一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統的製作方法
2023-09-22 07:40:20
一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及鋼管通徑設備使用的槍膛緩衝【技術領域】，本發明的一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，包括槍膛及其水平貫穿槍膛左側面的緩衝氣缸，所述緩衝氣缸缸杆右端部通過螺釘固定有緩衝墊總成並且緩衝墊總成右端面為圓弧型的緩衝接觸頭；所述緩衝氣缸通過軟氣管連接有安裝與其上的緩衝氣缸控制閥組；所述槍膛內設置有位於緩衝氣缸右側的偏心套筒緩衝裝置。通徑工具與其接觸的受力作用點始終在圓球面最高點，即作用在緩衝氣缸缸杆的衝擊力始終與缸杆在同一軸線上，不產生偏心力，使緩衝氣缸缸杆不易折斷；快速排氣閥的出氣口設有節流閥，能夠控制排出氣體的速度，從而控制緩衝氣缸回退速度，進而控制通徑工具產生的衝擊。
【專利說明】一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋼管通徑設備使用的槍膛緩衝【技術領域】，具體是一種作用力在中心線 上的通徑機緩衝系統。
【背景技術】
[0002] 隨著我國石油天然氣工業的快速發展，油井深度的不斷增加，對油管、套管的需求 量日益增加的同時，其要求也越來越嚴格。這些鋼管在出廠前都要經過一系列的檢驗，其中 一道重要的工序就是鋼管直線度、圓度的檢測，通常稱為通徑。API管材標準化委員會也對 通徑標準做出了明確規定，以保證鋼管質量的可靠性。目前，各大鋼管生產企業所使用的通 徑設備分為氣動式和機械式，因氣動通徑機的佔地面積小、效率高等特點在生產企業得到 廣泛應用。
[0003] 氣動通徑機是以空氣為動力源，通過氣體的正負壓力驅動通徑工具沿鋼管內壁從 一端運行到另一端的設備。在通徑機的前槍膛內安裝有緩衝裝置，用於接收和緩衝通徑工 具的衝擊。因為通徑機所適用鋼管的直徑和壁厚均會發生變化，而支撐鋼管的V型臺架標 高是固定的，這就導致規格不同的鋼管對應緩衝裝置時總是偏心的。
[0004] 這種偏心使得緩衝氣缸缸杆每次緩衝通徑工具時都受到偏心力作用，尤其在生產 小直徑鋼管時更為明顯，導致緩衝氣缸缸杆在連續工作中經常折斷，影響整個生產線的效 率和運行成本；緩衝氣缸在受到通徑工具的瞬間衝擊時反應過慢，當氣量過大時容易使通 徑工具反彈出槍膛，導致生產故障，嚴重時損壞生產產品或設備；通徑工具在偏心套筒內的 運動，需要偏心套筒前後浮動，原有的支撐復位裝置由兩側彈簧頂杆組成，由於管體內有雜 質、絲扣油等，長期運行時將彈簧卡死，偏心套筒無法浮動，對槍膛後端蓋造成剛性衝擊，損 壞連接螺栓，造成安裝工具和檢修的困難。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是克服現有通徑工具對緩衝氣缸的衝擊過大容易造成氣缸損壞和 緩衝氣缸由於通徑工具直徑變化帶來的衝擊力偏離氣缸中心線對其槓桿造成軸向切向力 的破壞。
