液壓管口整形機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

毛智勇

(北京聯(lián)合大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京 100020)

0 引言

液壓管口整形機(jī)是用于市政管道施工現(xiàn)場管道焊接用的一種超高壓液壓輔助設(shè)備，它能代替人工實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接管口組對(duì)進(jìn)行全位置定位、端口自動(dòng)定心及整形。

目前，國內(nèi)市政燃?xì)?、給排水管道鋪設(shè)多采用φ400～φ700 mm中等口徑管道，由于鋪設(shè)距離短、管徑小，通常不適合采用管道全位置自動(dòng)焊機(jī)、內(nèi)焊機(jī)、管道中頻加熱器等適合大口徑、長距離管道建設(shè)的現(xiàn)代化施工設(shè)備，而多采用人工焊接。在管口組對(duì)焊接過程中，對(duì)焊口的圓度一致性相對(duì)比較嚴(yán)格，若管口組對(duì)圓度一致性精度不夠，焊縫加大，將造成燒穿、漏焊、未焊透等焊接缺陷。管道在運(yùn)輸和裝卸過程中，管口處經(jīng)常出現(xiàn)磕碰變形。當(dāng)兩段管道管口組對(duì)實(shí)施焊接時(shí)，由于管口變形，使得焊口很難整圈對(duì)齊，加之管道鋪設(shè)一般是在預(yù)先設(shè)置的管道溝中進(jìn)行，施工空間狹窄，一般的管口整形方法很難實(shí)施。目前常用的整形方法是在整圈焊口處先將對(duì)齊部分進(jìn)行焊接，然后采用加熱和錘擊方法強(qiáng)制使加熱部分變形，以達(dá)到對(duì)齊焊口的目的。該方法施工效率低、成本高，又由于管道在焊接過程中不能沿圓周方向轉(zhuǎn)動(dòng)，致使底部的整形異常困難。

為此，經(jīng)過多年的研究，研制并開發(fā)出一種用于管道施工現(xiàn)場對(duì)管口組對(duì)實(shí)施整形的超高壓液壓焊接輔助設(shè)備。

1 機(jī)構(gòu)組成及工作原理

該管口整形機(jī)由定位盤、整形盤、行走滾輪及超高壓液壓系統(tǒng) 4部分組成(見圖 1)。

圖1 管口整形機(jī)示意圖

定位盤的作用是使整形機(jī)定位并使整形盤與焊接管口組對(duì)定心。它由上動(dòng)盤 7和下盤 1兩部分組成(見圖 2)，上動(dòng)盤分左右兩部分，分別通過推桿 5與高壓油缸 4連接，上動(dòng)盤還固定有滾輪支架 3并通過銷軸與下盤連接。當(dāng)液壓缸通入高壓油活塞桿伸出時(shí)，推動(dòng)推桿上行并迫使左右上動(dòng)盤沿銷軸旋轉(zhuǎn)，上動(dòng)盤張開，使上、下盤與管道內(nèi)壁沿周圈卡緊，整形盤完成中心定位。同時(shí)，上動(dòng)盤帶動(dòng)滾輪支架一同沿銷軸旋轉(zhuǎn)，使前滾輪脫離管壁縮回。復(fù)位彈簧 6的作用是在油缸回油時(shí)，在彈簧力的作用下，使油缸柱塞退回，左右上動(dòng)盤回位、松卡，前滾輪伸出，支撐起整形機(jī)，使下盤脫離管道內(nèi)壁，為設(shè)備移動(dòng)做好準(zhǔn)備。

圖2 定位盤示意圖

整形盤為雙盤結(jié)構(gòu)，剛性連接?？拷ㄎ槐P一側(cè)的稱為內(nèi)側(cè)盤，另一側(cè)稱為外側(cè)盤(見圖 1)。整形盤也分為上動(dòng)盤和下盤兩部分(見圖 3)。整形盤是在定位盤完成與管口組對(duì)卡緊定心后開始工作的。工作時(shí)，內(nèi)側(cè)盤卡位在已連接管道一側(cè)管口處，外側(cè)盤則卡位在待連接管道一側(cè)管口處。其工作原理與定位盤原理相同，通過高壓油缸的作用力使上、下整形盤沿管道內(nèi)壁產(chǎn)生推力，迫使管口組對(duì)在同一軸心同一外徑尺寸上變形，達(dá)到焊口規(guī)整的目的。在外側(cè)盤沿周圈焊有導(dǎo)板 2，其作用是在穿入待連接管道時(shí)，起導(dǎo)向作用。

圖3 整形盤示意圖

2 液壓系統(tǒng)工作原理

超高壓液壓系統(tǒng)見圖 4。它是由超高壓泵源 1、換向閥 2、液控單向閥 3、順序閥 4、單向閥 5、整形盤驅(qū)動(dòng)油缸 6和定位盤驅(qū)動(dòng)油缸 7組成。其中換向閥 2和液控單向閥 3與超高壓泵源 1安放在外部油源小車上并通過高壓軟管和快速接頭與整形機(jī)上液壓管路連接。超高壓泵源 1中溢流閥的調(diào)定壓力為 10～60 MPa，順序閥 4的調(diào)定壓力為 11 MPa。

圖4 超高壓液壓系統(tǒng)圖

工作過程：當(dāng)油泵啟動(dòng)后，將換向閥 2換至左位并調(diào)節(jié)泵源 1中溢流閥的壓力至 10 MPa，此時(shí)定位盤驅(qū)動(dòng)油缸 7伸出，驅(qū)動(dòng)上動(dòng)盤張開，使上、下盤與管道內(nèi)壁沿周圈卡緊，整形盤完成中心定位。由于此壓力低于順序閥 4的調(diào)定壓力，故順序閥關(guān)閉，整形盤驅(qū)動(dòng)油缸 6不動(dòng)，避免由于整形盤張開干擾定位盤的自動(dòng)中心定位。當(dāng)定位盤定位完成后，可將被焊管沿整形盤前端導(dǎo)板套入，使已焊管端與被焊管端形成管口焊接組對(duì)。此時(shí)，再調(diào)節(jié)泵源 1中溢流閥的壓力至 60MPa，整形盤驅(qū)動(dòng)油缸 6伸出，驅(qū)動(dòng)上、下整形盤沿管道內(nèi)壁產(chǎn)生推力，迫使管口組對(duì)在同一軸心同一外徑尺寸上變形，達(dá)到焊口規(guī)整的目的。焊接過程中，可將換向閥換至中位，油泵實(shí)現(xiàn)低壓卸荷，系統(tǒng)壓力靠液控單向閥鎖緊。焊接完成后，可將換向閥換至右位，待兩個(gè)油缸回油退回后再將換向閥換至中位，可實(shí)現(xiàn)油泵低壓卸荷。此時(shí)，可通過快速接頭拆下管路，將油源和整形機(jī)移動(dòng)至下一個(gè)工位。

3 結(jié)論

該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、采用超高壓液壓系統(tǒng)可在有效縮小體積前提下獲得較大的整形力，具有體積小、重量輕、輸出力大、定位整形一次完成等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)液壓系統(tǒng)設(shè)有油泵卸荷功能，可有效節(jié)省功率和減少油液發(fā)熱。該設(shè)備可有效減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短焊接準(zhǔn)備時(shí)間，提高焊接質(zhì)量和工作效率，適合在中等直徑管道施工使用。

[1] 雷天覺.液壓工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[2] 徐灝等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：浙江大學(xué)出版社，1992.

[3] 毛智勇.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.