專利名稱：用于制造螺旋繞制結(jié)構(gòu)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造螺旋繞制結(jié)構(gòu)的設(shè)備和方法，尤其涉及通過以螺旋搭接關(guān)系巻繞金屬帶而形成的長條結(jié)構(gòu)的制造。其它結(jié)構(gòu)例如fi存罐、 塔和支撐結(jié)構(gòu)也可以得益于本文所述的特征。
背景技術(shù)：
目前，人們知道了這樣的管狀構(gòu)件的制造方法，將預(yù)制金屬帶巻繞到 旋轉(zhuǎn)的芯軸上，金屬帶由此以自搭接方式附落在芯軸上并因帶邊緣的機(jī)械 變形而保持就位，從而使帶邊緣與其相鄰邊緣緊密鎖合，由此使帶保持就 位在最終結(jié)構(gòu)上。EP0335969公開一種制造螺旋繞制管狀結(jié)構(gòu)的設(shè)備，該 管狀結(jié)構(gòu)由繞在芯軸上的扁平金屬帶形成。扁平帶從與要制造的管狀結(jié)構(gòu) 的軸線同心安裝的 一對供料筒巻之一 中被送出。旋轉(zhuǎn)的巻繞頭被用于將帶 繞到芯軸上，并且該巻繞頭包括多個動力成形輥，在金屬帶被送至用于將 帶落置至芯軸上的最后一組輥之前，動力成形輥賦予金屬帶橫截面以初始 形狀，然后對帶的一個邊緣型鍛，結(jié)果，金屬帶被機(jī)械鎖合在金屬帶所繞 覆的前一層上。這是一個復(fù)雜的過程。還設(shè)置了用于保證供帶平穩(wěn)的機(jī)構(gòu)， 此機(jī)構(gòu)包括成形輥速度控制器。同軸式供料筒巻由外部供料巻來供料，以 保持供料筒巻的供應(yīng)。在無需停機(jī)的情況下，焊接站被用來將帶材的一端 接到另一端上。
人們還知道以下技術(shù)，通過就在把帶繞制成其最終結(jié)構(gòu)之前控制多個 半徑成形輥來控制成形管的最終直徑。美國專利US3851376已經(jīng)公開這樣 的配置方案，該專利涉及用于制造螺旋接縫密封金屬管的方法和設(shè)備，其 中材料的回彈力被控制在允許范圍內(nèi)。為此，設(shè)有許多個成形輥，它們具 有固定輥三輥式排列結(jié)構(gòu)，固定輥位置被選定為能在金屬帶穿過輥時賦予 金屬帶以期望的曲率半徑。附加輥可響應(yīng)于表示回彈力的反饋信號移位， 以便根據(jù)需要來增減加工力，由此確?；貜椓Ρ３衷谄谕臉O限范圍內(nèi)。
人們還知道了以下技術(shù)，使金屬帶彈性變形，將其繞制成自搭接螺旋 繞制結(jié)構(gòu)，并且用粘合劑(膠)使帶保持其最終形狀。不幸的是，帶始終 想恢復(fù)至其松弛(扁平)狀態(tài)，因此，為了防止帶的層離和展開而需要使用粘合劑。另外，最終結(jié)構(gòu)承受由塑性變形帶內(nèi)的應(yīng)力所產(chǎn)生的高的層離 力，這對粘合劑本身施加了高負(fù)荷，由此損害該結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性并將其 承壓能力限制到明顯小于其理論極限。
雖然上述方案提供了可完全接受的管制造方法，但它們或是依靠金屬 帶邊緣的塑性變形來保證產(chǎn)品不松散，或是必須在成形過程中旋轉(zhuǎn)最終產(chǎn) 品，這兩種方法都可能有問題。例如，在金屬帶被落置在先落置的層上時 使金屬帶邊緣變形并將其鎖合在該層上所需要的力是相當(dāng)大的。另外，這 樣的設(shè)備不必要地消耗了大量能量，并且由于高速運(yùn)行這樣的成形方法是 非常困難的，所以該設(shè)備的速度很緩慢。必須在成形過程中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品的問 題將此方案限制到只能生產(chǎn)較短管段，而當(dāng)需要較長管段時，就必須將較 短管段接在一起。當(dāng)鋪設(shè)橫跨大陸的管線時，不得不加入下述接頭是非常 不期望發(fā)生的，該接頭的并合成本高昂并且在工作中會出問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于制造管狀結(jié)構(gòu)的設(shè)備和方法，其減少并有可 能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的一些問題。
因此，本發(fā)明提供一種制造由螺旋繞制帶構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)的設(shè)備，包
括面板，以可繞縱軸線旋轉(zhuǎn)的方式安裝；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動面板在第 一方向上繞縱軸線旋轉(zhuǎn)；定徑輥，安裝在面板上用于使帶材在被制成管狀 結(jié)構(gòu)之前彎曲至預(yù)定直徑。
該設(shè)備優(yōu)選包括成形輥組件，其以可隨面板旋轉(zhuǎn)的方式安裝并用于在 帶材被成形至預(yù)定直徑之前在帶材上形成截面形狀。至少其中一個所述成 形輥可以是/人動輥。