[0006] 為了達到上述目的，本發明採取的技術方案為： 一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，包括槍膛及其水平貫穿槍膛左側面的緩衝 氣缸，所述緩衝氣缸缸杆右端部通過螺釘固定有緩衝墊總成並且緩衝墊總成右端面為圓弧 型的緩衝接觸頭；所述緩衝氣缸通過軟氣管連接有安裝與其上的緩衝氣缸控制閥組；所述 槍膛內設置有位於緩衝氣缸右側和偏心套筒左側的偏心套筒緩衝裝置。
[0007] 所述緩衝氣缸包括氣缸第一腔室和氣缸第二腔室；所述緩衝氣缸控制閥組包括與 氣缸第一腔室和氣缸第二腔室連接的三位五通電控換向閥和與緩衝氣缸的氣缸第一腔室 連接的快速排氣閥。 所述三位五通電控換向閥出氣口分成第一氣路與第二氣路；所述三位五通電控換向閥 通過第一氣路與第二氣路分別與氣缸的氣缸第一腔室和氣缸第二腔室連接；所述氣缸第一 腔室設有四個氣口，所述第一氣路與任意之一氣口連接並且第一氣路中間設置有快速排氣 閥，其餘三個氣口通過三根軟氣管與第一氣路的快速排氣閥下部連接並且軟氣管中間各設 有快速排氣閥。
[0008] 所述槍膛內壁上頂部軸向設有定位塊；所述偏心套筒緩衝裝置包括剛性支架及套 接其外壁右端的支撐板和彈性體；所述支撐板和彈性體整體一個水平面注塑而成；所述偏 心套筒緩衝裝置外壁頂部軸向制有與定位塊匹配的定位槽。
[0009] 本發明的技術效果和優點如下： 本發明的一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，包括槍膛及其水平貫穿槍膛左 側面的緩衝氣缸，所述緩衝氣缸缸杆右端部通過螺釘固定有緩衝墊總成並且緩衝墊總成右 端面為圓弧型的緩衝接觸頭；所述緩衝氣缸通過軟氣管連接有安裝與其上的緩衝氣缸控制 閥組；所述槍膛內設置有位於緩衝氣缸右側和偏心套筒左側的偏心套筒緩衝裝置。
[0010] 通徑工具與其接觸的受力作用點始終在圓球面最高點，所以通徑工具產生的衝擊 力的始終作用在緩衝墊總成的圓球面最高點，即作用在緩衝氣缸缸杆的衝擊力始終與缸杆 在同一軸線上，不產生偏心力，使緩衝氣缸缸杆不易折斷；快速排氣閥的出氣口設有節流 閥，能夠控制排出氣體的速度，從而控制緩衝氣缸回退速度，進而控制通徑工具產生的衝擊 力。
[0011] 本發明具有結構簡單，穩定性好，可靠性高，降低成本，提高生產效率等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明的整體結構示意圖。
[0013] 圖2是規格不同的鋼管對應的通徑工具偏心狀況示意圖。
[0014] 圖3是本發明實施前後緩衝墊總成的受力狀況對比。
[0015] 圖4是緩衝氣缸控制閥組的氣控系統原理圖。
[0016] 圖5是偏心套筒緩衝裝置的結構主視圖。
[0017] 圖6是圖5的A-A方向剖視圖。
[0018] 圖7是本發明槍膛和偏心套筒緩衝裝置配合示意圖。
[0019] 附圖中：1、緩衝接觸頭；2、緩衝氣缸控制閥組；3、緩衝氣缸；4、緩衝墊總成；5、軟 氣管；6、槍膛；7、快速排氣閥；8、第一氣路；9、第二氣路；10、氣缸第一腔室；11、氣缸第二 腔室；12、氣口；13、三位五通電控換向閥；14、偏心套筒緩衝裝置；15、剛性支架；16、彈性 體；17支撐板；18、第一通徑工具；19、檢測發訊裝置；20、偏心套筒；21、第二通徑工具；22、 現有緩衝接觸頭；23.定位塊；24、定位槽；25、弧度鋼片；26、左卡箍；27、右卡箍。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對發明詳細描述本發明的實施例。
