马鞍型管端切割装置
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种管件端部加工的设备，尤其是一种
马鞍型管端切割装置，属于管端切割的技术领域。
背景技术
[0002] 管道作为常见的介质运送通道，在给
水、排水、供热、供
煤气、长距离输送石油和
天然气、农业
灌溉、水
力工程和各种工业装置中得到广泛的应用，
钢制管道尤为常见。管道的联接主要有
螺纹联接、
法兰联接、承插联接和
焊接等多种方法，而其中焊接联接的强度和
密封性最好，适用于各种管道，省工省料，但拆卸时必须切断管子和管子联接件。管道中不能避免地需要用到交叉分支结构，需要对相交叉部位的支管管端进行相贯线的切割加工，以满足其装配焊接连通的性能要求，因其管端形状酷似马鞍，统一简称为马鞍型管端。
[0003] 对于钢制管道马鞍型管端的切割加工，通常采用手工方式在管端划出马鞍型相贯线的
位置并做好标记，然后使用割炬进行手工操作切割，对操作人员的切割技能要求较高，受主观人为因素影响较大，加工出的管端品质很难保证，尺寸偏差较大；而对于有坡口的马鞍型管端，切割
质量更难保证，严重影响了该结构的制造质量。
[0004] 也有管端采用切割下料后，采用
铣削头偏转一定的
角度后进行铣削加工，加工管端的管径不得大于铣削刀盘的直径，管子长度较长并且有坡口的马鞍型管端无法加工。也有采用仿形靠模进行
车削加工，管端光洁度较好，适用于管径不大、长度较小的管件。管径越大，长度越长，对所使用的
车床要求也越高。
[0005] 现有一些设备厂家研制出管端切割设备，切割成型不错，多采用
工件固定，设备骑坐在管状工件上，靠模与设备固定，与工件保持同心，割炬绕工件轴线旋转，通过压
轮作用于靠模，在旋转的同时，割炬的运动轨迹与靠模端面形状一致，割炬旋转一周完成管端的切割加工。使用该种设备需要把管状工件固定于一定的高度位置，并作悬臂布置；设备上需要布置传动机构以满足割炬绕工件轴线的旋转运动；驱动机构与割炬
支架需保证其作旋转运动时的平衡和
稳定性，结构布置要求较高；进行切割坡口角度调节变换时，割炬向前伸出过长，很难保证其作旋转一周运动时的平稳性；割炬匀速旋转的同时进行切割，旋转至工件圆周不同的位置，切割出的
熔渣流动速度各不相同，工件两侧熔渣的方向也不一致，因而所需要的切割速度和割炬倾角也各不相同，现有的设备无法满足所需的速度和角度调整，或调整实现非常困难，进行角度调整时还容易影响设备运转的平稳性和安全性；对于不同的管径悬殊较大的工件，需要采用不同的
定位壳体和驱动
旋转机构，使得大管径的切割设备重量剧增，或者需要采用高强度
合金材料来减轻设备总重，成本较高，管端切割时放置困难，切割后的移动操作也较为困难；需要切割平齐管端，需要更换靠模，需要停机操作。
[0006] 也有设备厂家研制出的设备应用数控编程方式对管端进行切割加工，设备的制造成本更高，这些都不利于得到大量、快速的普及推广和使用。
发明内容
[0007] 本发明的目的是克服
现有技术中存在的不足，提供一种马鞍型管端切割装置，其结构紧凑，加工操作方便，加工成本低，加工
精度高，既可用于马鞍型管端及其坡口的切割加工，也可以加工平齐管端及其坡口的切割加工。
[0008] 按照本发明提供的技术方案，所述马鞍型管端切割装置，包括用于
支撑工件的翻转架及位于所述翻转架一端的底座；所述底座上设有竖向分布的立柱，所述立柱的一端与底座固定连接，另一端设有横臂；所述横臂对应于与立柱相连的另一端通过销轴安装有吊架；吊架包括架体，所述架体上设有沿架体长度分布的滑轴；滑轴上设有滑动连接的滑
块，所述滑块上设有调节
弹簧，所述调节弹簧对应于与滑块相连的另一端与架体相固定；滑块上设有相铰接的割炬调整套，所述割炬调整套上设有割炬；架体的下方设有固定压轮与活动压轮，所述固定压轮位于调节弹簧对应于与架体相连一端的下方，固定压轮通过固定压轮
