一种径向挤压机供气装置、气源转接口、径向挤压机及加工方法与流程

本发明涉及混凝土管道加工设备，尤其涉及对径向挤压制管机供气装置的改进、包含该改进后供气装置的径向挤压机及工作方法。

背景技术：

上世纪七、八十年代，美国麦克拉肯公司、亥爵罗泰尔等公司的立式制管技术面世，该项技术能够大幅度提高混凝土管的加工制造效率。在80年代中期，国内有相关企业引进了该项技术制造混凝土管，但对于其核心技术一直不得要领。导致在2010年之前该项技术一直处于停滞的状态。类似管材大多采用芯模振动技术进行加工生产，芯模振动技术能够加工出符合市场要求的管材，但其生产周期长、加工效率低。2010年后，随着国内基础建设的发展，混凝土制品加工设备制造企业又开启了对该项目的自主化研发工作。

现阶段国内对混凝土管的要求有了明显的变化，一是直径越来越大、二是承压要求越来越高。这对设备制造企业来说形成了极大的挑战。为适应以上要求，管道内需要高精度地设置钢筋笼，然而钢筋笼在模具内部定位的难度极大，毕竟在成型过程中挤压头由下至上进行圆周壁成型时对设置在模具内壁内侧的钢筋笼有较大的偏载冲击力，易造成钢筋笼位置偏移，最终造成残次品。

为此，国内有生产企业提出了对钢筋笼在模具内进行定位的创新技术，公布号：cn102294747a，名称：制管机模具的专利技术提出以下技术方案“包括模具筒体，模具筒体上设置开模装置，模具筒体下端通过底托固定装置将底托固定在模具筒体内，所述模具筒体的上端和下端的外侧壁上分别沿模具筒体圆周均匀设置至少三个气缸安装架，所述各气缸安装架上安装气缸，且各气缸的活塞杆分别指向模具筒体中心，所述各气缸的活塞杆上安装一片钢板，模具筒体与各钢板对应的位置设置一个能让钢板通过的条形槽。”在实施该项技术时，需要对接外部的气源，对模具上的气缸的“进”、“退”进行驱动。为解决这一问题，“申请号：201820362551.6，名称：一种径向挤压制管机供气装置”的专利技术提出了一种从外部将气源利用运动对接的形式向模具上气缸供气的技术。其技术方案包括：包括减震板（31）、侧安装座（32）、气缸（33）、气缸连接板（34）、橡胶弹簧（35）、通气板（36）、固定挡块（37）、气管头（38）；其中所述侧安装座（32）设置在所述气缸（33）侧面，所述减震板（31）通过螺钉连接在所述安装座（32）外侧；所述气缸（33）设置有气缸杆（331），所述气缸连接板（34）固定连接在所述气缸杆（331）的一端，所述橡胶弹簧（35）一端连接所述气缸连接板（34）一端连接所述通气板（36）；所述气管头（38）设置在所述通气板（36）上；所述固定挡块（37）为两个，上下对称设置在所述通气板（36）上，所述固定挡块（37）的一端均连接有头部为尖状的固定管（371），所述固定管（371）的直径小于所述固定挡块（37）的直径；所述气管头（38）的长度稍大于所述固定挡块（37）的长度。该案的供气装置采用的是平面气嘴对接、固定挡块定位的技术模式。在实际应用时，由于生产环境恶劣，粉尘多、振动大，固定挡块定位需较高的精度，一旦发生径向的微量偏移，易发生对接失准，对接的气嘴密封易失效，导致整机工作时模具上定笼气缸动作不灵敏、不准确。最困扰本领域的技术问题是，由于轴向对接供气，无论是工进状态或工退状态，气缸（33）需一直保持大于工进/工退气压的气压，否则在工作时对接处工进/工退气压造成的反作用力会导致对接嘴处漏气，这造成气缸（33）的工作能耗极高，需要在加工过程中保持全过程的高压顶紧状态。

此外，在加工过程中供气装置尽管仅仅是一个基础性的整机部件，但其动作灵敏度（动作时间准确性、驱动插板运动的速度等要素）一旦降低，一是会导致所混凝土管77（如图18）的外壁上残留插板“疤痕”，轻则是产品品相问题，重则会导致整体管材强度下降；二是会导致混凝土管77内部的钢筋笼76定位不准（不在管材厚度方向的设计位置），导致混凝土管77强度降低。

技术实现要素：

本发明针对以上问题，提供了一种能够适应混凝土制品加工环境，在恶劣环境的运行中能够保证供气可靠性，降低故障率，且能够降低供气头驱动气缸能耗的径向挤压机供气装置、气源转接口、径向挤压机及加工方法。