[0021] 實施例1，參照圖1?3、5、6,其中圖3中，a (現有緩衝接觸頭22為作用對象）和 b (緩衝接觸頭1為作用對象）分別為實施前後大管徑第二通徑工具21作用力情況；c (現 有緩衝接觸頭22為作用對象）和d (緩衝接觸頭1為作用對象）分別為實施前後小管徑第 一通徑工具18作用力情況；技術方案如下： 一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，包括槍膛6及其水平貫穿槍膛6左側面的 緩衝氣缸3,所述緩衝氣缸3缸杆右端部通過螺釘固定有緩衝墊總成4並且緩衝墊總成4右 端面為圓弧型的緩衝接觸頭1 ;所述緩衝氣缸3通過軟氣管5連接有安裝與其上的緩衝氣 缸控制閥組2 ;所述槍膛6內設置有位於緩衝氣缸3右側和偏心套筒20左側的偏心套筒緩 衝裝置14。所述的緩衝墊總成即氣缸槓桿右端通過螺釘固定的圓弧形型的緩衝接觸頭。 參照圖1、2,當有鋼管需要檢測時，槍膛前進使其前端面與鋼管前端面靠緊，偏心套筒 保證其內壁尺寸和中心線與被測鋼管一致。緩衝氣缸帶動緩衝墊總成伸出至前端，將通徑 工具推進偏心套筒。向槍膛內通入正壓空氣後，通徑工具被吹入鋼管進行檢測，鋼管尾端擋 板發訊，認為通徑工具已經全長檢測合格後；向槍膛內通入負壓空氣，通徑工具經過鋼管、 偏心套筒被吸回槍膛。由於緩衝氣缸控制閥組的前端設置有檢測發訊裝置，當通徑工具經 過偏心套筒時，偏心套筒緩衝裝置緩衝並支撐復位偏心套筒。當緩衝墊總成的圓弧面與通 徑工具接觸後，因衝擊力作用使緩衝氣缸缸杆後退，檢測發訊裝置19前端失去訊號，此時 緩衝氣缸控制閥組上的快速排氣閥在壓力作用下自動快速排氣，減慢通徑工具的速度並降 低衝擊力，待中間位置發訊後，緩衝氣缸控制閥組上的換向閥控制緩衝氣缸後退至後端，檢 測發訊裝置19後端發訊，完成緩衝過程，同時停止供負壓空氣。隨後，緩衝氣缸在緩衝氣缸 控制閥組上換向閥的作用下前進到行程最前端，檢測發訊裝置前端發訊，等待下一次檢測。 該檢測發訊裝置19和緩衝氣缸控制閥組均為公知技術，這裡不做詳細描述。
[0022] 參照圖3,發明實施前，當鋼管直徑發生變化時，通徑工具的中心線是變化的，其在 改進前的緩衝墊總成上的受力作用點也是變化的，作用在緩衝氣缸缸杆的衝擊力始終是偏 心狀態，使緩衝氣缸的缸杆易於折斷。
[0023] 參照圖3,發明實施後，當鋼管直徑發生變化時，通徑工具的中心線同樣是變化的， 因為緩衝墊總成的端面為具有一定弧度的圓球面，通徑工具與其接觸的受力作用點始終在 圓球面最高點，所以通徑工具產生的衝擊力的始終作用在緩衝墊總成的圓球面最高點，即 作用在緩衝氣缸缸杆的衝擊力始終與缸杆在同一軸線上，不產生偏心力，使緩衝氣缸缸杆 不易折斷。
[0024] 實施例2，參照附圖1-7描述。
[0025] 在實施例1的基礎上，所述緩衝氣缸3包括氣缸第一腔室10和氣缸第二腔室11 ; 所述緩衝氣缸控制閥組2包括與氣缸第一腔室10和氣缸第二腔室11連接的三位五通電控 換向閥13和與緩衝氣缸3的氣缸第一腔室10連接的快速排氣閥7。 所述三位五通電控換向閥13出氣口分成第一氣路8與第二氣路9 ;所述三位五通電控 換向閥13通過第一氣路8與第二氣路9分別與氣缸的氣缸第一腔室10和氣缸第二腔室11 連接；所述氣缸第一腔室10設有四個氣口 12,所述第一氣路8與任意之一氣口 12連接並 且第一氣路8中間設置有快速排氣閥7,其餘三個氣口 12通過三根軟氣管5與第一氣路8 的快速排氣閥7下部連接並且軟氣管5中間各設有快速排氣閥7。
