專利名稱：雙動彈力脹管器及用于液動彈力脹管器的油壓裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬管子與管板脹接加工的脹管裝置，特別涉及以高分子材料彈性體為脹管媒體的脹管裝置。
換熱器是一種用途極廣的化工設備，管式換熱器的損壞大都發(fā)生于管子與管板的聯(lián)接處，提高其聯(lián)接質量可直接提高換熱器的可靠性和使用壽命。在目前的制造業(yè)中，普遍采用機械滾脹裝置進行脹接，其缺點是脹接力不均勻，局部的高應力造成應力腐蝕裂紋、存在油污等。近年來，一種采用高分子彈性材料為脹管媒體的彈力脹管裝置的研究取得了很有成效的進展，如專利CN87205452、JK53-144453和JK54-8155等，由于能獲得較高的脹接質量，在制造業(yè)中已開始有小規(guī)模的應用。
這種已有的脹管裝置主要由一個脹頭組件及其動力機構組成，脹頭組件包括中心桿、一對密封圈、一段管狀高分子材料彈性體和一個外徑大于被加工管子直徑的支撐環(huán)。前密封圈、管狀彈性體、后密封圈、支撐環(huán)依次串裝于中心桿的前端部位，中心桿的頂端有一緊固件，后端與動力機構中的一個作往返運動的構件聯(lián)接。動力機構較多地采用油缸。
進行脹接作業(yè)時，先將脹頭組件伸入管子至與管板的聯(lián)接部位，支撐環(huán)緊貼被加工管子的端面或管板外表面，當動力機構將中心桿向后拉動時，頂端的緊固件迫使前密封圈向后移動，并擠壓彈性體，由于后密封圈受支撐環(huán)的頂壓，彈性體便產(chǎn)生徑向的擴脹形變，從而擴脹管壁，使其被管板脹緊。脹接完成后中心桿復位，彈性體則依靠自身的彈力復元。
由于施脹時支撐環(huán)依靠管子的端面或管板支撐定位，彈性體后端僅僅受到靜止的頂壓，移動擠壓彈性體的只是前密封圈，因此彈性體被擠壓后所產(chǎn)生形變從前至后呈逐步遞減的趨勢，所產(chǎn)生的徑向擴脹同樣也呈逐步遞減。特別在施脹的后期，彈性體因發(fā)生較大的徑向形變而與管子內壁產(chǎn)生極大的磨擦力，形變將完全集中于彈性體的前端。由此便產(chǎn)生了兩個不良后果，其一是在脹接的長度范圍內脹緊力前后有差異，造成脹接后總的拉拔力降低，脹接質量不均勻；二是由于彈性體總的形變量相對集中于前端，造成彈性體因反復形變其復元能力的降低或是疲勞損壞的程序前后差異很大，最終導致彈性體的整體使用壽命大大減少。
當動力機構采用油缸時，需由一油壓系統(tǒng)提供壓力源。在現(xiàn)有技術中，油壓系統(tǒng)有采用單一的高壓手動泵(如CN87205452)，其缺點是勞動強度大，作業(yè)不連續(xù)，無法適應大規(guī)模大批量的制造作業(yè)。也有采用如附圖4所示的油壓裝置，圖中15是一個定量泵，16是泵的傳動電機，17是一個安全溢流閥，18是電磁換向閥，19是彈力脹管器的動力機構-油缸，20是油箱。這種油壓裝置比起單一的高壓手動泵來要理想得多，它使得彈力脹管器操作更加方便，并能實現(xiàn)連續(xù)的加工作業(yè)。但由于它與單一的油泵一樣，其機械特性都是呈“剛性”的，即不論在空行程或在施脹過程中，活塞的運動速度將始終不變，直至施脹結束而停止。這種“剛性”的機械特性也導致脹管器的高分子材料彈性體及其密封元件的使用壽命變短，并使泵、電機以及油路系統(tǒng)發(fā)熱嚴重，從而使得脹管裝置仍然不能適應大批量大規(guī)模的加工作業(yè)。
上述原因限制了這種彈力脹管裝置在工業(yè)上大規(guī)模的推廣應用。
本發(fā)明的目的是提供一種改進的彈力脹管裝置，它在施脹時，彈性體的形變分布均勻。脹接后在脹接長度范圍內脹緊力前后一致，拉拔力和脹接質量明顯提高，彈性體的使用壽命也可成倍增加。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有“軟”機械特性的油壓裝置，它與液動彈力脹管裝置配套使用能為其提供理想的壓力源，可大大提高高分子材料彈性體及其密封元件的使用壽命。
根據(jù)以上對已有的彈力脹管裝置所存在問題的分析，可見如何使脹頭組件中彈性體的兩端在施脹時同時受到方向相反的移動擠壓，以盡量使得彈性體的徑向形變均勻分布，這是解決問題的關鍵所在。