定徑輥優(yōu)選包括三個相互對置的輥，其中 一個輥可相對另外兩個輥被 調(diào)整，以使在定徑輥之間穿過的任何帶材獲得由所述定徑輥之間的位置關(guān) 系限定的曲率半徑。
在一個具體的配置方案中，定徑輥包括一對可繞其自身縱軸線旋轉(zhuǎn)的 夾緊輥、和環(huán)輥，帶材可在這對夾緊輥之間穿過，而環(huán)輥可通過繞第二夾 緊輥旋轉(zhuǎn)而相對第 一 夾緊輥被調(diào)整。
在一個最方便的配置方案中，該設(shè)備包括與環(huán)輥相連的致動器，用于 實現(xiàn)環(huán)輥相對第二夾緊輥的調(diào)整。
有利的是，該設(shè)備可以配備有反作用輥，其反作用于當(dāng)環(huán)輥迫使帶材獲得曲率半徑時施加在帶材上的成形力。
該設(shè)備優(yōu)選包括第二致動器，用于使反作用輥的軸位置相對夾緊輥?zhàn)?化。也可以設(shè)置致動器用于實現(xiàn)夾緊輥中的一個相對另一個的軸調(diào)整。
有利的是，該設(shè)備包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動所述定徑輥中的至少一個。
在一個尤其方便的配置方案中，該設(shè)備包括同此致動器或這些致動器 相連的計算機(jī)，用于控制此輥或這些輥的位置關(guān)系。計算機(jī)可以包括根據(jù) 預(yù)定程序控制所述輥的編程計算機(jī)。
該設(shè)備優(yōu)選包括安裝在面板上的第 一齒輪組件，第 一齒輪組件通過與 面板同軸線安置的固定齒輪被驅(qū)動，第一齒輪組件與定徑輥相接合，用于 驅(qū)動定徑輥。
方便的是，該設(shè)備還包括安裝在面板上的第二齒輪組件，第二齒輪組 件通過與面板同軸線安置的固定齒輪被驅(qū)動，第二齒輪組件與成形輥相接 合，用于驅(qū)動成形輥。該設(shè)備還包括主驅(qū)動件，用于在第一方向上驅(qū)動面
方便的是，該設(shè)備[括備料支架,；用于支撐^被制成管狀結(jié)構(gòu)的帶材 供應(yīng)備料。備料支架可包括沿圓周方向延伸的盒子，該盒子在面板外徑處 圍繞面板延伸。
方便的是，該盒子包括圍繞縱軸線沿圓周方向間隔開的多個支撐輥， 這些支撐輥與帶材供應(yīng)備料的一部分配合并允許備料繞縱軸線旋轉(zhuǎn)。支撐 輥可以按照能繞固定在組件的不旋轉(zhuǎn)部分上的軸旋轉(zhuǎn)的方式安裝。
在一個具體配置方案中，所述多個成形輥沿縱軸線錯位排列，其中隨著帶材從帶材供料被傳送至定徑輥，相對于該軸線的所述輥的旋轉(zhuǎn)軸線根 據(jù)帶材的螺旋角變化。
方便的是，該設(shè)備可包括第一供帶導(dǎo)輥，用于引導(dǎo)帶材供料從儲帶機(jī) 構(gòu)至成形輥。該設(shè)備還包括第二供帶導(dǎo)輥，用于引導(dǎo)加工過的帶材供料從 定徑輥至要在此形成管狀件的內(nèi)徑處。
有利的是，該設(shè)備包括涂膠器，用于在帶穿過直徑成形輥后將膠至少 涂到任何帶的一部分上。涂膠器包括儲膠盒用于存儲膠條巻。儲膠盒可包 括隨面板一起旋轉(zhuǎn)地安裝在面板上的芯軸，膠條供料可環(huán)繞芯軸來定位并 可在涂布到所述管狀結(jié)構(gòu)成形帶材上時旋轉(zhuǎn)。
該設(shè)備還可包括底襯去除機(jī)構(gòu)，用于在膠條被涂到管狀結(jié)構(gòu)成形帶材 上之前除去膠條上的所有保護(hù)底襯。
有利的是，面板包括中心孔用于容納芯襯套，所述管狀結(jié)構(gòu)成形帶可 巻繞在芯襯套上以形成最終的管狀結(jié)構(gòu)。方便的是，設(shè)有帶中空結(jié)構(gòu)的中 心支軸，該中空結(jié)構(gòu)限定用于接納芯襯套的中心孔。
支軸優(yōu)選是不旋轉(zhuǎn)的并且在支軸上設(shè)有齒輪，該齒輪形成用于驅(qū)動所 述輥的固定齒輪。
方便的是，面板以可旋轉(zhuǎn)方式安裝在該支軸上。
有利的是，面板包括容納站，用于容納要被制成管狀結(jié)構(gòu)的扁平帶材 供料。容納站可包括環(huán)，該環(huán)的直徑與所述盒子的直徑相當(dāng)，由此便于在 盒子中的材料用盡時在兩者間的傳送帶材。
方便的是，該設(shè)備包括供料機(jī)構(gòu)，用于當(dāng)容納站旋轉(zhuǎn)時將帶材供給容 納站，由此在盒子中的材料用完之前將帶材巻繞到容納站上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于制造管狀結(jié)構(gòu)的方法，包括
以下步驟通過帶材的塑性變形將帶材彎成螺旋形；以自搭接方式將所述 彎曲帶材巻繞成管狀結(jié)構(gòu)，其中該帶材彎曲而成的螺旋形的曲率半徑小于 要形成的結(jié)構(gòu)的最終半徑。
該方法優(yōu)選包括傳送帶材通過一對夾緊輥和環(huán)輥的步驟，環(huán)輥可相對 所述夾緊輥中的一個被調(diào)整，以使帶材獲得期望的曲率半徑。