本发明的技术方案是：包括气源、基座、供气头驱动气缸和供气头，所述供气头连接在所述供气头驱动气缸的活塞杆端头，所述供气头包括供气头底座、供气头工作段和锥形头端；

在所述供气头底座上开设有至少二个底座径向孔，所述底座径向孔包括底座径向甲孔和底座径向乙孔两种；

在所述供气头底座的端面上开设有至少二个底座轴向孔，所述底座轴向孔包括供气头轴向甲孔和供气头轴向乙孔两种；所述供气头轴向甲孔和供气头轴向乙孔朝向所述供气头底座端面的孔口分别封闭；

在所述供气头工作段上开设有至少二个工作段径向孔，所述工作段径向孔包括工作段甲孔和工作段乙孔；

所述气源包括气源甲和气源乙，所述气源甲依次连接所述底座径向甲孔、供气头轴向甲孔和工作段甲孔；所述气源乙依次连接所述底座径向乙孔、供气头轴向乙孔和工作段乙孔；

在所述供气头工作段的表面、对应各所述工作段径向孔开设有工作段径向孔环槽。

在各所述工作段径向孔环槽的槽口外侧设有密封圈。

在所述工作段甲孔和工作段乙孔之间的供气工作段表面还开设有环形隔离槽。

本发明的气源转接口具有中孔的柱状体，所述中孔的内径与所述的供气头工作段的外径适配；在所述气源转接口内壁上开设有气源转接口甲孔和气源转接口乙孔，

所述气源转接口甲孔的轴向位置与所述的工作段甲孔所在工作段径向孔环槽位置相适配，

所述气源转接口乙孔的轴向位置与所述的工作段乙孔所在工作段径向孔环槽位置相适配。

在所述气源转接口内壁上还开设有与所述环形隔离槽轴向位置相匹配的隔离槽排气孔。

在所述气源转接口内壁上还开设有气压平衡孔。

本发明的径向挤压机包括机架、动力箱、布料装置、动力轴、挤压头、插口成型装置、旋转底盘、模具和控制柜，所述模具至少在同一高度上设置有一层在圆周方向均布的定笼气缸，

还包括所述的供气装置，所述模具上还设有所述的气源转接口，所述气源转换接口甲孔连接所述定笼气缸的甲气口，所述气源转换接口乙孔连接所述定笼气缸的乙气口，

所述供气装置设置在所述旋转底盘外部，所述模具设置在所述旋转底盘上，所述气源转接口固定设置在所述模具的下部，所述气源转接口的轴心与所述供气装置的轴心同轴，所述供气装置的供气头朝向所述的模具上的所述气源转接口。

在所述模具上设有上、下两层定笼气缸。

本发明径向挤压机的加工方法，按以下步骤进行：

1）、将钢筋笼置入模具内，再将模具转运进加工工位；

2）、下层、上层定笼气缸工进，下层、上层定笼气缸驱动插板将钢筋笼在模具中固定定位；

3）、挤压头下降至模具底部，开始布料；

4）、挤压头处于最底位置，开始旋转、挤压物料，在挤压头外壁和模具内壁之间塑形；

5）、挤压头上升，同时补充物料，在挤压头上缘高度进入下层定笼插板下缘高度后，下层定笼气缸工退，将下层定笼插板前端退至与模具内壁处于同一表面，挤压头保持旋转、继续上行；

6）、当挤压头上升至上层定笼气缸位置，在挤压头上缘高度进入上层定笼插板下缘高度后，上层定笼气缸工退，将上层定笼插板前端退至与模具内壁处于同一表面，挤压头保持旋转；

7）、挤压头继续上升，直至完成混凝土管整体塑形。

本发明的技术方案中改变现有技术中面对面送气的供气模式，改进为插入对接后，在环形腔内进行供气，消除了现有技术中送气的反作用力。使得装置具备以下技术效果：

1、供气头对接口，无需供气头驱动气缸保持较高气压来维持“顶紧”。原因是环形供气，不存在轴向反作用力。

2、将甲孔和乙孔分别设置在供气头工作段前、后，中间增加隔离槽，防止“串气”，可以保证气动回路的工作效率。

3、在加工工程中，对上、下层气缸，进行分别控制（根据挤压头工作时相对于上、下层插板的不同高度）可以有效保证钢筋笼处于混凝土管内的设计位置，防止偏移。

以上对供气装置和气源转接口的改进，使得供气装置的动作灵敏、可靠，进一步提高了供气“精度”。在确保供气“精度”的情况下。本发明的加工方法对定笼插板的动作进行了精密控制，能够及时退回插板，保证物料在挤压头作用下能够“补实”插板疤痕；同时，插板退回的时机进行了精度控制，在管材底部物料夯实的基础上，对于管材下部由于钢筋笼下部由已经塑形的物料定位，钢筋笼上部由上层插板定位；在挤压头继续上行到上层插板位置时，再工退上层插板，此时钢筋笼大部分已经由已经塑形的物料定位。

