带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，包括依次连接的用于设置主钢带的第一放转架、用于输送主钢带的送料托架、第一夹送辊装置、矫平辊装置和转动梁；在转动梁后面位于主钢带所在平面位置的上方或下方还依次连接用于设置窄钢带的第二放转架、第二夹送辊装置和用于使窄钢带弯曲变形成加强环的成型装置，并且成型装置通过导向装置将加强环送入主钢带处，该主钢带与加强环共同依次通过夹紧装置、螺旋钢管成型装置、焊接装置和切割装置形成带螺旋形加强环的螺旋钢管。本发明的优点为能对螺旋形的加强环与钢管壁同时加工成型，制作出直径超大、管壁薄、环向刚度增加、对相邻管节的接缝有保护作用的螺旋钢管。
【专利说明】带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢管的生产设备，尤其涉及一种带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备。
【背景技术】
[0002]目前有钢筋混凝土管道、塑料管道和钢质管道等多种管道，但上述管道的直径都不能太大，例如，钢筋混凝土管道直径超过2米时就很难制作，长度也不能太长，管体笨重，施工困难，易泄露，介质压力也不能太大，不可以用作压力管道使用；塑料管道的弹性模量小，做大口径管道使用时，环向刚度不能满足要求，也不能用作压力管道；钢质管道在口径太大时，为了满足最基本的抗压扁强度，也就是环向刚度时，就必须增加钢板厚度，成本很高，并且口径不能太大，当直径超过3米时，在重量影响下，生产时管道就可能变形，不易加工。当管道埋地时，超大口径管道很难抵抗两侧回填产生的压力。目前国标上还没有生产带有螺旋形加强环的螺旋钢管的全自动一体化专用设备。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明的目的是提供一种直径超大、管壁薄、环向刚度增加、对相邻管节的接缝有保护作用的带螺旋形加强环的螺旋钢管的自动化生产设备。
[0004]技术方案:本发明所述的自动化生产设备，其特征在于:包括依次连接的用于设置主钢带的第一放转架、用于输送主钢带的送料托架、第一夹送辊装置、矫平辊装置和转动梁；在转动梁后面位于主钢带所在平面位置的上方或下方还依次连接用于设置窄钢带的第二放转架、第二夹送辊装置和用于使窄钢带弯曲变形成加强环的成型装置，并且成型装置通过导向装置将加强环送入主钢带处，该主钢带与成型后的窄钢带即加强环共同依次通过夹紧装置、螺旋钢管成型装置、焊接装置和切割装置形成带螺旋形加强环的螺旋钢管。
[0005]其中，所述螺旋钢管成型装置包括平台和位于该平台一侧的立柱，该平台上方设有与立柱连接的横梁，其中，该平台上设有用于使主钢带弯曲、变形成螺旋钢管的成型辊，同时该横梁上设有用于辅助定径、调节螺旋钢管直径大小的滚轮。所述成型辊和滚轮为至少三个。
[0006]所述焊接装置包括三维滑台和与其连接的焊头机构。
[0007]所述切割装置包括依次连接的两路测速传感器、直流伺服电机、齿轮减速器、双丝杠螺母机构和由双丝杠螺母机构带动的可移动的切割小车，其中，该切割小车上依次设有用于切除螺旋形加强环的铣刀和用于切割主钢带的等离子切割喷枪。
[0008]所述矫平辊装置采用七辊矫平，分上下两排设置，上排设有四个通过电机控制升降的上辊，下排固定三个下辊；同时在该矫平辊装置的出口处设有用于检测主钢带位置信号的传感器。
[0009]所述第一放转架包括可上下升降的夹卷锥头和位于夹卷锥头下方的托辊。
[0010]所述第一夹送辊装置包括上辊和下辊。
[0011]所述夹紧装置包括上辊轮和位于该上辊轮下方的窄钢带托板。
[0012]有益效果:本发明与现有技术相比，其显著优点为:首先，该设备能对螺旋形的加强环与钢管壁同时加工成型，制造出超大直径(直径可达10米或10米以上)的内壁或外壁带螺旋形加强环的螺旋钢管；其次，该设备能方便调节和固定钢管的直径，以及加强环的高度、宽度和间距，对初步成型的钢管强制定径，产生符合尺寸规格的螺旋焊接钢管，以免出现大小头等现象；再次，采用自动内外焊接技术，使焊头前后焊炬运动轨迹和螺旋线一致，内部是对钢管自身形成的焊缝进行焊接，外部是利用加强环焊接在主钢带上的接缝处，提高了焊接质量；同时，螺旋钢管管节间的焊缝可通过螺旋形加强环包裹起来，形成一个密闭空腔，不仅加强了焊缝处的泄漏保护，还容易对焊缝进行试压及检漏；另外，切割装置能确保切割的小车与钢管伸长速度同步，保证切割边的平整，在切割钢管时，钢管有一部分是有内外两层(螺旋形加强环和主钢带材制成的钢管)，可利用铣刀切除部分螺旋形加强环，便于由主钢带材制成的钢管的切割。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明设备的俯视图；