有利的是，該方法包括使帶穿過一對夾緊輥的步驟，夾緊輥的旋轉(zhuǎn)軸 線的位置彼此相對移動，以使帶沿其長度方向獲得彎曲，由此賦予帶以側(cè) 彎并形成一邊長一邊短的帶材。
該方法可包括將膠(粘合劑)涂布到帶的一些部分上的步驟，在形成 管狀結(jié)構(gòu)時，帶的上述部分將互搭。膠可以膠條形式被涂布。
有利的是，該方法包括以下步驟，通過在膠條的至少一個面上施加保 護(hù)層來保護(hù)膠條，并且在將膠涂到形成管狀結(jié)構(gòu)的帶材之前除去保護(hù)層。
方便的是，該方法包括以下步驟，提供管狀芯并將帶材巻繞到芯上以 制成具有內(nèi)芯和由螺旋繞制材料構(gòu)成的外殼的管狀結(jié)構(gòu)。形成管狀芯的步 驟優(yōu)選為在帶長度方向?qū)нM(jìn)行滾巻成形并對鄰接的縱向邊緣進(jìn)行縫焊。
或者，該方法還可以包括以下步驟，以一連串獨(dú)立管段形式制造所述 管狀芯，并且在將帶材巻繞到芯上之前，將多個管段組裝成連續(xù)或近似連 續(xù)的管?；蛘?，也可以以一段塑料材料擠出管的形式提供所述管狀芯。
在一種配置方案中，所述獨(dú)立的管段由陶瓷材料制成。


現(xiàn)在，將參見附圖僅舉例來更具體描述本發(fā)明，其中
圖1和圖2為可用本文所述設(shè)備制成的兩種管狀結(jié)構(gòu)的局部剖視圖3是根據(jù)本發(fā)明一個方面的設(shè)備的示意側(cè)視圖4是圖3示意所示的成形頭的側(cè)視圖5是沿圖4的箭頭A方向看的成形頭的前視圖6是圖4和圖5總體所示的直徑成形輥的排列方式的細(xì)節(jié)圖7為沿圖6的箭頭B-B方向看的夾緊輥的剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見圖1，總體用IO表示的管狀體形成用在管系中的管，該管系 例如是輸送熱流體(其也可處于壓力下)的管線。該管狀體包括呈空心內(nèi) 芯12形式的內(nèi)部和本文以下會詳加描述的承載外殼，空心內(nèi)芯可通過如 上所述的許多成形方法中的任一種方法制成。在優(yōu)選方法中，內(nèi)管包括連 續(xù)形成的芯，其在本文中以后還將詳加描述，但人們也可以使用由許多獨(dú) 立芯段相互連接而形成的長芯。總體用14表示的外殼是如此在空心內(nèi)芯 12上形成的，即以自搭接方式將帶16螺旋巻繞到空心內(nèi)芯12的外表面 12a上，此搭接方式類似于在申請人的英國專利GB2,280,889和美國專利 US5，837,083的具體說明書中詳細(xì)描述的、在芯軸上形成管的方式。根據(jù) 本發(fā)明的一個方面，帶可以被張緊巻繞。形成外殼的帶16可具有至少一 個橫截面臺階18和20，每個臺階的深度優(yōu)選與帶16的厚度相等。優(yōu)選在 帶16內(nèi)預(yù)制形成臺階18和20，每個臺階從帶16的一頭延伸到另一頭， 以利于完成搭接式無中心繞制操作，在此操作中，帶的每一圏接納下一圏 的搭接部。雖然帶可包括許多種材料如塑料、復(fù)合材料、甚至金屬中的任 何一種，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就其如下文所述地通常具有高的強(qiáng)度性能和易成形 連接性而言，金屬尤其適用。合適的金屬例如包括鋼、不銹鋼、鈦和鋁， 其中一些金屬因其耐蝕能力而特別適用。帶16的內(nèi)表面16i和管的外表面 12a可通過結(jié)構(gòu)粘合劑(膠)粘固在一起，帶16的搭接部16a也能如此粘 固在一起。使用粘合劑有助于保證管狀體10的所有單獨(dú)的組成部分具有 相似的應(yīng)變率。粘合劑的施加可通過許多方法中的任一種方法，但在下文 中將詳細(xì)說明一個尤其適合的方案，以及許多其它可選方案。
現(xiàn)在特別參見圖3,從該圖中可以看到用于制造螺旋繞制結(jié)構(gòu)的設(shè)備50,包括可選用的預(yù)成形部分52,芯54在該預(yù)成形部分中成形；成形站，用56示意表示并且在下文中將會詳加描述；二次成形區(qū)，總體用58 表示并包括多個如后所述的選用構(gòu)件。在可選用的預(yù)成形部分52的一個配置方案中，設(shè)有呈金屬帶巻60形式的扁平帶材備料和多個喂料輥62, 該喂料輥將帶材送入成形輥64和66,成形輥又繞中心芯軸68將帶材邊緣巻合，以形成具有彼此相接的相對邊緣(未示出)的管狀結(jié)構(gòu)54?？傮w用70表示的并包括焊接頭72的焊接裝置被用于按照現(xiàn)有技術(shù)中已知的方式 將相對邊緣焊接起來，因此在此不作進(jìn)一步描述。另一種芯形成方法可以包括制造多個獨(dú)立的管狀結(jié)構(gòu)段，每個管狀結(jié)構(gòu)段在相對端部上具有接合結(jié)構(gòu)，以允許多個獨(dú)立的管狀結(jié)構(gòu)段能組裝成一段長芯。當(dāng)釆用這種芯結(jié) 構(gòu)時，人們可以用一種適于連續(xù)將許多獨(dú)立段送入成形站的喂料裝置(未 示出)來替換帶材成形和焊接配置方案。 一旦已成形，無論哪一種類型的芯都被送入成形站56,這在圖4和圖5中被最清楚示出了。