连接杆安装在架体上，固定压轮能够相对固定压轮连接杆转动；活动压轮通过活动压轮连接杆安装在滑块上，活动压轮能够相对活动压力连接杆转动；活动压轮与固定压轮间设有定位套，所述定位套上设有靠模；固定压轮与定位套对应于设置靠模的另一侧相滚动
接触，活动压轮与靠模相滚动接触。
[0009] 所述底座包括
底板，所述底板上设有
脚轮。所述底座上设有立柱
套管，所述立柱的一端伸入立柱套管内，并能在立柱套管内移动。所述立柱套管上设有用于调整立柱升降的升降套管，所述升降套管通过
齿轮齿条机构与立柱相连。
[0010] 所述横臂包括内管套管，所述内管套管能够相对立柱转动；内管套管内设有内管，内管能在内管套管内移动，并通过内管紧定
螺栓与内管套管相紧固连接；所述销轴通过
轴承安装于内管位于内管套管外的端部。
[0011] 所述割炬调整套上设有连接轴，所述连接轴的一端穿入割炬调整套内，并能相对割炬调整套转动；连接轴与割炬调整套利用第二定位螺钉相紧固连接。所述连接轴对应于与割炬调整套相连的另一端通过铰接轴与滑块上的铰接座相铰接，连接轴与滑块上的铰接座通过第一定位螺钉相紧固连接。
[0012] 所述割炬调整套上设有辅助吊架，所述辅助吊架对应于邻近定位套的端部设有割炬。所述横臂对应于设置销轴的另一端设有
平衡块。所述翻转架包括主动轮架及位于所述主动轮架一侧的从动轮架。
[0013] 本发明的优点：1、结构简单、紧凑，拆卸维护方便，移动调整操作方便；2、充分考虑到翻转架设备在管道对接、切割施工过程中的广泛使用，使用翻转架支撑驱动工件的转动，安装控制简单，设备选型、采购方便快捷；3、将切割装置与靠模、翻转架分离，使得切割装置更轻便；4、靠模采用薄板切割出需要的端面曲线后卷制成型，成本低廉，与圆形定位套采用螺钉连接，对心装配操作简单；5、采用圆形定位套，两侧采用法兰结构，法兰面与轴线垂直，中间支承径向对称布置加固，兼顾作与工件的定位基准，根据工件管径设置调整
垫块，结构简单、紧凑，制造容易，移动就位轻便；6、靠模与定位套都采用圆形结构，与圆形工件外圆相互定位准确，安装简单；7、工件带动紧固其上的定位套和靠模旋转，切割管端形状完全吻合靠模端面形状；8、底座采用脚轮支承，脚轮购置容易，安装方便，整体移动轻便；9、立柱支承在所述底座的立柱套管中，采用齿形结构与齿轮配合，通过齿轮手轮调节所支承的横臂高度，方便快捷；10、横臂采用设置伸缩可调结构，可以绕立柱自由转动，定位简单，扩大了切割操作范围，减少了底座的移动，减轻了切割长度调整工作量；11、采用固定压轮对称布置与活动压轮轴线的两侧，活动压轮轴线始终与工件竖直中心线重合，通过调节弹簧的收缩预紧力，在吊架上方巧妙布置轴承结构，使得吊架始终与工件的纵向轴线平行，定位准确，有效保证了管端曲面或端面与纵向轴线的垂直度，提高了切割端面的倾斜度要求；12、通过升降管套调整立柱的高度，从而调整固定压轮、活动压轮与定位套、靠模的滚压位置，通过调整活动压轮高度来选择是工作于定位套端面还是靠模端面，设置是切割马鞍型曲面还是平齐端面，操作简单；13、机用割炬及其匹配的割炬调整套齿
轮齿条结构简单成熟，选购方便；割炬调整套与滑块采用
铰链结构，分别可通过第一定位螺钉、第二定位螺钉调整割炬割嘴轴线位于工件径向位置和在径向平面内与工件纵向轴线的夹角，结构简单，调节方便；14、割炬可选用机用割炬，也可使用手工割炬，使用手工割炬时，通过辅助吊架固定，结构简单，辅助吊架的吊杆与其匹配的割炬调整套齿轮齿条结构简单成熟，配置加工方便；15、割炬调整套与滑块上铰链的连接处设置整圈角度刻度指示，割炬切割角度调整准确方便；16、吊架与横臂装配采用偏心设置，充分考虑割炬及割炬调整套对吊架的偏重影响，增加了吊架的平稳度。
附图说明
[0014] 图1为本发明的一种结构示意图。
[0015] 图2为图1的侧视图。
[0016] 图3为本发明的另一种结构示意图。
具体实施方式