[0014]图2为本发明中第一放转架的结构示意图；
[0015]图3a为本发明中第一夹送辊装置的主视图；
[0016]图3b为本发明中第一夹送辊装置的左视图；
[0017]图4为本发明中矫平辊装置的结构示意图；
[0018]图5a为本发明中第二放转架和第二夹送辊装的侧视图；
[0019]图5b为本发明中第二夹送辊的俯视图；
[0020]图6为本发明中用于使窄钢带弯曲的成型装置的结构示意图；
[0021]图7为本发明中导向装置的结构示意图；
[0022]图8为本发明中导向装置的三维立体图；
[0023]图9a为本发明中夹紧装置的主视图；
[0024]图9b为本发明中夹紧装置的俯视图；
[0025]图10为本发明中成型装置的侧视图；
[0026]图11为本发明中成型装置的主视图；
[0027]图12为本发明中焊接装置中的三维滑台的结构示意图；
[0028]图13为本发明中焊接装置中的焊头机构的结构示意图；
[0029]图14为本发明中切割装置的结构示意图；
[0030]图15为本发明中切割装置中的切割小车的结构示意图；
[0031]图16为窄钢带摆放位置的结构示意图；
[0032]图17为本发明窄钢带截面弯曲成型后的结构示意图；
[0033]图18为本发明主钢带与成型后的窄钢带贴合后的结构示意图；
[0034]图19为本发明主钢带与成型后的窄钢带通过螺旋钢管成型装置后的结构示意图；
[0035]图20为利用本发明设备制作出的带螺旋形加强环的螺旋钢管的三维立体图；
[0036]图21为主钢带与成型后的窄钢带进入螺旋钢管成型装置时，光电码盘所在位置的示意图。
【具体实施方式】
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[0037]下面对本发明的技术方案作进一步说明。
[0038]如图1所示，本发明的自动化生产设备，包括依次连接的用于设置主钢带的第一放转架1、用于输送主钢带14的送料托架2、第一夹送辊装置3、矫平辊装置4和转动梁5 ；该转动梁5后面位于主钢带14所在平面的上方或下方还依次连接的用于设置窄钢带15的第二放转架6、第二夹送辊装置7和用于使窄钢带弯曲的成型装置8，并且成型装置8通过导向装置9将成型后的窄钢带15 (即加强环16)送入主钢带14处，该主钢带14与加强环16共同依次通过夹紧装置10、螺旋钢管成型装置11、焊接装置12和切割装置13形成带螺旋形加强环的螺旋钢管。如此通过该设备能实现外壁或内壁带螺旋形加强环的螺旋钢管的自动化生产。本发明的加强环为空心加强环，当然根据需要可在其中填充混凝土。
[0039]如图2所示，主钢带材的钢卷置于第一放转架1上，通过送料托架2将主钢带送至第一夹送辊装置3处。该第一放转架1包括夹卷锥头11和托辊12，用于支承主钢带的钢卷。其中，夹卷锥头11的升降通过液压油缸驱动，带有单向阀自锁回路，保证工作时不会产生钢卷的掉落。托辊12的旋转是由电机通过齿形链条传动；夹卷锥头11还带有制动器，可防止由于故障停车时锥头倒转产生散卷，同时还可根据不同的钢卷调整制动力。
[0040]如图3a、3b所示，第一夹送辊装置3包括上辊31和下辊32。该夹送辊是本发明主要的动力源，上辊31由液压油缸驱动控制上下动作，通过上辊31和下辊32的共同作用，将主钢带送至矫平辊装置4。
[0041]如图4所示，矫平辊装置4，包括上辊41和下辊42组成，上排四个上辊41，下排三个下辊42，下辊42固定，上辊41由电动电机控制升降，上辊可摆动微调，实现上辊的开张度，保证了矫平效果，提高了钢材表面的平整度。当安装在矫平辊装置出口处的传感器43检测到主钢带材信号时，位于主钢带上侧或下侧的第二放转架6开始工作。
[0042]当需要制作外壁带加强环的螺旋钢管时(本发明以此为例)，第二放转架6、第二夹送辊装置7和成型装置8位于主钢带所在平面位置的下方(此时主钢带已经传输至转动梁5所在位置)(当矫平辊上的传感器检测到主钢带信号时，第二放转架开始动作，保证窄钢带的端面与主钢带的端面平齐)；当需要制作内壁带加强环的螺旋钢管时，第二放转架6、第二夹送辊装置7和成型装置8位于主钢带所在平面位置的上方。
