专利名称：双动弹力胀管器及用于液动弹力胀管器的油压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属管子与管板胀接加工的胀管装置，特别涉及以高分子材料弹性体为胀管媒体的胀管装置。
换热器是一种用途极广的化工设备，管式换热器的损坏大都发生于管子与管板的联接处，提高其联接质量可直接提高换热器的可靠性和使用寿命。在目前的制造业中，普遍采用机械滚胀装置进行胀接，其缺点是胀接力不均匀，局部的高应力造成应力腐蚀裂纹、存在油污等。近年来，一种采用高分子弹性材料为胀管媒体的弹力胀管装置的研究取得了很有成效的进展，如专利CN87205452、JK53-144453和JK54-8155等，由于能获得较高的胀接质量，在制造业中已开始有小规模的应用。
这种已有的胀管装置主要由一个胀头组件及其动力机构组成，胀头组件包括中心杆、一对密封圈、一段管状高分子材料弹性体和一个外径大于被加工管子直径的支撑环。前密封圈、管状弹性体、后密封圈、支撑环依次串装于中心杆的前端部位，中心杆的顶端有一紧固件，后端与动力机构中的一个作往返运动的构件联接。动力机构较多地采用油缸。
进行胀接作业时，先将胀头组件伸入管子至与管板的联接部位，支撑环紧贴被加工管子的端面或管板外表面，当动力机构将中心杆向后拉动时，顶端的紧固件迫使前密封圈向后移动，并挤压弹性体，由于后密封圈受支撑环的顶压，弹性体便产生径向的扩胀形变，从而扩胀管壁，使其被管板胀紧。胀接完成后中心杆复位，弹性体则依靠自身的弹力复元。
由于施胀时支撑环依靠管子的端面或管板支撑定位，弹性体后端仅仅受到静止的顶压，移动挤压弹性体的只是前密封圈，因此弹性体被挤压后所产生形变从前至后呈逐步递减的趋势，所产生的径向扩胀同样也呈逐步递减。特别在施胀的后期，弹性体因发生较大的径向形变而与管子内壁产生极大的磨擦力，形变将完全集中于弹性体的前端。由此便产生了两个不良后果，其一是在胀接的长度范围内胀紧力前后有差异，造成胀接后总的拉拔力降低，胀接质量不均匀；二是由于弹性体总的形变量相对集中于前端，造成弹性体因反复形变其复元能力的降低或是疲劳损坏的程序前后差异很大，最终导致弹性体的整体使用寿命大大减少。
当动力机构采用油缸时，需由一油压系统提供压力源。在现有技术中，油压系统有采用单一的高压手动泵(如CN87205452)，其缺点是劳动强度大，作业不连续，无法适应大规模大批量的制造作业。也有采用如附图4所示的油压装置，图中15是一个定量泵，16是泵的传动电机，17是一个安全溢流阀，18是电磁换向阀，19是弹力胀管器的动力机构-油缸，20是油箱。这种油压装置比起单一的高压手动泵来要理想得多，它使得弹力胀管器操作更加方便，并能实现连续的加工作业。但由于它与单一的油泵一样，其机械特性都是呈“刚性”的，即不论在空行程或在施胀过程中，活塞的运动速度将始终不变，直至施胀结束而停止。这种“刚性”的机械特性也导致胀管器的高分子材料弹性体及其密封元件的使用寿命变短，并使泵、电机以及油路系统发热严重，从而使得胀管装置仍然不能适应大批量大规模的加工作业。
上述原因限制了这种弹力胀管装置在工业上大规模的推广应用。
本发明的目的是提供一种改进的弹力胀管装置，它在施胀时，弹性体的形变分布均匀。胀接后在胀接长度范围内胀紧力前后一致，拉拔力和胀接质量明显提高，弹性体的使用寿命也可成倍增加。
本发明的另一目的是提供一种具有“软”机械特性的油压装置，它与液动弹力胀管装置配套使用能为其提供理想的压力源，可大大提高高分子材料弹性体及其密封元件的使用寿命。
根据以上对已有的弹力胀管装置所存在问题的分析，可见如何使胀头组件中弹性体的两端在施胀时同时受到方向相反的移动挤压，以尽量使得弹性体的径向形变均匀分布，这是解决问题的关键所在。
