联接元件以及包含联接元件的管道加工设备的制作方法

本申请是申请日为2013年10月2日、国际申请号为pct/us2013/063023、国家申请号为201380059749.7、发明名称为“联接元件以及包含联接元件的管道加工设备”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求享有2012年10月4日提交的共同悬而未决的美国临时专利申请号61/709,742的权益，兹以参见的方式将其全部内容并入本文中。

本公开总体上涉及管道加工设备，并且更具体地，涉及用于加工大直径管道的管道加工设备。

背景技术：

存在各种不同的联接元件用于各种不同的环境和应用中。一种需要联接元件的示例性应用是管道加工设备，上述管道加工设备可实现在管道上的各种加工工艺。一种上述工艺包括切割管道。大直径的管道可通过分割式框架管道加工设备来进行切割，该分割式框架管道加工设备包括从相应侧环绕管道并围绕管道联接在一起的的两个半框架。上述管道切割机包括工具或切割装置，该工具或切割装置包围管道并在切割工艺过程中以小增量朝着管道移动，以便慢慢地切入管道中。最后，在朝着管道调节许多小增量之后，管道将被完全切开。

上述管道加工设备包括适于支承切割工具的工具支承件。上述工具支承件通过多个螺纹紧固件固定就位。每个工具支承件均必须通过一只手保持就位，而另一只手开始拧紧所述多个紧固件。必须充分拧紧几个螺纹紧固件以便于操作者通过另一只手松开工具支承件。而且，为了充分拧紧紧固件，必须旋转许多次紧固件。因此，将工具支承件固定就位的工艺是需要大量时间和精力来实现的繁琐的任务。

另外，在其它应用中的联接元件的使用也是繁琐的。此外，联接元件可能在实现所需的联接方面是无效的和/或当需要联接时，联接元件可能易于变成断开联接。

联接元件还具有被限制的使用。也就是说，有些联接元件适于一种特定的应用或环境，并且上述联接元件在其它应用或环境中不能使用，从而限制了联接元件的可用性。

因此，希望提供一种联接元件，该联接元件易于使用，在提供所需的联接方面是有效的，并且可用于多种环境。

技术实现要素：

本公开由所附权利要求限定，并且在该部分中不应当做对这些权利要求的限制。

在一个方面，提供了一种管道加工设备，该管道加工设备包括：框架；联接到框架并可相对于框架移动的工具承载体；联接到工具承载体并适于支承工具用于与工具承载体一起相对于框架移动的工具支承件；以及适于将工具支承件联接到工具承载体的联接元件。联接元件包括适于接合工具承载体的轴以及联接到轴并可在联接状态和断开联接状态之间相对于轴旋转的接合元件，在该联接状态下，接合元件将工具支承件联接到工具承载体，在该断开联接状态下，接合元件不将工具支承件联接到工具承载体。

在另一个方面，提供了一种联接元件，并且该联接元件包括轴和限定从其穿过并包括凸出部的接合元件。轴至少部分地定位在空腔中并延伸穿过空腔。轴适于相对于接合元件旋转。联接元件还包括：至少部分地定位在空腔中并可相对于接合元件移动的柱塞；以及至少部分地定位在柱塞和接合元件之间的空腔中的偏置元件。

附图说明

结合下列附图和具体实施方式能够更好地理解本公开。在附图中的部件不一定是按比例绘制的，而是把重点放在示出本公开的原理。

图1是根据一实施例的示例性环境的顶部前立体图，在该环境下可利用示例性联接元件，示例性环境包括联接到管道的示例性管道加工设备。

图2是根据一个实施例的图1中示出的管道加工设备的底部后立体图。

图3是根据一个实施例的图1中示出的管道加工设备的前视图，其中拆去其一部分以示出管道加工设备的内部部件。

图4是根据一实施例的图1中示出的示例性工具支承件和多个示例性联接元件的放大前视图，其中示出的联接元件处于联接状态中。

图5是根据一实施例的图1中示出的工具支承件和多个联接元件的放大前视图，其中示出的联接元件处于断开联接状态中。

图6是根据一实施例的图1中示出的联接元件之一的顶部立体图。

图7是根据一实施例的图6中示出的联接元件的底部立体图。

图8是根据一实施例的图6中示出的联接元件的底部视图。

图9是根据一实施例的沿联接元件的图8中的线9-9剖开的剖视图。

图10是根据一实施例的图6中示出的联接元件的分解图。

具体实施方式

参照图1至图3，示出了适于加工不同直径的管道p的管道加工设备20的一个示例性实施例。在一些示例性实施例中，设备20完全切断管道p。在另一些示例性实施例中，设备20制备用于联接到另一管道的管道p的端部。在又一些示例性实施例中，设备20既完全切割又制备用于联接到另一管道的管道p。