[0043]如图5a、5b所示，第二放转架6可以与第二夹送辊装置7不在同一平面上，方便窄钢带的安装及对接，利用轴套71固定窄钢带15轴间位置。
[0044]如图6所示，本发明的成型装置8通过并行的三组辊轮(包括上辊轮和下滚轮)同时挤压三卷输出的窄钢带，从而制成三组截面为半圆弧状(本发明)、方形或梯形等加强环。窄钢带成型的加强环的宽度、高度、间距等均可通过上下辊轮调节。
[0045]如图16-20所示，首先，窄钢带15经过成型装置8弯曲成截面为半圆弧状的环状结构(本发明称为加强环16)，其次，加强环16与主钢带14焊接贴合在一起，具体是在主钢带14表面纵向贴合3组成型后的加强环16，其中，位于主钢带边缘处的一组弯曲的加强环有一端贴合在主钢带14上，另一端悬空，当主钢带一节一节绕制成螺旋钢管17时，上一节钢管与下一节钢管(或者为主钢带之间)之间形成螺旋形接缝18，下一节主钢带上悬空的加强环的一端则贴合(覆盖)在上一节已经成型的螺旋管节上，最终制成带螺旋形加强环的螺旋钢管。
[0046]如图7、8所示，导向装置9通过倾斜一定角度，将成型后的窄钢带送至主钢带位置的下方，并与主钢带材贴合。在加工的过程中，要保证成型后的窄钢带与主钢带的端面平齐。
[0047]如图9a、9b所示，夹紧装置10将成型后的窄钢带与主钢带完全贴合(如图18所示)，其包括上辊轮101和位于其下方的窄钢带托板102，窄钢带置于窄钢带托板102上，上辊轮101和窄钢带托板102之间的空隙用于放置主钢带。焊接过程中，两个上辊轮101之间的A区域，使用焊接装置12进行焊接。
[0048]如图10、11所示，将表面覆有成型后窄钢带的主钢带送入螺旋钢管成型装置11，该螺旋钢管成型装置11包括平台112和位于该平台112 —侧的立柱113，该平台112上方设有与立柱113连接的横梁114，其中，该平台112上设有用于使主钢带弯曲、变形成螺旋钢管的成型辊110，该成型辊110至少有三个(1#、2#、3#)，同时该横梁114上设有用于辅助定径、调节螺旋钢管直径大小的滚轮111，该滚轮111也是至少有三个(4#、5#、6#)。成型辊110之间的距离是根据螺旋钢管直径来确定的；滚轮111用于辅助定径。
[0049]该螺旋钢管成型装置11，采用三排外控辊定径方式(即4#、5#、6#，图11中的111)，三个成型辊(1#、2#、3#))采用电动控制方式，将主钢带和窄钢带弯曲定型，成型辊大自由度可调整，可实现升降、平移、角度也可调节，制作出外壁带螺旋形加强环的螺旋钢管(如图19所示)。另外，辅助定径的4#、5#、6#三个滚轮也全部采用电动控制，方便调节钢管直径，对初步成型的钢管强制定径，产生符合尺寸规格的螺旋焊接钢管，减少人工劳动强度；另外，可通过调节5#滚轮的倾斜角度(从图10分析，调节5#滚轮上下位置)，例如制成塔状的螺旋钢管。同时，在该螺旋钢管成型装置11附近或装置上设有光电码盘114，如图21所示。
[0050]在螺旋钢管成型的同时，对钢管进行内外焊接，因此在钢管内外均设有焊接装置，内部焊接用于焊接螺旋钢管管节之间的接缝；而外部焊接是将下一节主钢带上悬空的窄钢带的一端焊接在上一节已经成型的螺旋管节上(如上所述)，此处的焊接装置悬挂固定在成型辊2#的侧面。
[0051]所述的焊接装置12如图12、13所示，由三维滑台120(如图12)和焊头机构121(如图13)两部分组成。三维滑台可对焊炬进行3个方向的调整，分别为水平位置钢管直径方向(X轴、图示垂直与图纸方向)、钢管轴向平行方向(Y轴)和垂直位置钢管径向方向(Z轴)，Z轴滑板122为焊头悬挂连接机构。三维滑台120主要传动部件采用滚珠丝杠副和直线导轨副，定位精度高；Z轴具有断电制动功能，通电时抱闸松开、断电时抱闸自动抱死，避免调整完毕停电后自动下滑。焊头机构121通过一个连接盘123与三维滑台的Z轴滑板122连接，连接盘123可以根据钢管螺旋线的方向带动焊头机构旋转调整，使焊头前后焊炬运动轨迹和螺旋线一致，124为双丝间距调整机构，用于调整焊头126之间的距离，125为送丝电机。
