一、坡口機(jī)的研究概況
在管道鋪設(shè)或管接修復(fù)過程中，需要對(duì)管道進(jìn)行切割／開坡口作業(yè)，以便進(jìn)行焊接。切割／坡口機(jī)是管道換接修復(fù)過程中不可缺少的專業(yè)設(shè)備，它所涉及的各項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外有成形產(chǎn)品出售。我國(guó)的產(chǎn)品多數(shù)為模仿國(guó)外制造。國(guó)外具有代表性的坡口機(jī)產(chǎn)品有以下幾種。
1、火焰切割／坡口機(jī)
火焰切割／坡口機(jī)：鋼帶式火焰切割和坡口機(jī)采用鋁制機(jī)身，重量輕，適合現(xiàn)場(chǎng)切割管道，坡口機(jī)的導(dǎo)軌采用不銹鋼凸緣導(dǎo)軌，(鋼帶通過搭接，直徑可調(diào))，行走穩(wěn)定準(zhǔn)確，切割線不錯(cuò)位坡口角度可調(diào) 帶有15m電動(dòng)遙控器，速度可調(diào)，正反轉(zhuǎn)控制，非常適應(yīng)海上平臺(tái)導(dǎo)管架切割和管道切割 產(chǎn)品適用管徑為250～2400mm的管道：馬鞍形環(huán)齒輪式火焰切割／坡口機(jī)適合車間高效率下料，而且可擴(kuò)展成斜口切割機(jī)。鋁制機(jī)身，重量輕，裝配精度極高，鞍座和環(huán)齒輪同軸度達(dá)到±0．64mm，端面垂直度達(dá)到±0．38mm。電動(dòng)型配15m長(zhǎng)遙控電纜，可調(diào)速和正反轉(zhuǎn)。一種機(jī)型可適用四種相鄰管徑。坡口角度可調(diào)。配雙割把架，可以同時(shí)割出雙側(cè)坡口 配圓度靠輪，可以適應(yīng)不圓的管子切割～系列產(chǎn)品，適用管徑為50～1200ram的管道。
2、管端坡口機(jī)
內(nèi)卡式、外卡式坡口機(jī)和管端坡口車床。內(nèi)卡式管道坡口機(jī)有兩個(gè)型號(hào)，適合于小管徑管道加工坡口。它由氣動(dòng)操作，防爆，適用于石化 馬鞍形環(huán)齒輪式煉油企業(yè)管道維修。坡口機(jī)工作時(shí)通過超強(qiáng)自鎖內(nèi)卡芯軸卡于管道內(nèi)，不打滑，不振顫，不彎曲變形。外卡式管道坡口機(jī)有多個(gè)型號(hào)，采用多刀車削方式，適用于小管徑管道。管端坡口車床內(nèi)徑卡緊，便攜，尤其適合厚壁管端加工處理 內(nèi)卡式管 外卡式管 管端坡道坡口機(jī) 道坡臼機(jī) L】車床。
3、全自動(dòng)柔性切管機(jī)
全自動(dòng)柔性軸切管機(jī)結(jié)構(gòu)比較特殊，機(jī)頭沒有任何動(dòng)力馬達(dá)，動(dòng)力來自柔性扭矩傳輸軸?？梢詫?duì)管道進(jìn)行切割、開槽等作業(yè)。適用于鑄鐵管、水泥管、鋼管、石棉管和塑料管等。管道切割機(jī)快速、**作業(yè)，也可在水中作業(yè) *大切割厚度達(dá)60nun。
4、爬管式管道切割／坡口機(jī)
爬管式切割／坡口機(jī)是一種便攜式銑削機(jī)，它通過鏈條將機(jī)體固定在管道上，驅(qū)動(dòng)鏈輪使機(jī)體帶著旋轉(zhuǎn)的切割刀和坡口刀沿鏈條爬行一周，完成管道的切割和開坡口?它由液壓驅(qū)動(dòng)，可以在管子水平或者垂直方向作業(yè)，也可以在壕溝和180m深水下作業(yè) 它可以在帶壓的管道或者罐體上進(jìn)行冷切割和坡口加工，加工精度高，**防爆，特別適合惡劣環(huán)境(風(fēng)沙、污泥、水下)工作，適合海上鉆井、鋪管及各種水上安裝工程美國(guó)瓦奇閘刀式管道切割鋸是系列產(chǎn)品?？梢愿钿弻?shí)心／空心管道和棒料?？捎糜谧詠硭尽⑤敋夤尽捰蛷S、核電站、化工廠等行業(yè)。閘刀式管鋸固定時(shí)需用帶鏈條的臺(tái)鉗將閘刀鋸和管子夾緊，精加工的鑄鐵V形馬鞍底座確保切口的平直：管鋸可在管外的任何位置安裝，垂直和水平作業(yè)的效果同樣出色。