在示出的示例性实施例中，管道加工设备20由两个结合在一起的半圆形节段24a、24b形成并包括框架28和工具承载体32。两个节段24a、24b一起包括框架28和工具承载体32，使得框架28的第一部分和工具承载体32的第一部分包含在一个节段24a中，并且框架28的第二部分和工具承载体32的第二部分包含在另一个节段24b中。框架28具有柱形件36，该柱形件延伸到两个半圆形节段24a、24b外侧并容纳适于与适合的驱动马达44(例如具有适合的齿轮减速装置的空气马达)的小齿轮40。框架28适于联接到管道p并相对于管道p固定，并且工具承载体32可相对于固定的框架28和管道p转动。空气马达44适于通过柱形件36中的齿轮传动系统将工具承载体32相对于框架28旋转。工具承载体32具有用于与可旋转地安装在柱形件36中的小齿轮40啮合的圆形齿条56。小齿轮40具有开口60，该开口60设置有用于接纳驱动马达44的互补形状的驱动头64的多边形周边。因此，可以看出，驱动马达44适于通过由柱形件36中的小齿轮40提供的齿轮系统和工具承载体32上的圆形齿条56将工具承载体32相对于框架28旋转。

可旋转的工具承载体32包括一个或多个工具支承件48(在示出的示例性实施例中示出的两个工具支承件)，该工具支承件支承工具52，用于当工具52围绕管道p周向旋转时在管道p上实施切割或加工操作。工具支承件48通过多个联接元件116联接到工具承载体32(下面更详细地描述)。由工具52实施的加工操作可形成垂直于管道p的纵向长度的直边缘、在管道p的端部上横向于管道p的纵向长度以及以除了九十度之外的任何角度的斜面或者管道p的具有任意角的边缘。

设备20还包括四个可调节的夹持元件或联接元件68，该夹持元件或联接元件可与管道p的外部接合并具有适合的调节能力，以将设备20联接到管道p并将设备20定位在管道p的中心。

如在图3中最佳看到的那样，工具承载体32通过多个滚柱轴承72可旋转地安装在框架28上并由框架28支承。滚柱轴承72骑在工具承载体32内部上的圆形轴承座圈76中。

多个凸出部80可调节地移动到推进元件84的路径中以及从推进元件84的路径中移出，该推进元件84联接到每个工具支承件48，以将工具52朝着管道p推进。在示出的示例性实施例中，设备20包括用于接合推进元件84的总共两个凸出部80，然而，设备20可包括任意数量的凸出部80。每个凸出部80联接到杆88，该杆可由用户致动以选择性地将凸出部80移动到推进元件84的路径中以及从推进元件84的路径移出。

继续参照图1和图3，并进一步参照图4至图10，更具体地示出了工具支承件48之一和用于将工具支承件48联接到工具承载体32的多个联接元件116。工具支承件48包括：基部92，可旋转地联接到基部92的进给螺杆96；适于支承工具52并且可沿进给螺杆96移动的工具夹持件100；联接到基部92的涡轮壳体104；由涡轮壳体104支承并至少部分地定位在涡轮壳体104中的涡轮组件108；以及联接到涡轮组件108的推进元件84。

工具支承件48通过一个或多个联接元件116(在示出的示例性实施例中示出两个)联接到工具承载体32并且可相对于管道p调节，以使基部92的弓形边缘120与管道p的外周边接触或者非常接近于管道p的外周边。工具夹持件100适于支承工具52并且可沿进给螺杆96朝着管道p和远离管道p移动(取决于进给螺杆旋转的方向)。进给螺杆96可具有各种不同的牙型、尺寸、螺距和构造，以便在设备20的使用过程中提供所需的工具移动量。推进元件84联接到涡轮组件108，并且涡轮组件108联接到进给螺杆96使得推进元件84与凸出部80的接合使得推进元件84旋转，从而造成涡轮组件108旋转，这会旋转进给螺杆并最终将工具夹持件100和工具52在所需的方向沿进给螺杆96移动。工具联接器128(例如六角螺母)例如联接到进给螺杆96的端部，从而提供工具可根据需要联接到进给螺杆96并旋转进给螺杆96的位置处。

