一种管道坡口机及方法与流程

1.本发明涉及坡口机技术领域，尤其是一种管道坡口机及方法。


背景技术：

2.在石油、化工、天然气、冶金、钢铁等行业的建设过程中，需要用到不同材质的金属管道，管道连接需要靠焊接完成，因此需要做焊接坡口。市场上已有的管道坡口机，除了传统的手工打磨坡口以外，大致包括手提式坡口机、自动行走式坡口机和固定式坡口机等几种，其固定方式无外乎分瓣式、内涨式、外嵌式和外夹式；工作原理为在一定支撑条件下，采用电动机驱动切削刀头带动切削刀片围绕管道切口做圆周运动，或将坡口机固定，辅以人工转动管头从而实现管道成型坡口的方式。上述方式所用的设备有如下弊端，也就成为在实际生产建设中施工作业单位设法规避打坡口环节的主要原因。
3.一、传统手工打磨坡口效率低下、安全系数低，人工手持角磨机打磨破口成型质量差。二、新型坡口机造价高昂。市面上采用切削成型坡口的动辄数元万至数十万元不等，购买成本高，维修养护成本高。三、坡口机通用性不强。一套组件可适用的管道管径区间有限，实际使用过程中需要根据管道口径频繁拆装更换组件，施工单位需要同时购买多套组件，以满足实际生产中对不同管径的需要，无疑也是增加施工成本的一大因素。四、将坡口机固定，辅以人工转动管头来切削坡口的方式，应用场景有限。一般适用于管段较短，且管段移动方便的的车间场景，而对于管道工艺作业现场，一般的管道长度较长，直径较大，自重比较重，明显不适用。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种管道坡口机及方法，坡口机可以适配不同直径范围的管道，只要是机构本身的支撑轴部分的结构能够伸入管道内，就能实现对管道进行坡口处理。
5.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
6.第一方面，一种管道坡口机，包括支撑架，支撑架一侧连接与其平行设置的支撑轴，支撑架上设有滚动轴和电机，滚动轴上设有滚轮，电机输出端的驱动轴上通过齿轮组与滚动轴配合以带动滚轮转动，并且驱动轴端部通过锥齿轮组连接打磨头；
7.所述滚动轴与支撑轴平行设置，所述支撑轴上通过液压缸连接液压装置，液压装置输出端与转动轴两端转动连接，支撑轴用于伸入管道内部，转动轴和滚轮对应设置以夹紧管道侧壁。
8.作为进一步的实现方式，所述支撑架呈矩形，支撑架与支撑轴一端通过固定杆连接，支撑架与支撑轴长度适配。
9.作为进一步的实现方式，所述支撑架用于设置在管道外侧，支撑架上设有连接杆，连接杆与所述滚动轴转动连接。
10.作为进一步的实现方式，所述齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮设于驱
动轴周侧，从动齿轮设于滚动轴周侧，从动齿轮直径大于主动齿轮直径以降低滚动轴转速，从而增大滚动轴的力矩。
11.作为进一步的实现方式，所述锥齿轮组包括型号相同的第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮与驱动轴端部固定连接，第二锥齿轮通过转轴卡接打磨头，所述转轴贯穿连接杆并与连接杆转动连接。
12.作为进一步的实现方式，所述滚轮与滚动轴固定连接，滚轮上设有若干点状凸起，凸起在滚轮表面呈螺纹状分布，在主动齿轮驱动从动齿轮带动滚动轴沿管道外壁垂直于管道轴心向前移动时，保持从管道坡口端向另一端的回拉力，使得打磨头与管道坡口端持续保持紧密贴合状态。
13.作为进一步的实现方式，所述液压缸包括油腔，油腔沿支撑轴长度方向设置，液压装置设于液压缸两端，液压装置输出端朝向滚轮。
14.作为进一步的实现方式，所述支撑架上设有支撑件，支撑件一端套设于驱动轴周侧并与驱动轴转动连接。
15.作为进一步的实现方式，所述打磨头的切削面与管道外壁呈30-45
°
。
16.第二方面，一种管道坡口机的工作方法，其特征在于，采用一种管道坡口机，包括如下步骤：
17.支撑轴深入管道内部，并设置滚轮紧贴管道外壁；通过液压装置顶升转动轴，使得转动轴紧贴管道内壁，转动轴配合滚轮夹紧管道侧壁；
