固定在地面基座上，防止气缸工作时由于震动引起滑移，

气缸式升降机构的工作原理：参阅图4。两个行程开关分别位于支撑轴承2.7两侧的轨道上，当装有喷枪的行走小车行至第一行程开关处，第一行程开关被触发，电磁阀控制气缸下降。气缸2.1的升降运动传递给支撑轴承2.7，使支撑轴承2.7随之下降。多个升降装置配合，从而保证当小车靠近支撑轴承2.7时，气缸2.1使支撑轴承2.7下降，保证该支撑轴承2.7处的喷涂不受影响；当行走小车离开该支撑轴承2.7，行走小车行至第二行程开关处，第二行程开关被触发，气缸2.1推动支撑轴承2.7升起，保证管件呈水平支撑。

长管件表面热喷涂装置的工作原理：参阅图2。将管件平放在气缸式升降机构2上，然后夹持旋转机构1将管件的一端夹牢，并带动管件匀速旋转，将热喷涂系统5的喷枪对准管件上方，调整喷嘴与管件之间的夹角和距离，随后，由脉冲点火器点燃喷枪，喷嘴处的热喷涂丝被迅速熔化并以一定喷射速度喷射到管件表面、附着、流平、固化成膜，形成稳固的热喷涂涂层，同时盘丝架和自动送丝机构将热喷涂丝不断匀速送至喷枪喷嘴处，行走小车4带动喷枪在轨道3上匀速前进，当行走小车4行至轨道3上固定的第一行程开关处，控制机构6中的电磁阀吸合，气缸下降，热喷涂过程连续不间断，当喷枪越过支撑轴承2.7，到达第二行程开关处，控制机构6中的电磁阀断开，气缸上升，依次类推，喷枪可以顺利越过气缸式升降机构2各自的支撑轴承2.7，不需要中途停止，整个热喷涂过程高效、连续，待整根管件喷涂完毕，且涂层经自然冷却充分后，成品移开生产线。

在热喷涂工艺中，行走小车的行进速度和管件的旋转速度直接关系到涂层的厚度和质量。喷涂过程中，如果管件转动，小车不动，喷涂只能在管件的某一圆周表面上进行，喷涂厚度会随着时间的延长而不断增厚，最终会造成涂层脱落；如果钢管不转，行走小车匀速前进，喷涂就只能沿钢管的某一个轴向表面进行，不能将管件圆周覆盖；所以，只有当行走小车的行进速度与管件的旋转速度满足一定匹配关系时，才能在管件外表面上行成圆周满布、厚度均匀的热喷涂涂层。

行走小车行进速度由式(1)计算：

$V=\frac{2\mathrm{\π}{n}_{1}r{f}_{1}P}{60f_2}---\left(1\right)$

其中V-行走小车行进速度；n₁-小车电机转速；r-齿轮中度圆半径；f₁-小车变频器频率；P-小车减速机的减速比；f₂-电机频率50Hz。由此可以看出，小车行走速度由小车变频器频率控制。

工件转动速度由式(2)计算：

$m=\frac{n_2{f}_3}{60f_2}---\left(2\right)$

其中m-工件旋转速度；n₂-夹持旋转机构电机转速；f₃-旋转变频器频率；f₂-电机频率50Hz。由此可以看出，工件旋转速度由旋转变频器控制。

因为行走小车行进速度与管件转速的关系满足以下公式：

$V=\frac{m}{60}\×2\mathrm{tg\α}\×L---\left(3\right)$

其中；α-喷嘴喷幅的角度，L-喷嘴到工件表面距离。

因此，首先要根据管件涂层的要求(如厚度、覆盖率等)确定喷嘴到工件的距离及喷嘴喷幅的角度；然后由公式(1)和公式(2)得出行走小车的行进速度和管件的转速。

本实用新型的有益效果：

(1)实现了油管、套管等较长管件外表面的自动化连续高效热喷涂，气缸式升降机构解决了因轴承支撑点的阻挡而造成的喷涂漏点或需要人工补喷问题，使喷涂过程完全自动化、连续、高效。

