专利名称：热塑性塑料管的连接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使用由振动产生的摩擦热而连接热塑性塑料管的连接装置。
近来，聚乙烯管(一种热塑性塑料管)逐渐被广泛使用在气体管道或水管道上。因为，聚乙烯管不仅具有优异的抗腐蚀性，而且由于它的可延伸性较大，因此具有优异的抗震性。在此情况下，越发需要用于有效可靠地连接热塑性塑料管的方法和实现此方法的装置。
作为用于连接聚乙烯管的常规方法是利用平板形热板的对接焊方法，利用插口的承插焊接方法等。对接焊接方法在于通过把加热到高温的热板(该热板具有比管直径要大的横截面)分别加热将要连接的管的末端，之后去掉热板，对接要连接管的端面并在压力下焊接。作为承插焊接的典型方法，有一种与所说对接熔接方法相似的使用热板的方法，该热板具有一个与所用插口形状相当的形状，另一焊接方法是通过使用一个具有嵌入的电加热电阻丝例如镍铬丝的插口，向电加热电阻丝供电以加热管的外表面和插口的内表面而把它们焊接在一起。
此外，通过使用管子间彼此反向转动时在塑料管的对接接合面上产生的摩擦热而对接和连接塑料管的连接方法，取代上面所述的使用热板或电加热电阻丝已在日本专利公开号为平2-13619，昭63-39415和其它文献中公开。日本专利公开号平2-13619所揭示的工艺通过利用由旋转而产生的摩擦将得到一个不具有所需要毛边的连接接缝。在日本专利公开号为昭63-39415中，插口的端部压在塑料管的前端上从而得到由旋转产生的摩擦力，以致于插口的端部形状可以不受塑料管直径的限制并要求插口能较容易成型。
另一方面，日本专利未审公开号为昭62-35830提出一种用于制造带有套的支撑方法。该方法在不使用特殊加热设备的情况下，通过把支撑体的末端引入到由合成树脂模制成的套的腔中并相对套转动支撑体的外圆周面使得支撑体的外圆周面与套仅在所要求的点处焊接。日本专利未审公开号为昭62-248236描述了一种通过摩擦热连接不同直径的热塑性塑料管的方法。此外，日本专利未审公开号为平02-248236(日本专利公开号为平5-36225)也提出了一种在塑料材料间利用摩擦热的连接方法。
此外，发明人已提出了一种通过施加直线振动以产生摩擦热用以连接塑料管的基本方法并申请了专利，其日本专利申请号为平7-19665，平7-240522和平8-68989。
在使用上述热板进行对接焊接或承插焊接的方法中，由于热板被重复使用，这样沉积在热板上的脏东西就粘在了管的端面上以致于在结合面上含有杂质从而在结合处产生缺陷。
此外，用电加热热板，从开始向板供电到焊接完成要花大约700秒的时间，这样会使生产效率较低。当使用植入有电加热电阻丝例如镍铬丝的插口时，每次要连接两根管子时就必须提供一个含有加热电阻丝的插口，这样就要制备许多的插口，从经济观点上看会带来一些问题。此外，由于从开始供电到完成焊接要花费大约1700秒的时间，特别是当连接的管子很多时，就会带来生产效率的问题。
在利用由旋转摩擦而产生的热量进行对接连接管的情况中，例如在日本专利公开号为平02-13619中所描述的那样，旋转将要连接的全部管子就需要许多的能量。
在日本专利未审公开号为昭62-35830中所描述的不是用于对接连接两个聚乙烯管而是用于对接连接完全不同的管；因此把这种方法应用在对接连接两聚乙烯管上是很困难的。因为，在所说文献中所描述的方法中，结合强度是通过把心轴以一定的方式插入腔中以增加接触面积为了扩大结合表面来保证，而扩大结合表面的方式在对接连接中是不允许的。