大體上參見這些附圖，但尤其參見圖4，圖4為成形站56的側(cè)視圖， 該成形站包4舌面板74，在面板74上裝有多個成形輥76和總體用78表示的一組定徑輥。如圖所示，成形輥的輪廓能使帶材具有如圖1或圖2所示 的橫斷面形狀。然而，人們將會認(rèn)識到，成形輥能賦予帶材以其它形狀， 或者在某些情況下，成形輥可被完全取消。當(dāng)設(shè)有成形輥時，成形輥?zhàn)詈靡远鄠€對置輥的形式設(shè)置(最好如圖5所示)，帶材80在對置輥之間穿過時被夾在對置輥之間，由此以漸進(jìn)方式賦予帶材以期望的截面形狀，每對 輥增大帶材變形，直到形成最終想要的截面形狀。如圖所示，成形輥分別 通過主動齒輪82被驅(qū)動，每個主動齒輪以能繞軸線旋轉(zhuǎn)的方式安裝在面板上并且在一側(cè)與一個成形輥相接合并在另一側(cè)與形成在不旋轉(zhuǎn)部分86 上的中心齒輪84相嚙合，這將在后面詳加描述。當(dāng)面板74在箭頭C(圖 5)方向上旋轉(zhuǎn)時，齒輪82和76隨其旋轉(zhuǎn)，但由于該齒輪與中心齒輪84 嚙合，所以將迫使它們繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動帶材穿過在對置的成形輥 76之間形成的輥縫。如圖所示，成形輥分別沿縱軸線X稍微錯位排列，隨著帶材80從帶材供料來到定徑輥78,每個輥的旋轉(zhuǎn)軸線根據(jù)螺旋角發(fā) 生變化。不過，人們將會認(rèn)識到，如果存在足夠的空間來成形帶材并接著 在將帶材送入直徑成形輥78之前正確定位帶材，就可使用更簡單的非錯 位布局。為確保帶材自供料處被均勻送出，提供呈供應(yīng)備料88形式的帶材供料是符合要求的。有利的是，供應(yīng)備料可以安置在盒子內(nèi)或備料支架 90內(nèi)，備料支架包括置于成形站外側(cè)并沿縱軸線X的圓周方向間隔開的 多個支撐輥92。這些支撐輥92與帶材供應(yīng)備料88的一部分配合并允許備 料繞縱軸線X旋轉(zhuǎn)。帶材80可從帶材備料的內(nèi)徑處被取出，并通過第一 供帶導(dǎo)輥94被喂入，該第 一供帶導(dǎo)輥以能在面板74上繞與面板基本垂直 的軸線旋轉(zhuǎn)的方式安裝。為了驅(qū)動面板74,人們可以設(shè)置馬達(dá)96和齒輪 傳動裝置98,該齒輪傳動裝置與設(shè)置在背板102上的齒圈IOO相連接，背 板通過環(huán)形部104直接與面板相連，不旋轉(zhuǎn)部86延伸穿過該環(huán)形部。
圖4和圖5也示出了總體用78表示的定徑輥的配置結(jié)構(gòu)，定徑輥在 它們之間彎曲帶材，其做法是使帶材繞其中一個輥塑性變形，由此限定了 離開帶材的直徑。此配置結(jié)構(gòu)在圖6和圖7中被最清楚示出了并且在下文 中將詳加描述?？蛇x用的涂膠器106也可隨面^1旋轉(zhuǎn)地安裝在面板74上。 涂膠器可以有多種形式，用于在帶材已被成形加工后將膠(粘合劑)施加 到帶材上，在此示出了一個特定的配置形式，其中的儲盒108配備有膠條 巻110。儲盒108以可繞軸112旋轉(zhuǎn)的方式安裝，軸112安裝在面板上并 可隨其旋轉(zhuǎn)，使得在面板旋轉(zhuǎn)時，膠條可以在帶材80被落置在芯54上(圖 3)時被分配至帶材表面上。膠條可以按照具有底襯的條材形式提供，在 涂膠之前，可通過底襯去除機(jī)構(gòu)(未示出)除去底襯。從圖4的橫截面圖 中可以看到，面板74具有中心孔114用于容納芯或襯套54,帶材80可被 巻繞至該芯或襯套上，以形成最終結(jié)構(gòu)116。中心孔可配備帶中空結(jié)構(gòu)的 中心支軸86,中空結(jié)構(gòu)限定用于容納芯或襯套54的中心孔114。如果設(shè) 有支軸，該支軸可通過軸承116安裝在中心孔114內(nèi)，使得面板74能繞 支軸86旋轉(zhuǎn)。圖4還示出了呈環(huán)120狀的容納站118,環(huán)的直徑與盒子的 直徑相當(dāng)，由此便于在盒子中的材料用完時在容納站和盒子之間傳送帶 材。帶材供料122形成供料機(jī)構(gòu)，用于將帶材在容納站旋轉(zhuǎn)時送入容納站， 由此以與其在盒子中消耗速率相同的速率將帶材巻繞到此供料站上。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6和圖7,它們更詳細(xì)地示出了定徑輥78的規(guī)格，可以看 到，定徑輥包括一對夾緊輥124和126、和安裝在樞軸臂130上的環(huán)輥128, 樞軸臂可繞其中一個夾緊輥的旋轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)。樞轉(zhuǎn)臂繞哪個夾緊輥軸線旋 轉(zhuǎn)是無關(guān)緊要的。用132示意表示的致動器與樞轉(zhuǎn)臂130相連，用于啟動 并依據(jù)下文所述的所希望的控制參數(shù)控制環(huán)輥在箭頭D-D方向上的樞轉(zhuǎn) 運(yùn)動。