CN102284552B - 异型金属带互锁装铠设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型金属带互锁装铠设备，其特征是包括可转动的立面绞盘、位于立面绞盘的背部的储带机构、分别设置在立面绞盘的正面的导带装置和异型带材成型装置，以及位于立面绞盘的正面中心位置上的模压锁扣机构；来自储带机构中的金属带材通过导带装置进入异型带材成型装置中，金属带材在异型带材成型装置中经冷压成型为具有互锁截面的异型带材，异型带材以主动的方式传送给模压锁扣机构；模压锁扣机构是以多只成型推压轮分布在螺旋轨迹上，以成型推压轮对异型带材进行滚压互锁和螺旋推进，异型带材按螺旋轨迹卷制为成型管材。本发明结构简单、易于实现异型金属带互锁装铠。

Description

异型金属带互锁装铠设备

技术领域

本发明涉及制作海洋柔性管线的设备，更具体地说是一种将金属带材逐步冷压成型为异型截面，并绕制成能具有一定的耐压性、弯曲性和互锁性的柔性管材的设备。

背景技术

目前，国内海洋石油、天然气的输送所采用的海洋管线多为钢管海底敷设，但是，由于海底地形和海洋环境复杂，受钢管不可弯曲的限制，给海洋管线的运输、敷设造成很大的困难，敷设工序又较为复杂，导致工程造价较高。

目前，国外海洋石油和天然气的输送中的海洋管线多采用海洋柔性管线海底敷设，柔性管材具有耐压性、弯曲性和互锁性，图1所示为一种采用S型的互锁截面的柔性管材，由于海洋柔性管线可以弯曲，给海洋管线的运输和敷设带来了很大的方便，因为海洋柔性管线可以弯曲，受海底地形、海洋环境影响和破坏较少，使海洋管线的敷设范围更广、敷设简单，使海洋管线的使用寿命有很大提高。但是，海洋柔性管线，特别是不锈钢材质柔性管材的生产制作工艺复杂，迄今尚未有相关设备的公开报导。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种结构简单、易于实现的异型金属带互锁装铠设备。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明异型金属带互锁装铠设备的特点是包括：可转动的立面绞盘、位于立面绞盘的背部的储带机构、分别设置在立面绞盘的正面的导带装置和异型带材成型装置，以及位于立面绞盘的正面中心位置上的模压锁扣机构；金属带材储存在所述储带机构中，来自储带机构中的金属带材通过所述导带装置进入异型带材成型装置中，金属带材在所述异型带材成型装置中经冷压成型为具有互锁截面的异型带材，所述异型带材(54)以主动的方式传送给所述模压锁扣机构；所述模压锁扣机构是以多只成型推压轮分布在螺旋轨迹上，以所述成型推压轮对所述异型带材进行滚压互锁和螺旋推进，所述异型带材按所述螺旋轨迹卷制为成型管材。

本发明连续式互锁装铠设备的结构特点也在于：

设置速度调谐机构，以所述速度调谐机构保持异型带材成型装置中的金属带材与模压锁扣机构中的异型带材具有相同的线速度。

所述速度调谐机构的结构设置为：在立面铰盘上设置一转轴，在所述转轴上分别固定设置一摆臂和一扇形齿轮；所述摆臂的另一端设置有一对过带轮，出自所述异型带材成型装置的异型带材通过所述过带轮后向所述模压锁扣机构传送；在所述扇形齿轮的一旁设置一角度传感器，所述角度传感器以其角度检测齿轮与所述扇形齿轮啮合传动，以所述角度传感器的检测信号为所述异型带材成型装置的转速控制信号。