另一方面，当相同直径的聚乙烯管连接时，接触面积是很小的，以致于在日本专利未审公开号为昭62-248623中所描述的方法不会有充分可靠性的保证，因为由这种方法所获得的单位面积上的机械强度是很低的。其结果，实际上连接强度是靠通过使用具有不同直径的管增加接触面积来增强的。
日本专利未审公开号为平02-248236(日本专利公开号为平5-36225)的发明是利用机械旋转固体杆摩擦连接的举例；可是确保用于具有较小结合断面管(中空圆柱体)连接的结合强度也是很困难的，并会带来使用可靠性的问题。
另一方面，已由发明人申请的，日本专利申请号为平7-19665，平7-240522和平8-68989的振动连接方法和装置证实为一种实验室阶段的原理，还不能充分地把它实际应用在工作现场。此外，一种通过使用电磁铁(或永磁铁)使管的端面沿轨道运动以产生摩擦热的方法在日本专利申请号为平7-196625中提出，而采用电磁铁使得装置本身更加复杂。
换句话说，从结构的观点上看，常规的装置设计得都不是很好，象专供用于实际领域中，例如用于气体，水等的接管现场的振动连接装置。
本发明正想解决这些不利之处，其目的是得到一热塑性塑料管的连接装置，该装置能实际使用在工作现场上等，并能在短时间内很容易形成良好的结合。下面提出的装置可解决上面提及的问题。
根据第一实施方案，连接装置包括一个用于同轴夹持一对热塑性塑料管的夹紧装置，一个加压装置，该装置用于在压力下使由所说的夹紧装置夹持的一对热塑性塑料管在将要连接的端面上进行接触以及一个轨道振动发生器装置，该装置安装在所说的一对热塑性塑料管一根或两根管子的端部附近用以提供所说管子端部的轨道振动。
所说的轨道振动发生器装置包括一个曲柄轴，该曲柄轴具有一个轴部分和一个其轴线是偏心的曲柄部分，一个用于使所说的曲柄轴的轴部分产生转动的发动机，一个安装在所说曲柄轴的曲柄部分上的轴承以及一个用于夹持所说管的端部的轨道振动夹紧装置，该装置可与所说轴承的外环形成一体这样就可与所说的轴承整体移动。
此外，所说的轨道振动夹紧装置至少要由三点来支撑。
根据第一实施方案的连接装置，它的大小或重量适合于气体，水等接管工作的现场使用并且它的生产效率可得到大大地提高。
此外，由轨道振动产生的摩擦热量可确保在1分钟或更短的时间内结合完成。
在第二实施方案中，连接装置包括一个用于同轴夹持一对热塑性塑料管的夹紧装置，一个加压装置，该装置用于在压力下使由所说的夹紧装置夹持的一对热塑性塑料管在将要连接的端面上进行接触以及一个直线振动发生器装置，该装置安装在所说的一对热塑性塑料管一根或两根管子的端部附近用以提供所说管子端部的直线振动。
此外，所说的直线振动发生装置包括一个致动器，该致动器通过接受来自液压伺服阀的输出量来完成直线往复运动，以及一个用于夹持所说管的端部并与所说的致动器相连的直线振动夹紧装置。
此外，所说致动器的振动频率为100～150Hz。
根据第二实施方案的连接装置，其与第一实施方案的装置相似，它的大小或重量适合于气体，水等接管工作的现场使用并且它的生产效率可得到大大地提高。
此外，由直线振动产生的摩擦热量可确保在1分钟或更短的时间内完成结合。
第一和第二实施方案中的任何一个都可以防止在热板方法，常规的连接方法中遇到的污垢缺陷，在某种程度上可保证结合处的高可靠性。
此外，也不必象常规的插口熔融连接方法中那样制备许多加热电阻丝埋入在其中的插口，从经济观点上看，可达到极佳的效果。
图1是根据第一实施方案所示连接装置的侧视图。
图2是沿图1A-A向的视图。
图3是图1B部分的放大图。
图4说明了热塑性塑料管的轨道振动。
图5是根据第二实施方案所示连接装置的顶视图。