設(shè)置另一個致動器134用于在箭頭E-E和F-F方向改變其中一個夾 緊輥126相對另一個夾緊輥124的位置，這會在下文中再作說明。設(shè)置最終的反作用輥136是為了抵抗在帶材分別經(jīng)過夾緊輥124和126和環(huán)輥128 之間時因帶材彎曲而受到的任何力。該反作用輥也可通過致動器138來控 制，以便根據(jù)需要在箭頭G-G方向上使其移向或離開帶材80。圖7通過 橫截面圖更詳細(xì)示出了致動器和輥控制系統(tǒng)。從此圖中將會認(rèn)識到，致動 器134優(yōu)選以配對方式設(shè)置，在輥126的每一端各有一個致動器，以允許 輥126的軸位置的不一致變化和同等變化。在此特殊配置方案中，致動器 軸140從落地致動器伸出，穿過一個貫穿上座塊144的孔142，越過輥主 軸146 (相對其移動)并進(jìn)入下座塊146并在下座塊內(nèi)固定于148處。在 座塊之間設(shè)有小間隙150，從而軸140的移動將會根據(jù)致動器控制參數(shù)造 成輥126移近輥124或離開輥124。
現(xiàn)在，尤其聯(lián)合參見圖6和圖7來描述控制原理。如上所述，輥126 可在箭頭E-E和F-F方向通過單獨(dú)控制或聯(lián)合控制的致動器134a和134b 被調(diào)節(jié)。輥128可通過致動器132在箭頭D-D,方向上移動，輥136可通 過致動器138在箭頭G-G,方向上移動。各致動器均連接到計算機(jī)140上 并受其控制(圖3)。為了在帶材80被落置形成管狀結(jié)構(gòu)之前在帶材80上 形成期望的曲率半徑R,人們只需要設(shè)定和或許調(diào)整輥128的位置，從而 該輥迫使帶材80繞輥126的軸線彎曲并發(fā)生塑性變形，結(jié)果，在發(fā)生回 彈后獲得期望的最終彎曲程度。為了在帶材穿過夾緊輥124和126時設(shè)定 和調(diào)節(jié)帶材所受的夾緊程度，人們僅需要調(diào)整輥126相對輥124的軸位置。 這種調(diào)整可以是集中調(diào)整或區(qū)別調(diào)整。區(qū)別調(diào)整將會使帶材一側(cè)比另 一側(cè) 被夾得更緊，并且如果發(fā)生塑性變形，這將造成帶材一側(cè)的長度略微大于 另一側(cè)的長度。當(dāng)帶材落在多層產(chǎn)品的先落置層上時，此方案有助于帶材 的舒適就位。人們將認(rèn)識到，較長的邊緣是首先落置的邊緣，因為此邊緣 將會位于最大直徑處并且必須匹配在該邊緣下面的那 一層的直徑。作為在 箭頭E-E方向進(jìn)行區(qū)分移動的替代方案，人們可以在箭頭F-F方向上有差 異地移動輥126,這將對不一致厚度產(chǎn)生類似的影響。如果有必要增加或 改變帶材要接受的彎曲程度，可能需要通過適當(dāng)啟動致動器138和移動輥 136來調(diào)節(jié)輥136的軸位置。
現(xiàn)在，再次參見圖3,可選用的二次成形區(qū)58可包括像可選用的驅(qū)動 機(jī)構(gòu)152和膠固化加熱器154這樣的部件。
總體上參見附圖，人們將認(rèn)識到，可以通過使面板74旋轉(zhuǎn)來制成管 狀結(jié)構(gòu)。這一動作又將造成帶材80從盒子中被抽出，然后經(jīng)過成形輥76并進(jìn)入定徑輥78，在定徑輥中，通過輥124、 126和128的適當(dāng)位置控制 來形成期望的直徑。當(dāng)帶材離開定徑輥時，可以更好地認(rèn)識到，該帶材被 引向芯54并以如圖1和圖2最清楚表示的自搭接布置方式被巻繞在芯上。 在帶材被最終落置在芯上之前，可給帶材添加膠(粘合劑)，其由涂膠器106 以膠條形式配發(fā)。面板74的連續(xù)旋轉(zhuǎn)將造成帶材80的連續(xù)變形和落置， 并且只要儲盒內(nèi)有帶材供料，此過程將會持續(xù)下去。 一旦帶材用完，就需 要將補(bǔ)充原料從容納站118送入盒子，并在重新運(yùn)轉(zhuǎn)之前將帶材一端焊到 另一端上。人們也將認(rèn)識到，有些結(jié)構(gòu)形式不需要芯，上述過程可在不為 面板提供芯的情況下進(jìn)行。在此配置方案中，可能需要給所形成的管狀結(jié) 構(gòu)的始端部分提供支撐，但是一旦始端部分已經(jīng)形成，該結(jié)構(gòu)將會自支撐， 因為新的層被有效落置在穩(wěn)定的多層結(jié)構(gòu)上。實際上，當(dāng)希望形成錐形結(jié) 構(gòu)時，人們就可以采用這樣的配置形式，對這種錐形結(jié)構(gòu)，人們會發(fā)現(xiàn)很 難制作出錐形內(nèi)芯。因此，沒有芯的結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明范圍內(nèi)。在生產(chǎn)這樣 的錐形結(jié)構(gòu)時，只需要改變施加于帶材的彎曲程度，其做法是對環(huán)輥128 施加可變的施力位置，以便根據(jù)需要來改變滾動半徑。此過程可通過計算 機(jī)140根據(jù)預(yù)定的控制方法來控制。