本发明设计精巧，能够节约气源，实现对气路的精度控制。以本发明的整机和制管工艺所加工的管材品质好，精度高。

附图说明

图1是本发明的立体图，

图2是图1中a部局部放大图，

图3是本发明的结构示意图，

图4是图3的俯视图，

图5是本发明中供气头的立体示意图，

图6是图5沿轴线旋转180°的立体示意图，

图7是本发明中供气头的结构示意图，

图8是图7中b-b剖视图，

图9是本发明中气源转接口的立体示意图，

图10是本发明中气源转接口的结构示意图，

图11是本发明中供气装置的工作原理图一，

图12是本发明中供气装置的工作原理图二，

图13是本发明整机立体图，

图14是本发明制管过程的工作原理图一，

图15是本发明制管过程的工作原理图二，

图16是本发明制管过程的工作原理图三，

图17是本发明制管过程的工作原理图四，

图18是本发明的背景技术中混凝土管的结构示意图。

图中实线箭头线表示相关部件运动方向，点线箭头线表示加料状态，空心箭头表示气动方向。

图中1是机架，2是动力箱，3是布料装置，4是动力轴，41是挤压头，5是插口成型装置，6是旋转底盘，

7是模具，

71是气源转接口，710是中孔，7101是模具甲孔接头，7102是模具乙孔接头，

71j1是气源转接口甲孔一，71j2是气源转接口甲孔二，71h1是气源转接口乙孔一，71h2是气源转接口乙孔二，

712是隔离槽排气孔，713是气源转接口连接孔，714是气压平衡孔，

72是下层定笼气缸，721是下层定笼插板，73是上层定笼气缸，731是上层定笼插板，74是插板口，75是底模，76是钢筋笼，77是混凝土管，771是缺口；

8是供气装置，81是供气头，

811是供气头底座，

8111是底座轴向孔，

8111j1是供气头轴向甲孔一，8111j2是供气头轴向甲孔二，8111h1是供气头轴向乙孔一，8111h2是供气头轴向乙孔二，

8112是底座径向孔，

8112j1是供气头径向甲孔一，8112j2是供气头径向甲孔二，8112h1是供气头径向乙孔一，8112h2是供气头径向乙孔二，

8113是底座连接孔，

812是供气头工作段，8121是工作段径向孔，8121j1是工作段甲孔一，8121j2是工作段甲孔二，8121h1是工作段乙孔一，8121h2是工作段乙孔二；

81211是工作段径向孔环槽，81212是环形隔离槽，81213是密封圈安置槽，

813是锥形头端，

8101是供气头甲孔接头，8102是供气头乙孔接头，

82是供气头驱动气缸，821是推板，822是柔性连接件，

9是控制柜。

具体实施方式

本发明中的部分术语解释说明：

工进：驱动模具上/下定笼插板（731、721）做插入动作；

工退：驱动模具上/下定笼插板（731、721）做退出动作。

本发明中所有技术特征中涉及“甲孔”、“乙孔”的分别为一个同方向气道；

以下结合附图进一步表述本发明，

如图1-8所示，供气装置8包括气源、基座、供气头驱动气缸82和供气头81，供气头81连接在供气头驱动气缸82的活塞杆端头，供气头81包括供气头底座811、供气头工作段812和锥形头端813；供气头驱动气缸82的杆头端连接有推板821，推板821通过柔性连接件822连接在供气头底座811的底座连接孔8113上，以此实现驱动气缸82（活塞杆）对供气头81的连接。

在供气头底座811上开设有至少二个底座径向孔8112，底座径向孔8112包括底座径向甲孔和底座径向乙孔两种；

在供气头底座811的端面上开设有至少二个底座轴向孔8111，底座轴向孔8111包括供气头轴向甲孔和供气头轴向乙孔两种；供气头轴向甲孔和供气头轴向乙孔朝向供气头底座811端面的孔口分别封闭；该底座轴向孔8111的设置用于连接底座径向孔8112和工作段径向孔8121。