图6是根据第二实施方案的连接装置的侧视图。
图7显示的是根据第二实施方案连接装置的直线振动夹紧装置。
图8显示的是根据第二实施方案连接装置固定面的夹紧装置。
现在将参照附图描述本发明的优选实施方案。
第一实施方案它是关于一个轨道振动型的连接装置，其中轨道振动应用在热塑性塑料管的结合面上。
图1显示的是根据第一实施方案连接装置的侧视图，图2是图1沿A-A向的视图，图3是图1B部分的放大图。在这些图中，标记10和11指示的是一对将要连接的热塑性塑料管，其中10是可移动边的热塑性塑料管，11是固定边的热塑性塑料管。
一对固定的驱动轴2和一对可移动夹紧装置导向轴3安装在第一支撑1a和第二支撑1b之间，该第一支撑1a和第二支撑1b固定在机座1上，同时，用于夹持和固定可移动边的热塑性塑料管10的可移动边的夹紧装置4安装在固定驱动轴2和可移动夹紧装置导向轴3上。用于夹持和固定热塑性塑料管11固定边的夹紧装置5安装在第一支撑1a上。此外，振动驱动电机6安装在机座1上，该电机6的输出从电机轴6a经皮带7传递到曲柄轴8上。此外，标记14表示的是用于移动固定驱动轴2的AC伺服电机或液压缸，标记15是用于支撑可移动边的热塑性塑料管11运动的移动导向装置，16和16’是在支撑1a处可分别旋转支撑曲柄轴8和8’的轴承。在这里使用的轴承16和16’是同一类型的而曲柄轴8和8’也是同一类型的。
如图3所示，曲柄轴8是由轴部分8a和曲柄部分8b组成，轴部分8a的轴线和曲柄部分8b的轴线偏心的距离为r(偏移量为r)。用于传递曲柄部分8b轴中心的转动的轴承9安装在曲柄8b的外圆周上，轨道振动夹紧装置13环绕该轴承9的外环与轴承9形成一体。如图2所示，轨道振动夹紧装置13包括一个用于夹持固定边热塑性塑料管11端部的夹持器13a。此外，另两个可旋转支撑的曲柄轴8’和轴承9’(与轴承9类型相同)被排列形成等边三角形或相对曲柄轴8和轴承9形成等腰三角形用以在三点支撑轨道振动夹紧装置13。也可在三点或更多点进行支撑。
下面将描述利用这种装置连接热塑性塑料管的加工过程。在这里使用在JIS K6774中所描述的200U聚乙烯管作为热塑性塑料管来进行连接的。
首先，将移动边的热塑性塑料管10安装在可移动边的夹紧装置4上，将固定边的热塑性塑料管11安装在固定边夹紧装置5上。调整移动边和固定边的热塑性塑料管10,11的伸出长度(从轨道振动夹紧装置13或从可移动边夹紧装置4伸出的接合端面的长度)，然后每个夹紧装置4,5,13和可移动的导向装置15牢牢地固定住管10,11。
其次，固定驱动轴2通过AC伺服电机或液压缸14转动并移动以使移动边的热塑性塑料管10和移动边的夹紧装置4向前移动，然后移动边的热塑性塑料管10以给定的力压在固定边的热塑性塑料管11上。该力可通过供给AC电机14的电流量或通过液压缸的伺服阀来控制。
下一步，振动驱动电机6起动以使轨道振动夹紧装置13在给定的频率下沿轨道振动。即，电机轴6a的转动经皮带7传递到曲柄轴8上。这里，由曲柄轴8的轴部分8a和曲柄部分8b的轴中心的偏心距产生的偏差振动通过轨道振动夹紧装置13转变成如图4所示的轨道振动。这是因为，轴承9把曲柄轴8本身的转动和由于曲柄轴8的偏心距的转动分离开，仅有曲柄轴8的轨道振动经轴承9的外环传递到轨道振动夹紧装置13上。轨道振动夹紧装置13不会相对于曲柄轴8的轴线中心旋转，因为它是通过曲柄轴8和另外两个曲柄轴8’,8’三点进行支撑的。