18.开启电机，通过齿轮组带动打磨头对管道端部打磨，通过齿轮组实现管道坡口机在滚轮的转动下沿着管道外壁做圆周运动。
19.上述本发明的有益效果如下：
20.1.本发明的支撑轴用于伸入管道内部，转动轴和滚轮对应设置以夹紧管道侧壁，电机带动滚轮在管道的外表面转动，坡口机可以在滚轮的转动下沿着管道外壁做圆周运动，实现打磨头对管道端部边缘进行坡口打磨，无需人工参与。
21.2.本发明设置从动齿轮直径大于主动齿轮直径，使得在坡口机进行打磨作业时，从动齿轮能够降低转速和增大力矩，最终实现滚轮的转速远远小于打磨头的转速，达到打磨头快速旋转打磨管道，滚轮沿管道外壁缓慢移动的效果。
22.3.本发明凸起在滚轮表面呈螺纹状分布，使坡口机在滚轮的转动下沿着管道外壁移动时，产生与管道坡口端相反的作用力，即保持一定的从管道坡口端向管道另一端的回拉力，证坡口处的打磨头始终与管壁端头紧密贴合，不至于使坡口机与坡口端分离。
23.4.本发明支撑轴上液压装置的设置，使得坡口机可以适配不同直径范围的管道，只要是机构本身的支撑轴部分的装置结构能够伸入管道内，就能实现对该管道进行坡口处理，无论是一端已经安装完成的悬空管道，还是切割完成待安装的地面管道，均能进行坡口处理，降低对作业环境的限制。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
25.图1是本发明实施例中一种管道坡口机的整体结构示意图。
26.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
27.其中：1.支撑架，2.支撑轴，3.滚动轴，4.电机，5.连接杆，6.管道，7.支撑座，8.滚轮，21.油腔，22.注油孔，23.液压装置，24.转动轴；41.驱动轴，42.主动齿轮，43.从动齿轮，44.第一锥齿轮，45.第二锥齿轮，46.支撑件，47.打磨头，48.转轴，51.轴承。
具体实施方式
28.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
29.实施例一
30.本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种管道坡口机，包括支撑架1，支撑架1一侧连接与其平行设置的支撑轴2，支撑架1与支撑轴2一端通过固定杆连接，支撑架1与支撑轴2长度适配。
31.如图1所示，支撑架1上设有滚动轴3，在对管道6进行坡口打磨时，支撑架1用于设置在管道6外侧，支撑架1上设有连接杆5，连接杆5与滚动轴3转动连接。本实施例的滚动轴3一端(左端)与支撑架1转动连接，另一端(右端)与连接杆5转动连接，连接杆5与滚动轴3在同一直线上，二者之间设置轴承51，实现转动连接。连接杆5和滚动轴3与支撑轴平行设置，滚动轴3上设有滚轮8，并且滚轮8与滚动轴3固定连接。
32.支撑架1上安装有电机4，电机4输出端的驱动轴41上通过齿轮组与滚动轴3配合以带动滚轮8转动，并且驱动轴41端部通过锥齿轮组连接打磨头。
33.滚动轴3与支撑轴2平行设置，支撑轴2上通过液压缸连接液压装置23，液压装置23输出端与转动轴24两端转动连接，支撑轴2用于伸入管道6内部，转动轴24和滚轮8对应设置以夹紧管道6侧壁。
34.电机4带动驱动轴41转动，进而通过锥齿轮组带动打磨头47转动，通过齿轮组带动滚动轴3转动，实现滚轮8在管道6的外表面转动，由于转动轴24和滚轮8夹紧管道6侧壁，坡口机可以在滚轮8的转动下沿着管道6外壁做圆周运动，实现打磨头47对管道6端部边缘进行坡口打磨。
35.如图1所示，齿轮组包括主动齿轮42和从动齿轮43，主动齿轮42设于驱动轴41周侧，从动齿轮43设于滚动轴3周侧，从动齿轮43直径大于主动齿轮42直径以降低滚动轴3转速。电机4转动带动主动齿轮42转动，进而通过从动齿轮43带动滚动轴3转动，实现滚动轴3带动滚轮8转动(滚轮与滚动轴固定连接)。
36.锥齿轮组包括型号相同的第一锥齿轮44和第二锥齿轮45，第一锥齿轮44与驱动轴41端部固定连接，第二锥齿轮45通过转轴48卡接打磨头47，转轴48贯穿连接杆5并与连接杆5转动连接。通过锥齿轮的设置，实现电机4输出端传动力的方向呈90