所述储带机构的结构设置为：所述金属带材卷绕在储带盘中；沿储带盘的内周均匀分布的各偏心轮毂装置将储带盘和第一链轮共同设置在一差动齿轮轴上，使所述储带盘和第一链轮能够同共围绕差动齿轮轴转动；所述差动齿轮轴与第二链轮通过轴承设置在机体主轴上，使差动齿轮轴和第二链轮能够共同围绕机体主轴转动；所述第一链轮和第二链轮分别由第一电机和第二电机提供驱动力，可带动立面绞盘转动的机体主轴是由主电机提供驱动力，所述成型管材与机体主轴处于同轴位置上；所述差动齿轮轴通过行星差动机构为所述异型带材成型装置的转动提供驱动力。

所述行星差动机构设置为：以差动齿轮轴上固定设置的差动齿轮为中心轮，所述中心轮通过介轮与行星轮相啮合，所述介轮和行星轮分别以介轮轴和行星轮轴设置在立面铰盘上，在所述行星轮轴的另一端设置为所述异型带材成型装置的转动提供驱动力的成型模传动齿轮。

所述偏心轮毂装置的结构设置为：以偏心轮轮轴设置在储带盘和第一链轮上，旋转偏心轮毂装置使其凸面位于差动齿轮轴的外圆周凹槽中处于工作位，使储带盘获得轴向定位，并且储带盘能够以所述偏心轮毂装置为滚子在所述差动齿轮轴的外周转动；或旋转偏心轮毂装置使其凸面退出差动齿轮轴的外圆周凹槽处于安装位。

所述异型带材成型装置的结构设置为：在立面绞盘上固定设置一齿轮箱，所述成型模传动齿轮设置在齿轮箱中，同步传动的各成型模呈一列布置，所述各成型模与齿轮箱中的成型模传动齿轮一一对应地同轴设置；所述成型模是由上模和下模配合设置的对辊结构，所述上模和下模之间的径向间隙可以通过调整下模位置进行调节。

所述模压锁扣机构中的各成型推压轮在沿成型管材的轴向上和径向上位置可以调节。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明结构简单、易于实现，为海洋石油、天然气输送用的高压柔性金属管道内层扣管或外层互锁铠装提供了解决方案。

2、本发明通过不同的成型模的设置，也可以为海洋电缆等特殊电缆的外层互锁铠装提供解决方案。

附图说明

图1为采用S型的互锁截面的柔性管材示意图；

图2为本发明总体结构示意图；

图3为本发明中传动系统示意图；

图4为本发明中速度调谐机构结构示意图；

图5为本发明中储带机构和偏心轮毂装置结构示意图；

图5a为图5的局部放大图；

图6为本发明中异型带材成型装置结构示意图；

图6a为成型模排列示意图；

图6b为成型过程示意图；

图7为本发明中成型模压锁扣机构结构示意图；

图7a为图7的侧视示意图；

图7b为本发明中成型模压锁扣机构外形示意图；

图8为本发明中模压锁扣结构示意图；

图8a为本发明各成型推压轮排布结构示意图；

图8b为本发明各成型推压轮排布原理示意图；

图8c为本发明模压锁扣过程示意图；

图中标号： 1储带机构；2导带装置；3速度调谐机构；30成型模传动齿轮；35介轮；36行星轮；38差动齿轮；4异型带材成型装置；51立面绞盘；52机体主轴；53为S型互锁截面柔性管材；54异型带材；6模压锁扣机构；63手轮；64偏心轮；65底座；66支座；68套筒；69丝杆；9储带盘；11偏心轮毂装置；12第一链轮；13差动齿轮轴；14轴承；15第二链轮；；16过带轮；18摆臂；20转轴；21扇形齿轮；22角度检测齿轮；24角度传感器；26齿轮箱体；27成型模传动齿轮；28调节板；29调节螺栓；30成型模介齿轮；31成型模；32主电机；33第二电机；34第一电机； 47成型推压轮。

