聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备
技术领域
本发明涉及一种管材成型设备,尤其是一种模块化并节约成本的聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)缠绕结构壁管材是目前国内外都已经普遍使用的雨、污排水管,该类管材由于采用了不同的结构壁设计形式,具备节约原材料、高环刚度、长使用年限、质量稳定可靠、连接方便、密闭性好等优势,因此具有强大的市场潜力。
结构壁管材种类较多,尺寸规格各不相同,各不同种类的结构壁管材采用各不相同的生产设备。设备制品比较单一,设备综合利用性能较差,且无潜力可挖,性价比差。
目前国内缠绕波纹管和中空壁缠绕管的生产设备已经非常成熟,但都具备单一性且只能生产管材母体,承插式连接的承插口需要二次加工成型,现行设备无潜力可发挥。
目前国内B型带螺旋加强肋和承插口的缠绕结构壁管(克拉管)的生产设备与成型工艺均参考国外设备,各不同规格需要配置整体内胀式实壁园筒模具,模具只能单一生产,不仅价格昂贵,而且有一定的使用寿命,整个生产线的产量还不高,能耗非常大。
分析目前国内各生产企业的生产设备情况,其技术瓶颈在于管材复合成型时的成型机构单一化,只能生产某一种结构的缠绕管,而且不能在线一次性解决承插口的生产成型问题,生产工艺存在一定的薄弱处。使得设备的维护及模具的成本较高。为适应不同种类规格的产品生产,需要多种配套的模具,而且模具的数量成倍才能完成管材不间断加工,造成投入成本高居不下,也制约了国内该行业的发展。
发明内容
本发明解决了现有生产设备中制品单一,综合利用率较差的缺陷,提供一种聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备,实现模块化组合,丰富制品种类,设备利用率较高。
本发明还解决了现有设备生产的管材承插口不能在线一次性成型,需要多次组合成型的缺陷,提供一种聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备,承口与插口在线一次性成型,提高成型效率。
本发明还解决了现有设备中的模具只能单一生产一种产品,且使用寿命较短,造成较高的生产成本,还会降低生产线的产量的缺陷,提供一种聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备,能生产多种规格的产品,使用寿命较长,并能降低生产成本,降低能耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备,包括设置在主轴上的成型部件、能沿着主轴轴线移动的挤出机及驱动机构,成型部件包括依次设置在主轴上的机械支撑手、钮旋送进笼、成型单元、承口模具及后端板,各成型部件结构相互独立且相邻成型部件之间留有间隙;钮旋送进笼包括套置在主轴上的支撑盘及均布在支撑盘外周上同步转动的若干滚轴;成型单元包括套置在主轴上的支撑架及设置在支撑架外周上可自由转动的圆筒;钮旋送进笼的外径与成型单元的外径相同。