它可以采用氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)控制，搖把負(fù)責(zé)手工進(jìn)給，馬達(dá)負(fù)責(zé)鋸割，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壁厚的150mm管子在6min內(nèi)便可以割斷。鋸條采用通用的硬質(zhì)合金高強(qiáng)度鋸條，更換方便，由于在切割回程中是將刀刃從割口處提升，因此刀刃壽命大大延長(zhǎng)。除了上述切割／坡口機(jī)外，還有：爬管式切割／坡口機(jī)，原理同瓦奇坡口機(jī)，性能稍有差異。薄壁細(xì)長(zhǎng)管切割／開坡口的RA系列管道切割兼坡口機(jī)；適用于鍋爐、換熱器管道處理的BRB系列坡口機(jī)；適用于現(xiàn)場(chǎng)和車間厚壁管道管端處理加工的坡口機(jī)。用于城市公用供暖、供氣管道施工的手動(dòng)切割刀等等。綜上所述，國(guó)外用于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的切割／坡口機(jī)成型產(chǎn)品可靠性高，適合于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，但在很大程度上是由人手工操作的，自動(dòng)化程度并不高。
坡口機(jī)的分析和展望
二、 坡口機(jī)分析
在上述介紹的各種切割／坡口機(jī)中，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效果*好的坡口機(jī)屬爬管式切／坡口機(jī)，在管道維修這一領(lǐng)域有很強(qiáng)的實(shí)用性。它具有如下特點(diǎn)：
(1)應(yīng)用面廣。由氣動(dòng)或者液壓驅(qū)動(dòng)，它可以在管子水平或者垂直方向作業(yè)，安裝防腐外殼后可以在壕溝和深水下作業(yè)。(2)加工對(duì)象范圍大。直徑為150～1800mm的碳鋼、不銹鋼、球墨鑄鐵、鑄鐵及大部分合金材料管道。甚至直徑達(dá)100m的油罐。
(3)銑削切割方式，可以切下4．17～75mm的金屬，而且不改變機(jī)加工表面的物理性能。
(4)加工精度較高。一般情況下，端面垂直度在1．56ram范圍內(nèi)。如果使用導(dǎo)軌附件可將加工精度保持在0．125mm以內(nèi)。采用導(dǎo)軌和特殊導(dǎo)軌輪可在零能見度下進(jìn)行垂直切割、水下切割及多道切割。
(5)**防爆。切割機(jī)在易爆的環(huán)境下可以在天然氣、原油及燃料管上作業(yè)，它曾經(jīng)用于切割導(dǎo)彈燃料系統(tǒng)。
(6)安裝簡(jiǎn)單。將可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)鏈條連接起來并扣緊在管道上，便可開動(dòng)機(jī)器。
(7)海上管道維護(hù)。液壓型的切割／坡口機(jī)采用全封閉液壓系統(tǒng)，特別適合惡劣環(huán)境(風(fēng)沙、水下)工作。適合海上鉆井、鋪管及各種水上安裝工程。
(8)抗腐蝕。使用不銹鋼螺絲、特殊軸承、鉛封及鋅層等附件，可防止鹽水作業(yè)下的腐蝕。
三、坡口機(jī)的展望
從目前國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀來看，爬管式坡口機(jī)不僅能在水下工作，也能在干式環(huán)境中工作，而且能適應(yīng)大范圍管徑的管道切割／開坡口作業(yè)。但是該坡口機(jī)屬于半自動(dòng)的，針對(duì)不同材質(zhì)、不同性能的材料所用切削速度應(yīng)是多少，需要靠人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)作現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。如遇能見度較差的海情，作業(yè)將非常困難；而且我國(guó)海域環(huán)境較為復(fù)雜，該坡口機(jī)還需要進(jìn)一步完善。
四、簡(jiǎn)述焊接坡口的基本機(jī)構(gòu)