°
垂直传递，两个锥形齿轮设计成相同直径和齿数，使两个锥形齿轮保持相同速度高速运转，以达到快速打磨的目的。
37.在一种可选的示例中，转轴48设置成可上下插拔的形式，转轴48两端设计成多边形，一端穿过锥齿轮，另一端穿过打磨头中心孔，打磨头47的中心孔同为多变形，并与转轴48端部形状相匹配，以便于更换打磨头47和固定打磨头。
38.打磨头47采用耐磨性高、切削能力强的材料制成，并将打磨头47设计成上大下小的锥形圆柱形状，打磨头47的切削面与管道外壁呈30-45
°
，以满足成品坡口的角度要求。
39.本实施例设置从动齿轮43直径大于主动齿轮42直径，使得在坡口机进行打磨作业时，从动齿轮43能够降低转速和增大力矩，最终实现滚动轴3的转速小于打磨头47的转速，达到打磨头47快速旋转打磨管道，滚轮8沿管道外壁缓慢移动的效果。
40.液压缸为通长液压缸，其上设有液压开关，包括油腔21，油腔21沿支撑轴长度方向设置，微型的液压装置23设于液压缸两端，液压装置23输出端朝向滚轮。本实施例的液压装置23采用液压千斤顶，液压千斤顶输出端与转动轴24转动连接，油腔21上设置注油孔22和出油孔，油腔外接液压系统，通过液压千斤顶可顶升转动轴24，使其紧贴管道内壁，因此可以适配大直径范围的管径，只要实现滚轮8与转动轴24夹紧管道侧壁即可。
41.本实施例的转动轴24起到承压、固定、保持平衡的作用，转动轴可以转动，以减小与管道内壁的摩擦阻力，提高转动运行的流畅性。转动轴与滚轮对应设置。
42.支撑架1上设有若干支撑件46，支撑件46一端套设于驱动轴周侧并与驱动轴转动连接。支撑件46用于保证电机的驱动轴保持恒定转动，不发生偏移。
43.本实施例的滚轮8采用高强度耐磨型的直筒式橡胶轮，橡胶轮外圈部分采用摩擦力较大的材料制成，且具有一定的强度能承受较大压力。橡胶轮上设有若干点状凸起，凸起在滚轮表面呈螺纹状分布，带凸起螺纹状橡胶轮的作用是为了使坡口机在橡胶轮的转动下沿着管道外壁移动时，产生与管道坡口端相反的作用力，橡胶轮在紧贴管道外壁匀速转动的同时，保持一定的从管道坡口端向电机端的回拉力，在坡口机在沿着管道壁转动的时，保证坡口处的打磨头始终与管壁端头紧密贴合，不至于使坡口机与坡口端分离。
44.可以理解的是，以图1视图方向为例，本实施例的滚轮8的螺纹旋向的设置原则是基于电机驱动轴的转向确定的，目的是保证最终坡口机在对管道进行坡口打磨时，滚轮对管道具有向右的摩擦力，对应的管道对坡口机具有向左的摩擦力(回拉力)，在合力的作用下，坡口机始终具有向左运动的趋势，从而保证打磨头始终紧贴在管道端部进行打磨，坡口机在打磨时打磨头不会脱离管道坡口端。
45.在一优选的示例中，转动轴可设置两个，两个转动轴相邻设置且不接触，两个转动轴两端各自与对应的液压装置转动连接，并且滚轮的直径延长线经过两个转动轴中间位置，这样使得坡口机运行的稳定性。
46.在实际打磨时，通过支撑座7支撑管道底部，安装好坡口机进行打磨即可。
47.实施例二
48.一种管道坡口机的工作方法，其特征在于，采用管道坡口机，包括如下步骤：
49.接通坡口机电源，将支撑轴2深入管道内部，并设置滚轮8紧贴管道6外壁；打开液压开关，通过液压装置23顶升转动轴，使得转动轴24紧贴管道6内壁，得坡口机上的滚轮8与支撑轴2上带有的转动轴24紧紧贴合在管道6的内外两侧，并保持压力自动恒定；
50.开启坡口机的电机电源，通过齿轮组带动打磨头47对管道6端部打磨，通过齿轮组实现管道坡口机在滚轮8的转动下沿着管道外壁做圆周运动。同时，通过驱动电机末端的第一锥齿轮44高速旋转，带动与之啮合的第二锥齿轮45同速转动，进而驱动与第二锥齿轮45连接打磨头47高速旋转，跟随坡口机前进方向完成坡口端的打磨成型。
51.从现实工业角度来讲，一般小口径的管道承压有限，也就不需要进行坡口处理。本
实施例坡口机的应用场景，只要是机构本身的支撑轴部分的结构能够伸入管道内，就能实现对管道进行坡口处理，无论是一端已经安装完成的悬空管道，还是切割完成待安装的地面管道，均能进行坡口处理，且无需更换其他类如紧固环、抱箍环、涨紧块等套装组件，大大降低对作业环境的限制，真正实现经济、高效、全自动、多场景、一体化的坡口工艺处理需求。