聚乙烯缠绕结构壁管材,比如克拉管,具有插口、中间管体和承口,插口与承口对接用来连接两克拉管,管材的三个部位需要在成型部件上成型,本设备的各成型部件长度都较短,组合后整体的长度也较短,且各成型部件之间相互独立,都能从主轴上拆卸,单独的成型部件体积小,重量轻,在搬运的时候比较方便,占用的空间较小;机械支撑手支撑管材的端部,满足长度大于设备整体长度的管材成型需要,当管材的端部伸出到钮旋送进笼外时,机械支撑手进行支撑,防止管材的端部位置发生变形、发生弯曲;为实现自动化,在短的成型设备上加工长的管材,管材需要在成型部件外轴向移动,钮旋送进笼具有扭摆的功能,扭摆后使得钮旋送进笼上的滚轴相对主轴的轴线发生偏转,滚轴转动过程中,已成型的管材受到轴向的分力,管材沿着主轴轴线前进,使得要成型的部位始终处于成型单元上,保证成型的质量满足要求;管材可以在成型部件外轴向移动,扩展了成型设备的加工产品的种类,可以生产各种长度的管材,而不用给一种长度的管材准备一支成型滚筒,降低了生产成本;成型单元为管材成型的主要加工部位,聚乙烯缠绕在圆筒外壁,缠绕过程中圆筒不断转动。
作为优选,成型单元内部的支撑架为两组,两支撑架相互平行,成型单元内部两支撑架之间设置有加热装置,该加热装置对圆筒进行加热。圆筒通过两组支撑架进行支撑,支撑稳定,圆筒转动平稳,管材缠绕过程中两相邻结构壁单元在该部位热熔黏结,圆筒由加热装置进行加热,保证黏结时聚乙烯处在一定的高温状态,防止聚乙烯由于冷却而影响两结构单元的黏结强度和黏结稳定性。
作为优选,成型单元的支撑架的外周上设置有轴承,轴承的外圈抵触在圆筒内壁上,成型单元内的加热装置采用热风加热装置或者电加热装置。圆筒内壁与支撑架之间为轴承,减小圆筒转动过程中的阻力,可以省去圆筒转动的动力,生产时管材的旋转可以带动圆筒转动。
作为优选,热风加热装置包括热风管及设置圆筒内的与热风管相连的吹风管,吹风管上设置有若干吹风口,吹风口朝向圆筒的内壁;电加热装置包括加热元件及通过电刷连接在加热元件两端的导线。热风管内吹出热风,热风对圆筒进行加热;电加热是通电后,加热元件发热对圆筒进行加热,通过加热,保证聚乙烯保持在一定的高温状态。
作为优选,钮旋送进笼支撑盘分为固定在主轴上的固定盘和可绕主轴扭摆的可转动盘,固定盘与可转动盘的外径相同;钮旋送进笼设置于主轴上,固定盘朝向管材送进方向;滚轴平行连接在固定盘与可转动盘的外周之间,滚轴的两端通过球头分别与固定盘和可转动盘连接;滚轴中至少有一根为与动力相连接的主动滚轴,主动滚轴通过链条或者齿轮连接其余的滚轴;可转动盘上设置有一段弧形齿,该弧形齿与摆杆相连接并可带动可转动盘相对主轴径向扭转。固定盘套置在主轴上固定不能转动,可转动盘相对主轴可以扭摆,可转动盘的扭摆是通过弧形齿来驱动实现,可转动盘扭摆一个角度后,滚轴的轴线与主轴的轴线之间产生偏转,滚轴绕着自身轴线转动,缠绕在滚轴上的聚乙烯受到一个轴向的分力,在该分力的作用下,聚乙烯管材输送前进,滚轴的两端通过球头连接,防止可转动盘转动过程中发生干涉,滚轴由其中一根主动滚轴带动同步旋转,保证每根滚轴的转速一致,确保管材内壁的平整。
作为优选,机械支撑手包括套置在主轴上的固定轴套、固定在固定轴套上呈十字形布置的四个气缸及与气缸相连的爪手,爪手的端部连接有滚筒;每个气缸的活塞杆端部固定有一个固定爪手并铰接有两个转动爪手,两转动爪手相对固定爪手对称布置,转动爪手之间通过弹簧拉紧。十字形支撑管材内壁,支撑力分布在管材内壁比较均匀,不会出现局部受力不足或者过大造成管材变形;爪手端部的滚筒方便管材相对机械支撑手旋转,保护管材内壁,每个爪手与管材内部具有三个支撑点,支撑更加稳定;气缸可以改变爪手的伸出长度,从而适应不同内径的管材的需要。
作为优选,承口模具具有与管材承口端的内部形状相配的模形,承口模具内部设置有套置在主轴上的支撑圆盘和加热装置。承口模具外部用来缠绕聚乙烯制作成管材的承口端,承口端的厚度较大,加热装置可以对承口模具进行加热,保持聚乙烯处在一定的温度。