端面坡口機(jī)主要包括：床身與拖板、床頭箱、刀盤刀架、夾緊機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)等。其中刀盤刀架的結(jié)構(gòu)，主要有刀盤體(刀盤1、絲杠10)、浮動(dòng)刀架(底座2、彈簧9、調(diào)節(jié)螺釘3、刀座4、定位塊11)、內(nèi)仿形靠模裝置(定位軸8、滾輪7)組成。
刀盤采用鑄鋼制造，在盤面上有一個(gè)“+”字形的槽，裝有4根絲杠，*多可安裝4個(gè)刀架，以滿足各種復(fù)雜形式的坡口要求(如Y、U形)。刀架上帶
有刻度尺，方便調(diào)整。刀架由調(diào)整絲杠調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)刀具的徑向運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)于不同管徑的切削加工。在浮動(dòng)刀架上，彈簧9裝在刀座4中，通過調(diào)節(jié)螺釘3和定位塊11來調(diào)節(jié)彈簧9的初壓力。在刀座和底座之間有一燕尾結(jié)構(gòu)，起導(dǎo)向作用。在燕尾結(jié)構(gòu)上，有油路系統(tǒng)，以供潤(rùn)滑，減少運(yùn)動(dòng)阻力，降低磨損。在燕尾的兩側(cè)，有兩塊襯鐵，以減少對(duì)刀座底座的磨損，又便于拆換。應(yīng)注意的是，襯鐵材料的硬度要低于刀座和底座的硬度。內(nèi)仿形靠模裝置，滾輪通過定位軸、軸承安裝在浮動(dòng)刀架上。在定位軸的一端裝有壓蓋和防松螺母，以防滾輪松動(dòng)。
井和吊頂內(nèi)安裝的管道以及裝飾板后、地坪內(nèi)敷設(shè)的管道。解決的辦法首先盡量利用自然補(bǔ)償，即利用管道敷設(shè)中的自然彎曲(如L型、z型、J'l型等)吸
收管道因溫差產(chǎn)生的變形。
五、工作原理
上料機(jī)構(gòu)將需加工的鋼管傳送到夾緊機(jī)構(gòu)，通過油缸動(dòng)作，被加工的鋼管升降，軸向移動(dòng)，然后由夾緊機(jī)構(gòu)夾緊。主軸油缸驅(qū)動(dòng)拖板移動(dòng)，使刀盤靠
近工件一對(duì)刀，使端面刀或斜面刀(JJn工端平面時(shí)，用端面刀．力Ⅱ工坡口時(shí)，用斜面刀，兩者也可同時(shí)使用)接近而不接觸工件。調(diào)節(jié)絲杠使刀架沿著絲杠
作徑向運(yùn)動(dòng)，使?jié)L輪剛好接觸工件內(nèi)壁，這時(shí)再稍稍調(diào)節(jié)絲杠，使?jié)L輪受到工件的反作用力，使彈簧受到比初壓力更大的力，稱作靠模。進(jìn)行切削時(shí)，大功率的電機(jī)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)床頭箱減速，驅(qū)動(dòng)刀盤以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，主軸油缸驅(qū)動(dòng)拖板移動(dòng)，使刀盤在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)軸向進(jìn)給，滾輪與被加工鋼管內(nèi)壁接觸，端面刀或斜面刀進(jìn)行切削。圖3靠模原理圖在切削過程中，刀架浮動(dòng)，滾輪內(nèi)仿形，使得鋼管的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)一致，確保切削后的鋼管端面坡口均勻一致，有效地消除了焊接鋼管在直徑方向上的橢圓度對(duì)坡口均勻度的影響。
假設(shè)對(duì)刀時(shí)，調(diào)節(jié)絲杠使?jié)L輪處于A位，彈簧受的壓力為廠a；由于鋼管內(nèi)壁不圓，隨著刀盤的旋轉(zhuǎn)，滾輪從A位運(yùn)動(dòng)到B位，滾輪受壓，彈簧受的壓力由．廠a增大到A；當(dāng)滾輪從B位運(yùn)動(dòng)到C位，由于彈簧的彈力作用，推動(dòng)刀座復(fù)位，顯然，由于壓縮彈簧的作用，滾輪始終接觸被加工鋼管的內(nèi)表面。實(shí)際上，滾輪中心的運(yùn)動(dòng)曲線和工件內(nèi)壁是相一致的，即內(nèi)仿形。