[0017] 下面结合具体附图和
实施例对本发明作进一步说明。
[0018] 如图1~图3所示：本发明包括底座1、升降套管2、立柱3、平衡块4、横臂5、吊架6、第一定位螺钉7、第二定位螺钉8、割炬9、割炬调整套10、定位套11、靠模12、调整垫块13、翻转架14、从动轮架15、主动轮架16、立柱套管17、底板18、脚轮19、固定压轮20、调节弹簧21、内管套管22、内管紧定螺栓23、内管24、销轴25、轴承26、滑块27、架体28、滑轴29、活动压轮30、压紧螺栓31、辅助吊架32、铰接轴33、工件34、活动压轮连接杆35、固定压轮连接杆36、连接轴37及铰接座38。
[0019] 如图1和图2所示：所述底座1包括底板18，所述底板18上设有均匀对称分布的脚轮19；底板18通过脚轮19能够方便的移动。所述底板18上设有竖向分布的立柱套管17，所述立柱套管17位于底板18的中心区。所述立柱套管17的一端与底板18相固定；立柱套管17的另一端设有立柱3。立柱3的一端伸入立柱套管17内，并能在立柱套管17内移动。为了便于调节立柱3在立柱套管17内的移动，所述立柱套管17上设有升降套管2，所述升降套管2与立柱3间采用齿轮齿条机构相连，从而能够方便调整立柱3在立柱套管
17内的移动。立柱3对应于伸入立柱套管17的另一端设有横臂5，所述横臂5包括内管套管22，所述内管套管22与立柱3相连，并能够相对立柱3转动。内管套管22内设有内管
24，所述内管24的一端伸入内管套管22内，并能够相对内管套管22移动。当调整好内管
24位于内管套管22内的位置时，内管24通过内管紧定螺栓23与内管套管22相紧固连接。
内管24对应于伸入内管套管22的另一端设有销轴25，所述销轴25通过轴承26安装在内管24上，从而销轴25能相对内管24转动。内管套管22对应于设置内管24的另一端设有平衡块4，用于平衡内管套管22两端的重量。内管24的下方设有吊架6，所述吊架6包括架体28，所述架体28与销轴25的一端相连；所述吊架6通过销轴25及轴承26能够相对内管24转动。
[0020] 所述架体28上设有对称分布的滑轴29，所述滑轴29沿架体28的长度分布。滑轴29上设有滑动接触的滑块27，所述滑块27上设有调节弹簧21，所述调节弹簧21的一端与滑块27相连，另一端与架体28相连，调节弹簧21能够对滑块27的滑动提供一个相反的作用力。所述架体28的下方设有固定压轮20与活动压轮30，所述固定压轮20通过固定压轮连接杆36安装在架体28上，固定压轮20能够绕固定压轮连接杆36转动。所述活动压轮30通过活动压轮连接杆35安装在滑块27上，活动压轮30能够绕活动压轮连接杆35转动。所述固定压轮20与活动压轮30间设有定位套11，所述定位套11上设有靠模12，所述靠模12与定位套11的轴线位于同一直线上，所述靠模12根据工件34切割的形状制作。所述靠模12对于不同管径的马鞍型管端曲线，只要其矢量高度相同，管径小于其靠模内孔，都可以使用。所述定位套11对于不同管径的马鞍型管端切割加工，只要工件34的管径小于定位套11的内孔，割炬长度满足切割位置要求，都可以使用；当工件34的管径不同时，通过在定位套11内安装调整垫块13能够使定位套11与工件34的管径相匹配。调整垫块13均匀分布在定位套11上。
[0021] 为了对工件34进行切割，滑块27上设有相铰接的割炬调整套10，所述割炬调整套10上设有连接轴37，所述连接轴37的一端与割炬调整套10相连，连接轴10与割炬调整套
10能相对转动，且连接轴37与割炬调整套10通过第二定位螺钉8相紧固连接。连接轴37对应于与割炬调整套10相连的另一端与滑块27上的铰接座38通过铰接轴33相铰接，从而割炬调整套10能够相对滑块27转动；铰接座38上设有刻度，能够方便的调整连接轴37转动的角度，所述连接轴37与铰接座38间通过第一定位螺钉7相紧固连接。割炬调整套
