CN104368708B - 一种直胀子胀管器 - Google Patents

Abstract

一种直胀子胀管器，由胀接装置与自动控制***组成，其特征是胀管器的胀壳槽轴线与胀壳轴线平行，胀壳槽中的胀子毗邻换热管内壁的表面与管内壁平行，胀子的外接圆直径相等；三相电源通过电气控制箱向液压泵电机供电并带动液压泵旋转，液压泵排出的液压油分两路，一路通过液压缸叠加式减压阀、四通阀前压力表、电磁四通阀至液压缸，其中可手动调节压力温度补偿阀用以调节进入液压缸缸端的流量和压力，控制液压缸活塞杆的推进速度，即控制胀杆的推进速度，另一路通过液压马达叠加式减压阀调节至液压马达需要的液压油流量和压力并通过二通阀前压力表显示压力，经电磁二通阀进入液压马达，由液压马达使胀杆旋转。

Description

一种直胀子胀管器

技术领域

本发明涉及一种机械制造行业使用的热交换设备的胀管器。

背景技术

管壳式换热器是各行各业普遍使用的换热设备，常采用胀接来保证换热管与管板接头的密封性能和强度，胀接型式主要有液压胀和机械胀两种。

液压胀是将高压液体通入胀头，胀头与被胀管内表面直接接触并传递压力使管壁径向膨胀达到胀接目的，液压胀主要有袋囊式、O型圈式和橡胶式胀头胀接；液压胀的胀接质量与精度较高，但液压胀投入高，设备复杂，辅助工作时间长，适用于大批量产品以及厚壁管的胀接。

机械胀根据驱动力的不同可分为电动胀接和手动胀接，机械胀接方式机动灵活，操作方便，多用于薄壁管和小批量多品种产品，是目前最常用的一种胀接方式。常用的机械胀无论是电动驱动还是手工驱动，只提供了胀管器胀杆的旋转动力，为使胀杆轴向推进，将胀壳槽与胀壳轴线做成一个倾斜角，使胀壳中的胀子与胀杆立体相交，胀杆旋转时带动胀子反转，胀子推动胀杆产生轴向力而实现胀杆自动推进。但是该倾斜角的存在使换热管内表的胀接部位形成锥度和曲面，造成里端欠胀、外端过胀，影响换热器的使用寿命，其次机械胀接的效率较低。

由于换热管的胀接连接能承受较高压力，又特别适合于焊接性能较差的材料以及可以减少焊接工作量而得到广泛应用，因此发展高效，高质量的胀接技术成为换热器制造中的重点研究课题。

经研究发现，胀壳槽与胀壳轴线平行的直胀子胀管器，毗邻换热管内壁的胀子表面与管内壁平行，且胀子的外接圆直径相等，可以避免产生通常机械胀引起的胀接缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决现有机械胀接存在的不足，提供一种直胀子胀管器，由液压***提供动力，胀杆的旋转和轴向运动实现自动控制，避免换热管胀接部位出现欠胀和过胀缺陷，提高换热管的胀接质量和效率。