在供气头工作段812上开设有至少二个工作段径向孔8121，工作段径向孔8121包括工作段甲孔和工作段乙孔；工作段甲孔和工作段乙孔在工作段轴向位置上错开设置。

这样，以上在底座上开设的两种孔（甲孔、乙孔）形成了进气和出气回路，反之亦然。

此外，还有一点需要说明。由于在实际应用中会出现不同规格的模具（模具直径不同），对供气头驱动气缸82的行程也就有不同的长短要求。鉴于目前对于气缸行程控制有电磁阀控制、感应开关控制和磁环定位等多种技术，在现有技术中均已属于常规技术手段，在本案中不再赘述。

气源包括气源甲和气源乙，气源甲依次连接底座径向甲孔、供气头轴向甲孔和工作段甲孔；气源乙依次连接底座径向乙孔、供气头轴向乙孔和工作段乙孔；如图2所示，设有供气头甲孔接头8101和供气头乙孔接头8102来分别提供气源甲和气源乙。需要说明的是气源甲、气源乙是两个不同的气路走向，可以利用同一气源外加电磁阀组进行替代。

在供气头工作段812的表面、对应各工作段径向孔8121开设有工作段径向孔环槽81211。该槽的设置保证了同向气孔在对接时不需要精密地孔对接，只需将所需对接的气孔推进至轴向上相同位置的工作段径向孔环槽81211即可完成气道流通。

在各工作段径向孔环槽81211的槽口外侧设有密封圈。在供气头工作段812上开设密封圈安置槽81213安置密封圈，用于保持各工作段径向孔环槽81211内工作段径向孔8121导气时的气密性，维持供气装置的良好性能。

在工作段甲孔和工作段乙孔之间的供气工作段表面还开设有环形隔离槽81212。用于控制工作段甲孔和工作段乙孔之间进退气工作互不干扰。

如图1-4、9-10，气源转接口71具有中孔710的柱状体，中孔的内径与供气头工作段812的外径适配；在气源转接口71内壁上开设有气源转接口甲孔和气源转接口乙孔，

气源转接口甲孔的轴向位置与工作段甲孔所在工作段径向孔环槽81211位置相适配，

气源转接口乙孔的轴向位置与工作段乙孔所在工作段径向孔环槽81211位置相适配。

为适应径向挤压机拥有上层定笼气缸和下层定笼气缸的双层设置，在供气头81与气源转接口71上匹配设有两条供气回路：

由供气头径向甲孔一8112j1→供气头轴向甲孔一8111j1→工作段甲孔一8121j1→气源转接口甲孔一71j1→气源转接口乙孔一71h1→工作段乙孔一8121h1→供气头轴向乙孔一8111h1→供气头径向乙孔一8112h1形成第一条供气回路；

由供气头径向甲孔二8112j2→供气头轴向甲孔二8111j2→工作段甲孔二8121j2→气源转接口甲孔二71j2→气源转接口乙孔二71h2→工作段乙孔二8121h2→供气头轴向乙孔二8111h2→供气头径向乙孔二8112h2形成第二条供气回路。

在气源转接口71内壁上还开设有与环形隔离槽81212轴向位置相匹配的隔离槽排气孔712。隔离槽排气孔712是为了排出供气头工作段812漏出的气体，以防止影响其他工作段径向孔8121的供气。

在气源转接口71内壁上还开设有气压平衡孔714。气压平衡孔714的设置是为了控制气源转接口71内气压的平衡。

在气源转接口71的一侧底面端上还开设有两个气源转接口连接孔713，气源转接口71通过气源转接口连接孔713连接在模具7上。

本发明中的供气装置和气源转接口，由于存在锥形头端，即便出现了位置误差也能保证供气头通过端部的锥形头端813进行导向，进入气源转接口的中孔710内。

如图13，该径向挤压机包括机架1、动力箱2、布料装置3、动力轴4、挤压头41、插口成型装置5、旋转底盘6、模具7和控制柜9，模具7至少在同一高度上设置有一层在圆周方向均布的定笼气缸，

还包括供气装置8，模具7上还设有气源转接口71，气源转换接口甲孔连接定笼气缸的甲气口，气源转换接口乙孔连接定笼气缸的乙气口，气源转接口71上还设置有模具甲孔接头7101和模具乙孔接头7102，分别通过管路连接定笼气缸。以模具上设置两侧气缸为例，实现工进的模具甲孔接头7101需要一个接头，而实现两层气缸不同步工退时，模具乙孔接头7102则需要设置两只，当然与之适配的气路也应该是两条。

供气装置8设置在旋转底盘6外部，模具7设置在旋转底盘6上，气源转接口71固定设置在模具7的下部，气源转接口71的轴心与供气装置8的轴心同轴，供气装置8的供气头朝向模具7上的气源转接口71。