[0026] 如圖6、圖7所示，所述槍膛6內壁上頂部軸向設有定位塊；所述偏心套筒緩衝裝 置14包括剛性支架15及套接其外壁右端的支撐板17和彈性體16 ;所述支撐板17和彈性 體16整體一個水平面注塑而成；所述偏心套筒緩衝裝置14外壁頂部軸向制有與定位塊匹 配的定位槽24。（定位槽開在剛性支架15、支撐板17和彈性體16的頂部，三件一致，定位 鍵長度為偏心套筒緩衝裝置的長度上） 所述的定位塊23在槍膛內壁左端延伸至偏心套筒右端；所述的定位槽在偏心套筒緩 衝裝置外壁上部。所述剛性支架15由兩端的環形卡箍(左卡箍26、右卡箍27)和至少三片 同樣弧度鋼片25組成，所述弧度鋼片25整體呈環形同軸排布於兩端環形卡箍之內卡接組 成。
[0027] 參照圖4,緩衝氣缸控制閥組由一件三位五通電控換向閥和四件快速排氣閥組成， 緩衝氣缸的緩衝腔有四個氣口，分別與四件快速排氣閥連接。通常情況下，緩衝氣缸的前後 運行通過三位五通電控換向閥來實現；當緩衝氣缸的緩衝腔壓力劇增時，壓力使快速排氣 閥中的單向閥換向，氣體再不通過換向閥排出，直接通過快速排氣閥排出，系統中有四件快 速排氣閥，能夠快速的將緩衝腔的氣體排除。快速排氣閥的出氣口設有節流閥，能夠控制排 出氣體的速度，從而控制緩衝氣缸回退速度，進而控制通徑工具產生的衝擊力。
[0028] 本發明的工作原理為： 通過系統工況分析1，導致偏心套筒20不能浮動的主要原因是彈簧頂杆失效。因為管 體內的雜質和絲扣油等不可能避免，當雜物進入彈簧等零件間隙後導致彈簧失效，通徑工 具的作用對槍膛後端蓋造成剛性衝擊，損壞連接螺栓，造成安裝工具和檢修的困難。避免前 後浮動的失效，就要解決槍膛內遺留雜質問題，使得雜質能夠隨氣流排出槍膛。用偏心套筒 緩衝裝置代替彈簧頂杆，使偏心套筒前後浮動時，偏心套筒緩衝裝置的整個面受力，兩者之 間沒有間隙，這樣既保證了作用力在中心線上，又能很好的解決雜物無堆積並隨氣流排除 的問題。偏心套筒緩衝裝置是在剛性支撐板上澆築彈性材料體，使其具有剛度和彈性，保證 偏心套筒的前後浮動，具備緩衝和支撐復位功能。
[0029] 通過系統的受力狀況分析2,確定緩衝氣缸缸杆易於折斷的原因在於舊緩衝墊總 成的受力點總是處於偏心狀態，每一個工作周期，通徑工具都會對缸杆施加一個較大的衝 擊力，反覆多次的疲勞破壞使得緩衝氣缸的缸杆易於折斷。對於不同規格直徑的鋼管，其通 徑工具作用在舊緩衝墊總成的偏心距離也不同。通過改變緩衝墊的受力作用點，消除緩衝 墊上的偏心受力，使得對於不同規格直徑的鋼管，其通徑工具產生的衝擊力都能作用在緩 衝墊總成的中心線上，從而保證緩衝氣缸的缸杆沒偏心受力。將緩衝墊前端緩衝接觸部分 由平面改成具有一定弧度的圓球面，使得通徑工具的平端面始終接觸緩衝墊的圓弧面最高 點，這樣受力點固定為一點，保證了衝擊力作用在緩衝墊總成的中心線上。根據不同管徑偏 心量的不同，確定緩衝墊總成與槍膛的偏心距離，保證大小管徑所使用的通徑工具的平端 面都能作用在緩衝墊的圓弧面最高點。
