Устройство для обжима концов труб

Полезная модель относится к области обработки металлических изделий давлением, в частности к устройствам для обжима концов труб обсадных и насосно-компрессорных.
Известно устройство для калибровки концов труб (№615983, СССР, по классу B21D 3/00, В21С 37/30, подано 01.08.1976 года и опубликовано 25.07.1976), содержащее разжимные кулачки с внутренними и наружными конусами и воздействующую на них конусную оправку с осью, связанной со штоком гидроцилиндра. Устройство снабжено обоймой с внутренней конической поверхностью, которая взаимодействует с наружными коническими поверхностями на разжимных кулачках и прикрепленным к фланцу гидроцилиндра корпусом со смонтированным в нем толкателем. Толкатель установлен на оси конусной оправки и связан с конусной обоймой. Разжимные кулачки смонтированы в кольцевом пазу корпуса.
Такое устройство создано для правки и калибровки концов труб путем обжатия и раздачи конца трубы. Обеспечение возможности обжатия и раздачи конца трубы усложняет устройство, его кулачки с наружными и внутренними конусами трудоемки в изготовлении, а они являются сменными и быстроизнашивающимися. Поскольку при производстве обсадных и насосно-компрессорных труб осуществляется только обжатие их концов, то целесообразно использовать обжимное устройство упрощенной конструкции.
Известно устройство для обжима концов трубы (Руководство пользователя. Обжимное устройство. Тип: S.U. 2.3/8"-14". BAKKER GROEP COEVORDEN BV).
Известное устройство для обжима концов трубы состоит из цилиндрического корпуса, в котором размещен гидравлический цилиндр с установленной на его штоке планшайбой с сегментами зажимного кольца, закрепленными на ее торце с возможностью радиального смещения к оси штока по торцу планшайбы на величину необходимого обжатия трубы. Сегменты снабжены пружинами для возврата и контактируют своими наружными поверхностями с внутренними поверхностями, имеющими вид боковой поверхности усеченной восьмигранной пирамиды, установленного на корпусе опорного кольца. Поверхности сегментов зажимного кольца, обращенные к оси штока, образуют цилиндрическое отверстие - поверхность обжимающей полости - для обжатия трубы.
В таком устройстве гидравлический цилиндр, выталкивая планшайбу из корпуса, надавливает на сегменты зажимного кольца, которые контактируя с внутренними поверхностями опорного кольца, смещаются относительно планшайбы в радиальном направлении к оси штока и деформируют трубу, уменьшая ее диаметр. При обратном ходе цилиндра сегменты возвращаются в исходное положение под действием пружин.
Устройство имеет простую конструкцию, доступно в изготовлении, удобно в обслуживании и надежно в работе. Контакт сегментов зажимного кольца с опорным кольцом осуществлен по плоским поверхностям с большой площадью, что при больших усилиях обжима обеспечивает низкие удельные давления и незначительный износ сегментов.
Недостатком такого устройства является невозможность корректировки получаемого размера диаметра конца обжатой трубы, так как обжатие всегда выполняется на весь ход штока гидроцилиндра до максимального обжатия, определяемого размерами цилиндрического отверстия, образуемого поверхностями для обжатия трубы на сегментах зажимного кольца. Поскольку ход цилиндра не регулируется, то для получения меньшего обжатия требуется замена сегментов зажимного кольца.
На практике у труб с одинаковым наружным диаметром, но разной толщиной стенки или разными механическими свойствами металла при обжатии с одинаковым ходом сегментов зажимного кольца получаются разные уменьшения наружного диаметра (за счет различной упругой составляющей деформации). У толстостенных и мягких труб - уменьшение больше, у тонкостенных и высокопрочных - меньше.
Для получения стабильности размеров величины обжима целесообразно иметь устройство, обеспечивающее возможность корректировки уменьшения диаметра при обжатии в пределах 2÷5% от величины уменьшения диаметра.
При этом конструкция устройства не должна существенно усложниться.
