专利名称：智能弯管回弹伸长测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及造船、汽车、航空、锅炉等工业部门中用于弯管机弯管时，对管子的回弹量和伸长量进行现场直接测量和计算其变化规律的智能测量仪器。
管子在造船、汽车、航空、锅炉等各个工业领域中被广泛地使用着，其中有许多是有弯曲形状的管子，这些弯管必须使用弯管机或数控弯管机对管子进行弯曲加工才能获得。因管子弯曲加工属于弹塑性弯曲，弯曲卸荷后管子不仅会发生回弹，而且管子也会有所伸长。为了实现无余量弯管的加工工艺等，在一定工况下，准确测量出管子回弹与伸长的规律是需要解决的技术关键之一。目前这类装置中具有代表性的是美国EATON LEONARD公司生产的数控弯管机和与之配套使用的VECTOR 1管形测量机。该机的情况可见专利US3821525、US3974676及王立新编著的《矢量弯管》(国防工业出版社，1984)等文献。该管形测量机实际上是一台三座标测量机，它主要是用于航空、汽车等弯管构件的管形测量。根据文献说明，该机也具有间接测量管子回弹量和根据回弹修正因素计算出某一形状管子所需要的毛料长度，测量时需从弯管机上取下弯曲加工后的试件，放到管形测量机平台上，用测量机的测头对管子进行测量，可由所测得的管子成形角与弯管机转臂角度建立回弹的变化关系。从上可见，其操作复杂，更为重要的是它所反映的不是管子本身的回弹规律，并且不具备测取管子伸长变化规律的功能。
其它仅有回弹测量功能的装置有如下两种其一是苏联专利SU836857所述的数控弯管机上附设在夹头上的专门测管子回弹角的传感装置。该装置只能装在弯管机上使用，没有测量管子伸长量的功能。其二是中国专利CN87200704.9所述的自动弯管角度直接测量装置。该装置也是专门附设在数控弯管机上测角度用的，比前者功能强，但也不具备测量管子伸长量的功能。
为了克服上述装置不能直接测出管子本身回弹和伸长变化规律的弊端，实现在弯管机上直接测量管子回弹与伸长的变化规律，为无余量弯管等提供准确的数字依据，特发明了专门用于测量弯管机弯管时管子回弹与伸长的仪器——智能弯管回弹伸长测量仪。
用于管子弯曲加工时的智能弯管回弹伸长测量仪如
图1所示，它包括三大部分测量机构、微计算机和支架组成。
测量机构包括测头(1－A；1－B)、立轴(2－A；2－B；2－C)、肘节(3－A；3－B；3－C；4－A；4－B；4－C)、测量臂(5－A；5－B)和角度传感器(6－A；6－B；6－C)。其特征在于两测头(1－A；1－B)通过与其相固联的立轴(2－A；2－B)分别与肘节(3－A；3－B)固定联接。两肘节(3－A；3－B)与两测量臂(5－A；5－B)一端的肘节(4－A；4－B)互相铰接。两测量臂(5－A；5－B)另一端肘节(4－C)与(3－C)也互相铰接，使两测头(1－A；1－B)与两测量臂(5－A；5－B)组成平面四杆机构。四杆机构的三个铰接处均装有角度传感器。两测头(1－A；1－B)可以按一定基准面与管子22固定在一起，也可分离开。测量结果用数码显示、打印输出和进行通讯。支架由两个平行四连杆组合而成。
一种可供选用的支架包括由肘块(10；14)两连杆12和销11组成的小平行四连杆机构；由肘块(14；17)三杆15和销11组成的大平行四连杆机构；大小四连杆机构通过肘块14联在一起，其小端一侧肘块10上固定装有带轴孔7和止位螺栓8的支承臂9；其大端一侧肘块17上固定装有轴18，并靠轴18插入支座19之中，可做水平转动。为使四连杆机构处于平衡，配置了弹簧(13；16)及平衡块20。
测量机构的立轴(2－C)可方便地插在支架上支承臂9的轴孔7中或从中取出，两者可相对水平转动。由于支架从机构上保证了支承臂9在空间旋转或移动时能始终保持水平状态，因此支架不仅能支持放置测量机构，而且可满足测量机构工作时的使用高度与运动要求，也保证了测量机构工作时始终处于水平状态。