在模具7上设有上、下两层定笼气缸。上层定笼气缸73与下层定笼气缸72用于固定模具7中的钢筋笼76，定笼气缸上设有插板，工进、退时插板通过模具7上开设的插板口74进出。模具7的底部还设有底膜75，用于模具7在浇注混凝土管77时对其底部的支撑和固定。

如图11-17，径向挤压机的加工方法，按以下步骤进行：

1）、将钢筋笼76置入模具7内，再将模具7转运进加工工位；

2）、下层、上层定笼气缸工进，下层、上层定笼气缸驱动插板将钢筋笼76在模具8中固定定位；工进原理如图11所示，供气装置8沿供气头径向甲孔一8112j1→供气头轴向甲孔一8111j1→工作段甲孔一8121j1→气源转接口甲孔一71j1→进入上/下层定笼气缸（73、72）的工进腔→驱动上/下层定笼插板（731、721）工进，

上/下层定笼气缸（73、72）的工退腔回气→气源转接口乙孔一71h1→工作段乙孔一8121h1→供气头轴向乙孔一8111h1→供气头径向乙孔一8112h1实现回气。

以上气动过程实现了上/下层定笼气缸（73、72）的工进。

在本案中对于以上工作过程可以设置两条回路对上下层定笼气缸同时分别供气，即包括沿供气头径向甲孔二8112j2→供气头轴向甲孔二8111j2→工作段甲孔二8121j2→气源转接口甲孔二71j2；

回气时，某层气缸的工退腔回气→气源转接口乙孔二71h2→工作段乙孔二8121h2→供气头轴向乙孔二8111h2→供气头径向乙孔二8112h2实现回气。

以上供气即可对定笼气缸实施驱动，使得定笼插板工进对模具7中的钢筋笼76进行固定定位。

3）、挤压头41下降至模具7底部，开始布料；如图14所示，由动力轴4驱动挤压头41慢慢降至模具7的底部。

4）、挤压头41处于最底位置，开始旋转、挤压物料，在挤压头41外壁和模具7内壁之间塑形；如图15所示，物料由模具7顶部倒入由挤压头41挤压慢慢渗入挤压头41外壁和模具7内壁之间，挤压头41同步旋转、挤压物料，塑造混凝土管77。

5）、挤压头41上升，同时补充物料，在挤压头41上缘高度进入下层定笼插板721下缘高度后，下层定笼气缸72工退，将下层定笼插板721前端退至与模具7内壁处于同一表面，挤压头41保持旋转、继续上行；

如图16所示，在挤压头41上升至下层定笼插板721下缘高度前，下层定笼插板721需退出，以防止混凝土管77在模具7内塑形时侧面产生缺口771，影响产品质量，如图18所示。

工退气动回路根据模具设置的定笼气缸层数来确定，本案以两层为例，设置了两道工退气动回路。

下层定笼气缸72先工退，上层定笼气缸73保压不动作，工退原理如图12所示，沿供气头径向乙孔二8112h2→供气头轴向乙孔二8111h2→工作段乙孔二8121h2→气源转接口乙孔二71h2→通过模具上管路进入下层定笼气缸（72）的工退腔→驱动下层定笼插板（721）退回，退回时需确保插板端面与模具内表面处理同一表面；

下层定笼气缸（72）的工进腔回气→通过模具上管路→气源转接口甲孔二71j2→工作段甲孔二8121j2→供气头轴向甲孔二8111j2→供气头径向甲孔二8112j2，完成下层定笼插板721工退。

6）、当挤压头41上升至上层定笼气缸73位置，在挤压头41上缘高度进入上层定笼插板731下缘高度后，上层定笼气缸73工退，将上层定笼插板731前端退至与模具8内壁处于同一表面，挤压头41保持旋转；如图17所示，在挤压头41上升至上层定笼插板731下缘高度前，上层定笼插板731退出。

上层工退气动过程为：供气头径向乙孔一8112h1→供气头轴向乙孔一8111h1→工作段乙孔一8121h1→气源转接口乙孔一71h1→通过模具上管路进入上层定笼气缸（73）的工退腔→驱动上层定笼插板（731）退回，退回时需确保插板端面与模具内表面处理同一表面；

上层定笼气缸（73）的工进腔回气→通过模具上管路→气源转接口甲孔一71j1→工作段甲孔一8121j1→供气头轴向甲孔一8111j1→供气头径向甲孔一8112j1，完成上层定笼插板731工退。

7）、挤压头41继续上升，直至完成混凝土管77整体塑形。

本发明的径向挤压机由控制柜9控制整机的运行，机架1的顶部设有动力箱2，动力箱2驱动动力轴4控制挤压头41的上下运行，机架1上还设有布料装置3，由布料装置3对模具7内进行布料。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

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