Технической задачей предлагаемого решения является разработка простой конструкции устройства для обжима концов труб, обеспечивающей возможность корректировки получаемого размера диаметра конца обжатой трубы без смены сегментов зажимного кольца.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для обжима концов труб, содержащем цилиндрический корпус, установленное на нем опорное кольцо и размещенный в корпусе гидравлический цилиндр со смонтированной на его штоке планшайбой, на торце которой закреплены сегменты зажимного кольца с возможностью радиального смещения их к оси штока по торцу планшайбы, сегменты зажимного кольца снабжены возвратными пружинами, кроме того, поверхности сегментов зажимного кольца, образующие наружную поверхность зажимного кольца, контактируют с внутренними поверхностями опорного кольца, а поверхности сегментов зажимного кольца, обращенные к оси штока, образуют поверхность обжимающей полости в виде отверстия для размещения конца обжимаемой трубы, согласно предложению, на штоке гидроцилиндра внутри обжимающей полости установлена конусная оправка с возможностью регулирования ее положения по оси штока, при этом образуемая сегментами зажимного кольца поверхность обжимающей полости в виде отверстия для размещения конца обжимаемой трубы, выполнена по длине ступенчатой, одна ступень которой со стороны торца планшайбы выполнена конусной и имеет форму круглого прямого усеченного конуса, подобную форме конусной оправки, а другая ступень - цилиндрической для взаимодействия с обжимаемой трубой.
Выполнение обжимного устройства с установленной на штоке гидроцилиндра конусной оправкой с возможностью регулирования ее положения по оси штока и выполнение отверстия (поверхности обжимающей полости), образуемого сегментами зажимного кольца, ступенчатым по длине, имеющим кроме рабочей ступени для взаимодействия с концом трубы, дополнительно коническую ступень, которая имеет форму круглого прямого усеченного конуса со стороны торца планшайбы для взаимодействия с конусной оправкой, позволяет регулировать степень обжатия конца трубы в требуемых пределах без замены набора сегментов зажимного кольца.
С другой стороны, выполнение обжимного устройства со ступенчатым по длине отверстием и установкой конусной оправки с возможностью регулирования ее положения в осевом направлении на штоке гидроцилиндра существенно уменьшает номенклатуру сложных в изготовлении деталей (сегментов зажимного кольца) и упрощает конструкцию устройства.
Предлагаемая совокупность существенных признаков придает заявляемому устройству для обжима концов обсадных и насосно-компрессорных металлических труб новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу.
Заявляемое устройство для обжима труб иллюстрируется чертежами, где на:
фиг. 1 - фронтальной вид устройства (со стороны подачи трубы) в начальной стадии;
фиг. 2 - вид в разрезе по А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - фронтальной вид устройства (со стороны подачи трубы) в стадии обжатия конца трубы;
фиг. 4 - вид в разрезе по Б-Б на фиг. 2.
Предложенное на фиг. 1-4 устройство для обжима концов труб состоит из корпуса 1, в котором смонтирован гидроцилиндр 2, на его штоке 3 установлена планшайба 4. На торце планшайбы 4 размещены восемь сегментов 5 зажимного кольца, закрепленные на ней винтами 6, проходящими через пазы 7, благодаря чему обеспечивается возможность смещения сегментов 5 к оси штока по плоскости торца планшайбы 4. Для возврата в исходное положение сегменты 5 имеют возвратные пружины 8. Поверхности сегментов 5 образующие, поверхность зажимного кольца, контактируют с внутренними поверхностями опорного кольца 9, закрепленного на корпусе 1.
Внутренняя поверхность опорного кольца 9 имеет вид боковой поверхности правильной восьмигранной усеченной пирамиды, каждая грань которой наклонена под одним и тем же углом к плоскости планшайбы 4.
Поверхности сегментов 5 зажимного кольца, обращенные к оси штока 3 и образующие поверхность обжимающей полости в виде отверстия, выполнены ступенчатыми.
Одна ступень 10, обращенная к торцу планшайбы 4, - коническая, а другая ступень 11, обращенная наружу, - цилиндрическая - предназначена для взаимодействия с обжимаемой трубой 12.
На резьбовом конце 13 штока 3 гидроцилиндра внутри обжимающей полости, соответствующей конической ступени 10 сегментов 5, установлена конусная оправка 14 с контргайкой 15. Наружная коническая поверхность оправки 14 имеет форму, подобную форме конической ступени 10 обжимающей полости, далее отверстия.
Предлагаемое устройство для обжима концов труб работает следующим образом.
