管体半圆形凹口的切割装置的制作方法

1.本发明涉及一种管体半圆形凹口的切割装置。


背景技术：

2.在压力容器的制造和安装过程中，经常遇到管件连接问题，对于直径较大的管件，为了保证主管与支管的连接强度，需要在支管的端部加工出与主管外径相吻合的凹口（相贯线）。专利号为2011201762979的专利公开了一种管件的马鞍口切割机，在管件的端部用燃气割炬切割出马鞍口，其方法是管件作旋转运动，割炬沿管件轴向作往返运动，以此在管件上形成马鞍口；申请号为2020104274720的专利公开了一种管体的火焰切割装置，在管件的端部用火焰枪切割出半圆形凹口，其方法也是管件作旋转运动，割炬（火焰枪）沿管件轴向作往返运动，割炬移动位置与管体转动角度相对应，如图4所示，其之间的运动关系为：y=r*sin(x)；其中y为割炬与起点之间的轴向距离，r为管体的半径，x为管体转动的角度；以此在管件上形成半圆形凹口。
3.割炬（火焰枪）在管体上的运动轨迹，是管件的旋转运动与割炬的轴向往返运动的合成，合成运动的各点的速度是不一致的，即切割速度是不一致的，其中在凹口口部的切割速度最快，在凹口底部的切割速度最慢，两者速度差之比达40%，速度快时会产生较大的后拖量或割不透；速度慢时会使割缝边缘不齐，甚至产生局部熔化现象，割后清渣困难。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提出一种管体半圆形凹口的切割装置，其能使割炬对管体的切割速度一致，提高切割质量。
5.本发明的技术方案是，一种管体半圆形凹口的切割装置，其在管体23外侧对称地设有的两个割炬26，管体由卡盘22夹持，卡盘与减速机10的水平输出轴12连接，减速机的竖直输出轴11与曲拐14的中心轴固定连接，水平输出轴与竖直输出轴同步转动,曲拐的偏心轴插在条形板13的条形槽中，条形板右侧的中部与横杆16的左端固定连接，横杆16中部插在固定不动的导向套19中，导向套的轴线与管体的轴线平行，割炬连接在横杆的靠右部位上；其特征是，减速机的输入轴36与一调速机构连接，在管体转动过程中，调速机构能使输入轴36的转速随管体转动角度变化，调速机构包括齿条4，齿条的右端固定在横杆的左部，齿轮5与齿条啮合，齿轮中固定地插有齿轮轴6，齿轮轴的下部设有外螺纹8，滑套9旋在外螺纹上，齿轮轴转动时外螺纹使滑套竖直运动，滑套的下端固定有连接杆27，连接杆下端套有摩擦轮29，摩擦轮仅能在连接杆上转动，摩擦轮左侧与主动盘30紧贴，主动盘与电机31的主轴连接，摩擦轮右侧与从动盘28紧贴，从动盘与减速机的输入轴36连接；电机主轴的轴线位于摩擦轮下方，减速机的输入轴的轴线位于摩擦轮上方；当管体转动角度位于0度位置时，摩擦轮位于电机主轴轴线与减速机的输入轴的轴线的中间位置。
6.速度调节原理是，横杆左移时，齿条带动齿轮转动，齿轮轴的外螺纹转动，滑套上
移，摩擦轮随滑套上移，摩擦轮与主动盘相贴的一侧，沿径向朝主动盘边缘移动，半径位置增大，摩擦轮与从动盘相贴的一侧，沿径向朝从动盘圆心移动，半径位置减小，摩擦轮在上移的过程中，从动盘的转速逐步增大；横杆右移时，从动盘的转速逐步减小。
7.本发明有益效果是，在切割过程中，通过调速机构进行调速，可使切割速度基本一致，割口光洁，切口缝隙宽窄一致；同时能降低氧气的消耗。
附图说明
8.图1为本发明的结构示意图。
9.图2为图1的俯视图，该图中管体和卡盘没画出。
10.图3为变距结构的外螺纹传动示意图。
11.图4为割炬移动位置与管体转动角度关系示意图。
12.附图标志为：1-第一托板、2-角板、3-支承套、4-齿条、5-齿轮、6-齿轮轴、7-止退环、8-外螺纹、9-滑套、10-减速机、11-竖直输出轴、12-水平输出轴、13-条形板、14-曲拐、15-连接块、16-横杆、17-销子、18-导向套支架、19-导向套、20-第二托板、22-卡盘、23-管体、24-肩部、25-下垂部、26-割炬、27-连接杆、28-从动盘、29-摩擦轮、30-主动盘、31-电机、32-支座、33-底座、34-弹簧、35-凸缘、36-输入轴。
具体实施方式
13.一种管体半圆形凹口的切割装置，其在管体23外侧对称地设有的两个割炬26，管体由卡盘22夹持，卡盘与减速机10的水平输出轴12连接，减速机的竖直输出轴11与曲拐14的中心轴固定连接，曲拐的偏心轴插在条形板13的条形槽中，条形槽的长度为竖直输出轴与曲拐的偏心轴之间距离（即管体凹口的半径）的2.2倍，条形板一侧的中部与横杆16的左端固定连接，横杆16中部插在导向套19中，导向套的轴线与管体的轴线平行，导向套与导向套支架18连接，导向套支架连接在第二托板20上，第二托板连接在减速机的右侧面。
14.横杆的右端与门字形的框体的肩部24连接，框体的下垂部25分别与割炬26连接。