联接元件116包括轴132、接合元件136、第一弹性元件140、偏置元件144、柱塞148以及第二弹性元件152。轴132包括靠近其第一端部的加大头部156，该加大头部包括适于由工具接合的工具联接器160，用于轴132的旋转。在示出的示例性实施例中，工具联接器160是六角头型联接器。可选地，工具联接器160可以是任何类型的工具联接器，例如，平头型或菲利普斯型螺钉驱动联接器、艾伦扳手联接器(六角键联接器)或任何其它类型的联接器。加大头部156的底部表面164接合接合元件136的顶部表面168。轴132还在其中限定用于接纳第一弹性元件140的凹部172。凹部172具有适合的深度，使得第一弹性元件140突出超过轴132并接合限定在接合元件136中的空腔180的内表面。轴132的第二端部184是带螺纹的并且适于以螺纹的方式接合在工具承载体32的互补的螺纹开口。

具体参照图6至图10，接合元件136限定穿过其中的空腔180，该空腔包括第一部分188和第二部分192，该第一部分188适于接纳轴132的一部分和第一弹性元件140，该第二部分192适于接纳轴132的一部分、偏置元件144、柱塞148和第二弹性元件152。第一部分188的直径小于第二部分192，并且在第一和第二部分188、192之间提供有肩部194。第一弹性元件140接合空腔180的第一部分188的表面176，并且第二弹性元件152接合第二部分192的表面196。轴132完全延伸穿过空腔180，其中加大头部156的底部表面164接合接合元件136的顶部表面168，并且轴132的螺纹端部184伸至接合元件136的底部表面198下面。接合元件136还包括凸出部200，该凸出部具有适于接合工具支承件48的基部92的顶部表面208的底部表面204，用于将工具支承件48相对于工具承载体32固定就位。另外，接合元件136包括侧表面212，该侧表面通常在凸出部200下面取向并适于接合工具支承件48的基部92的侧表面216。侧表面212包括：第一止动元件或第一通常直的或平坦的部分220；第二止动元件或第二通常直的或平坦的部分224；以及在第一和第二止动元件220、224之间的弓形部分228。此外，接合元件136包括从接合元件136的底部表面198延伸并适于接合工具承载体32的趾或突出部232。突出部232的内含物提供具有类似于趾夹持件的特征的联接特征的接合元件136。

具体参照图9和图10，偏置元件144限定穿过其中的孔洞236并且定位在空腔180的第二部分192中。偏置元件144的顶部表面240接合空腔180的肩部194，并且偏置元件144的底部表面244接合柱塞148的顶部表面248。轴132延伸穿过限定在偏置元件144中的孔洞236。在一些示例性实施例中，偏置144元件可以是聚氨酯弹簧。在其它示例性实施例中，偏置元件144可以是任意类型的偏置元件，例如卷簧、片簧、盘簧、弹性元件等。

现在参照图7至图10，柱塞148限定穿过其中的空腔252，该空腔包括第一部分256和第二部分260，其中第一部分256的直径小于第二部分260的直径。轴132延伸穿过空腔252，并且第一部分256的尺寸适于提供在轴132和第一部分256之间的小间隙。第二部分260比第一部分256宽，并且尺寸足够大以提供在轴132的螺纹端部184上的螺纹和空腔252之间的间隙。柱塞148在其外表面268中还限定有凹部264，用于在其中接纳第二弹性元件152。凹部264具有适合的深度，使得第二弹性元件152突出超过柱塞148的外表面268并且接合空腔180的第二部分192的内表面196。柱塞148延伸到空腔180外，突出到接合元件136的底部表面198下面，并且柱塞148的底部表面276适于接合工具承载体32。

现在参照图4和图5，联接元件116适于在联接状态(见图4)和断开联接状态(见图5)之间旋转。在示出的示例性实施例中，联接元件116配置成以顺时针方向旋转以将联接元件116移至联接状态，并配置成以逆时针方向旋转以将联接元件116移至断开联接状态。可选地，联接元件116可配置成以逆时针方向旋转以将联接元件116移至联接状态，并且可配置成以顺时针方向旋转以将联接元件116移至断开联接状态。

