专利名称：大涨力管道内对口器的制作方法
技术领域：
本实用新型是管道焊接时使用的大涨力管道内对口器。涉及管道系统技术领域。
背景技术：
钢管的焊接是管道施工中的重要环节，直接关系到管道的质量及建成后的运行安全和经济效益。钢管的焊接必须借助对口器才能使两根焊管对准、定位并保持一定的间隙。随着自动化焊接和高效焊接技术的日益发展，焊接工艺对管道对口器的对口质量提出了更高的要求，不但要对的准、正、间隙均匀，而且要两管口的圆度一致。当然这些不完全取决于对口器，与钢管的质量有关，即便钢管的质量能达到标准要求，也难免在出厂以后到施工现场的诸多环节中出现磕碰，使管口变形，不整形是难以施焊的，更谈不上达到高标准的焊接要求。特别是目前世界管道建设朝着大口径、厚管壁、高钢级方向发展，这就要求对口器具有相当大的涨紧力。迄今虽然也设计制造出一些具有整形功能的对口器，但由于涨力不够，只能对低强度、薄管壁的钢管进行整形对口。如本局于2004年9月8日获专利权的“管道内整形对口器”(Z103206063.7)虽然因采用了二放大机构技术已使涨紧力有了很大的提升，最大可达300吨的涨紧力，一般来说已足够用了，但对某些管道，如上述的厚管壁、高强度钢管来说仍然不够，不能实现整形功能。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种涨紧力大、结构简单合理的大涨力管道内对口器。
要想提升管道内对口器的涨力，其实现的技术路线就是采用二级放大机构技术。已有技术中虽然也采用此技术路线，但作为动力的涨紧气缸2是轴向布局，与涨紧力的方向为垂直交叉，不但使结构较为复杂，而且动力也有较大损失。据此，本实用新型虽然也采用二级放大机构技术，也包括对称配置的两组涨紧机构的涨紧气缸2、推杆27、41、推力盘13、后基盘7、旋转花盘4、涨靴1和连杆16，由涨紧气缸2通过活塞杆与连杆27、41带动推力盘13旋转，与推力盘13固连的旋转花盘4带动连杆16使涨靴15伸缩，与管内壁涨紧或放松，但本实用新型的特点是每组中的涨紧气缸2为双作用单伸出结构且设置在主机的径向平面。图1给出了拆掉一块加强板30的本对口器的主视图，图2是本对口器的俯视图，图3是本对口器内部主视图。由图可见，本对口器是双作用单伸出结构的涨紧气缸2由相同的两套涨紧气缸2沿径向平面以中心轴6对称安装，每一涨紧气缸2的末端由气缸支座轴22、35、加强板短套21、37连同加强板30由辅助支撑螺母24一并固定在后基盘7上，后基盘7套在旋转钢套12上并由螺钉与其刚性连接，旋转钢套12套在旋转花盘4的盘毂上并与其间隙配合，涨紧气缸2的活塞杆头由推杆销19铰链连接推杆27和推杆41，推杆41另一端由支座轴32加铜垫31经支座29固定在后基盘7上，推杆27的另一端由推力盘销20与推力盘13的一端铰链连接，同样，另一组的推杆41的另一端也由推力盘销20与推力盘13的另一端铰链连接，对推力盘13形成同向推拉；后基盘7或前基盘9与旋转钢套12通过内六角圆柱头螺钉11刚性连接，旋转花盘4与旋转钢套12间隙配合，可作相对旋转，套在中心轴6上并与其间隙配合的推力盘13与旋转花盘4由内六角圆柱头螺钉3刚性连接，紧贴旋转花盘4的旋转盘10套在旋转花盘4的盘毂上，旋转花盘4与连杆16通过连杆销轴17和弹性挡圈15连接，起到旋转限位的作用，旋转花盘4上下两面分别与旋转盘10通过内六角圆柱头螺钉8刚性连接；中间盘5与后基盘7通过气缸支座轴22、定位导向轴40和六角螺母39刚性连接；两涨紧气缸2通过推杆27和推杆41使推力盘13绕中心轴6旋转，推力盘13旋转带动旋转花盘4上的连杆16推动涨靴1紧顶管内壁。