15.割炬移动位置与管体转动角度相对应，如图4所示，其之间的运动关系为：y=r*sin(x)；其中y为割炬距起点之间的轴向距离，r为管体凹口的半径，x为管体转动的角度。
16.减速机的输入轴36与一调速机构连接，在管体转动过程中，调速机构能使输入轴36的转速随管体转动角度变化，调速机构的结构为：减速机的左侧面连接有第一托板1，角板2的竖直部与第一托板连接，角板的水平部的左部连接有支承套3，齿条4的右端通过连接块15固定连接在横杆的左部，齿条的左部插在支承套3中，支承套对齿条起稳定作用，保证齿条与齿轮啮合可靠。
17.齿轮5与齿条啮合，齿轮中固定地插有齿轮轴6，齿轮轴6的中部插在角板的水平部中，齿轮轴上固定地套有两个止退环7，止退环分别与角板的顶面和底面相贴。这样齿轮轴不会沿其轴向窜动。
18.齿轮轴的下部设有外螺纹8，滑套9旋在外螺纹上，滑套9插在第一托板中，滑套的外圆上设有竖直的导向槽，平键的一边插在导向槽中，平键的另一边固定在第一托板上。这样滑套不会产生转动。
19.滑套的下端固定有连接杆27，连接杆下端套有摩擦轮29，摩擦轮仅能在连接杆上
转动而不能轴向移动，摩擦轮左侧与主动盘30紧贴，主动盘与电机31的主轴连接，电机31通过支座32连接在底座33上；摩擦轮右侧与从动盘28紧贴，从动盘与减速机的输入轴36连接；电机主轴的轴线位于摩擦轮下方，减速机的输入轴的轴线位于摩擦轮上方，电机主轴的轴线和减速机的输入轴的轴线以及连接杆的轴线平行且在同一竖直平面上；当管体转动角度位于0度位置时，摩擦轮位于电机主轴轴线与减速机的输入轴的轴线的中间位置。
20.从动轮与减速机的输入轴36之间为花键或平键连接，减速机的输入轴36上径向延伸有凸缘35，凸缘与从动轮之间设有弹簧34；电机主轴与主动盘之间也设置有弹簧，这样可使摩擦轮分别与主动盘和从动盘紧贴，产生足够的摩擦力。
21.齿条向左移动时，摩擦轮向上移，减速机的输入轴的转速增大；齿条向右移动时，摩擦轮向下移动，减速机的输入轴的转速降低，减速机的输入轴转速随摩擦轮位移变化规律，可用式1表达：n=n*r1/r2=n*(r0 l)/ (r0-l)；（式1）式1中，l为摩擦轮的位移、n为减速机的输入轴的转速、n为电机转速、r1为摩擦轮与主动盘圆心之间的距离（即主动盘与摩擦轮接触的半径）、r2为摩擦轮与从动盘圆心之间的距离（即从动盘与摩擦轮接触的半径）、r0为摩擦轮位于电机主轴轴线与减速机的输入轴的轴线的中间位置时摩擦轮与主动盘或从动盘圆心之间的距离，此时r1=r2，摩擦轮位于原点；通过试验得出摩擦轮的最大位移lmax为0.175r0左右时，能使切割速度基本一致，最大速度差之比可小于12%。
22.根据调速机构的结构可知，m r /（mz r0） =0.175 ；（式2）其中： r为管体凹口半径、m为等距结构外螺纹的螺距、m为齿轮模数、z为齿轮齿数。
23.根据管体凹口的半径可选择r0的半径、外螺纹的螺距、齿轮模数和齿轮齿数。其中最方便的方法是选择合适的外螺纹的螺距。
24.如：r0为100毫米，齿轮的模数=1，齿轮的齿数=20；当管体的半径为100毫米时，外螺纹的螺距=3.5毫米；当管体的半径为200毫米时，外螺纹的螺距=1.75毫米；当管体的半径为400毫米时，外螺纹的螺距=0.875毫米。
25.当然管体凹口的半径变化时，曲拐的偏心距也要改变，即曲拐的偏心距与管体凹口的半径相等。
26.为使割炬在管体上运动轨迹的速度更均匀，齿轮轴的外螺纹为变距结构，如图3所示，外螺纹的螺纹槽为半圆形或矩形，滑套套在外螺纹上，滑套的壁上固定地插有销子17，销子的端部伸进螺纹槽中，外螺纹的螺距的变化与管体的转动角度相关，外螺纹转动时，滑套竖直移动，摩擦轮随滑套移动移动，摩擦轮的移动与管体的转动角度相关，其变化关系可用式3表达；式3：l=r0[a-√(1 cos2x)]/(a √(1 cos2x)；式3中，l为摩擦轮的位移；r0为主动盘和从动盘在摩擦轮位于原点时与摩擦轮接触的半径、x为管体转动角度；a 为等于或大于√2的常数；√(1 cos2x)为对应于未经调速的切割速度。
[0027]
对应于变距结构的外螺纹，摩擦轮的位移表达式为：式4：l= r*sin(x)*m/(m*z)式4中l为摩擦轮的位移、r为管体凹口半径、x为管体转动角度、m为变距结构的外螺纹的螺距、m为齿轮模数、z为齿轮齿数。
[0028]
根据式4可求出变距结构的外螺纹的螺距为：m={ r0[a-√(1 cos2x)]/(a √(1 cos2x)}*m*z/[ r*sin(x)]；如：r0为100毫米，管体的半径为200毫米，选择齿轮的模数=4，齿轮的齿数=200，常数a=√2,当管体从0度转至90度时，齿条左向移动200毫米，齿轮转动90度，滑套上移17.16毫米，当管体从90度转至180度时，齿条右向移动200毫米，齿轮反转90度，滑套下移17.16毫米至原点。
[0029]
采用变距结构的外螺纹进行调速，可使切割速度一致，其速度差为0。