[0030] 通過系統工況分析3,確定緩衝氣缸缸杆易於折斷和通徑工具反彈出槍膛的原因 在於通徑工具瞬間接觸緩衝墊總成時，緩衝氣缸的緩衝腔氣體不能快速排除，導致緩衝氣 缸的緩衝腔內氣體瞬間增壓。使得緩衝氣缸的活塞杆受前後壓力，活塞杆彎曲變形，反覆多 次的疲勞破壞使得緩衝氣缸的缸杆易於折斷。使得通徑工具受到更大的反彈力，嚴重時導 致通徑工具反彈出槍膛。為解決上述問題，首先，增加緩衝氣缸的缸杆強度，增大緩衝部分 缸杆的直徑，解決缸杆受壓問題。其次，在緩衝氣缸的緩衝腔布置四個連接氣口，在緩衝氣 缸控制閥組上相應增加四組快速排氣閥連接到四個氣口，使得緩衝氣缸控制閥組既能保證 緩衝氣缸的正常前進後退動作，又能在通徑工具瞬間接觸緩衝墊總成後將緩衝腔的壓縮氣 體快速排除。減小了緩衝氣缸的活塞杆受力，消除通徑工具受到的反彈力作用。
[0031] 本實施例沒有詳細敘述的部件和結構屬本行業的公知部件和常用結構或常用手
【權利要求】
1. 一種作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，包括槍膛（6)及其水平貫穿槍膛（6)左 側面的緩衝氣缸（3)，其特徵在於：所述緩衝氣缸（3)缸杆右端部通過螺釘固定有緩衝墊總 成（4)並且緩衝墊總成（4)右端面為圓弧型的緩衝接觸頭（1);所述緩衝氣缸（3)通過軟氣 管（5)連接有安裝與其上的緩衝氣缸控制閥組（2);所述槍膛（6)內設置有位於緩衝氣缸 (3)右側和偏心套筒（20)左側的偏心套筒緩衝裝置（14)。
2. 如權利要求1所述的作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，其特徵在於：所述緩衝 氣缸（3)包括氣缸第一腔室（10)和氣缸第二腔室（11);所述緩衝氣缸控制閥組（2)包括與 氣缸第一腔室（10)和氣缸第二腔室（11)連接的三位五通電控換向閥（13)和與緩衝氣缸 (3)的氣缸第一腔室（10)連接的快速排氣閥（7)。
3. 如權利要求2所述的作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，其特徵在於：所述三位 五通電控換向閥（13)出氣口分成第一氣路（8)與第二氣路（9);所述三位五通電控換向閥 (13)通過第一氣路（8)與第二氣路（9)分別與氣缸的氣缸第一腔室（10)和氣缸第二腔室 (11) 連接；所述氣缸第一腔室（10)設有四個氣口（ 12)，所述第一氣路（8)與任意之一氣口 (12) 連接並且第一氣路（8)中間設置有快速排氣閥（7)，其餘三個氣口（12)通過三根軟氣 管（5)與第一氣路（8)的快速排氣閥（7)下部連接並且軟氣管（5)中間各設有快速排氣閥 (7)。
4. 如權利要求1所述的作用力在中心線上的通徑機緩衝系統，其特徵在於：所述槍膛 (6)內壁上頂部軸向設有定位塊（23);所述偏心套筒緩衝裝置（14)包括剛性支架（15)及套 接其外壁右端的支撐板（17)和彈性體（16);所述支撐板（17)和彈性體（16)整體一個水平 面注塑而成；所述偏心套筒緩衝裝置（14)外壁頂部軸向制有與定位塊匹配的定位槽（24)。
【文檔編號】G01B13/19GK104061271SQ201410280624
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】隋健, 寇永樂, 劉繼高, 高尚暉, 劉慧超, 馬海寬 申請人:中國重型機械研究院股份公司