本发明的技术方案由胀接装置与自动控制***组成，胀接装置由胀子、胀壳、定位套、紧定螺钉、管形接头、螺纹套、双向推力球轴承、推力轴承套、空心轴套、小轴套、弹簧挡圈、内圆螺母、外圆螺母、轴套、胀杆、压紧螺母、心轴、螺纹接头、前轴封、法兰盘、前台支撑板、上连杆、后轴封、轴承座、前置角接触球轴承、平键、定位圈、液压马达、杆端螺母、连接板、后台支撑板、液压缸、左拉杆、右拉杆、手柄、限位板、筋板、销轴、开口销、左连杆、右连杆、后置角接触球轴承、角接触球轴承、胀壳槽、连接板导向孔、定位套端面、后台支撑板中心孔、活塞杆、液压马达输出轴、心轴内孔、心轴外圈、心轴径向孔、心轴锥孔、胀杆锥柄、螺钉槽、手柄顶面、手柄槽口、左观察口、右观察口构成；胀接装置的前台支撑板，后台支撑板，上连杆，左连杆，右连杆组成三角形框架，其中上连杆、左连杆、右连杆为尺寸相同的圆柱棒，两头带台阶，台阶小端为螺纹；液压马达置于框架内，用螺栓与轴承座连接固定；左拉杆、右拉杆为圆柱棒，两端有台阶，台阶小端为螺纹，左拉杆、右拉杆的前端与轴承座的凸缘法兰连接固定；左拉杆、右拉杆的后端与连接板连接固定；右连杆穿在连接板的导向孔内，防止液压马达摆动，但可作轴向滑动；液压缸用螺栓固定在后台支撑板上，液压缸活塞杆穿过后台支撑板中心孔与连接板螺纹连接，并有杆端螺母压紧，活塞杆移动时通过连接板，右拉杆、左拉杆带动轴承座和液压马达作轴向移动；心轴为一端带圆柱形内孔，一端带锥形内孔，表面有台阶的圆柱体，心轴一端的圆柱形内孔与液压马达的输出轴配合，通过平键传递扭矩；心轴的外圈装于前置角接触球轴承、后置角接触球轴承和角接触球轴承内圈，前置角接触球轴承、后置角接触球轴承和角接触球轴承的外圈安装在轴承座内，由定位圈轴向定位，后轴封作轴向密封；心轴的前端由法兰盘支撑，前轴封作轴向密封；法兰盘与螺纹接头通过螺纹连接，并将前台支撑板夹持其间，形成刚性连接；胀接装置的扩张器置于三角框架的前端，其轴套与螺纹接头螺纹连接，推力轴承套与轴套螺纹连接构成一个圆筒支架以支撑扩张器：螺纹套、管形接头与定位套挨个置于圆筒支架前端，相互螺纹连接；定位套由紧定螺钉在管形接头上的螺钉槽中松弛固定，可以转动；双向推力球轴承装于推力轴承套内，由弹簧挡圈轴向定位；空心轴套为大端带内螺纹，小端带外螺纹的中空圆柱体，空心轴套装于双向推力球轴承的内圈，由小轴套定位，内圆螺母旋紧，外圆螺母锁定；胀壳的大端与空心轴套的内螺纹连接固定，胀杆穿过胀壳和空心轴套，其锥柄与心轴一端的锥形孔配合连接并由压紧螺母压紧，以传递使胀杆旋转的扭矩和往复运动的轴向力；心轴的径向孔用于从心轴上拆卸胀杆；胀子置于胀壳槽中；胀接时胀杆旋转，胀子沿管内壁滚动，推动胀壳与双向推力球轴承的内圈一起旋转，旋转方向与胀杆相同，使换热管完成周向胀接，胀后换热管的胀接部位呈圆柱面，且表面均匀、光滑；定位套的前端开有左观察口、右观察口和手柄槽口，其中左观察口和右观察口用以观察胀接后的换热管头部状态，手柄槽口两侧焊有筋板，筋板中间装有手柄，手柄由销轴、开口销固定于筋板上，手柄可以绕销轴转动；胀接前拉紧手柄，其上的限位板与定位套的外缘接触，手柄顶面正好与换热管管端外侧贴合，便于将换热管端部顺利***定位套；胀接初始阶段手柄推向前方，手柄顶面将换热管端部卡紧，避免换热管转动或发生轴向移动而影响胀接质量；手柄及其连接部件可随定位套的转动而转动，以适应不同角度的操作要求；自动控制***由液压站油箱、溢流阀、液压泵、压力表、液压泵电机、电器控制箱、耦合线圈、负载开关、三相电源、整流变压器、电源开关、液压缸主控开关、液压马达控制开关、第一继电器、延时继电器、第二继电器、压力开关、四通阀前压力表、电磁四通阀、二通阀前压力表、电磁二通阀、液压马达叠加式减压阀、可手动调节压力温度补偿阀、液压缸叠加式减压阀、记录仪、记录仪压力表、应急开关、负载传感器构成；其特征是胀管器的胀壳槽轴线与胀壳轴线平行，胀壳槽中的胀子毗邻换热管内壁的表面与管内壁平行，胀子的外接圆直径相等；电气控制箱放置液压泵电机的启动设备，三相电源通过电气控制箱向液压泵电机供电并带动液压泵旋转，液压泵的进口连接液压站油箱，溢流阀调节液压泵的出口流量和压力并有压力表显示液压泵的出口压力；液压泵排出的液压油分两路，一路通过液压缸叠加式减压阀、四通阀前压力表、电磁四通阀至液压缸，液压缸叠加式减压阀调节液压缸的液压油流量和压力并有四通阀前压力表显示压力，其中可手动调节压力温度补偿阀用以调节进入液压缸缸端的流量和压力，控制液压缸活塞杆的推进速度，即控制胀杆的推进速度，并且在可手动调节压力温度补偿阀后连通压力开关，记录仪压力表和记录仪，用于记录每一次胀管的操作周期和压力；另一路通过液压马达叠加式减压阀调节至液压马达需要的液压油流量和压力并通过二通阀前压力表显示压力，经电磁二通阀进入液压马达，由液压马达使胀杆旋转。