(2)管件夹持牢固、旋转平稳、无跳动，十字轴式万向节卡盘具有自动调节功能，能避免因十字轴式万向节卡盘的主轴与管件的中心轴不在同一直线上而影响热喷涂质量，确保相同截面上热喷涂涂层的厚度均匀。

(3)实现了油管、套管等较长管件的批量热喷涂施工，整个热喷涂过程无需人工干预，实现完全自动化，生产效率高，成品率高，可大批量生产，显著提高管杆类热喷涂工件的市场竞争力。

附图说明

图1为长管件表面热喷涂装置的结构俯视图。

图2是长管件表面热喷涂装置的结构主视图。

图3是夹持旋转机构1的十字轴式万向节卡盘结构示意图。

图4是气缸式升降机构2的结构示意图。

图1中，1.夹持旋转机构，2.气缸式升降机构，3.轨道，4.行走小车，5.热喷涂系统，6.控制机构。

具体实施方式

实施例1：以2⁷/₈″油管喷涂铝为例，对本实用新型长管件表面热喷涂装置作进一步详细说明。参阅图1和图2。

长管件表面热喷涂装置，主要由夹持旋转机构1、气缸式升降机构2、轨道3、行走小车4、热喷涂系统5和控制机构6组成，轨道3水平固定在支架上，在轨道3上有一辆行走小车4；行走小车4上固定有热喷涂系统5。

在轨道3的一侧固定有支座，在支座上固定有气缸式升降机构2，气缸式升降机构2的数量为四个，气缸式升降机构2与轨道3平行排列并均匀分布。在气缸式升降机构2的支座一端固定有一个夹持旋转机构1。

每组控制机构6由两个行程开关(型号2C-Q225)、一个继电器(型号JQX-13F-LY2C)和一个电磁阀(型号DN10-0927100)组成，控制机构6的数量与气缸式升降机构2数量相同；两个行程开关、一个继电器和一个电磁阀固定在轨道3上；继电器和电磁阀之间有导线连接；电磁阀与气缸2.1的进排气管2.2之间有气管线连接。

夹持旋转机构1主要由电机、电机支架、带轮、三角皮带和十字轴式万向节卡盘组成，三相异步电机，型号为Y100L，由电机支架与地面固定，防止滑动，电机与十字轴式万向节卡盘之间通过带轮和三角皮带连接。

参阅图3。十字轴式万向节卡盘，主要主轴1.1、滚动轴承座1.2、传动轴连接套1.4、十字轴式万向联轴器、卡盘连接板1.8和三爪卡盘1.9组成。主轴1.1外壁上有滚动轴承，滚动轴承在滚动轴承座1.2内。在主轴1.1的动力输出端有传动轴连接套1.4，主轴1.1与传动轴连接套1.4之间通过螺栓1.3固定。传动轴连接套1.4的端部固定有十字轴式万向联轴器，在十字轴式万向联轴器的端部连接有一个卡盘连接板1.8，卡盘连接板1.8通过螺栓连接三爪卡盘1.9。十字轴式万向联轴器是采购的现有产品。十字轴式万向联轴器由十字轴1.6、十字连接节1.7和轴销1.5组成。在圆柱体形的传动轴连接套1.4的另一端有15毫米宽的槽。在传动轴连接套1.4端部的槽内插入十字轴1.6一端的14.5毫米宽的平行凸起块。在传动轴连接套1.4的端部与十字轴1.6凸起块上有一个垂直十字轴1.6凸起块平面的孔，在孔内有一个直径为16毫米的轴销1.5。十字轴1.6中间为圆柱体，在圆柱体的两端有分别有横截面为矩形的凸起块，两个凸起块厚度14.5毫米并相互垂直，并且在两个凸起块上分别有一个垂直凸起块的孔。十字轴1.6另一端的平行凸起块插入十字连接节1.7端部的槽内。十字轴1.6另一端的平行凸起块与十字连接节1.7的端部有一个垂直十字轴1.6凸起块平面的孔，在孔内有一个直径为16毫米的轴销1.5。十字连接节1.7另一端的平行凸起块插入卡盘连接板1.8端部凸起轴的槽内。十字连接节1.7另一端的平行凸起块与卡盘连接板1.8端部凸起轴有垂直十字连接节1.7凸起块平面的孔，在孔内有一个直径为16毫米轴销1.5。