作为优选,主轴为中空圆轴,主轴的长度大于单支管材的长度,主轴的端部的截面为方形。机械支撑手根据管材的长度沿着主轴轴线滑动,因此主轴的长度要大于制作的管材的长度。
作为优选,成型单元与承口模具之间的主轴上还套置有钮旋送进笼,处于成型单元与机械支撑手之间的钮旋送进笼为主钮旋送进笼,处于成型单元与承口模具之间的钮旋送进笼为副钮旋送进笼。在成型单元与承口模具之间增加一副钮旋送进笼,使用一种新的缠绕方式,聚乙烯的端头可以在成型单元上直接缠绕,缠绕到副钮旋送进笼上时,管材受到轴向力前进,管材的插口端套入到主钮旋送进笼,再由主钮旋送进笼提供轴向力,后续缠绕的位置始终处于成型单元上,这种加工方式,起始的插口段满足加工要求,不用裁切,杜绝端部缠绕缺陷而裁切造成的浪费。
作为优选,驱动机构包括驱动钮旋送进笼上的滚轴转动的驱动轴和驱动钮旋送进笼摆动的摆杆,驱动轴和摆杆均沿着主轴方向布置并穿过后端板与动力源相连。管材制作的时候,成型部件的外部都有缠绕的管材,因此驱动机构需要从设备的端部沿着轴线的方向连接到需要的部件上,本设备需要动力的部件主要是钮旋送进笼上的滚轴和可转动盘。
本发明的有益效果是:成型单元作为模块,成型单元依次套置在主轴上形成模块化组合,调整不同的模块组合可生产不同的管材,从而丰富产品种类,提高设备利用率;模块化组合方便快速,可以提高生产效率;钮旋送进笼通过扭转运动,可以驱动套置其上的管材前进,如此可以生产不同长度尺寸的管材,因此可以缩小各成型单元的尺寸,降低设备整体的成本,各成型单元相互独立,互不干涉,从而可以延长设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图;
图2是本发明一种主轴的结构示意图;
图3是本发明图2所示主轴主体的剖视图;
图4是本发明图2所示主轴端头的剖视图;
图5是本发明一种机械支撑手的结构示意图;
图6是本发明一种主钮旋送进笼的结构示意图;
图7是本发明图6所示结构中固定盘的结构示意图;
图8是本发明图6所示结构中可转动盘的结构示意图;
图9是本发明一种成型单元的结构示意图;
图10是本发明图9中支撑架的结构示意图;
图11是本发明图9中热风加热装置的结构示意图;
图12是本发明另一种成型单元的结构示意图;
图13是本发明一种承口模具的结构示意图;
图14是本发明一种后端板的结构示意图;
图15是本发明一种加工管材的结构示意图;
图16是本发明另一种结构的局部示意图;
图中:1、机械支撑手,2、主钮旋送进笼,3、成型单元,4、副钮旋送进笼,5、承口模具,6、后端板,7、摆杆,8、驱动轴,9、主轴,10、挤出机,11、端头,12、主体,13、固定轴套,14、缸体,15、活塞杆,16、转动爪手,17、滚筒,18、固定爪手,19、弹簧,20、铰接部,21、固定盘,22、滚轴,23、球头,24、可转动盘,25、球座,26、弧形齿,27、圆筒,28、支撑架,29、架体,30、轴承,31、热风加热装置,32、支撑杆,33、吹风管,34、电加热装置,35、支撑脚,36、支撑圆盘,37、支撑环,38、热风管孔,39、电缆孔,40、驱动轴孔,41、摆杆孔,42、插口部,43、管体部,44、承口部,45、螺旋加强肋。
具体实施方式
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1:一种聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备(参见附图1),包括一根主轴9,主轴的长度大于待加工聚乙烯缠绕结构壁管材(参见附图15)的长度。主轴(参见附图2附图3附图4)为中空轴,主轴分为端头11和主体12,其中端头的截面为方形,主体的截面为圆形。主轴上套置有多个成型部件,各成型部件结构相互独立且相邻成型部件之间留有间隙,主轴的主体上依次套置有机械支撑手1、主钮旋送进笼2、成型单元3、副钮旋送进笼4、承口模具5和后端板6。本设备还包括能沿着主轴轴线移动的挤出机10及驱动机构。
