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;机械性中图分类号:TE973.050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14.7mm、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.中间盘;8.基盘;9.间隙调整气缸;10.间隙调整连接盘图1大胀力间隙可调式气动内对口器结构示意2.1胀紧气缸胀紧气缸缸体及活塞均采用高强铝合金材料,这样既保证了强度,又减小了质量。同时设计人员充分考虑了气缸的密封和活塞与气缸相对运动时的减摩、导向等问题。气缸的缸径为320mm,当空压机的压强为0.8MPa时,气缸通过活塞杆的输出压力可达到64kN,保证了足够的胀紧力。2.2间隙调整气缸间隙调整气缸固定在中间盘上,其活塞杆通过连接盘与一侧的基盘相连,当活塞杆伸出时,带动一侧的基盘沿远离另一基盘的方向产生轴向移动;当活塞杆回缩时,情况相反。这样通过活塞杆的伸缩就可完成管口间隙调整...