可移式管螺紋成型機(jī)設(shè)計(jì)與研究

安美玲，穆璽清

AN Mei-ling,MU Xi-qing

（蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校 機(jī)械工程系，蘭州 730050）

0 引言

在建筑、化工機(jī)器、鍋爐等的設(shè)備安裝和維修中，有大量的管道安裝工作需要在施工現(xiàn)場(chǎng)操作完成管螺紋的成形加工。目前使用的管螺紋機(jī)成型有電動(dòng)臺(tái)式和便攜式兩種，其中電動(dòng)臺(tái)式管螺紋成型機(jī)生產(chǎn)效率高，但存在移動(dòng)不便，不能應(yīng)用在高層建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)。而便攜式管螺紋成型機(jī)體積小、重量輕，但其沒有固定的工作臺(tái)，需現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試，增加了非工作時(shí)間，效率低，適用于管道維修，不適合在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大批量管螺紋加工成型。本文在分析研究市場(chǎng)上普遍采用的管螺紋成型機(jī)的基礎(chǔ)上，研制了一種體積小、重量輕，搬運(yùn)方便；效率高；成本低；能加工直線、非直線管的螺紋的新型“可移式管螺紋成型機(jī)”。解決了高層建筑水暖管道的安裝和維修業(yè)務(wù)中的技術(shù)難題，彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)管螺紋成型機(jī)市場(chǎng)上對(duì)特殊工作情況下的使用要求方面的不足。

1 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

1.1 傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)[1～3]

傳動(dòng)裝置是決定機(jī)械效率和整機(jī)尺寸的主要因素，也是管螺紋成型機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。目前機(jī)械產(chǎn)品中通用的傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)已成固定模式，其特點(diǎn)是：原動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與減速器輸入軸聯(lián)結(jié)后將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳給減速器，再通過減速器輸出軸將其傳給工作機(jī)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大而重，成本高，不能滿足本機(jī)設(shè)計(jì)要求。在可移式管螺紋成型機(jī)的研制中，對(duì)其傳動(dòng)裝置提出了以下4種方案。

方案一：如圖1所示，其結(jié)構(gòu)與臺(tái)式管螺紋成型機(jī)基本相同，采用管件旋轉(zhuǎn)，螺紋切頭軸向移動(dòng)，電動(dòng)機(jī)軸向輸入，三級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，管件夾緊裝置安裝在大齒輪上，螺紋切頭安裝在導(dǎo)塊上。特點(diǎn)是套切螺紋較平穩(wěn)，但不適于固定管件的螺紋加工，結(jié)構(gòu)尺寸大。

方案二：如圖2所示，管件固定不動(dòng)，螺紋切頭旋轉(zhuǎn)并軸向移動(dòng)，電動(dòng)機(jī)垂直輸入，動(dòng)力經(jīng)錐齒輪、斜齒輪減速傳至大齒輪，螺紋切頭通過滑鍵與大齒輪聯(lián)結(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是能加工固定管件，但結(jié)構(gòu)尺寸也難以作到較小。

方案三：如圖3所示，管件旋轉(zhuǎn)，螺紋切頭軸向移動(dòng)，電動(dòng)機(jī)垂直輸入，動(dòng)力經(jīng)斜齒輪及蝸桿、蝸輪減速傳至大齒輪，大齒輪上安裝夾緊管件的裝置，螺紋切頭安裝在導(dǎo)塊上。其特點(diǎn)是傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)尺寸較小。

圖2 方案二

圖3 方案三

圖4 方案四

方案四：如圖4所示，螺紋切頭旋轉(zhuǎn)，管件軸向隨進(jìn)，電機(jī)軸向輸入，二級(jí)齒輪減速，將電機(jī)輸出軸上的聯(lián)軸器、減速器輸入軸和齒輪用一個(gè)改進(jìn)了結(jié)構(gòu)的高速級(jí)小齒輪取代；將低速級(jí)大齒輪安裝在箱體內(nèi)凸緣上，取消了軸結(jié)構(gòu)；將螺紋梳刀固定在與低速級(jí)大齒輪同步旋轉(zhuǎn)的箱體大端蓋上，整體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化、縮小。