本发明的突出特点是胀管器由液压***提供动力可实现自动控制，胀管器的胀杆通过芯轴与液压马达连接，液压马达使胀杆旋转，液压缸推动液压马达实现胀杆的轴向运动；胀管器的胀壳槽与胀壳轴线平行，毗邻换热管内壁的胀子表面与管内壁平行，且胀子的外接圆直径相等，换热管胀接部位内壁呈光滑圆柱面，避免了通常机械胀在胀接部位出现锥度和曲面等不规则形状而引起的欠胀和过胀缺陷，而且可以根据胀接时胀杆扭矩的变化设定液压泵电机的电流值以及液压缸推进的压力值，控制和记录胀接周期和压力，提高了胀接质量和效率。

附图说明

图1 是一种直胀子胀管器结构的主视示意图；

图2 是图1的D-D剖视图；

图3 是图1的A-A剖视图；

图4 是图1的B-B剖视图；

图5 是图1的C-C剖视图；

图6 是图1的K向视图；

图7是胀壳零件主视示意图；

图8是图7的俯视图；

图9是图1的F-F剖视图；

图10是心轴与胀杆的装配关系图；

图11是图10的H向视图；

图12是自动控制***示意图。

具体实施方式

实施例一：

一种直胀子胀管器（参见附图）由胀接装置和自动控制***组成。胀接装置由胀子1、胀壳2、定位套3、紧定螺钉4、管形接头5、螺纹套6、双向推力球轴承7、推力轴承套8、空心轴套9、小轴套10、弹簧挡圈11、内圆螺母12、外圆螺母13、轴套14、胀杆15、压紧螺母16、心轴17、螺纹接头18、前轴封19、法兰盘20、前台支撑板21、上连杆22、后轴封23、轴承座24、前置角接触球轴承25、平键26、定位圈27、液压马达28、杆端螺母29、连接板30、后台支撑板31、液压缸32、左拉杆33、右拉杆34、手柄35、限位板36、筋板37、销轴38、开口销39、左连杆40、右连杆41、后置角接触球轴承42、角接触球轴承43、胀壳槽44、连接板导向孔45、定位套端面46、后台支撑板中心孔47、活塞杆48、液压马达输出轴49、心轴内孔50、心轴外圈51、心轴径向孔52、心轴锥孔53、胀杆锥柄54、螺钉槽55、手柄顶面56、手柄槽口57、左观察口58、右观察口59构成；自动控制***由液压站油箱60、溢流阀61、液压泵62、压力表63、液压泵电机64、电器控制箱65、耦合线圈66、负载开关67、三相电源68、整流变压器69、电源开关70、液压缸主控开关71、液压马达控制开关72、第一继电器73、延时继电器74、第二继电器75、压力开关76、四通阀前压力表77、电磁四通阀78、二通阀前压力表79、电磁二通阀80、液压马达叠加式减压阀81、可手动调节压力温度补偿阀82、液压缸叠加式减压阀83、记录仪84、记录仪压力表85、应急开关86、负载传感器87构成。

胀接装置的前台支撑板21、后台支撑板31、上连杆22、左连杆40、右连杆41组成三角形框架，其中上连杆22、左连杆40、右连杆41为尺寸相同的圆柱棒，两头带台阶，台阶小端为螺纹。