机械支撑手(参见附图5)包括套置在主轴上的固定轴套13、固定在固定轴套13上呈十字形布置的四个气缸及与气缸相连的爪手。气缸的缸体14固定到固定轴套的外表,气缸的活塞杆15的端部固定有铰接部20。每一个气缸上的爪手包括一个固定爪手18和两个转动爪手16,固定爪手与铰接部相固定,且与气缸的轴线处于同一条直线,转动爪手相对固定爪手对称铰接到铰接部上,两转动爪手之间通过弹簧19拉紧,爪手的端部连接有可转动的滚筒17。固定爪手的长度与转动爪手的长度相等。
成型单元(参见附图9附图10附图11)包括套置在主轴上的支撑架28及设置在支撑架外周上可自由转动的圆筒27。圆筒内部的支撑架为两组,两支撑架相互平行,成型单元内部两支撑架之间设置有热风加热装置31,热风加热装置对圆筒进行加热。支撑架包括中间的固定轴套13和固定在固定轴套外部的架体29,架体的端部固定有轴承30,轴承的外圈抵触在圆筒内壁上,圆筒的内壁对应轴承部位设置有轨道,该轨道对轴承进行限位。热风加热装置包括热风管及设置于圆筒内的与热风管相连的吹风管33,吹风管通过支撑杆32固定到固定轴套的外部,该固定轴套套置在主轴上。吹风管上设置有若干吹风口,吹风口朝向圆筒的内壁。
主钮旋送进笼2和副钮旋送进笼4采用相同结构,共同组成本设备的钮旋送进笼。其中主钮旋送进笼处于机械支撑手与成型单元之间,副钮旋送进笼处于成型单元与承口模具之间。钮旋送进笼(参见附图6附图7附图8)的外径与成型单元的外径相同,钮旋送进笼包括套置在主轴上的支撑盘及均布在支撑盘外周上同步转动的若干滚轴22。钮旋送进笼支撑盘分为固定在主轴上的固定盘21和可绕主轴扭摆的可转动盘24,固定盘与可转动盘的外径相同。钮旋送进笼设置于主轴上,固定盘朝向管材送进方向。滚轴平行连接在固定盘与可转动盘的外周之间,固定盘与可转动盘相对的面之间设置有球形的球座25,滚轴的两端固定有球头23,球头嵌入到固定盘和可转动盘上的球座内。滚轴中至少有一根为与驱动结构相连接的主动滚轴,主动滚轴通过链条或者齿轮连接其余的滚轴。可转动盘朝向承口模具的一侧表面上设置有一段弧形齿26,该弧形齿与驱动机构相连接并可带动可转动盘相对主轴径向扭转。
承口模具5(参见附图13)具有与管材承口端的内部形状相配的模形,承口模具内部设置有套置在主轴上的支撑圆盘36和热风加热装置31。承口模具的后端部设置有径向弯曲的支撑环37,支撑圆盘的侧面固定有呈直角的支撑脚35,支撑脚上设置有轴线相垂直的支撑轴承,支撑轴承的外圈分别与支撑环的内表面和端面相抵接。支撑圆盘的该侧面还设置有支撑轴承,该支撑轴承与支撑脚上相对的支撑轴承相互配合夹住承口模具的支撑环。
后端板(参见附图14)呈圆盘状,后端板的中间设置有固定轴套,固定轴套套置在主轴上。后端板的盘面上设置有热风管孔38、电缆孔39、两个摆杆孔41和两个驱动轴孔40。
驱动机构包括动力部件及与动力部件相连接的驱动轴8和摆杆7(参见附图1)。驱动轴的端部分别连接到主钮旋送进笼的滚轴中的主动滚轴和副钮旋送进笼的滚轴中的主动滚轴,摆杆的端部分别连接到主钮旋送进笼的可转动盘上的弧形齿和副钮旋送进笼的可转动盘上的弧形齿。此处的动力部件为伺服电机。