為此，本發(fā)明在已有的彈力脹管裝置的基礎上，對脹管裝置的脹頭組件作了以下改進。即在中心桿上位于后密封圈后設置了一個撐管，撐管的外徑等于或略小于后密封墊片的外徑。動力機構具備兩個作反向同速往返運動的構件，中心桿和撐管的后端分別與動力機構中的兩個作反向運動的構件聯(lián)接。撐管外還可套有一壓簧，壓簧的后端支撐于動力機構中與撐管聯(lián)接的構件上，前端支撐于或通過剛性構件支撐于被加工管子的端面或管板外表面。壓簧用于施脹時使得與撐管聯(lián)接的構件始終不與管子端面或管板呈剛性接觸，從而保證撐管能始終自由地撐頂后密封圈。
上述動力機構可以是一油缸，油缸的活塞與所述的中心桿聯(lián)接，缸體與所述的撐管聯(lián)接。也可以為一用螺旋付傳動的動力機構，其中絲桿與所述的中心桿聯(lián)接，螺母與所述的撐管聯(lián)接。
根據(jù)高分子材料彈性體的工作特性，隨著形變量的增加，要求形變速度相應減慢，才能使彈性體在形變增加后仍能保持良好的彈性形變能力。此外，在脹頭組件施脹過程中，彈性體隨著徑向擴脹的加大，與管壁間的磨擦力也急劇增加。因此，理想的油壓裝置應使得活塞的運動速度隨彈性體形變量的增加而逐步減慢，直至緩緩停止。
本發(fā)明提供的油壓裝置在現(xiàn)有技術的基礎上進行了下述改進，從而使其具備前述的“軟”機械特性。
它由一個流量隨出口壓力增加而減小的泵設備及其傳動電機、安全溢流閥、油箱及一個二位三通換向閥組成，換向閥的一進口與油泵的出口連接，另一進口與油箱連通，其出口為裝置的出油口，和與之配套的脹管裝置的油缸連接，安全溢流閥與泵設備并連。上述泵設備可以是一個壓力自反饋式變量泵，當彈性體的軸向形變阻力增加，油缸的壓力，即泵的出口壓力升高時，變量泵的流量自動減少，油缸的動作也隨之減慢。上述的泵設備還可以由一個定量泵和旁路并連一節(jié)流閥組成，節(jié)流閥的進口與泵的出口連接，出口連通油箱，隨著泵的出口壓力的升高，通過旁路的節(jié)流閥的流量增加，進入油缸的油量減小，從而使活塞的運動速度減慢。更為理想的結構還可以由一個壓力自反饋式變量泵和旁路并連一節(jié)流閥組成上述泵設備，節(jié)流閥的進口與泵的出口連接，出口連通油箱。
附

圖1是本發(fā)明提供的脹管裝置的脹頭組件在施脹前的剖面結構示意圖；附圖2是本發(fā)明提供的脹管裝置的脹頭組件在施脹狀態(tài)的剖面示意圖；附圖3是本發(fā)明提供的脹管裝置實施例的結構示意圖。
附圖4是已有的油壓裝置的系統(tǒng)連接圖；附圖5是本發(fā)明提供的油壓裝置實施例的系統(tǒng)連接圖。
圖1、圖2及圖3中，1是中心桿，2a和2b分別是前后密封圈，3是高分子材料彈性體，4是中心桿頂端的緊固件，5是撐管，6是撐管外的壓簧，7和8分別是動力機構中兩個作反向運動的構件。圖2中箭頭A表示與中心桿聯(lián)接的構件的運動方向，箭頭B表示與撐管聯(lián)接的構件的運動方向。9是管板，10是管子。
附圖3所示的實施例中，動力機構采用油缸，其中11是油缸缸體，12是油缸活塞，中心桿穿過油缸前端蓋的中心孔，配合面裝有密封圈。近前端蓋的油缸壁開有注油孔13，注油孔通過軟性高壓油管與一油壓系統(tǒng)連接。油缸腔中，活塞與油缸后端蓋之間裝有一壓簧14，當油壓釋放時，活塞將借助壓簧14的彈力復位。
脹管裝置在施脹前，油壓呈釋放狀態(tài)，活塞在壓簧14的作用下處于復位的位置，拉桿伸出油缸最長，未受擠壓的彈性體可在管子內順暢穿行。欲施脹時，先將脹頭組件伸入管內，由于壓簧6的存在，油缸前端蓋與管子端面或管板將保持一段距離，并保證在整個施脹過程中油缸前端蓋始終不與管子端面或管板接觸。高壓油由注油孔13注入油缸腔，活塞在油壓推動下向后端蓋移動。由于油缸的缸體與活塞作相對的反向運動，油缸前端蓋將通過撐管5推動后密封圈向前擠壓彈性體，而活塞則通過中心桿回拉前密封圈向后擠壓彈性體。如此，彈性體便受到前后雙向的、速度一致的移動擠壓。因壓簧6的剛度很小，故彈性體兩端所受的壓力幾乎相同，形變將同時產(chǎn)生，并形變的大小基本一致，這就使得管子在管孔內擴脹程度前后均勻一致。
在本實施例中，彈性體的材料采用肖氏硬度為Hs80的丁腈橡膠。
附圖5中，21是一個壓力自反饋式變量泵，22是傳動電機，23是節(jié)流閥，24是安全溢流閥，25是一個滑閥機能為“H”的二位三通電磁換向閥，26是脹管器的動力機構-彈簧復位單動作油缸，27是油箱。