[0052]如图14、15、21所示，切割装置13包括测速传感器130、直流伺服电机131、齿轮减速器(图中未画出)、双丝杠螺母机构驱动的带有等离子切割喷枪134和铣刀135的切割小车136。进入三辊成型机构(螺旋钢管成型机构)之前，用光电码盘114测出钢板前进速度，另一路的测速传感器130直接安装在直流伺服电机131输出轴端，测出切割小车136的实际运行速度，通过光电码盘114和测速传感器130可以实现等切割小车136的行走反馈控制，确保切割小车136与钢管伸长同步。切割小车136如图14、15所示。直流伺服电机131通过齿轮减速器带动双丝杠132旋转，由双丝杠132和螺母133组合的丝杠螺母机构带动带有等离子喷枪134和铣刀135的切割小车136以与钢管同速度前进，铣刀136在下，等离子喷枪134在上，铣刀135和等离子喷枪134同时动作，由于铣刀135在下，调节一定的进刀量，可以切除部分空心的加强环，便于等离子切割喷枪134切割由主钢带材卷制的螺旋钢管，喷枪和铣刀上装有传感器，确保喷枪与主钢带材卷制的螺旋钢管距离保持一致以及铣刀和空心加强环的进到量保持一致。
【权利要求】
1.一种带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:包括依次连接的用于设置主钢带(14)的第一放转架(I)、用于输送主钢带的送料托架(2)、第一夹送辊装置(3)、矫平辊装置(4)和转动梁(5);在转动梁(5)后面位于主钢带所在平面位置的上方或下方还依次连接用于设置窄钢带(15)的第二放转架(6)、第二夹送辊装置(7)和用于使窄钢带(15)弯曲变形成加强环(16)的成型装置(8)，并且成型装置(8)通过导向装置(9)将加强环(16)送入主钢带(14)处，该主钢带(14)与加强环(16)共同依次通过夹紧装置(10)、螺旋钢管成型装置(11)、焊接装置(12)和切割装置(13)形成带螺旋形加强环的螺旋钢管。
2.根据权利要求1所述带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:所述螺旋钢管成型装置(11)包括平台(112)和位于该平台(112) —侧的立柱(113)，该平台(112)上方设有与立柱(113)连接的横梁(114)，其中，该平台(112)上设有用于使主钢带弯曲、变形成螺旋钢管的成型辊(110)，同时该横梁(114)上设有用于辅助定径、调节螺旋钢管直径大小的滚轮(111)。
3.根据权利要求2所述带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:所述成型辊(110)和滚轮(111)为至少三个。
4.根据权利要求1、2或3所述带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:所述切割装置(13)包括依次连接的测速传感器(130)、直流伺服电机(131)、齿轮减速器、双丝杠螺母机构和由双丝杠螺母机构带动的可移动的切割小车(136)，其中，该切割小车(136)上依次设有用于切除螺旋形加强环的铣刀(135)和用于切割主钢带的等离子切割喷枪(134)。
5.根据权利要求1、2或3所述带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:所述矫平辊装置(4)采用七辊矫平，分上下两排设置，上排设有四个通过电机控制升降的上辊(41)，下排固定三个下辊(42);同时在该矫平辊装置(4)的出口处设有用于检测主钢带位置信号的传感器(43)。
6.根据权利要求1、2或3所述带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:所述第一放转架(I)包括可上下升降的夹卷锥头(11)和位于夹卷锥头(11)下方的托辊(12)。
7.根据权利要求1、2或3所述带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:所述第一夹送辊装置(3)包括上辊(31)和下辊(32)。
8.根据权利要求1、2或3所述带螺旋形加强环的螺旋钢管自动化生产设备，其特征在于:所述夹紧装置(10)包括上辊轮(101)和位于该上辊轮(101)下方的窄钢带托板(102)。
【文档编号】B23P23/04GK104384935SQ201410477682
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】战福军 申请人:南京联众建设工程技术有限公司