当固定边热塑性塑料管11的端面通过轨道振动夹紧装置13相对于移动边热塑性塑料管10的端面沿轨道振动时，在热塑性塑料管的接合端面上就产生摩擦热以熔融它们。熔融的塑料从接合端面挤出在圆周上形成毛边。当一定量，即熔融量达到设定的值时，振动通过伺服控制自动停止。然后，在设定的冷却时间过后，即大约10秒钟之后，打开每个夹紧装置，取出热塑性塑料管从而完成了一对热塑性塑料管的连接。
其结果，当按上面提及的方式连接聚乙烯管时，聚乙烯管的连接性能是很优异的。在这种情况下，用于连接的旋转部分的特性如下所示。这些特性仅代表一个例子。
在振动夹紧装置部分的轨道旋转速度7200r.p.m.(120cps)偏差量0.75mm驱动部分的重量大约30Kg最大加速度大约44G振动驱动电机-功率5.5KW×2p-速度3600r.p.m.(通过定时带可增加两倍)-驱动转换电源顺便说一下，每个用于固定热塑性塑料管的夹紧装置可根据连接管的直径进行适当的改变。
因为应根据要连接的管的直径调整偏差量r，因此可根据要连接的管的直径方便地选择并使用具有不同偏差量r的曲柄轴。
第二实施方案它是关于一种直线振动型连接装置，利用液压伺服机构用于直线振动热塑性塑料管的接合面。其特征在于由于振动惯量与振动频率的平方成正比，因此借减小振动的频率以减小激振力从而减小装置体的大小和重量。可允许将装置体的重量减小到大约800kg的数量级。
图5是顶视图，图6是根据第二实施方案的连接装置的侧视图。在这些图中，标记10和11指示的是一对将要连接的热塑性塑料管，其中10是可移动边的热塑性塑料管，11是固定边的热塑性塑料管。21是以100Hz～150Hz的频率振动的液压致动器，22与液压致动器21相连的直线振动夹紧装置用于夹持和振动固定边的热塑性数量管11的接合端部分，23是用于驱动液压致动器21的液压伺服阀，24是用于固定移动边的热塑性塑料管10的移动边的夹紧装置，25是用于固定固定边的热塑性塑料管11的固定边的夹紧装置，27是液压固定缸用于在压力下使移动边的热塑性塑料管10的接合端面与固定边的热塑性塑料管11的接合端面产生接触，28是通过固定缸27用于移动床身29的线型导向装置。
图7显示的是与液压伺服机构相连的直线振动夹紧装置。直线振动夹紧装置22与由液压伺服阀23驱动的液压致动器21相连接。这种环形的直线振动夹紧装置22是由两部分22a和22b组成，其中之一通过螺栓22c等方式与另一部分相连接，于是，热塑性塑料管很简单的就被夹持住。而且，这种直线振动夹紧装置22可根据要连接的管的直径进行变化以适合使用。
图8显示的是一个固定边的夹紧装置25。基本上，固定边的夹紧装置25是由液压缸25a和以相同的方式开闭的夹持器25b组成，通过伸出/缩回液压缸25a的臂以开/闭夹持器25b为了夹持和固定住管。该夹持器25b也可根据要连接管的直径进行合适地更换。这样的结构与具有液压缸24和夹持器24b的移动边的夹紧装置24是相同的。
在这里如下的进一步设计将提高生产的效率。
(1)主体结构制成能产生侧面振动以便塑料管可从各个夹紧装置侧面引入/取出。这使得在遇到问题的情况下能很容易的从主体中取出塑料管。
(2)用夹持器24b,25b进行夹紧可通过液压阀设置三种状态(夹紧，松开，略微夹紧)；热塑性塑料管伸出的长度(从移动边的夹紧装置24或从直线振动夹紧装置22伸出的接合端面的长度)也可通过使用固定操作中的微调很容易地设置。
下面将描述利用该装置连接热塑性塑料管的加工过程。在这里使用在JISK6774中所描述的200U聚乙烯管作为热塑性塑料管来进行连接的。
首先，移动边的热塑性塑料管10沿轴线方向横向地安装在可移动边的夹紧装置24上，固定边的热塑性塑料管11沿轴线方向横向地安装在固定边夹紧装置25上。调整移动边和固定边的热塑性塑料管10,11的伸出长度，然后，各个夹紧装置22,24,25牢牢地固定住管10,11。