参阅图4。气缸式升降机构2，包括气缸2.1、限位螺母2.3、气缸固定板2.4、导向套2.5、导杆2.6、支撑轴承2.7、轴承座固定板2.8、轴承支架2.9、气缸杆锁紧螺母2.10。气缸2.1采用的是双作用单活塞杆气缸，气缸行程100mm，缸径63mm。在长方形的气缸固定板2.4中间下平面固定有一个气缸2.1，气缸2.1的活塞杆穿过气缸固定板2.4的固定孔，通过螺钉把气缸2.1固定在气缸固定板2.4的下平面上。气缸2.1活塞杆的端部穿过长方形轴承座固定板2.8的安装孔，在活塞杆的端部有气缸杆锁紧螺母2.10，通过气缸杆锁紧螺母2.10把活塞杆固定在轴承座固定板2.8上。轴承座固定板2.8与气缸固定板2.4相互平行。轴承座固定板2.8上固定有两个圆柱形导杆2.6，导杆2.6的另一端向下穿过导向套2.5，导向套2.5固定在气缸固定板2.4的导向孔内。在两个导杆2.6的下端分别固定有两个限位螺母2.3。导杆2.6和导向套2.5对称分布在气缸2.1中心线的两侧。在轴承支架2.9上有支撑轴承2.7，即在轴承座固定板2.8的上平面对称固定有四个轴承支架2.9每两个轴承支架2.9为一组，两个轴承支架2.9相对，在两个轴承支架2.9中间有固定槽。支撑轴承2.7采用单列向心球轴承，在支撑轴承2.7中心孔内固定有轴，轴的两端分别固定在两个轴承支架2.9中间的固定槽内。两个支撑轴承2.7对称分布在气缸杆中心线两侧。两个支撑轴承2.7上部能托起管件，管件能转动。气缸2.1两端有分别有一个进排气管2，通过进排气管2为气缸2.1提供推动力，开关控制阀保证气缸正常运行。气缸2.1下端固定在地面基座上。

准备过程：将管件水平放置到气缸式升降机构的支撑轴承上，用十字万向节卡盘将管件的一端夹紧固定；将热喷涂丝穿过自动送丝机构和喷枪至喷嘴处，将喷枪放置于管件上方，调整喷嘴与管件之间的夹角和距离，一般喷铝为8.3kg/h，喷嘴到管件表面的垂直距离为123mm，喷嘴夹角为60°，喷涂在钢管表面的喷幅范围为直径142mm；调整轨道上行程开关的位置；准备工作就绪。

计算过程：根据公式(1)～(3)计算小车行走速度及管件旋转速度；计算结果为小车行走速度为V＝5～25mm/s，工件转速m＝60～300转/分，涂层的重复覆盖率为50％。

长管件表面热喷涂装置正常工作过程：开启夹持旋转机构，开启自动送丝机构，点燃喷枪，热喷涂丝被迅速熔化并以一定喷射速度喷射到管件表面，形成稳固的涂层，同时行走小车带动喷枪在轨道上匀速前进，按计算结果设定小车行走速度和管件旋转速度，并根据涂层厚度和质量微调，待整根管件喷涂完毕，经自然冷却后，成品移开生产线，重复本过程加工下一根钢管。

Claims (3)