测量机构肘节A处的结构见图2。肘节(4－A)与肘节(3－A)之间用滚动轴承28联接，并用档圈27将两者联在一起，两者可相对转动；角度传感器(6－A)壳体与端盖29用螺钉联接固定，端盖29与肘节(4－A)用螺钉联接固定，轴26一端与角度传感器(6－A)的轴用联轴节25联接固定，另一端与立轴(2－A)用螺钉固定联接；立轴(2－A)上端与肘节(3－A)用螺钉固定联接；下端与测头(1－A)用螺钉固定联接；测量臂(5－A)与肘节(4－A)固定联接。弯管时，管子直边带动测头(1－A)旋转，测头(1－A)相对于测量臂(5－A)的转角由角度传感器(6－A)测出。
测量机构肘节B处结构与肘节A处结构相同。测量机构肘节C处结构如图3所示。其与肘节A处结构相似，不同在于肘节(4－C)与测量臂(5－A)固定联接；肘节(3－C)与测量臂(5－B)固定联接；肘节(3－C)下端与立轴(2－C)用螺钉固定联接。
弯管机进行管子弯曲时，管子是在水平面内弯曲，能满足管子弯曲时运动要求的测量机构，其测头(1－A；1－B)因为是固定装在管子弯头外的直边上，所以管子弯曲时，管子直边带动测头(1－A；1－B)转动与平移，此时测量臂(5－A；5－B)也会有相对转动，这时铰接处的三个角度传感器(6－A；6－B；6－C)将分别测出相应肘节处的转角，并通过电缆将转角信号传送给微计算机进行计算，即可迅速给出所需要的数据。
使用方法如下1.调整好弯管机。
2.从被加工管材中取一试件，放到弯管机上，用夹头24夹住管子22，用水平水准泡21将仪器调好水平，然后将本仪器的测头(1－A；1－B)贴合固定在管子22上弯头附近的两直边上(见图1)，对该弯头进行两次大小不同角度(例如先进行30°的弯曲，令其回弹，再进行90°的弯曲，再令其回弹)的弯曲。
3.数据测取与计算步骤。
(1)测头(1－A；1－B)处杆长a和d的计算a和d的计算如图4所示。当测头两贴合面夹角为a，夹角顶点距肘节中心距离均为H，设管子直径为D时，则杆长a和d的数值为
(2)直管DE段轴线长度L的测量如图5所示，管子未弯之前，进行直管DE段轴线长度L的计算。这时测量机构与管子组成ACBED五边形，边长a、b、c、d均为已知或已求出，其肘节A、B、C三处转角可由角度传感器(6－A；6－B；6－C)测出，即∠DAC、∠ACB、∠CBE也为已知；由测头(1－A；1－B)结构可知AD、BE两杆均为垂直于管子22的轴线，则∠ADE、∠BED均为直角。
对ACBED五边形作辅助线可得△ABC、△ABD、△DBE，利用余弦定理和正弦定理可逐一求解各三角形的未知边和未知角，使成为已知，则最后直管DE可求。故未弯管时管子轴线长度L＝DE。
(3)弯管机试弯小角度θ1时，管子实际弯曲角θ1的测量如图6所示，将管子22的两直边轴线延长相交于F点，同样对多边形ACBEFD作辅助线，可得△ABC、△ABD、△DBE、△DEF，仍利用余弦定理和正弦定理逐一求解各三角形的未知边和角，则弯曲角θ1＝180°－∠DFE。
(4)弯管机试弯小角度θ1时，管子回弹后的实际成形角θ01的测量如图7所示，此时弯管机夹头24松开，管子得以回弹，回弹后的成形角为θ01，与前(3)进行相同的处理计算，则成形角θ01＝180°－∠DFE。
(5)弯管机试弯大角度θ2时，管子实际弯曲角θ2的测量方法同前(3)。
(6)弯管机试弯大角度θ2时，管子回弹后的实际成形角θ02的测量方法同前(4)。
(7)管子回弹规律的计算因管子的弯曲角θ与成形角θ0在工程弯角范围为一直线关系，即可利用(3)、(4)、(5)、(6)结果建立管子回弹规律的直线方程，即θ＝K1θ0＋C1其中