10还设有割炬9，所述割炬9为机用割炬。割炬调整套10通过第一定位螺钉7，能调整割炬
9的轴线至工件34的径向位置；通过第二定位螺钉8调整割炬9割嘴的轴线与工件34的纵向轴线间的夹角满足管端切割坡口角度的要求。
[0022] 所述工件34放置于翻转架14上，所述翻转架14包括主动轮架16及位于主动轮架16一侧的从动轮架15，所述从动轮架15邻近底座1。主动轮架16包括驱动
电机及支撑滚轮，所述
驱动电机能够使位于主动轮架16及从动轮架15上的工件34进行转动。工件34为带切割加工的管道，工件34需要加工的端部位于吊架6的下方，且定位套11与靠模12套在工件34上，定位套11通过压紧螺栓31与工件34相紧固连接。
[0023] 如图3所示：为割炬9采用手工割炬的结构示意图。当割炬9为手工割炬时，在割炬调整套10上设有辅助吊架32，所述辅助吊架32对应于邻近定位套11的端部设有手工割炬。辅助吊架32通过齿轮齿条机构与割炬调整套10上的调节
手柄相连，从而使辅助吊架32沿割炬调整套10的轴线滑动，对割炬9进行调整定位。
[0024] 如图1～图3所示：使用时，将工件34吊架在翻转架14的主动轮架16上，然后校准好一侧从动轮架15的位置，保证主动轮架16与从动轮架15上轮子的支撑轴线与工件的轴线相重合，保证工件34跟随主动轮架16及从动轮架15转动时平稳不打滑。工件34的待切割的管端悬臂布置，必要时将工件34对应于放置在主动轮架16侧的端部上安装
配重，所述配重的安装不影响工件34的旋转。根据工件34的管径大小选择相应的定位套11与调整垫块13，调整垫块13与定位套11紧固连接。根据工件34管端加工形状的要求，选择相应的靠模12，并将靠模12安装在定位套11上；然后将定位套11与靠模12一起套在工件34的端部，预留适当的切割余量。定位套11与靠模12的轴线位于同一直线上，且靠模12与定位套11的轴线与工件34的轴线也位于同一直线上。定位套11与工件34安装后，定位套11通过压紧螺栓31与工件34相紧固连接。移动底座1至工件34对应于安装定位套11的端部，旋动升降套管2，通过升降套管2与立柱3间的齿轮齿条机构调整立柱3的高度，使立柱3的高度至靠模12的曲面位于活动压轮30的中部位置。转动横臂5，拉动吊架
6，调整内管24在内管套管22内的位置，使得固定压轮20与活动压轮30分别压在定位套
11的端面与靠模12的曲面上，并且活动压轮30的轴线与工件34的竖直中线重合；然后内管24通过内管紧定螺栓23与内管套管22相紧固连接。
[0025] 调整第一定位螺钉7，使割炬调整套10能够绕铰接轴33转动，调整割炬9的轴线至工件34的径向位置，然后旋紧第一定位螺钉7，使连接轴37与铰接座38相紧固连接。调整第二定位螺钉8，割炬调整套10相对连接轴37转动，使割炬9割嘴的轴线与工件的纵向轴线的夹角满足管端切割坡口角度的要求，然后旋紧第二定位螺钉8，割炬调整套10与连接轴37保持调整后的位置。
[0026] 工作时，打开切割气源
开关后对割炬9进行点火，转动割炬调整套10上的手轮，调整割炬9的割嘴至工件34表面合适的高度后气割穿孔。启动翻转架14，转动翻转架14上的工件34。当工件34转动时，固定压轮20与活动压轮30会被定位套11及靠模12
挤压转动，固定压轮20与定位套11滚动接触，活动压轮30与靠模12滚动接触。当靠模12为曲面时，活动压轮30沿着靠模12的曲面边缘转动，活动压轮30通过活动压轮连接杆35带动滑块27在滑轴29上滑动；由于滑块27通过调节弹簧21与架体28相连，因此滑块27滑动时，会拉伸或压缩调节弹簧21，调节弹簧21会给滑块27一个相反的作用力，确保活动压轮30能够始终与靠模12的端面相接触。由于割炬调整套10与滑块27相铰接，割炬9安装在割炬调整套10上，滑块27移动时，会带动割炬9进行相应的移动，所述割炬9的移动方向与靠模12的曲面形状相一致，从而能够在工件34的端部切割出靠模12曲面的一致。随着翻转架14不断带动工件34转动，能够在工件34的端部加工出整圈的马鞍型端面及其相应的坡口。