1.一种长管件表面热喷涂装置，主要由夹持旋转机构(1)、气缸式升降机构(2)、轨道(3)、行走小车(4)、热喷涂系统(5)和控制机构(6)组成，轨道(3)水平固定在支架上，在轨道(3)上有行走小车(4)；行走小车(4)上固定有热喷涂系统(5)；其特征在于：在轨道(3)的一侧固定有支座，在支座上固定有气缸式升降机构(2)，气缸式升降机构(2)的数量在4～6个之间，气缸式升降机构(2)与轨道(3)平行排列并均匀分布；在气缸式升降机构(2)的支座一端固定有夹持旋转机构(1)，每组控制机构(6)由两个行程开关、一个继电器和一个电磁阀组成，控制机构(6)的数量与气缸式升降机构(2)数量相同；两个行程开关、一个继电器和一个电磁阀固定在轨道(3)上；继电器和电磁阀之间由导线连接；电磁阀与气缸(2.1)的进排气管(2.2)之间由气管线连接。

2.根据权利要求1所述的长管件表面热喷涂装置，其特征是：所述的夹持旋转机构(1)主要由电机、电机支架、带轮、三角皮带和十字轴式万向节卡盘组成，电机支架与地面固定，电机与十字轴式万向节卡盘之间通过带轮和三角皮带连接，十字轴式万向节卡盘主要由主轴(1.1)、滚动轴承座(1.2)、传动轴连接套(1.4)、十字轴式万向联轴器、卡盘连接板(1.8)和三爪卡盘(1.9)组成；主轴(1.1)外壁上有滚动轴承，滚动轴承在滚动轴承座(1.2)内，在主轴(1.1)的动力输出端有传动轴连接套(1.4)，主轴(1.1)与传动轴连接套(1.4)之间通过螺栓(1.3)固定，传动轴连接套(1.4)的端部固定有十字轴式万向联轴器，在十字轴式万向联轴器的端部连接有卡盘连接板(1.8)，卡盘连接板(1.8)通过螺栓连接三爪卡盘(1.9)；十字轴式万向联轴器是由十字轴(1.6)、十字连接节(1.7)和轴销(1.5)组成，在圆柱体形的传动轴连接套(1.4)的另一端有槽，在传动轴连接套(1.4)端部的槽内插入十字轴(1.6)一端的平行凸起块；在传动轴连接套(1.4)的端部与十字轴(1.6)凸起块上有垂直十字轴(1.6)凸起块平面的孔，在孔内有轴销(1.5)；十字轴(1.6)中间为圆柱体，在圆柱体的两端分别有横截面为矩形的凸起块，两个凸起块相互垂直，并且在两个凸起块上分别有一个垂直凸起块的孔；十字轴(1.6)另一端的平行凸起块插入十字连接节(1.7)端部的槽内；十字轴(1.6)另一端的平行凸起块与十字连接节(1.7)的端部有垂直十字轴(1.6)凸起块平面的孔，在孔内有轴销(1.5)；十字连接节(1.7)另一端的平行凸起块插入卡盘连接板(1.8)端部凸起轴的槽内；十字连接节(1.7)另一端的平行凸起块与卡盘连接板(1.8)端部凸起轴有垂直十字连接节(1.7)凸起块平面的孔，在孔内有轴销(1.5)。

3.根据权利要求1或2所述的长管件表面热喷涂装置，其特征是：气缸式升降机构(2)主要包括气缸(2.1)、限位螺母(2.3)、气缸固定板(2.4)、导杆(2.6)、支撑轴承(2.7)、轴承座固定板(2.8)和轴承支架(2.9)；在气缸固定板(2.4)下平面固定有气缸(2.1)，气缸(2.1)的活塞杆穿过气缸固定板(2.4)；气缸(2.1)活塞杆的端部固定在轴承座固定板(2.8)上；轴承座固定板(2.8)与气缸固定板(2.4)平行；在轴承座固定板(2.8)上固定有圆柱形导杆(2.6)，导杆(2.6)的另一端穿过导向套(2.5)，导向套(2.5)固定在气缸固定板(2.4)的导向孔内；在轴承座固定板(2.8)的上平面对称固定有轴承支架(2.9)，在轴承支架(2.9)上有支撑轴承(2.7)，支撑轴承(2.7)对称分布在气缸杆中心线两侧，在导杆(2.6)的下端固定有限位螺母(2.3)，气缸(2.1)下端固定在地面基座上。

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