本对口器的两组涨紧机构中的一组主要另件的排列顺序是从外向里依次是涨紧气缸2和推力盘13、后基盘7、旋转钢套12、旋转盘10、旋转花盘4和中间盘5；同样另一组的主要另件的排列顺序也是从外向里依次为涨紧气缸2、推力盘13、前基盘9、旋转钢套12、旋转盘10、旋转花盘4和中间盘5，两组中只用一个中间盘5。其中的推力盘13是有盘毂和中心孔的长条状盘，在长条盘面上轴孔的两边各有三个孔以穿内六角圆柱头螺钉3与旋转花盘4刚性连接，两外端各有一与推杆27连接的孔且两孔错开长条盘面的中心线，在该二孔处的中部条上开有推杆27头插入的槽。旋转钢套12(见图9、10)是一外有低台的环圈，在环台上有等间隔的与后基盘7刚性连接的6个孔。旋转盘10是为连杆16和涨靴1定位的，其形状和已有技术一样。为了保证涨紧气缸2和推杆27、推杆41处的强度，在每个涨紧气缸2外还加装有加强板30，该加强板30为L型平板，在相应支座轴32、气缸支座轴22和后基盘7上有孔，将加强板30盖于涨紧气缸2外通过内六角圆柱头螺钉23、辅助支撑螺母24和固定螺母25固定在气缸支座轴22、支座轴32和辅助支撑轴26上。中间盘5的形状如图6、图7所示，它是一中心有台孔的圆盘，盘近圆周边有环槽，槽内均匀打有多个孔，用以与后基盘7刚性连接，盘毂上有多个均匀分布的小孔，在盘毂与环槽之间有十字形盘辐，每条辐中间有一孔。旋转花盘4是圆周边有多个齿、中心有轴孔的台盘，每个齿上连接连杆16的孔，在盘的台上两边各有三个与推力盘刚性连接的孔。
本实用新型同样也采用涨紧力二级放大机构，涨紧气缸2末端固定，活塞杆与推杆27、41相连，构成力的一级放大；推力盘13和旋转花盘4同时旋转带动连杆16推动涨靴1，构成涨紧力的二级放大；特别是本对口器采用了双作用单伸出结构的涨紧气缸2及径向安装，不但动力可以加倍，而且涨紧气缸2活塞杆推力沿轴向没有分力，使推力盘13、旋转花盘4与后基盘7、前基盘9之间的摩擦力大大减小，降低了有用功的损耗，从而加大了整个对口器的涨紧力。
图1大涨力管道内对口器侧视图(拆掉一块加强板时)图2大涨力管道内对口器俯视图图3大涨力管道内对口器内部主视图图4前后基盘连接剖视图图5中间盘主视图图6中间盘剖视图(图5的A-A剖视图)图7旋转花盘主视图图8旋转花盘剖视图(图7的B-B剖视图)图9旋转钢套主视图图10旋转钢套剖视图(图9的C-C剖视图)图11推力盘主视图图12推力盘剖视图(图11的D-D剖视图)图13大涨力管道内对口器一级放大力学模型图图14大涨力管道内对口器一级放大结构节点受力简图图15大涨力管道内对口器二级放大力学模型图图16大涨力管道内对口器二级放大结构受力简图其中1——涨靴 2——涨紧气缸3——内六角圆柱头螺钉 4——旋转花盘5——中间盘 6——中心轴7——后基盘 8——内六角圆柱头螺钉9——前基盘 10——旋转盘11——内六角圆柱头螺钉 12——旋转钢套13——推力盘14——连杆销轴15——弹性挡圈 16——连杆117——顶杆销轴 18——加强板长套119——推杆销20——推力盘销21——加强板短套1 22——气缸支座轴123——内六角圆柱头螺钉 24——辅助支撑螺母
25——固定螺母 26——辅助支撑轴127——推杆 28——内六角圆柱头螺钉29——支座 30——加强板31——铜垫 32——支座轴133——内六角圆柱头螺钉 34——六角螺母35——气缸支座轴236——支座轴237——加强板短套238——辅助支撑轴239——六角螺母 40——导向连接轴41——推杆具体实施方式