具体实施方式

针对图1所示的S型互锁截面柔性管材53，本实施例连续式互锁装铠设备的结构设置如图2和图3所示；

包括一可转动的立面绞盘51、位于立面绞盘51的背部的储带机构1、分别设置在立面绞盘51的正面的导带装置2和异型带材成型装置4，以及位于立面绞盘51的正面中心位置上的模压锁扣机构6；金属带材储存在储带机构1中，来自储带机构1中的金属带材通过导带装置2进入异型带材成型装置4中，金属带材在异型带材成型装置4中经冷压成型为具有互锁截面的异型带材54，异型带材54以主动的方式传送给模压锁扣机构6；模压锁扣机构6是以多只成型推压轮47分布在螺旋轨迹上，以成型推压轮47对异型带材54进行滚压互锁和螺旋推进，异型带材54按螺旋轨迹卷制为成型管材，模压锁扣机构6中的各成型推压轮47在沿成型管材的轴向上和径向上位置可以调节。

参见图1和图4，本实施例中设置速度调谐机构3，以速度调谐机构3保持异型带材成型装置4中的金属带材与模压锁扣机构6中的异型带材54具有相同的线速度。具体实施是在立面铰盘51上设置一转轴20，在转轴20上分别固定设置一摆臂18和一扇形齿轮21；摆臂18的另一端设置有一对过带轮16，出自异型带材成型装置4的异型带材54通过过带轮16后向模压锁扣机构6传送，异型带材通过过带轮16；在扇形齿轮21的一旁设置一角度传感器24，角度传感器24以其角度检测齿轮22与扇形齿轮21啮合传动，以角度传感器24的检测信号为异型带材成型装置4的转速控制信号。当过带轮16受力，通过摆臂18带动扇形齿轮21旋转，由扇形齿轮21与角度检测齿轮22啮合传动，把信号传递给角度传感器24，并以此作为异型带材成型装置4的转速控制信号，调节异型带材成型装置4的转速，保证异型带材成型装置4中的金属带材与模压锁扣机构6中的异型带材线速度匹配的准确可靠，保证管径尺寸精度。本实施例中对于金属带材的线速度的匹配准确可靠，不易产生绕制管材打滑现象，可实现高速绕管，适用于多种规格的金属带材绕制成各规格尺寸的柔性管材。

如图3和图5所示，储带机构1的结构设置为：金属带材卷绕在储带盘9中；沿储带盘9的内周均匀分布的各偏心轮毂装置11将储带盘9和第一链轮12共同设置在一差动齿轮轴13上，使储带盘9和第一链轮12能够同共围绕差动齿轮轴13转动；差动齿轮轴13与第二链轮15通过轴承14设置在机体主轴52上，使差动齿轮轴13和第二链轮15能够共同围绕机体主轴52转动；为了能够适应不同宽度的金属带材，在储带般9的中心轴上设置一夹板10，以夹板10与储带盘9共同使金属带材得以稳定；第一链轮12和第二链轮15分别由第一电机34和第二电机33提供驱动力，可带动立面绞盘51转动的机体主轴52是由主电机32提供驱动力，成型管材55与机体主轴52处于同轴位置上；差动齿轮轴13通过行星差动机构为异型带材成型装置4的转动提供驱动力。

图3中所示的行星差动机构设置为：以差动齿轮轴13上固定设置的差动齿轮38为中心轮，中心轮通过介轮35与行星轮36相啮合，介轮35和行星轮36分别以介轮轴和行星轮轴设置在立面铰盘51上，在行星轮轴的另一端设置为异型带材成型装置4的转动提供驱动力的成型模传动齿轮30。差动机构的动力来源是由第二电机33通过链轮、链条传至固定设置在差动齿轮轴13上的第二链轮15来实现的。主电机32通过同步带轮驱动机体主轴52带动立面绞盘51转动，第二电机33通过链轮、差动齿轮38、介轮35、行星轮36带动异型带材成型装置4中成型模转动，单独启动主电机32或第二电机能实现金属带材成型装置和立面绞盘单独点动的要求，同时启动电机能实现金属带成型和绕制管材的线速度匹配，达到主动送带的目的，第一电机34通过链轮驱动储带盘9单独运转，在停机复绕时给储带盘提供动力，在正常产生为提供恒定的放带张力。该差动机构为同心各自旋转的主轴立面绞盘与差动主齿轮轴套结构。由转速差而造成行星齿轮在立面绞盘旋转（公转）的同时而产生自转，从而给模具提供所设定的自转速度，达到滚压并送出定长异型带的目的。