为此，本发明在已有的弹力胀管装置的基础上，对胀管装置的胀头组件作了以下改进。即在中心杆上位于后密封圈后设置了一个撑管，撑管的外径等于或略小于后密封垫片的外径。动力机构具备两个作反向同速往返运动的构件，中心杆和撑管的后端分别与动力机构中的两个作反向运动的构件联接。撑管外还可套有一压簧，压簧的后端支撑于动力机构中与撑管联接的构件上，前端支撑于或通过刚性构件支撑于被加工管子的端面或管板外表面。压簧用于施胀时使得与撑管联接的构件始终不与管子端面或管板呈刚性接触，从而保证撑管能始终自由地撑顶后密封圈。
上述动力机构可以是一油缸，油缸的活塞与所述的中心杆联接，缸体与所述的撑管联接。也可以为一用螺旋付传动的动力机构，其中丝杆与所述的中心杆联接，螺母与所述的撑管联接。
根据高分子材料弹性体的工作特性，随着形变量的增加，要求形变速度相应减慢，才能使弹性体在形变增加后仍能保持良好的弹性形变能力。此外，在胀头组件施胀过程中，弹性体随着径向扩胀的加大，与管壁间的磨擦力也急剧增加。因此，理想的油压装置应使得活塞的运动速度随弹性体形变量的增加而逐步减慢，直至缓缓停止。
本发明提供的油压装置在现有技术的基础上进行了下述改进，从而使其具备前述的“软”机械特性。
它由一个流量随出口压力增加而减小的泵设备及其传动电机、安全溢流阀、油箱及一个二位三通换向阀组成，换向阀的一进口与油泵的出口连接，另一进口与油箱连通，其出口为装置的出油口，和与之配套的胀管装置的油缸连接，安全溢流阀与泵设备并连。上述泵设备可以是一个压力自反馈式变量泵，当弹性体的轴向形变阻力增加，油缸的压力，即泵的出口压力升高时，变量泵的流量自动减少，油缸的动作也随之减慢。上述的泵设备还可以由一个定量泵和旁路并连一节流阀组成，节流阀的进口与泵的出口连接，出口连通油箱，随着泵的出口压力的升高，通过旁路的节流阀的流量增加，进入油缸的油量减小，从而使活塞的运动速度减慢。更为理想的结构还可以由一个压力自反馈式变量泵和旁路并连一节流阀组成上述泵设备，节流阀的进口与泵的出口连接，出口连通油箱。
附
图1是本发明提供的胀管装置的胀头组件在施胀前的剖面结构示意图；附图2是本发明提供的胀管装置的胀头组件在施胀状态的剖面示意图；附图3是本发明提供的胀管装置实施例的结构示意图。
附图4是已有的油压装置的系统连接图；附图5是本发明提供的油压装置实施例的系统连接图。
图1、图2及图3中，1是中心杆，2a和2b分别是前后密封圈，3是高分子材料弹性体，4是中心杆顶端的紧固件，5是撑管，6是撑管外的压簧，7和8分别是动力机构中两个作反向运动的构件。图2中箭头A表示与中心杆联接的构件的运动方向，箭头B表示与撑管联接的构件的运动方向。9是管板，10是管子。
附图3所示的实施例中，动力机构采用油缸，其中11是油缸缸体，12是油缸活塞，中心杆穿过油缸前端盖的中心孔，配合面装有密封圈。近前端盖的油缸壁开有注油孔13，注油孔通过软性高压油管与一油压系统连接。油缸腔中，活塞与油缸后端盖之间装有一压簧14，当油压释放时，活塞将借助压簧14的弹力复位。
胀管装置在施胀前，油压呈释放状态，活塞在压簧14的作用下处于复位的位置，拉杆伸出油缸最长，未受挤压的弹性体可在管子内顺畅穿行。欲施胀时，先将胀头组件伸入管内，由于压簧6的存在，油缸前端盖与管子端面或管板将保持一段距离，并保证在整个施胀过程中油缸前端盖始终不与管子端面或管板接触。高压油由注油孔13注入油缸腔，活塞在油压推动下向后端盖移动。由于油缸的缸体与活塞作相对的反向运动，油缸前端盖将通过撑管5推动后密封圈向前挤压弹性体，而活塞则通过中心杆回拉前密封圈向后挤压弹性体。如此，弹性体便受到前后双向的、速度一致的移动挤压。因压簧6的刚度很小，故弹性体两端所受的压力几乎相同，形变将同时产生，并形变的大小基本一致，这就使得管子在管孔内扩胀程度前后均匀一致。
在本实施例中，弹性体的材料采用肖氏硬度为Hs80的丁腈橡胶。
附图5中，21是一个压力自反馈式变量泵，22是传动电机，23是节流阀，24是安全溢流阀，25是一个滑阀机能为“H”的二位三通电磁换向阀，26是胀管器的动力机构-弹簧复位单动作油缸，27是油箱。