继续参照图4和图5，并进一步参照图6至图9，将描述联接元件116的操作，并且更具体地，描述当联接元件116在联接状态和断开联接状态之间移动时联接元件的操作。

为了将联接元件116从断开联接状态移至联接状态，用户通过具有互补构造的工具接合工具联接器160，并以顺时针方向旋转轴132。当联接元件116处于断开联接状态下并且轴132开始以顺时针方向旋转时，联接元件116的侧表面212接合基部92的侧表面216(如果其未准备接合的话)，以在这两个接合表面212、216之间产生摩擦力。只要在两个接合表面212、216之间的摩擦力大于在轴132和接合元件136之间的摩擦力，则轴132将在空腔180内相对于接合元件136旋转。在轴132和接合元件136之间的摩擦力可至少部分地包括在第一弹性元件140和空腔180的内表面176之间产生的摩擦以及在加大头部156的底部表面164和接合元件136的顶部表面168之间的摩擦。当轴132旋转时，轴132的螺纹端部184进一步旋入工具承载体32内，这造成通过加大头部156施加在接合元件136上的向下的力以及施加在柱塞148的底部表面276上的向上的力。柱塞148的上述向上的力压缩柱塞148和接合元件136的肩部194之间的偏置元件144，从而将加大头部156的底部表面164更多地压入接合元件136的顶部表面168内。这增加了在轴132和接合元件136之间的摩擦力，并且最终上述摩擦力将超过在接合元件136的侧表面212和基部92的侧表面216之间的摩擦力。当在轴132和接合元件136之间的摩擦力超过在侧表面212、216之间的摩擦力时，接合元件136与轴132一起旋转并且接合元件136的侧表面212靠着基部92的侧表面216以凸轮方式运动、骑乘、滚动或滑动。侧表面212的弓形部分228有助于接合元件136的侧表面212靠在基部92上的滚动运动。接合元件136与轴132一起旋转，直到第一止动元件220接合基部92的侧表面216。凸出部200现在位于基部92的顶部表面208上面。由于第一止动元件200通常是平坦的表面，所以克服在第一止动元件220和基部92的侧表面216之间产生的摩擦力所需要的力的量太大并且不能通过旋转轴132来实现。在接合元件136在上述固定位置的情况下，轴132可以相对于接合元件136继续旋转，以进一步将接合元件136的凸出部200向下拉至基部92的顶部表面208上。轴132的上述额外旋转还进一步将柱塞148向上按压，以进一步压缩偏置元件144。轴132旋转直到在联接元件116和基部92之间产生所需数量的联接力。现在联接元件116处于图4中示出的联接状态下。

为了将联接元件116从联接状态移至断开联接状态，用户通过具有互补构造的工具再次接合工具联接器160，并以逆时针方向旋转轴132，以减小在接合元件136的凸出部200和基部92的顶部表面208之间的联接力的量。当上述联接力大于轴132和接合元件136之间的摩擦力的量时，轴132将相对于接合元件136旋转。轴132和接合元件136之间的摩擦力可至少部分地包括在第一弹性元件140和空腔180的内表面176之间产生的摩擦以及在加大头部156的底部表面164和接合元件136的顶部表面168之间的摩擦。在柱塞148和空腔180的肩部194之间的偏置元件144的压缩提供了对接合元件136的提升力，使得当通过轴132的加大头部156对接合元件136施加的向下的力减小时，偏置力向上提升接合元件136远离基部92。凸出部200和基部92的顶部表面208之间的联接力将最终小于轴132和接合元件136之间的摩擦力，在此时，接合元件136将与轴132一起旋转。接合元件136的侧表面212将靠在基部92的侧表面216上以凸轮方式运动、骑乘、滚动或滑动，直到侧表面212的第二止动元件224接合基部92的侧表面216。现在从基部92的顶部表面208上面将凸出部200移出。由于第二止动元件224通常是平坦的表面，所以克服在第二止动元件224和基部92的侧表面216之间产生的摩擦力所需要的力的量太大并且不能通过转动轴132来实现。在接合元件136在上述固定位置的情况下，轴132可以相对于接合元件136继续旋转，以进一步将接合元件136向上移动或松开。现在联接元件116处于图5中示出的断开联接状态下，并且工具支承件48可根据需要进行调节或移除。

应当理解的是，在这里的任何取向或方向术语的使用，例如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“侧”等，并不旨在仅意味着与其相关联的术语的单个取向，或者并不旨在以任何的方式限制本公开。上述取向或方向术语的使用旨在有助于这里公开的原理的理解并且旨在对应于在附图中示出的示例性取向。例如，联接元件可以任意取向使用，并且使用术语例如“顶部”、“底部”、“侧”等的使用对应于在附图中示出的联接元件的示例性取向。与联接元件相关联的这些术语的使用并不旨在限制联接元件为单个取向或以任意的方式限制联接元件。

提供了本公开的摘要，以允许读者快速地确定本技术公开的性质。通过理解主张其不用于解释或者限制本权利要求的范围或含义。另外，在前述的具体实施方式中，可以看出，为了本公开的简化，在各实施例中将各特征集合在一起。公开的该方法不应解释为反映要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确引用的更多特征的意图。而是，正如下列权利要求反映的那样，发明的主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，兹将下列权利要求结合到具体实施方式中，其中每个权利要求站在自己的角度作为单独的要求保护的主题。

虽然已描述了本公开的各实施例，但是对本领域的技术人员来说，在本公开的范围内的其它实施例和实施方式是显而易见的。因此，除了按照所附权利要求及其等同变换之外，本公开并不受限制。