当机体主轴52与差动齿轮38的轴套等速时，置于立面绞盘1上的行星轮36只有公转而无自转，异型带材成型装置4的成型模不会转动；当差动齿轮38的轴套转速大于机体主轴52转速时，则产生差动加速造成行星轮36公转同时并定向定速自转，异型带材成型装置4的成型模随之转动，从而输出定长的异型带。

设置由伺服变频控制的电气系统跟踪主电机32速度，同时调控第二电机转速，即可达到准确控制定长输出带材。

如图6、图6a和图6b所示；金属带材成型装置由齿轮箱体26、成型模传动齿轮27、成型模31、调节板28、调节螺栓29和成型模传动齿轮30构成。齿轮箱体26固定在立面绞盘1上，各成型模31采用一列式布置，利用齿轮传动实现对每道成型模的等速同步运转，各成型模与齿轮箱中的成型模传动齿轮一一对应地同轴设置；成型模是由上模和下模配合设置的对辊结构，上模和下模之间的径向间隙可以通过调整下模位置进行调节，达到金属带多步滚压成型并主动送带的目的，图6中所示是根据不同厚度金属带型的每道成型模的间隙可以利用调节板28和调节螺栓29单独进行调节，以实现一模多用，降低生产成本。

图5、图5a所示，偏心轮毂装置11的结构设置为：以偏心轮毂轮轴设置在储带盘9和第一链轮12上，旋转偏心轮装置11使其凸面位于差动齿轮轴13的外圆周凹槽中即处于工作位，使储带盘9获得轴向定位，并且储带盘9能够以偏心轮毂装置11为滚子在差动齿轮轴13的外周转动；或旋转偏心轮毂装置11使其凸面退出差动齿轮轴13的外圆周凹槽即处于安装位。利用多组偏心轮毂可调性地将储带盘进行定位安装，有效解决了这一位置上采用大轴承的价格昂贵和安装空间受限的问题。

图2、图7、图7a和图7b所示，紧压锁扣机构6由多只互锁推压头均匀分布于立面绞盘51上构成，其中互锁推压头由底座65、支座66、成型推压轮47、套筒68、丝杆69、偏心轮64和手轮63构成，其中底座65均匀分布在立面绞盘51上，支座66安装在底座65中，通过调节偏心轮64，使支座66上下移动，这样可以根据所绕管材的节距，确定每个成型推压轮47的高低位置，在一周内形成一个完整的节距。手轮63固定在丝杆69的一端，丝杆69安装在套筒68里，套筒68的一端安装成型推压轮47，可以根据所绕管材直径，通过旋转手轮63使套筒68和成型推压轮47前后移动。

图8、图8a、图8b和图8c所示，紧压锁扣机构6中的六只紧压锁扣A、B、C、D、E和F分布在螺旋轨迹上，以各成型推压轮47对异型带材54进行滚压互锁和螺旋推进，异型带材54按螺旋轨迹卷制为图1所示的S型互锁截面柔性管材53。

Claims (7)

1.一种异型金属带互锁装铠设备，其特征是包括：可转动的立面绞盘(51)、位于立面绞盘(51)的背部的储带机构（1）、分别设置在立面绞盘(51)的正面的导带装置（2）和异型带材成型装置（4），以及位于立面绞盘(51)的正面中心位置上的模压锁扣机构(6)；金属带材储存在所述储带机构（1）中，来自储带机构(1)中的金属带材通过所述导带装置（2）进入异型带材成型装置（4）中，金属带材在所述异型带材成型装置（4）中经冷压成型为具有互锁截面的异型带材(54)，所述异型带材(54)以主动的方式传送给所述模压锁扣机构(6)；所述模压锁扣机构(6)是以多只成型推压轮（47）分布在螺旋轨迹上，以所述成型推压轮(47)对所述异型带材进行滚压互锁和螺旋推进，所述异型带材按所述螺旋轨迹卷制为成型管材；

