液压管口整形机的研究与设计

毛智勇

(北京联合大学 机电学院，北京 100020)

0 引言

液压管口整形机是用于市政管道施工现场管道焊接用的一种超高压液压辅助设备，它能代替人工实现对焊接管口组对进行全位置定位、端口自动定心及整形。

目前，国内市政燃气、给排水管道铺设多采用φ400～φ700 mm中等口径管道，由于铺设距离短、管径小，通常不适合采用管道全位置自动焊机、内焊机、管道中频加热器等适合大口径、长距离管道建设的现代化施工设备，而多采用人工焊接。在管口组对焊接过程中，对焊口的圆度一致性相对比较严格，若管口组对圆度一致性精度不够，焊缝加大，将造成烧穿、漏焊、未焊透等焊接缺陷。管道在运输和装卸过程中，管口处经常出现磕碰变形。当两段管道管口组对实施焊接时，由于管口变形，使得焊口很难整圈对齐，加之管道铺设一般是在预先设置的管道沟中进行，施工空间狭窄，一般的管口整形方法很难实施。目前常用的整形方法是在整圈焊口处先将对齐部分进行焊接，然后采用加热和锤击方法强制使加热部分变形，以达到对齐焊口的目的。该方法施工效率低、成本高，又由于管道在焊接过程中不能沿圆周方向转动，致使底部的整形异常困难。

为此，经过多年的研究，研制并开发出一种用于管道施工现场对管口组对实施整形的超高压液压焊接辅助设备。

1 机构组成及工作原理

该管口整形机由定位盘、整形盘、行走滚轮及超高压液压系统 4部分组成(见图 1)。

图1 管口整形机示意图

定位盘的作用是使整形机定位并使整形盘与焊接管口组对定心。它由上动盘 7和下盘 1两部分组成(见图 2)，上动盘分左右两部分，分别通过推杆 5与高压油缸 4连接，上动盘还固定有滚轮支架 3并通过销轴与下盘连接。当液压缸通入高压油活塞杆伸出时，推动推杆上行并迫使左右上动盘沿销轴旋转，上动盘张开，使上、下盘与管道内壁沿周圈卡紧，整形盘完成中心定位。同时，上动盘带动滚轮支架一同沿销轴旋转，使前滚轮脱离管壁缩回。复位弹簧 6的作用是在油缸回油时，在弹簧力的作用下，使油缸柱塞退回，左右上动盘回位、松卡，前滚轮伸出，支撑起整形机，使下盘脱离管道内壁，为设备移动做好准备。

图2 定位盘示意图

整形盘为双盘结构，刚性连接。靠近定位盘一侧的称为内侧盘，另一侧称为外侧盘(见图 1)。整形盘也分为上动盘和下盘两部分(见图 3)。整形盘是在定位盘完成与管口组对卡紧定心后开始工作的。工作时，内侧盘卡位在已连接管道一侧管口处，外侧盘则卡位在待连接管道一侧管口处。其工作原理与定位盘原理相同，通过高压油缸的作用力使上、下整形盘沿管道内壁产生推力，迫使管口组对在同一轴心同一外径尺寸上变形，达到焊口规整的目的。在外侧盘沿周圈焊有导板 2，其作用是在穿入待连接管道时，起导向作用。

图3 整形盘示意图

2 液压系统工作原理

超高压液压系统见图 4。它是由超高压泵源 1、换向阀 2、液控单向阀 3、顺序阀 4、单向阀 5、整形盘驱动油缸 6和定位盘驱动油缸 7组成。其中换向阀 2和液控单向阀 3与超高压泵源 1安放在外部油源小车上并通过高压软管和快速接头与整形机上液压管路连接。超高压泵源 1中溢流阀的调定压力为 10～60 MPa，顺序阀 4的调定压力为 11 MPa。

图4 超高压液压系统图

工作过程：当油泵启动后，将换向阀 2换至左位并调节泵源 1中溢流阀的压力至 10 MPa，此时定位盘驱动油缸 7伸出，驱动上动盘张开，使上、下盘与管道内壁沿周圈卡紧，整形盘完成中心定位。由于此压力低于顺序阀 4的调定压力，故顺序阀关闭，整形盘驱动油缸 6不动，避免由于整形盘张开干扰定位盘的自动中心定位。当定位盘定位完成后，可将被焊管沿整形盘前端导板套入，使已焊管端与被焊管端形成管口焊接组对。此时，再调节泵源 1中溢流阀的压力至 60MPa，整形盘驱动油缸 6伸出，驱动上、下整形盘沿管道内壁产生推力，迫使管口组对在同一轴心同一外径尺寸上变形，达到焊口规整的目的。焊接过程中，可将换向阀换至中位，油泵实现低压卸荷，系统压力靠液控单向阀锁紧。焊接完成后，可将换向阀换至右位，待两个油缸回油退回后再将换向阀换至中位，可实现油泵低压卸荷。此时，可通过快速接头拆下管路，将油源和整形机移动至下一个工位。

3 结论

该设备结构紧凑、采用超高压液压系统可在有效缩小体积前提下获得较大的整形力，具有体积小、重量轻、输出力大、定位整形一次完成等优点。同时液压系统设有油泵卸荷功能，可有效节省功率和减少油液发热。该设备可有效减轻人工劳动强度，缩短焊接准备时间，提高焊接质量和工作效率，适合在中等直径管道施工使用。

[1] 雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版社，1990.

[2] 徐灏等.机械设计手册[M].北京：浙江大学出版社，1992.

[3] 毛智勇.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2007.