胀管器在未施胀时，从油缸出来的油通过换向阀流回油箱，电机处于空负荷运转状态。施胀时，使换向阀的电磁铁得电，滑阀移位，出之油泵的油进入油缸推动活塞动作。随着弹性体形变量的增加，活塞的动作阻力增加，油压装置的出口压力升高，压力自反馈变量泵的输出流量自动减少，且通过节流阀23的旁通流量逐渐增加。活塞的动作阻力愈大，动作速度便愈慢，直至缓缓停止，胀管器施胀结束。
显然，与已有技术相比本发明提供的胀管装置具有以下优点一是管子与管板的胀紧力分布均匀，胀接质量明显提高，并能适应尺寸精度等级较低的管子的胀管作业；二是由于高分子材料一般因反复形变而疲劳损坏的速度随形变量的增加而成倍加快，而本实用新型提供的胀管装置中的扩胀元件-管状弹性体在施胀时总的形变被均匀地分布于两端，弹性体中各点的最大形变量相对减小，因此这一胀管机的关键部件使用寿命成倍增加。
本发明提供的油压装置的优点则在于具有前述的“软”机械特性，使得胀管器的关键部件-高分子材料弹性体及其密封元件的使用寿命大大增加，泵、电机以及油路系统的发热情况明显改善，从而使得弹力胀管装置能实现大批量、大规模的连续加工作业。另外，弹性体的形变极限也相应提高，胀接质量相应改善。
本发明将使得弹力胀管机实现大规模的工业应用成为可能。
权利要求
1.一种用于金属管子与管板进行胀接的弹力胀管装置，主要由一个胀头组件及其动力机构组成，胀头组件包括中心杆、一对密封圈和一段管状高分子材料弹性体，前密封圈、管状弹性体、后密封圈依次串装于中心杆的前端部位，中心杆顶端有一紧固件，其特征在于1)所述的动力机构具备两个作反向同速往返运动的构件；2)中心杆上位于后密封圈后串装有一撑管，撑管外径等于或略小于密封圈外径，其前端紧贴后密封圈；3)中心杆和撑管的后端分别与动力机构中的两个作反向运动的构件联接。
2.据权利要求1所述的用胀管装置，其特征在于所述的撑管外还套有一压簧，压簧的后端支撑于动力机构中与撑管联接的构件上，前端支撑于或通过刚性构件支撑于被加工管子的端面或管板外表面。
3.据权利要求1或2所述的胀管装置，其特征在于所述的动力机构为一油缸，油缸的活塞与所述的中心杆联接，缸体与所述的撑管联接。
4.据权利要求1或2所述的胀管装置，其特征在于所述的动力机构为一用螺旋付传动的动力机构，其中丝杆与所述的中心杆联接，螺母与所述的撑管联接。
5.据权利要求1所述的胀管装置，其特征在于所述的管状高分子材料弹性体的材料为丁腈橡胶或聚氨酯塑料。
6.一种向如权利要求3所述的液动弹力胀管器提供压力源的油压装置，主要由油泵及其传动电机、安全溢流阀、油箱及一个二位三通换向阀组成，换向阀的一进口与油泵的出口连接，另一进口与油箱连通，其出口为装置的出油口，安全溢流阀与油泵并连，其特征在于所述的油泵为一流量随出口压力增加而减小的泵设备。
7.据权利要求6所述的油压装置，其特征是所述的泵设备为压力自反馈式变量泵。
8.据权利要求6所述的油压装置，其特征是所述的泵设备由一定量泵与旁路并连一节流阀而组成，节流阀的进口与泵的出口连接，出口连通油箱。
9.据权利要求6所述的油压装置，其特征是所述的泵设备由一压力自反馈式变量泵与旁路并连一节流阀而组成，节流阀的进口与泵的出口连接，出口连通油箱。
全文摘要
本发明提供了一种用于金属管子与管板进行胀接的弹力胀管装置，以高分子弹性材料为胀管媒体。其特点是施胀时弹性体受到前后反向同速的移动挤压，使得胀紧力分布均匀，胀接质量提高，弹性体的整体使用寿命成倍增加。本发明还提供了一种用于液动弹力胀管装置的油压装置，其中泵设备和流量随出口压力增加而减小，使装置具备“软性”的机械特性。可进一步提高胀接质量和延长胀管媒体及密封圈的使用寿命。
文档编号B21D39/08GK1100350SQ93112560
公开日1995年3月22日 申请日期1993年9月17日 优先权日1993年9月17日
发明者胡振伦 申请人:中国石化上海金山实业公司