然后，移动边的热塑性塑料管10与固定边的热塑性塑料管11产生接触，通过使用固定缸27以设定的固定力在那里加压。同时，直线振动夹紧装置22通过使用液压伺服阀23经液压致动器21产生直线地振动。液压伺服阀23通过液压致动器21和直线振动夹紧装置22直线地振动固定边的热塑性塑料管11的结合端面。于是，在热塑性塑料管的结合端面处就产生了摩擦热以熔融它们。熔融的塑料从结合端面上挤出在圆周上形成毛边。当一定量，即熔融量达到设定的值时，振动通过伺服控制自动停止。然后，在设定的冷却时间过后，即大约10秒钟之后，打开每个夹紧装置，取出热塑性塑料管从而完成了两根热塑性塑料管的连接。
当按上面提及的方式连接聚乙烯管时，聚乙烯管的连接性能是很优异的。在这种情况下，装置的振动条件如下所示。这些条件仅代表一个例子。
振幅峰峰之间为0～2mm波形正弦电源要求在120Hz×2mmP-P时能连续运转振动频率100～150Hz上面在第一和第二实施方案中所描述的装置也可应用在所有其它热塑性塑料管例如聚乙烯管，polybudene管上。
权利要求
1．一种热塑性塑料管的连接装置，包括一个用于同轴夹持一对热塑性塑料管的夹紧装置，一个加压装置用于在压力下通过所说的夹紧装置将夹持的一对热塑性塑料管的结合端面形成接触，以及一个轨道振动发生器装置，该装置安装在所说的一对热塑性塑料管一根或两根管子的管端部附近用以提供所说管子端部的轨道振动。
2．根据权利要求1的热塑性塑料管的连接装置，其中所说轨道振动发生器装置包括一个具有轴部分和曲柄部分的曲柄轴，其中轴部分和曲柄部分的轴线是偏心的，一个用于使所说的曲柄轴的轴部分产生转动的电机，一个安装在所说曲柄轴的曲柄部分的轴承，以及一个轨道振动夹紧装置，该装置夹持所说管的端部并与所说轴承的外环形成一体从而可与所说的轴承整体移动。
3．根据权利要求2的热塑性塑料管的连接装置，其中所说的轨道振动夹紧装置至少由三点来支撑。
4．一种热塑性塑料管的连接装置，包括一个用于同轴夹持一对热塑性塑料管的夹紧装置，一个加压装置用于在压力下通过所说的夹紧装置将夹持的一对热塑性塑料管的结合端面形成接触，以及一个直线振动发生器装置，该装置安装在所说的一对热塑性塑料管一根或两根管子的管端部附近用以提供所说管子端部的直线振动。
5．根据权利要求4的热塑性塑料管的连接装置，其中所说的直线振动发生器装置包括一个液压伺服阀，一个用于通过接受来自所说的液压伺服阀的输出量完成直线往复运动的致动器，以及一个与所说致动器相连用于夹持所说管的端部的直线振动夹紧装置。
6．根据权利要求5的热塑性塑料管的连接装置，其中所说的致动器的振动频率为100～150Hz。
全文摘要
一种轨道振动发生器装置除了包括用于同轴夹持一对热塑性塑料管的夹紧装置4,5和用于在压力下使由这些夹紧装置夹持的一对热塑性塑料管10,11的结合端部发生接触的加压装置2,3,14外,还包括具有轴部分8a和曲柄部分8b的曲柄轴8,在该曲柄轴8中,轴部分8a和曲柄部分8b的轴线是偏心的,用于使曲柄轴8产生转动的电机6,安装在所说曲柄轴8的曲柄部分8b上的轴承9以及夹持热塑性塑料管的管端部的轨道振动夹紧装置13,其与轴承9的外环形成一体从而可与所说的轴承整体移动。
文档编号B29L23/00GK1231961SQ98102998
公开日1999年10月20日 申请日期1998年6月16日 优先权日1998年4月13日
发明者野村博一, 平林清照, 毛文杰 申请人:日本钢管工事株式会社