以加工克拉管(参见附图15)为例,克拉管具有插口部42、管体部43和承口部44,其中插口部的外径和承口部的外径均大于管体的外径,承口部的内径与插口部的外径相适配,管体外缠绕有螺旋加强肋45。加工的时候,挤出机具有两支挤出管,一支用于挤出内壁,另一支用于挤出加强肋。挤出机10先从成型单元的左侧端开始缠绕,此时先用挤出内壁的一支挤出管,同时成型单元的圆筒随着挤出力自动旋转,挤出机沿着轴线移动,挤出机的移动速度与圆筒的转动速度相对应。在满足插口部的厚度和外径后,挤出机开始缠绕管体部,同时另一支挤出管同时工作。在成型单元上进行缠绕的时候,热风加热装置一直工作对圆筒进行加热。挤出机沿着轴向移动,缠绕的位置逐渐移动到副钮旋送进笼4处。此时对应副钮旋送进笼的驱动机构开始工作,驱动轴开始驱动主动滚轴旋转,主动滚轴带动其他滚轴同步旋转,同时摆杆带动可转动盘扭转一个角度,这个角度根据克拉管的外径来定,一般为5-10°。可转动盘扭转后,滚轴的轴线相对主轴偏转,滚轴旋转给管材一个轴向的分力,管材转动的同时向前平移,插口部逐渐搭接上主钮旋送进笼2,同时对应主钮旋送进笼的驱动机构也开始工作,滚轴开始旋转,可转动盘也扭转一个相同的角度。同时挤出机后退,逐渐回位到起始位置,管材脱离副钮旋送进笼后,对应副钮旋送进笼的驱动机构停止。此时,管材受到主钮旋送进笼的驱动力,管材在旋转的同时还轴向平移。平移过程中,管材的插口部逐渐平移到机械支撑手所在的位置,气缸启动,爪手伸出,转动爪手端部的圆筒顶住管材的内壁,在管材内壁的弧形限定下,转动爪手绕着铰接部转动,直到固定爪手端部的圆筒顶住管材的内壁。待加工到设定长度后,驱动机构中的摆杆转动,驱动可转动盘回位,滚轴的轴线与主轴的轴线保持平行。挤出机再次沿着主轴轴线方向移动,同时对应副钮旋送进笼的驱动轴开始工作,副钮旋送进笼的滚轴旋转,同时副钮旋送进笼摆杆带动可转动盘扭转复位,挤出机的挤出端逐渐缠绕到副钮旋送进笼的外表面。完成克拉管的管体部位的缠绕后,开始缠绕克拉管的承口部,此时挤出机的位置与承口模具所在的部位相对应,承口模具内部的热风加热装置开始对承口模具进行加热。挤出端开始在承口模具的外表进行缠绕,直到完成承口部的缠绕。接着在主轴的两端挂上挂钩,将整个设备连同上面的管材同时转移到冷却位置进行冷却。待管材冷却后对管材进行修整,修整完备后,可成型部件停止工作,收回机械支撑后,钮旋送进笼恢复送进力并让管材脱出整个设备,接着在承口内壁进行电阻丝安装,完成整个克拉管的加工。
实施例2:一种聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备(参见附图12),本设备中的成型单元内部的加热装置采用电加热装置34,电加热装置包括电热丝和电热丝两端的电刷,电热丝对应圆筒的内壁,电刷与电缆相连接,电缆穿过后端板的电缆孔与电源相接。其余结构参照实施例1。
实施例3:一种聚乙烯缠绕结构壁管材复合成型设备(参见附图16),本设备中只使用一个钮旋送进笼,就是主钮旋送进笼2,省却一个副钮旋送进笼。其余结构参照实施例1。
加工的时候,先在主钮旋送进笼的外表进行缠绕,挤出机同时沿着主轴的轴线方向移动,挤出部位逐渐转移到成型单元的圆筒上,接着对应主钮旋送进笼的摆杆进行工作,可转动盘扭转一个角度,管材开始沿着主轴轴线方向移动,接着按照实施例1中后续的加工步骤开始缠绕,待全部加工后将起始段的部位裁切去掉,保证克拉管缠绕原料之间的融合效果。
以上所述的实施例只是本发明的三种较佳方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。