K1＝ (θ2-θ1)/(θ02-θ01)C1＝θ1－K1θ01(8)管子回弹后弯曲半径R0的计算管子进行弯模23半径R的弯曲，回弹后管子半径增大为R0R0＝K1R(9)成形角为θ01时，管子延伸拉长后轴线L01的计算如图6所示，在前面测量计算的基础上，且考虑回弹后半径增大为R0＝K1R，则DE段管子弯曲回弹后其轴线长增大为L01，其L01＝DF＋FE－2R0tg (θ01)/2 ＋ (πR0O01)/(180°)此时管子伸长量△L1为△L1＝L01－L(10)成形角度为θ02时，管子延伸拉长后轴线L02的计算方法同(9)，其管子轴线又增大为L02，其L02＝DF＋EF－2R0tg (θ02)/2 ＋ (πR0O02)/(180°)此时管子伸长量△L2为△L2＝L02－L(11)管子伸长规律的计算因管子的伸长量△L与成形角θ0在工程弯角范围为一直线关系，故利用(5)、(6)、(9)、(10)结果可建立管子伸长规律的直线方程，即△L＝K2θ0＋C2其中K2＝ (△L2-△L1)/(θ02-θ01)C2＝△L1－K2θ01
至此，数据计算结束，便获得了该工况下管子的回弹与伸长变化规律。
该仪器也可兼作校核弯管机的检验仪器等使用。
本发明的主要优点1.使用实用新型所述的仪器能在弯管机现场直接测量出管子本身的回弹、伸长变化规律，因而可为无余量弯管等工艺提供准确的数字依据。
2.使用本仪器只要从一批管材中取一个试件，通过一个弯头的两次弯曲就能获得所需要加工管材的回弹与伸长规律，方法简便可靠。
3.本发明一台可供多台弯管机使用，通用性好，造价低。
附图1智能弯管回弹伸长测量仪示意图1－测头2－立轴3－肘节4－肘节5－测量臂6－角度传感器7－轴孔8－止位螺栓9－支承臂10－肘块11－销12－连杆13－弹簧14－肘块15－连杆16－弹簧17－肘块18－轴19－支座20－平衡块21－水平水准泡22－管子23－弯模24－夹头附图2测量机构肘节A处结构图25－联轴节26－轴27－档圈28－滚动轴承29－端盖附图3 测量机构肘节C处结构图附图4 测头处杆长计算示意图附图5 直管轴线长度测量示意图附图6 弯管角度测量示意图附图7 成形角度测量示意图
权利要求1.用于管子弯曲加工的智能弯管回弹伸长测量仪，由测量机构、微计算机和支架组成。测量机构包括测头(1-A；1-B)、立轴(2-A；2-B；2-C)、肘节(3-A；3-B；3-C；4-A；4-B；4-C)、测量臂(5-A；5-B)和角度传感器(6-A；6-B；6-C)。其特征在于两测头(1-A；1-B)通过与其相固联的立轴(2-A；2-B)分别与肘节(3-A；3-B)固定联接。两肘节(3-A；3-B)与两测量臂(5-A；5-B)一端的肘节(4-A；4-B)互相铰接。两测量臂(5-A；5-B)另一端的肘节(4-C)与(3-C)也互相铰接，使两测头(1-A；1-B)与两测量臂(5-A；5-B)组成平面四杆机构。四杆机构的三个铰接处均装有角度传感器。
2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于测头(1－A；1－B)可以按一定基准面与管子22固定在一起，也可分离开。
3.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于测量结果用数码显示、打印输出和进行通讯。
4.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于支架由两个平行四连杆组合而成。
专利摘要本实用新型涉及造船、汽车、航空、锅炉等工业部门中用于弯管机弯管时，对管子的回弹量和伸长量进行现场直接测量和计算其变化规律的智能测量仪器。本实用新型由测量机构、微计算机和支架组成。测量机构的两个测头能固定在被测管子弯头的两个直边上，可随时测出管子弯曲回弹前后的角度，并可根据测量机构的几何关系，求出管子弯曲回弹后的伸长量；通过一个弯头的两次弯曲就能获得所需加工管材的回弹与伸长规律，测量结果用数码显示、打印输出和进行通讯；支架能支持放置测量机构，调节其使用高度和满足其工作时的运动要求。
文档编号G01B21/22GK2087329SQ9022084
公开日1991年10月23日 申请日期1990年9月18日 优先权日1990年9月18日
发明者王呈方 申请人:武汉水运工程学院