大胀力间隙可调式气动管道内对口器.docx

詹华 , 黄福祥(中国石油天然气管道科学研究院 , 河北廊坊 06 詹 华 , 黄福祥 (中国石油天然气管道科学研究院 , 河北廊坊 065000) 摘 要 : 根据焊工培训的需要研制开发出新型管道内对口器 。该对口器主要由两个胀紧气 缸 、一个间隙调节气缸和一级增力机构 、二级增力机构以及气动控制系统组成 , 具有结构简 捷轻便 , 胀紧力大 , 对口间隙可调的特点 。实践证明 , 该对口器最大胀紧力可达 3328kN , 管口错边量小于 1mm , 管口间隙调整范围为 0～15mm , 适应管径为 900～1200mm , 适应管壁 厚度 8～30mm 。稍加改进还可用于实际工程施工 。文章重点介绍了该对口器的基本结构和基 本原理 。 关键词 : 管道 ; 内对口器 ; 设计原理 ; 机械性能 中图分类号 : TE 973 . 05 0 引言 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 2206 (2003) 04 - 0043 - 03 考虑到焊工培训用管段的变形远远大于现场施 工所用钢管 , 必须尽可能增加对口器的胀紧力 。为 了增加胀紧力 , 采用两级增力机构 。 1. 3 使设备具有可靠的对口间隙调整功能 管道自动焊焊接工艺要求管口的对口间隙必须 均匀一致 , 因此要求对口器应具有根据管径 、壁厚 或坡口型式的变化 , 调整管口间隙的功能 , 利用间 隙调整气缸来实现这一功能 。 1. 4 合理选用动力源 目前常见的管道内对口器有气动和液压两种动 力源 , 液压对口器的胀紧力相对较大 , 可以有效地 校正管口处的椭圆度 , 但是这种对口器存在着油液 渗漏的隐患 , 在使用过程中如果发生渗漏 , 油液一 旦滴在焊口处 , 就将影响到焊接质量 。因此本机选 用压缩空气为动力 , 这样就有效地避免了这一隐 患 。 2 基本结构和基本原理 该内对口器主要由两个胀紧气缸 , 一个间隙调 整气缸 , 一级增力机构 , 二级增力机构以及气动控 制系统等组成 , 如图 1 所示 。该机的动力由普通空 气压缩机提供 , 其工作过程是 : 启动一侧胀紧气 缸 , 带动压力臂驱动一级增力机构 , 使旋转连接盘 以间隙调整气缸为轴发生沿圆周方向的转动 ; 旋转 盘发生转动将驱动与旋转盘相配合的铰链连杆机 · 在管道焊工培训中 , 无论是自动焊 、半自动焊 和手工焊 , 都必须进行焊口组对工作 。用手工进行 校正组对 , 只适用于较小管径的薄壁管 , 其难度很 大 , 且要耗费大量时间 , 极大地影响了焊工培训的 效 率 。对 于 象 西 气 东 输 工 程 采 用 的 管 径 为 D1016mm 、壁厚最小为14 . 7 mm 、钢级为 X70 的管 段 , 用手工校正组对几乎是不可能的 。现在对西气 东输焊工的培训 , 采用的是现场施工配备的对口 器 , 由于这种对口器有行走 、刹车 、储气等装置 , 所以其体积大 、质量大 、造价很高 , 而这些功能在 焊工培训过程中是没有用处的 。再有焊工培训所用 的管段经过多道加工工序 , 其变形量远远大于现场 施工所用的钢管 , 这就要求培训所用的对口器应该 具备更大的胀力 。鉴于这种情况 , 中国石油天然气 管道科学研究院研制了一种大胀力间隙可调式气动 内对口器 。 1 主要设计思想 1. 1 使设备整体结构简捷轻便 在完全满足焊工培训要求的情况下 , 尽量去掉 现场施工用对口器冗余的功能 , 使设备的整体结构 更加简捷 , 体积减小 、质量减小 (大约是现场使用 的对口器的一半) , 同时降低造价 。 1. 2 尽可能增加对口器的胀紧力 ·43 大胀力间隙可调式气动管道内对口器 石 油 工程 建 设2003 石 油 工 程 建 设 2003 年 8 月 第 29 卷第 4 期 构 , 使顶杆外伸 , 从而胀紧管壁 。将一段钢管胀紧 之后 , 再启动另一侧气缸 , 动作过程完全相同 , 这 样就可以将另一段钢管胀紧 。最后启动间隙调整气 缸 , 使两段钢管之间的间隙满足焊接工艺的要求 。 动块上的切向力形成一个力偶 , 作用于旋转连接盘 上使其产生旋转 。 图 2 一级增力机构原理示意 当胀紧到位时两个连杆之间的夹角为 164°, 这 时通过一级增力机构 , 原推动力被放大了 7 倍多 , 因此可以得到较大的转动力矩 。 1 . 胀紧气缸 ; 2 . 一级增力机构组件 ; 3 . 旋转连接盘 ; 4 . 旋 转盘 ; 5 . 连杆 ; 6 . 顶杆 ; 7 . 中