脹管器在未施脹時，從油缸出來的油通過換向閥流回油箱，電機處于空負荷運轉狀態(tài)。施脹時，使換向閥的電磁鐵得電，滑閥移位，出之油泵的油進入油缸推動活塞動作。隨著彈性體形變量的增加，活塞的動作阻力增加，油壓裝置的出口壓力升高，壓力自反饋變量泵的輸出流量自動減少，且通過節(jié)流閥23的旁通流量逐漸增加。活塞的動作阻力愈大，動作速度便愈慢，直至緩緩停止，脹管器施脹結束。
顯然，與已有技術相比本發(fā)明提供的脹管裝置具有以下優(yōu)點一是管子與管板的脹緊力分布均勻，脹接質量明顯提高，并能適應尺寸精度等級較低的管子的脹管作業(yè)；二是由于高分子材料一般因反復形變而疲勞損壞的速度隨形變量的增加而成倍加快，而本實用新型提供的脹管裝置中的擴脹元件-管狀彈性體在施脹時總的形變被均勻地分布于兩端，彈性體中各點的最大形變量相對減小，因此這一脹管機的關鍵部件使用壽命成倍增加。
本發(fā)明提供的油壓裝置的優(yōu)點則在于具有前述的“軟”機械特性，使得脹管器的關鍵部件-高分子材料彈性體及其密封元件的使用壽命大大增加，泵、電機以及油路系統(tǒng)的發(fā)熱情況明顯改善，從而使得彈力脹管裝置能實現(xiàn)大批量、大規(guī)模的連續(xù)加工作業(yè)。另外，彈性體的形變極限也相應提高，脹接質量相應改善。
本發(fā)明將使得彈力脹管機實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應用成為可能。
權利要求
1.一種用于金屬管子與管板進行脹接的彈力脹管裝置，主要由一個脹頭組件及其動力機構組成，脹頭組件包括中心桿、一對密封圈和一段管狀高分子材料彈性體，前密封圈、管狀彈性體、后密封圈依次串裝于中心桿的前端部位，中心桿頂端有一緊固件，其特征在于1)所述的動力機構具備兩個作反向同速往返運動的構件；2)中心桿上位于后密封圈后串裝有一撐管，撐管外徑等于或略小于密封圈外徑，其前端緊貼后密封圈；3)中心桿和撐管的后端分別與動力機構中的兩個作反向運動的構件聯(lián)接。
2.據(jù)權利要求1所述的用脹管裝置，其特征在于所述的撐管外還套有一壓簧，壓簧的后端支撐于動力機構中與撐管聯(lián)接的構件上，前端支撐于或通過剛性構件支撐于被加工管子的端面或管板外表面。
3.據(jù)權利要求1或2所述的脹管裝置，其特征在于所述的動力機構為一油缸，油缸的活塞與所述的中心桿聯(lián)接，缸體與所述的撐管聯(lián)接。
4.據(jù)權利要求1或2所述的脹管裝置，其特征在于所述的動力機構為一用螺旋付傳動的動力機構，其中絲桿與所述的中心桿聯(lián)接，螺母與所述的撐管聯(lián)接。
5.據(jù)權利要求1所述的脹管裝置，其特征在于所述的管狀高分子材料彈性體的材料為丁腈橡膠或聚氨酯塑料。
6.一種向如權利要求3所述的液動彈力脹管器提供壓力源的油壓裝置，主要由油泵及其傳動電機、安全溢流閥、油箱及一個二位三通換向閥組成，換向閥的一進口與油泵的出口連接，另一進口與油箱連通，其出口為裝置的出油口，安全溢流閥與油泵并連，其特征在于所述的油泵為一流量隨出口壓力增加而減小的泵設備。
7.據(jù)權利要求6所述的油壓裝置，其特征是所述的泵設備為壓力自反饋式變量泵。
8.據(jù)權利要求6所述的油壓裝置，其特征是所述的泵設備由一定量泵與旁路并連一節(jié)流閥而組成，節(jié)流閥的進口與泵的出口連接，出口連通油箱。
9.據(jù)權利要求6所述的油壓裝置，其特征是所述的泵設備由一壓力自反饋式變量泵與旁路并連一節(jié)流閥而組成，節(jié)流閥的進口與泵的出口連接，出口連通油箱。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于金屬管子與管板進行脹接的彈力脹管裝置，以高分子彈性材料為脹管媒體。其特點是施脹時彈性體受到前后反向同速的移動擠壓，使得脹緊力分布均勻，脹接質量提高，彈性體的整體使用壽命成倍增加。本發(fā)明還提供了一種用于液動彈力脹管裝置的油壓裝置，其中泵設備和流量隨出口壓力增加而減小，使裝置具備“軟性”的機械特性?？蛇M一步提高脹接質量和延長脹管媒體及密封圈的使用壽命。
文檔編號B21D39/08GK1100350SQ93112560
公開日1995年3月22日 申請日期1993年9月17日 優(yōu)先權日1993年9月17日
發(fā)明者胡振倫 申請人:中國石化上海金山實業(yè)公司