实施例.以此实施例来说明本实用新型的具体实施方式
。本例是用于Φ813mm管道的大涨力管道内对口器。其整机外观尺寸是Φ813mm(涨紧时)，长500mm；涨紧气缸2两只，选用…型，每只的推力为18000.8Kg；主要零件尺寸杆27、41为200×100×60mm；后基盘7和前基盘9完全相同，为Φ695mm，厚30gmm的圆盘，盘周边有均匀间隔的16个Φ20mm的孔，此圈孔往里对称地有三个推杆41的固定小孔和一个Φ12mm的孔；中间盘5为Φ695mm、厚60mm的圆盘，周边有宽66mm的环槽，槽内有均匀分布的16个Φ36mm的孔，盘毂Φ250mm，从盘毂到边槽之间有宽54mm、厚18mm的“十”字形盘辐，每辐中间有Φ40mm孔，盘毂上均匀分布的12个Φ12mm的孔；旋转花盘4为Φ435mm，周边有16锯齿，每齿上有一Φ13mm孔，盘毂Φ308mm，毂上有位于两边对称的各三个与推力盘连接的孔，旋转花盘4中心孔径212mm；旋转钢套12是Φ266mm的圆环，环周边有宽12mm的低台环，其上有6个均匀布局的孔，旋转钢套12中心孔内径206mm；推力盘13形状如图11、图12所示，盘长边356mm，短边105mm，盘毂Φ285mm，中心孔Φ94mm，在盘毂的长条形盘面上以中心孔对称地各有三个Φ15mm的连接后基盘7的孔，长条盘面的两边各有一Φ12mm与推杆27连接的孔。将上述各零件按照前述的连接方式，使两套相同的涨紧机构相向而装(如图2、4所示)，中间一个中间盘5。本对口器的活塞杆与推杆27、41相连构成力的一级放大机构，其放大力学模型如图14所示，节点受力原理简图见图15，放大倍数N1=(sinα2sinα1·cosα2+sinα2·cosα1)]]>设在一级涨紧角α＝89°时，N1＝28.6493；推力盘13和旋转花盘4同时旋转带动连杆16推动涨靴1，构成涨紧力的二级放大，其放大力学模型见图16，节点受力原理见图17，
二级放大倍数N2=cosα4cosα3]]>设在二级涨紧角α＝88°，α4＝2°时，N2＝14.3总放大倍数＝N1N2＝28.6493×14.3＝409.68已知每只涨紧气缸的推力，考虑到转动盘克服摩擦力的传递效率η为0.8，那么总涨紧力F＝2×18000.8×0.8×14.3＝411858Kg按照整周布置16个涨紧杆计算，每个涨紧杆上分配的力为25741Kg。通过涨紧气缸2的双作用单伸出结构、涨紧气缸2设置在主机的径向平面以及二级放大增压，涨紧力可以达到410吨，远比现有技术大的多。该对口器经某管线(管径813mm、壁厚10mm的X80钢管)观场实际应用，证明本对口器完全能满足对口和整形的要求，整形可使钢管的圆度达到…，且结构简单、合理，操作方便，颇受操作工人欢迎。
由上可见，本实用新型使内对口器的涨紧力大大提高，达到相当大的程度，完全能满足厚管壁、高钢级管道对口的施工需要，其设计合理，结构简单，操作方便。
权利要求1.一种管道组焊用的大涨力管道内对口器，包括对称配置的两组涨紧气缸[2]、推杆[27]、[41]推力盘[13]、后基盘[7]、旋转花盘[4]和涨靴[1]，由涨紧气缸[2]通过活塞杆与推杆[27]带动推力盘[13]旋转，与推力盘[13]固连的旋转花盘[4]带动连杆[16]使涨靴[1]伸缩，与管内壁涨紧或放松，其特征是每组中的涨紧气缸[2]为双作用单伸出结构且设置在主机的径向平面。