該設(shè)備的附加特征包括計算機(jī)反饋控制，用于確保產(chǎn)品直徑被保持在 理想的極限范圍內(nèi)和/或根據(jù)期望的參數(shù)被改變。人們將認(rèn)識到，當(dāng)帶材穿 過直徑成形棍時，人們可以控制帶材的塑性變形程度，人們也可以控制用 此設(shè)備制成的任何管狀結(jié)構(gòu)的最終直徑。本設(shè)備的一個重要特征是其形成 曲率半徑R的能力，該曲率半徑略微小于帶材要巻繞至其上的芯的曲率半 徑。這樣的配置結(jié)構(gòu)對最終產(chǎn)品產(chǎn)生顯著影響，這是因為以外螺旋巻繞帶 材形式被制成(比期望半徑小)的帶材將有效地握緊上一層或者芯并確保 兩者間的緊密接觸，由此在兩者間提供比沒有該特征時能獲得的機(jī)械連接 更強(qiáng)的機(jī)械連接。此外，通過使帶材塑性變形而不是像現(xiàn)有技術(shù)中那樣發(fā) 生彈性變形，人們將施加任何一種用在小許多的或甚至根本沒有層離負(fù)載 的情況下的粘合劑，從而有助于保持最終結(jié)構(gòu)的整體性并將其承壓能力提 高至接近其理論最大值。
人們也將認(rèn)識到，上述的方法和設(shè)備可被用于以外殼包覆現(xiàn)有的管 線。在此配置方案中，現(xiàn)有的管線構(gòu)成芯，該設(shè)備只是繞此芯旋轉(zhuǎn)并沿此 芯移動，以便將帶材外包封落置至管線上。當(dāng)想要維修或加固現(xiàn)有的管線 時，可以采用這種方法。
權(quán)利要求
1.一種用于制造由螺旋帶材構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)的設(shè)備，包括面板，以可繞縱軸線旋轉(zhuǎn)的方式安裝；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動所述面板在第一方向上繞所述縱軸線旋轉(zhuǎn)；和定徑輥，安裝在所述面板上，用于使所述帶材在所述帶材被制成管狀結(jié)構(gòu)之前彎曲至預(yù)定直徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，包括成形輥組件，以 能隨所述面板旋轉(zhuǎn)的方式安裝并用于在所述帶材被成形至預(yù)定直徑之前 在所述帶材上形成橫斷面形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述成形輥中的至少 一個成形輥為從動專昆。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于，所述定徑輥包括 三個互相對置的輥，其中的一個輥可相對另外兩個輥被調(diào)整，以使在所述 輥之間穿行的任何帶材獲得由所述輥之間的位置關(guān)系限定的曲率半徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述定 徑輥包括能繞自身縱軸線旋轉(zhuǎn)的一對夾緊輥、以及環(huán)輥，帶材在所述一對 夾緊輥之間經(jīng)過，所述環(huán)輥能通過繞第二夾緊輥旋轉(zhuǎn)而相對第 一 夾緊輥被 調(diào)整。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，包括與所述環(huán)輥相連 的致動器，用于實現(xiàn)相對所述第二夾緊輥的調(diào)整。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括反 作用輥，其反作用于當(dāng)環(huán)輥迫使帶材獲得曲率半徑時施加在該帶材上的成形力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，包括第二致動器，用 于使所述反作用輥的軸位置相對夾緊輥發(fā)生變化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括用 于實現(xiàn)所述夾緊輥中的一個相對另 一個做軸調(diào)節(jié)的致動器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括驅(qū) 動機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動所述定徑輥中的至少一個。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括 與此致動器或這些致動器相連的計算機(jī)，用于控制所述輥的位置關(guān)系。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述計算機(jī)包括根據(jù)預(yù)定程序控制所述輥的編程計算機(jī)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括 安裝在所述面板上的第一齒輪組件，第一齒輪組件通過與所述面板同軸線 安置的固定齒輪被驅(qū)動，第一齒輪組件與所述定徑輥相接合以驅(qū)動所述定 徑輥。