所述储带机构(1)的结构设置为：所述金属带材卷绕在储带盘(9)中；沿储带盘(9)的内周均匀分布的各偏心轮毂装置(11)将储带盘(9)和第一链轮(12)共同设置在一差动齿轮轴(13)上，使所述储带盘(9)和第一链轮(12)能够同共围绕差动齿轮轴(13)转动；所述差动齿轮轴(13)与第二链轮(15)通过轴承(14)设置在机体主轴（52）上，使差动齿轮轴(13)和第二链轮(15)能够共同围绕机体主轴(52)转动；所述第一链轮(12)和第二链轮(15)分别由第一电机(34)和第二电机(33)提供驱动力，可带动立面绞盘(51)转动的机体主轴(52)是由主电机(32)提供驱动力，所述成型管材与机体主轴(52)处于同轴位置上；所述差动齿轮轴(13)通过行星差动机构为所述异型带材成型装置（4）的转动提供驱动力。

2.根据权利要求1所述的异型金属带互锁装铠设备，其特征是设置速度调谐机构（3），以所述速度调谐机构(3)保持异型带材成型装置(4)中的金属带材与模压锁扣机构(6)中的异型带材具有相同的线速度。

3.根据权利要求2所述的异型金属带互锁装铠设备，其特征是所述速度调谐机构（3）的结构设置为：在立面铰盘(51)上设置一转轴(20)，在所述转轴(20)上分别固定设置一摆臂(18)和一扇形齿轮(21)；所述摆臂(18)的另一端设置有一对过带轮(16)，出自所述异型带材成型装置（4）的异型带材通过所述过带轮(16)后向所述模压锁扣机构(6)传送；在所述扇形齿轮(21)的一旁设置一角度传感器(24)，所述角度传感器(24)以其角度检测齿轮(22)与所述扇形齿轮(21)啮合传动，以所述角度传感器(24)的检测信号为所述异型带材成型装置（4）的转速控制信号。

4.根据权利要求1所述的异型金属带互锁装铠设备，其特征是：所述行星差动机构设置为：以差动齿轮轴(13)上固定设置的差动齿轮(38)为中心轮，所述中心轮通过介轮(35)与行星轮(36)相啮合，所述介轮(35)和行星轮(36)分别以介轮轴和行星轮轴设置在立面铰盘(51)上，在所述行星轮轴的另一端设置为所述异型带材成型装置（4）的转动提供驱动力的成型模传动齿轮(30)。

5.根据权利要求1所述的异型金属带互锁装铠设备，其特征是：所述偏心轮毂装置(11)的结构设置为：以偏心轮轮轴设置在储带盘(9)和第一链轮(12)上，旋转偏心轮毂装置(11)使其凸面位于差动齿轮轴(13)的外圆周凹槽中处于工作位，使储带盘(9)获得轴向定位，并且储带盘(9)能够以所述偏心轮毂装置(11)为滚子在所述差动齿轮轴(13)的外周转动；或旋转偏心轮毂装置(11)使其凸面退出差动齿轮轴(13)的外圆周凹槽处于安装位。

6.根据权利要求4所述的异型金属带互锁装铠设备，其特征是所述异型带材成型装置(4)的结构设置为：在立面绞盘(51)上固定设置一齿轮箱，所述成型模传动齿轮设置在齿轮箱中，同步传动的各成型模呈一列布置，所述各成型模与齿轮箱中的成型模传动齿轮一一对应地同轴设置；所述成型模是由上模和下模配合设置的对辊结构，所述上模和下模之间的径向间隙可以通过调整下模位置进行调节。

7.根据权利要求1所述的异型金属带互锁装铠设备，其特征是所述模压锁扣机构(6)中的各成型推压轮（47）在沿成型管材的轴向上和径向上位置可以调节。

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