Перед началом рабочего процесса производится настройка устройства на требуемый диаметр и величину обжатия диаметра конца трубы. Из набора сегментов зажимного кольца и оправок выбирают и устанавливают комплект сегментов, имеющий диаметр ступени 11 отверстия, соответствующий диаметру обжатого конца трубы, и оправку 14 с размерами, соответствующими размерам конической ступени 10 отверстия. Оправку 14 навинчивают на резьбовой конец штока 3 в среднее положение по длине конической ступени и фиксируют контргайкой 15.
В исходном положении (фиг. 1, 2) (в отсутствии рабочего давления в гидроцилиндре - в той или иной его полости) планшайба 4 занимает свободное - предназначенное для нее - пространство Р в корпусе 1 устройства, при этом сегменты 5 зажимного кольца разведены. Обжимаемый конец трубы 12 устанавливают на всю длину площади обжатия в ступень 11 отверстия, образуемого сегментами 5, при этом труба 12 на своем ложементе (на рисунках не показан) сохраняет возможность осевого перемещения.
При подаче давления в поршневую полость В гидроцилиндра 2 (фиг. 3, 4) шток 3, выдвигаясь, перемещает планшайбу 4 из пространства Р корпуса 1 с сегментами 5 зажимного кольца и оправкой 14. При этом перемещении сегменты 5 за счет сопряжения с внутренними поверхностям установленного на корпусе 1 опорного кольца 9, преодолевая сначала сопротивление возвратных пружин 8, а затем и сопротивление деформации трубы, смещаются к оси штока до упора конусных поверхностей ступени 10 отверстия в конусную поверхность оправки 14. Во время рабочего хода при поступательном движении планшайбы 4 из пространства Р корпуса 1 с сегментами 5 зажимного кольца и оправкой 14 совместно с ними перемещается и труба 12.
При подаче давления в штоковую полость Д гидроцилиндра 2, т.е. при обратном ходе штока 3 с планшайбой 4 (в ее пространство Р корпуса 1) с сегментами 5 зажимного кольца и оправкой 14, сегменты 5 под действием возвратных пружин 8 расходятся и освобождают обжатый конец трубы 12.
В случае, когда при контроле диаметра обжатого конца трубы выясняется, что обжатие не достаточно или больше нормы, осуществляют смещение оправки 14 по штоку 3 в сторону планшайбы 4 для уменьшения обжатия и противоположно для увеличения. Затем повторяется цикл обжатия и, добившись требуемого размера, запускают устройство в работу.
Если необходимо выполнить такое же обжатие труб того же наружного диаметра, но с другой толщиной стенки, то, не меняя сегменты 5 зажимного кольца, описанным выше способом производят только корректировку положения оправки 14 и получают требуемый размер диаметра обжатого конца.
Таким образом, представленное устройство для обжима концов труб обеспечивает обжатие концов труб при сравнительно простой своей конструкции с возможностью корректировки получаемого размера диаметра конца обжатой трубы без замены сегментов зажимного кольца.
Особенностью заявляемого устройства для обжима концов труб является выполнение обжимного устройства с конусной оправкой, установленной на штоке гидроцилиндра с возможностью регулирования ее положения по оси штока, а также выполнение образуемого сегментами зажимного кольца отверстия ступенчатым по длине, так, что ступень отверстия со стороны торца планшайбы, имеет форму круглого прямого усеченного конуса, подобную форме конусной оправки, а другая - ступень отверстия, выполненная с наружной стороны, имеет форму наружной поверхности трубы после обжатия.
Другая особенность заявляемого устройства в том, что изменения конструкции, связанные с дополнением его конусной оправкой, установленной с возможностью регулирования ее положения в осевом направлении на штоке гидроцилиндра, и выполнением отверстия ступенчатым не привело к существенному усложнению конструкции устройства. Внесенные изменения выражаются лишь в необходимости дополнительного изготовления оправок и частичного изменения формы сегментов зажимного кольца, но оправки имеют простую форму и просты в изготовлении, а уменьшение номенклатуры размеров сегментов изначально достаточно дорогих в изготовлении, даст значительное снижение стоимости устройства.
Заявляемое устройство для обжима концов труб, в частности обсадных и насосно-компрессорных труб, может найти широкое применение в области обработки металлических изделий давлением, поэтому он соответствует критерию «промышленная применимость». Например, заявляемое устройство для обжимки концов обсадных и насосно-компрессорных труб апробировано в ООО «КТИАМ» (г.Челябинск).