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，還包括安裝在所述 面板上的第二齒輪組件，第二齒輪組件通過與所述面板同軸線安置的固定 齒輪被驅(qū)動，第二齒輪組件與所述成形輥相接合以驅(qū)動所述成形輥。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括 主驅(qū)動件，用于在所述第一方向上驅(qū)動所述面板。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述主驅(qū)動件包括 與所述面板上相應(yīng)的齒輪部嚙合的從動齒輪。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任一項所述的設(shè)備，其特征在于，還 包括備料支架，用于支撐用于正被制成管狀結(jié)構(gòu)的帶材備料存貨。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述備料支架包括 沿圓周方向延伸的盒子，所述盒子在所述面板的外徑上繞所述面板延伸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，所述盒子包括沿縱 軸線的圓周方向間隔布置的多個支撐輥，所述多個支撐輥與帶材供應(yīng)備料 的一部分配合并允許所述備料繞所述軸線旋轉(zhuǎn)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，所述支撐輥以能繞 固定在所述組件的不旋轉(zhuǎn)部分上的軸旋轉(zhuǎn)的方式安裝。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述 成形輥沿所述縱軸線錯位排列，當(dāng)帶材從帶材供料被傳送至所述定徑輥 時，相對所述軸線的所述輥的旋轉(zhuǎn)軸線依據(jù)帶材的螺旋角變化。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括 第一供帶導(dǎo)輥，用于引導(dǎo)所述帶材供料從帶材備料至所述成形輥。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括 第二供帶導(dǎo)輥，用于將已成形的帶材從所述定徑輥引導(dǎo)至管狀件要在此成 形的內(nèi)徑。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，包括 涂膠器，用于在帶材穿過所述直徑成形輥之后將粘合劑至少涂到任一帶材 的一部分上。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述涂膠器包括儲 膠盒，用于存儲膠條巻。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述儲膠盒包括安 裝在所述面板上以便隨該面板一起旋轉(zhuǎn)的軸，膠條供料可繞該軸定位并在 將所述膠條涂布到所述管狀結(jié)構(gòu)成形帶材上時旋轉(zhuǎn)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的設(shè)備，其特征在于，還包括底襯去 除機(jī)構(gòu)，用于在所述膠條被涂到所述管狀結(jié)構(gòu)成形帶材上之前除去所述膠 條上的任何保護(hù)底襯。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述 面板包括用于容納芯襯套的中心孔，所述管狀成形帶材可被巻繞在所述芯 襯套上以形成最終的管狀結(jié)構(gòu)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于，包括帶中空結(jié)構(gòu)的 中心支軸，該中空結(jié)構(gòu)限定用于容納芯襯套的所述中心孔。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于，所述支軸不旋轉(zhuǎn)并 且所述支軸上設(shè)有齒輪，所述齒輪形成用以驅(qū)動所述輥的所述固定齒輪。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的設(shè)備，其特征在于，所述面板以可 旋轉(zhuǎn)方式安裝在所述支軸上。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1至31中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述 面板包括容納站，用于容納要被制成管狀結(jié)構(gòu)的扁平帶材來料。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于，所述容納站包括環(huán)， 所述環(huán)的直徑與所述盒子的直徑相當(dāng)，由此便于在所述盒子中的材料用盡 時在兩者間傳送帶材。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的設(shè)備，其特征在于，包括供料機(jī)構(gòu)， 用于在所述容納站旋轉(zhuǎn)時將帶材供應(yīng)給該容納站，由此在所述盒子中的材 料用完之前將所述帶材巻繞到所述容納站上。