液压马达28置于三角形框架内，用螺栓与轴承座24连接固定。

左拉杆33、右拉杆34为圆柱棒，两端有台阶，台阶小端为螺纹，左拉杆33、右拉杆34的前端与轴承座24的凸缘法兰连接固定。

左拉杆33、右拉杆34的后端与连接板30连接固定。右连杆41穿在连接板30的连接板导向孔45内，防止液压马达28摆动，但可作轴向滑动。

液压缸32用螺栓固定在后台支撑板31上，液压缸活塞杆48穿过后台支撑板中心孔47与连接板30螺纹连接，并有杆端螺母29压紧，活塞杆48移动时通过连接板30，左拉杆33、右拉杆34带动轴承座24和液压马达28作轴向移动。

心轴17为两端带内孔，表面有台阶圆柱体，心轴17一端的圆柱型心轴内孔50***液压马达的液压马达输出轴49，通过平键26传递扭矩。

心轴17的心轴外圈51装于前置角接触球轴承25、后置角接触球轴承42和角接触球轴承43内圈，而前置角接触球轴承25、后置角接触球轴承42和角接触球轴承43的外圈安装在轴承座24内，由定位圈27轴向定位，后轴封23作轴向密封。心轴17的前端由法兰盘20支撑，前轴封19作轴向密封。法兰盘20与螺纹接头18通过螺纹连接，并将前台支撑板21夹持其间，形成刚性连接。

胀接装置的扩张器置于三角形框架的前端，其轴套14与螺纹接头18螺纹连接，推力轴承套8与轴套14螺纹连接构成一个圆筒支架以支撑扩张器：螺纹套6、管形接头5与定位套3挨个置于圆筒支架前端，相互螺纹连接。

定位套3由紧定螺钉4在管形接头5上的螺钉槽55中松弛固定，可以转动。双向推力球轴承7装于推力轴承套8内，由弹簧挡圈11轴向定位。

空心轴套9为大端带内螺纹，小端带外螺纹的中空圆柱体，空心轴套9装于双向推力球轴承7的内圈，由小轴套10定位，内圆螺母12旋紧，外圆螺母13锁定。

胀壳2的大端与空心轴套9的内螺纹连接固定，胀杆15穿过胀壳2和空心轴套9，其胀杆锥柄54与心轴17一端的心轴锥孔53配合连接并由压紧螺母16压紧，以传递使胀杆15旋转的扭矩和往复运动的轴向力。

心轴17的心轴径向孔52用于从心轴上拆卸胀杆。胀壳2上的胀壳槽44，其轴线与胀壳2的轴线平行，胀子1置于胀壳槽44中，毗邻换热管内壁的胀子1的表面与换热管内壁平行，且胀子1的胀接部位外接圆直径相等。

胀接时胀杆15旋转，胀子1沿管内壁滚动，推动胀壳2与双向推力球轴承7的内圈一起旋转，旋转方向与胀杆15相同，使换热管完成周向胀接，胀接后换热管的胀接部位呈圆柱面，且表面均匀、光滑。

定位套3的前端开有左观察口58、右观察口59和手柄槽口57，其中左观察口58和右观察口59用以观察胀接后的换热管头部状态，手柄槽口57两侧焊有筋板37，筋板中间装有手柄35，手柄35由销轴38、开口销39固定于筋板37上，手柄35可以绕销轴38转动。

胀接前拉紧手柄35，其上的限位板36与定位套3的外缘接触，手柄顶面56正好与换热管管端外侧贴合，便于将换热管端部顺利***定位套。

胀接初始阶段手柄推向前方，手柄顶面56将换热管端部卡紧，避免换热管转动或发生轴向移动而影响胀接质量。

手柄35及其联接部件可随定位套3的转动而转动，以适应不同角度的操作要求。

电气控制箱65放置液压泵电机64的启动设备，三相电源68通过电气控制箱65向液压泵电机64供电并带动液压泵62旋转，液压泵62的进口连接液压站油箱60，溢流阀61调节液压泵的出口流量和压力并有压力表63显示液压泵62的出口压力。

液压泵62排出的液压油分两路，一路通过液压缸叠加式减压阀83、四通阀压力表77、电磁四通阀78至液压缸32，液压缸叠加式减压阀83调节液压缸32的液压油流量和压力并有四通阀前压力表77显示压力，其中可手动调节压力温度补偿阀82用以调节进入液压缸32缸端的流量和压力，控制液压缸活塞杆48的推进速度，即控制胀杆15的推进速度，并且在阀后连通压力开关76，记录仪压力表85和记录仪84，用于记录每一次胀管的操作周期和压力。