2.根据权利要求1所述的大涨力管道内对口器，其特征是双作用单伸出结构的涨紧气缸[2]由相同的两套涨紧气缸[2]沿径向平面以中心轴[6]对称安装，每一涨紧气缸[2]的一端由气缸支座轴[22]套上加强板短套[21]固定在后基盘[7]上，后基盘[7]套在旋转钢套[12]上并由螺钉与其刚性连接，旋转钢套[12]套在旋转花盘[4]的盘毂上并与其间隙配合，旋转盘[10]套在旋转花盘[4]盘毂上且从上下两面与旋转花盘[4]刚性连接，套在中心轴[6]上并与其间隙配合的推力盘[13]与旋转花盘[4]由内六角圆柱头螺钉[3]刚性连接；涨紧气缸[2]的活塞杆头由推杆销[19]铰链连接两根推杆[27]、[41]，推杆[41]的另一端由支座轴[32]套上铜垫[31]与支座[29]连接后一并固定在后基盘[7]上，推杆[27]的另一端由推力盘销[20]与推力盘[13]的一端铰链连接，另一组的推杆[27]另一端也由推力盘销[20]与推力盘[13]的另一端铰链连接，对推力盘[13]成同向推拉状；涨紧气缸[2]通过推杆[27]使推力盘[13]绕中心轴[6]旋转，推力盘[13]旋转带动旋转花盘[4]并由连杆[16]推动涨靴[1]紧顶管内壁。
3.根据权利要求1或2所述的大涨力管道内对口器，其特征是所述推力盘[13]是有盘毂和中心孔的长条状盘，在长条状盘面上中心孔的两边各有三个孔以穿内六角圆柱头螺钉[3]与旋转花盘[4]刚性连接，两外端各有一与推杆[27]连接的孔且两孔错开长条盘面的中心线，在该二孔处的中部盘上开有推杆[27]头插入的槽。
4.根据权利要求1或2所述的大涨力管道内对口器，其特征是所述旋转钢套[12]是一外有低台的环圈，在环台上有等间隔的与后基盘[7]刚性连接的6个孔。
5.根据权利要求1或2所述的大涨力管道内对口器，其特征是在每个涨紧气缸[2]外还加装有加强板[30]，该加强板[30]为L型平板，在相应气缸支座轴[22]、支座轴[32]和后基盘[7]的孔位有孔，将加强板[30]盖于涨紧气缸[2]外通过内六角圆柱头螺钉[23]、辅助支撑螺母[24]和固定螺母[25]固定在气缸支座轴[22]、支座轴[32]和辅助支撑轴[26]上，置打孔一并与其固定，另在加强板[30]弯角处有孔与后基盘[7]上的孔及加强板长套[18]由螺钉和固定螺母[25]固定。
专利摘要本实用新型是涉及管道系统技术领域的用于管道焊接的大涨力管道内对口器。它是在涨紧力二级放大机构的基础上将对称配置的两组涨紧机构中的涨紧气缸[2]采用双作用单伸出结构且设置在主机的径向平面。具体是由相同两套涨紧气缸[2]沿径向平面对称地由气缸支座轴[22]将它们的一端固定在后基盘[7]上，两涨紧气缸[2]通过推杆[27]同向推推力盘[13]绕中心轴[6]旋转，与推力盘[13]固连的旋转花盘[4]随之旋转，带动连杆[16]推动涨靴[1]紧顶管内壁。本对口器设计合理，结构紧凑，重量减轻，便于实用，摩擦损失小，涨紧力大，应用范围扩大，特别适用于厚管壁、高钢级管道的对口焊接。
文档编号B23K37/053GK2806040SQ200520113989
公开日2006年8月16日 申请日期2005年7月19日 优先权日2005年7月19日
发明者张锋, 闫政, 梁君直, 陈江, 马兰, 张华 , 胡立新, 邹欣, 王启照 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气管道局