[0027] 当工件34的管端无需切割坡口时，割炬调整套10的轴线与工件34的纵向轴线垂直。当割炬9采用手工割炬时，通过割炬调整套10上的调节手轮，能够调节割炬9与工件34端面的距离。当割炬9采用手工割炬时，通过割炬调整套10与辅助吊架32间的齿轮齿条机构能够调整辅助吊架32端部割炬9距离工件34表面的距离。当工件34加工不同的曲面时，通过更换定位套11上的靠模12即可。
[0028] 本发明管状工件34通过翻转架14驱动绕自身轴线旋转，带动定位套11和靠模12同步旋转，通过挤压活动压轮30带动支承在滑块27上的割炬9作纵向移动，从而切割出与靠模12形状一致的管端弧形，并且可以通过调节靠模12的形状，能切割平齐的管端。通过调节割炬调整套10与工件34的纵向轴线之间的夹角，满足马鞍型管端或平齐管端所需要的坡口要求。
[0029] 本发明既可使用机用割炬，也可使用手工割炬，使用手工割炬需要使用辅助吊架32，手工割炬夹紧固定在辅助吊架32上，辅助吊架32的吊杆采用齿形结构与割炬调整套10的齿轮配合，通过割炬调整套10可以调整手工割炬割嘴与工件表面的距离，合理调整横臂
5上的平衡块4后，就可进行后续的切割操作。
[0030] 本发明充分考虑到翻转架14在管道对接、切割施工过程中的广泛使用，使用翻转架14支撑驱动工件34的转动，安装控制简单，设备选型、采购方便快捷；将切割装置的割炬9与靠模12、翻转架14相分离，使得切割装置更轻便；靠模12采用薄板切割出需要的端面曲线后卷制成型，成本低廉，与圆形定位套采用螺钉连接，对心装配操作简单；采用圆形定位套，两侧采用法兰结构，法兰面与轴线垂直，中间支承径向对称布置加固，兼顾作与工件34的定位基准，根据工件管径设置调整垫块13，结构简单、紧凑，制造容易，移动就位轻便；靠模12与定位套11都采用圆形结构，与圆形工件外圆相互定位准确，安装简单；工件34带动紧固其上的定位套11和靠模12旋转，切割管端形状完全吻合靠模端面形状；底座
1采用脚轮19支承，脚轮19购置容易，安装方便，整体移动轻便；立柱3支承在所述底座的立柱套管17中，采用齿形结构与齿轮配合，通过齿轮手轮调节所支承的横臂5高度，方便快捷；横臂5采用设置伸缩可调结构，可以绕立柱3自由转动，定位简单，扩大了切割操作范围，减少了底座1的移动，减轻了切割长度调整工作量；采用固定压轮20对称布置与活动压轮30轴线的两侧，活动压轮30的轴线始终与工件竖直中心线重合，通过调节弹簧21的收缩预紧力，在吊架6上方巧妙布置轴承结构，使得吊架6始终与工件34的纵向轴线平行，定位准确，有效保证了管端曲面或端面与纵向轴线的垂直度，提高了切割端面的倾斜度要求；
通过升降管套2调整立柱3的高度，从而调整固定压轮20、活动压轮30与定位套11、靠模
12的滚压位置，通过调整活动压轮30高度来选择是工作于定位套11端面还是靠模12端面，设置是切割马鞍型曲面还是平齐端面，操作简单；机用割炬及其匹配的割炬调整套10齿轮齿条结构简单成熟，选购方便；割炬调整套与滑块采用铰链结构，分别可通过第一定位螺钉7、第二定位螺钉8调整割炬割嘴轴线位于工件径向位置和在径向平面内与工件纵向轴线的夹角，结构简单，调节方便；割炬9可选用机用割炬，也可使用手工割炬，使用手工割炬时，通过辅助吊架32固定，结构简单，辅助吊架32的吊杆与其匹配的割炬调整套齿轮齿条结构简单成熟，配置加工方便；割炬调整套10与滑块27上铰链的连接处设置整圈角度刻度指示，割炬切割角度调整准确方便；吊架6与横臂5装配采用偏心设置，充分考虑割炬9及割炬调整套10对吊架6的偏重影响，增加了吊架6的平稳度，制造方便，结构简单，配置低，易推广使用，切割出的管端成型准确，表面光洁，质量高，可进行批量切割，加工成本低。