另一路通过液压马达叠加式减压阀81调节至液压马达28需要的液压油流量和压力并通过二通阀前压力表79显示压力，经电磁二通阀80进入液压马达28。

电磁四通阀78由线圈通电操作，如果两端线圈都断电，电磁四通阀78处在中间空挡位置，电磁四通阀78的进油油路闭塞，液压缸32的缸端与杆端油路同时接通回油管路，流向液压站油箱60，此时液压缸32处于浮动状态，在外力作用下活塞杆48可以移动，即胀杆15可以移动。

同样电磁二通阀由线圈通电操作，如果线圈断电，电磁二通阀的油路闭塞，液压马达28停止旋转。

接通三相电源68，开启液压泵电机64，启动液压泵62，液压***提供液压油。

在三相电源68上接出整流变压器69提供控制***电源。

合上液压马达控制开关72，电磁二通阀80线圈通电，油路接通，液压油通过液压马达叠加式减压阀81、电磁二通阀80进入液压马达28，液压马达只能单向转动。

合上电源开关70，控制电路通电，电磁阀四通阀78上端线圈通电，电磁四通阀78油路接通，液压缸32杆端进油，活塞杆48退回缸端。

闭合液压缸主控开关71，第一继电器73线圈得电，触点转向（常闭触点打开，常开触点闭合），电磁四通阀78上端线圈断电，控制***通过第一继电器73闭合的常开触点，第二继电器75常闭触点与电磁四通阀78下端线圈构成回路，电磁四通阀78换向，液压油通过液压缸叠加式减压阀83、电磁四通阀78，可手动调节压力温度补偿阀82进入液压缸32的缸端，使活塞杆48推进，实施胀接，通过可手动调节压力温度补偿阀82调节活塞杆48的推进速度。

断开液压缸主控开关71，第一继电器73，第二继电器75，延时继电器74恢复到原位。

可以设定压力开关76的压力值（即设定液压缸32缸端的推进压力值）和负载传感器87的电流值，当液压缸缸端压力大于设定值，且胀杆扭矩变化使液压泵电机的电流值超过设定值时停止胀接。压力和电流的设定值能满足对应的胀管率需要。

胀接时液压缸32的缸端在大于等于设定压力下工作时压力开关76闭合，随着胀接推进胀杆15的扭矩会递增，扭矩的变化引起液压泵电机64的电流变化，当电流值超过设定值时，负载传感器87的耦合线圈66动作，负载开关67闭合，电流构成回路，第二继电器75和延时继电器74通电动作，首先第二继电器75转向，常闭触点断开，电磁四通阀78下端线圈断电，电磁四通阀78回到中位，液压缸32的活塞杆48停止推进，继而延时继电器74在延时终止后转向，常闭触点断开，常开触点闭合，使电磁四通阀78上端线圈通电，液压缸32的活塞杆48退回缸端，同时记录仪压力表85和记录仪84记录一个换热管接头的胀接周期和压力值。

当液压缸32的缸端压力或胀杆15的扭矩低于设定值，负载开关67或压力开关76断开，控制***部件恢复到初始位置，如果液压***压力升高时溢流阀61自动打开，多余的液压油返回液压站油箱60。

当液压缸主控开关71断开，控制电路和第一继电器73，第二继电器75和延时继电器74断电，***恢复到正常位置。

如果在胀接时希望中断胀杆的推进或退出，可切断应急开关86，电磁四通阀78上下线圈断电，活塞杆48的轴向运动随即锁定，即胀杆15轴向运动停止，重新闭合应急开关86，活塞杆48继续工作。

无论活塞杆48作轴向运动，还是终止轴向运动，液压马达28依然可以旋转，即胀杆15依然可以旋转，只有打开液压马达控制开关72才能停止液压马达28旋转。

实施例二：

按照实施例一的具体实施方式，根据胀接管径大小，胀子1采用4个，胀壳2上开设四个长孔形胀壳槽。

四个长孔形胀壳槽互成90°。

Claims (2)