35. —種基本上如本申請參見附圖所述的或者如附圖所示的設(shè)備。
36. —種在如權(quán)利要求1至35中任一項所述設(shè)備上制成的管狀結(jié)構(gòu)。
37. —種用于制造管狀結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟通過使帶材塑性 變形，將所述帶材彎曲成螺旋形；以自搭接方式將所述彎曲的帶材巻繞成 管狀結(jié)構(gòu)，其中所述帶材被彎成螺旋形而產(chǎn)生的曲率半徑小于要成形的結(jié) 構(gòu)的最終半徑。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，包括使所述帶材經(jīng)過一對夾緊輥和環(huán)輥的步驟，所述環(huán)輥可相對所述夾緊輥中的一個被調(diào) 整，以使所述帶材獲得所述期望的曲率半徑。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，包括使帶材穿過一 對夾緊輥的步驟，所述夾緊輥的旋轉(zhuǎn)軸線可彼此相對位移，以使所述帶材沿其長度方向獲得彎曲，由此賦予所述帶材以側(cè)彎并制成一邊長一邊短的 帶材。
40. 根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的方法，其特征在于，包括將膠涂到 所述帶材的部分上的步驟，所述帶材部分在所述帶材被制成管狀結(jié)構(gòu)時將互搭。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述膠通過以膠條 形式涂膠被涂布。
42. 根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的方法，其特征在于，包括以下步驟， 通過在膠條的至少一個面上涂布保護(hù)層來保護(hù)所述膠條并且在將膠涂布 到用于形成管狀結(jié)構(gòu)的所述帶材之前除去所述保護(hù)層。
43. 根據(jù)權(quán)利要求37至42中的任一項所述的方法，其特征在于，包 括以下步驟，提供管狀芯并將所述帶材巻繞到所述芯上，以制成具有內(nèi)芯 和由螺旋繞制材料構(gòu)成的外殼的管狀結(jié)構(gòu)。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，包括以下步驟，通 過沿帶材長度方向?qū)Р膶嵤L巻成形并對鄰接的縱向邊緣實施縫焊來 形成所述管狀芯。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，包括以下步驟，以 多個獨(dú)立管段的形式制成所述管狀芯，并在所述帶材被巻繞到所述芯上之 前，將所述多個管段組裝成連續(xù)的或近似連續(xù)的管。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，包括用一段塑料材 料擠出管來形成所述管狀芯的步驟。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述獨(dú)立的管段由 陶瓷材料制成。
48. —種根據(jù)權(quán)利要求37至47中任一項所述方法制成的管狀結(jié)構(gòu)。
49. 一種用于制造本申請基本上參見附圖所述的或如附圖所示的管狀 結(jié)構(gòu)的方法。
50. —種在基本上如本申請所述的設(shè)備上進(jìn)行的、制造基本上如本申 請所述的管狀結(jié)構(gòu)的方法。
全文摘要
一種用于制造螺旋繞制的管狀結(jié)構(gòu)(116)的設(shè)備(50)和方法，所述設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)的面板(74)，在面板上安裝有多個定徑輥(78)，所述定徑輥在工作中使帶材(80)發(fā)生塑性變形，形成螺旋帶圈，其按照鄰接或自搭接的關(guān)系布設(shè)，以形成所述管狀結(jié)構(gòu)(116)。
文檔編號B21C37/12GK101346197SQ200680048996
公開日2009年1月14日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
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