1.2 方案比較

以上四種方案從原理上都能滿足成型機(jī)傳動(dòng)要求，但考慮到使用環(huán)境，如高層建筑需要經(jīng)常變換工作場(chǎng)地，而且有些施工現(xiàn)場(chǎng)操作空間小，要求設(shè)備體積小，重量輕，故排除方案1和方案2；方案3不能用于加工直角管、U型管等非直線管的螺紋，方案4不僅彌補(bǔ)了其他方案的不足，而且從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面考慮其技術(shù)適用，經(jīng)濟(jì)合理。因此選擇方案4為最終采用方案。

2 管件夾緊裝置設(shè)計(jì)

2.1 夾緊方案的確定

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，工作時(shí)，要求螺紋切頭旋轉(zhuǎn)，管件自動(dòng)軸向移動(dòng)，而且管件中心與螺紋切頭回轉(zhuǎn)中心重合。本機(jī)采用差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了管件的快速夾緊、松開和自動(dòng)定心的要求[4]。

2.2 夾緊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5是管件夾緊裝置結(jié)構(gòu)圖，圖6是其三維實(shí)體模型。由圖5可知，螺桿3由旋向相同，螺距不同的兩段螺紋組成，當(dāng)通過轉(zhuǎn)動(dòng)桿2使螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上壓板6沿下壓板7的導(dǎo)槽移動(dòng)，同時(shí)下壓板7沿支撐架的導(dǎo)槽反向移動(dòng)，上、下壓板工作面呈V形，不僅實(shí)現(xiàn)了管件的快速夾緊、松開，還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)定心的要求，減少了輔助時(shí)間，避免了螺紋加工壁厚不均的缺陷。支撐架5由鋼板和圓管焊接而成，使整個(gè)夾緊裝置結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。

圖5 夾緊裝置結(jié)構(gòu)圖

圖6 夾緊裝置裝配模型

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

本機(jī)設(shè)計(jì)加工管件直徑為φ20～φ50mm，加工管螺紋螺距為11～14牙/英寸。切削功率為 Pw=0.55kW，螺紋梳刀的工作轉(zhuǎn)速為nw=22r/min，由此選取額定功率為0.75 kW、轉(zhuǎn)速n=1400r/min的單相異步電動(dòng)機(jī)?？倐鲃?dòng)比i=63.6，高速級(jí)采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為6.7。低速級(jí)采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為9.4。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)成型機(jī)傳動(dòng)裝置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[5]。

3.2 管螺紋加工成型過程

加工時(shí)，首先將與管件直徑相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)板牙安裝在螺紋切頭上，然后將管件穿入夾緊裝置的上、下壓板中并靠近板牙，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿使上、下壓板快速靠近夾緊管件。按啟動(dòng)按鈕，使成型機(jī)開始工作，螺紋切頭旋轉(zhuǎn)，管件自動(dòng)軸向隨動(dòng)，直至加工到所需的螺紋長(zhǎng)度后關(guān)閉電源，停止工作。松開板牙，卸下管件，完成螺紋的成型加工。圖7為可移式管螺紋成型機(jī)裝配模型。

4 結(jié)束語

通過對(duì)目前市場(chǎng)上使用的管螺紋成型機(jī)進(jìn)行調(diào)研，設(shè)計(jì)制造了一種新型的可移式管螺紋成型機(jī)。該機(jī)不僅能加工直線、直角、U形等非直線圓管螺紋，而且體積小、重量輕，便于移動(dòng)。適用于管道的安裝、維修中管螺紋的成型加工以及經(jīng)常變換工作場(chǎng)地或工作場(chǎng)地狹小的場(chǎng)合。

圖7 整機(jī)裝配模型

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——機(jī)構(gòu)(單行本)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)(第2卷)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[3] 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4] 安美玲.機(jī)械基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2007.

[5] 安美玲,穆璽清.可移式管螺紋成型機(jī)減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2009,8：22-23.