1.一种直胀子胀管器，由胀接装置与自动控制***组成，胀接装置的前台支撑板，后台支撑板，上连杆，左连杆、右连杆连接成三角框架，液压马达和轴承座固定置于三角框架内，左拉杆、右拉杆的一端螺纹分别与轴承座的凸缘法兰固定连接，另一端螺纹与连接板固定连接，右连杆穿在连接板的连接板导向孔内，液压缸用螺栓固定在后台支撑板上，液压缸活塞杆穿过后台支撑板中心孔与连接板螺纹连接，并有杆端螺母压紧，心轴为一端带圆柱形内孔，另一端带锥形内孔，表面有台阶的圆柱体，心轴一端的圆柱形心轴内孔与液压马达输出轴配合，通过平键传递扭矩，心轴外圈装于前置角接触球轴承、后置角接触球轴承和角接触球轴承内圈，前置角接触球轴承、后置角接触球轴承和角接触球轴承的外圈安装在轴承座内，由定位圈轴向定位，后轴封作轴向密封，心轴前端通过法兰盘内孔，由法兰盘内的前轴封作轴向密封，法兰盘与螺纹接头的一端通过螺纹连接，并将前台支撑板夹持其间，形成刚性连接，胀接装置的扩张器置于三角框架的前部，其轴套一端外螺纹与螺纹接头内螺纹连接，另一端外螺纹与推力轴承套内螺纹连接，构成一个圆筒支架，螺纹套、管形接头以及定位套依次置于圆筒支架前端，螺纹套大端内螺纹与推力轴承套外螺纹连接，螺纹套小端内螺纹与管形接头外螺纹连接，定位套与管形接头套接，并由紧定螺钉固定于管形接头的螺钉槽中，定位套可以转动；双向推力球轴承安装于推力轴承套内，由弹簧挡圈轴向定位，空心轴套为大端带内螺纹，小端带外螺纹的中空圆柱体，空心轴套装于双向推力球轴承内圈，由小轴套定位，内圆螺母紧固，外圆螺母锁定，胀壳大端外螺纹与空心轴套内螺纹连接固定，胀杆穿过胀壳和空心轴套，胀杆锥柄与心轴一端的心轴锥孔配合连接并由压紧螺母压紧，用于拆卸胀杆的心轴径向孔置于心轴上，胀子置于胀壳槽中，定位套的前端开有左观察口、右观察口和手柄槽口，手柄槽口两侧焊有筋板，手柄由销轴、开口销固定于筋板上，手柄可以绕销轴转动；自动控制***由液压站油箱、溢流阀、液压泵、压力表、液压泵电机、电器控制箱、耦合线圈、负载开关、三相电源、整流变压器、电源开关、液压缸主控开关、液压马达控制开关、第一继电器、延时继电器、第二继电器、压力开关、四通阀前压力表、电磁四通阀、二通阀前压力表、电磁二通阀、液压马达叠加式减压阀、可手动调节压力温度补偿阀、液压缸叠加式减压阀、记录仪、记录仪压力表、应急开关、负载传感器构成；其特征是胀管器的胀壳槽轴线与胀壳轴线平行，胀壳槽中的胀子毗邻换热管内壁的表面与管内壁平行，胀子的外接圆直径相等；电气控制箱放置液压泵电机的启动设备，三相电源通过电气控制箱向液压泵电机供电并带动液压泵旋转，液压泵的进口连接液压站油箱，溢流阀调节液压泵的出口流量和压力并有压力表显示液压泵的出口压力；液压泵排出的液压油分两路，一路通过液压缸叠加式减压阀、四通阀前压力表、电磁四通阀至液压缸，液压缸叠加式减压阀调节液压缸的液压油流量和压力并有四通阀前压力表显示压力，其中可手动调节压力温度补偿阀用以调节进入液压缸缸端的流量和压力，控制液压缸活塞杆的推进速度，即控制胀杆的推进速度，并且在可手动调节压力温度补偿阀后连通压力开关，记录仪压力表和记录仪，用于记录每一次胀管的操作周期和压力；另一路通过液压马达叠加式减压阀调节至液压马达需要的液压油流量和压力并通过二通阀前压力表显示压力，经电磁二通阀进入液压马达，由液压马达使胀杆旋转；设定负载传感器电流值以及压力开关的压力值，当液压缸缸端压力大于设定值，且胀杆扭矩变化使液压泵电机的电流值超过设定值时停止胀接。

2.根据权利要求1所述的一种直胀子胀管器，其特征是胀子采用4个，胀壳上开设四个长孔形胀壳槽；四个长孔形胀壳槽互成90°。