52.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种管道坡口机，其特征在于，包括支撑架，支撑架一侧连接与其平行设置的支撑轴，支撑架上设有滚动轴和电机，滚动轴上设有滚轮，电机输出端的驱动轴上通过齿轮组与滚动轴配合以带动滚轮转动，并且驱动轴端部通过锥齿轮组连接打磨头；所述滚动轴与支撑轴平行设置，所述支撑轴上通过液压缸连接液压装置，液压装置输出端与转动轴两端转动连接，支撑轴用于伸入管道内部，转动轴和滚轮对应设置以夹紧管道侧壁。2.根据权利要求1所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述支撑架呈矩形，支撑架与支撑轴一端通过固定杆连接，支撑架与支撑轴长度适配。3.根据权利要求1所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述支撑架用于设置在管道外侧，支撑架上设有连接杆，连接杆与所述滚动轴转动连接。4.根据权利要求3所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮设于驱动轴周侧，从动齿轮设于滚动轴周侧，从动齿轮直径大于主动齿轮直径以降低滚动轴转速。5.根据权利要求3所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述锥齿轮组包括型号相同的第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮与驱动轴端部固定连接，第二锥齿轮通过转轴卡接打磨头，所述转轴贯穿连接杆并与连接杆转动连接。6.根据权利要求1所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述滚轮与滚动轴固定连接，滚轮上设有若干点状凸起，凸起在滚轮表面呈螺纹状分布，保持从管道坡口端向另一端的回拉力。7.根据权利要求1所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述液压缸包括油腔，油腔沿支撑轴长度方向设置，液压装置设于液压缸两端，液压装置输出端朝向滚轮。8.根据权利要求1所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述支撑架上设有支撑件，支撑件一端套设于驱动轴周侧并与驱动轴转动连接。9.根据权利要求1所述的一种管道坡口机，其特征在于，所述打磨头的切削面与管道外壁呈30-45
°
。10.一种管道坡口机的工作方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的一种管道坡口机，包括如下步骤：支撑轴深入管道内部，并设置滚轮紧贴管道外壁；通过液压装置顶升转动轴，使得转动轴紧贴管道内壁，转动轴配合滚轮夹紧管道侧壁；开启电机，通过齿轮组带动打磨头对管道端部打磨，通过齿轮组实现管道坡口机在滚轮的转动下沿着管道外壁做圆周运动。

技术总结
本发明公开了一种管道坡口机及方法，涉及坡口机技术领域，包括支撑架，支撑架一侧连接与其平行设置的支撑轴，支撑架上设有滚动轴和电机，滚动轴上设有滚轮，电机输出端的驱动轴上通过齿轮组与滚动轴配合以带动滚轮转动，并且驱动轴端部通过锥齿轮组连接打磨头；所述滚动轴与支撑轴平行设置，所述支撑轴上通过液压缸连接液压装置，液压装置输出端与转动轴两端转动连接，支撑轴用于伸入管道内部，转动轴和滚轮对应设置以夹紧管道侧壁；无论是一端已经安装完成的悬空管道，还是切割完成待安装的地面管道，均能进行坡口处理，且无需更换其他类如紧固环、抱箍环、涨紧块等套装组件，大大降低对作业环境的限制。对作业环境的限制。对作业环境的限制。


技术研发人员：吴帮敏 李建彬
受保护的技术使用者：山东航电能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/15