專利名稱：管卷曲負(fù)載模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及管的卷曲，并且更具體地涉及管卷曲負(fù)載模擬器。
背景技術(shù)：
迄今為止，在管卷曲加工過(guò)程中只有有限的裝置用來(lái)測(cè)驗(yàn)給定鋼管線構(gòu)造組件的性能。所要測(cè)驗(yàn)的組件通常是通過(guò)具有或沒(méi)有某類彈性涂層的單一碳鋼管的對(duì)接焊接來(lái)結(jié)合的管接頭，或內(nèi)部還包有耐腐蝕合金(CRA)的那種碳鋼管或被稱為“管中管”的雙壁管組件。測(cè)驗(yàn)這類管線構(gòu)造的試件以證明其適于由管卷曲加工安裝的方式安裝的包括簡(jiǎn)單彎曲測(cè)驗(yàn)，其中管組件試件*通過(guò)在試件的自由端施加單一剪切載荷而在鋼成形裝置上被彎曲，由此使得固
定在該成形裝置基部的試件被拉成與成形裝置一致的形狀；*通過(guò)在試件的每個(gè)端部施加單一剪切載荷而在鋼成形裝置上被彎曲；或者*使用簡(jiǎn)單的3點(diǎn)或4點(diǎn)相對(duì)剪切載荷條件來(lái)彎曲?？墒褂脤?shí)際管卷曲容器來(lái)進(jìn)行全方位測(cè)驗(yàn)。然而，這種全方位測(cè)驗(yàn)需要大量的樣本管和用于卷好的管線構(gòu)造裝置的專用容器的費(fèi)時(shí)操作。鋼管構(gòu)造的卷曲包括將管的鋼壁彎曲到塑性區(qū)。目前用來(lái)預(yù)測(cè)被卷曲進(jìn)入塑性極限的管構(gòu)造的性能和剩余整體性的分析和數(shù)字方法是近似值。這是因?yàn)樵诰砬^(guò)程中管構(gòu)造的塑性性能是由實(shí)際材料屬性、精確材料尺寸以及難以精確數(shù)字地或分析地模型化的邊界負(fù)載條件的集體效應(yīng)控制的。在線性(非塑性)范圍內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)性負(fù)載中，應(yīng)變狀態(tài)與負(fù)載的路徑和順序無(wú)關(guān)的。在任何非線性塑性問(wèn)題中，應(yīng)力和應(yīng)變的狀態(tài)是高度依賴于用來(lái)達(dá)到所需狀態(tài)的變形模式的路徑和順序。因此，在彎曲到塑性極限時(shí)，負(fù)載施加到結(jié)構(gòu)的順序受性能的影響。為了使物理測(cè)驗(yàn)提供有意義結(jié)果，測(cè)驗(yàn)裝置必須盡可能精確復(fù)制測(cè)驗(yàn)所設(shè)想的實(shí)際工作狀態(tài)。測(cè)驗(yàn)暴露于管卷曲應(yīng)變的管構(gòu)造的現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法精確復(fù)制在管卷曲加工過(guò)程中實(shí)際產(chǎn)生的軸向拉力和彎矩以及剪力。實(shí)際負(fù)載狀態(tài)的不精確表示會(huì)導(dǎo)致對(duì)管構(gòu)造性能的錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)判斷。在執(zhí)行卷好的管線構(gòu)造項(xiàng)目過(guò)程中，錯(cuò)誤測(cè)驗(yàn)判斷導(dǎo)致無(wú)法預(yù)測(cè)的損失，導(dǎo)致計(jì)劃延誤、商業(yè)上的以及可能的實(shí)際損失。因此，可以看到需要有精密地模擬卷管的實(shí)際工業(yè)加工以允許驗(yàn)證所要卷曲的管線構(gòu)造的設(shè)計(jì)的測(cè)驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決上述需求并提出被用來(lái)通過(guò)精確受控的負(fù)載將管試件限制和偏轉(zhuǎn)成預(yù)定形狀的元件布置。剛性框架包括與管試件一端連接的可移動(dòng)管彎曲成形件以及與管試件第二端連接的轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)。以測(cè)力計(jì)的形式提供用來(lái)估計(jì)在管彎曲成形件上拖拉管試件所使用的驅(qū)動(dòng)力矩的裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)與行進(jìn)管端部車座座組合使用以在管試件被管彎曲成形件彎曲時(shí)在同一平面在管試件中產(chǎn)生彎矩。給定管構(gòu)造的模擬卷曲的計(jì)算機(jī)分析將產(chǎn)生在管的行進(jìn)管端部的點(diǎn)到達(dá)與卷筒接觸時(shí)在該點(diǎn)處的卷曲拉力、剪力以及彎矩預(yù)測(cè)。這些預(yù)測(cè)的拉力、剪力以及彎矩可接著通過(guò)本發(fā)明應(yīng)用到試件上，且試件在這些條件下的反應(yīng)被觀察、測(cè)量并與計(jì)算機(jī)分析對(duì)比。在所附權(quán)利要求書中具體指出本發(fā)明的各種創(chuàng)新性特征并形成本發(fā)明的一部分。為了更好地理解本發(fā)明、以及通過(guò)其使用可實(shí)現(xiàn)的其操作優(yōu)點(diǎn)，參考形成本發(fā)明的一部分的附圖和說(shuō)明內(nèi)容，其中示出本發(fā)明的較佳實(shí)施例。


附圖構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，且其中在附圖中示出的附圖標(biāo)記在所有附圖中表示相同或相應(yīng)部分。圖I是本發(fā)明的示意性說(shuō)明圖。圖2是管彎曲成形件的更詳細(xì)視圖。
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圖3和圖4是將管附連到管彎曲成形件的裝置細(xì)節(jié)圖。圖5是示出本發(fā)明的在管行進(jìn)端的部分的細(xì)節(jié)圖。圖6不出管試件彎曲后的本發(fā)明。圖7是在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置和管彎曲成形件之間配合的細(xì)節(jié)圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，管卷曲負(fù)載模擬器10通常包括剛性框架12、管彎曲成形件14、用于在彎曲操作過(guò)程中固定管17的每個(gè)端部的裝置16和22、梁18、工作臺(tái)20以及用于確定在管彎曲成形件上拖拉管17所用的驅(qū)動(dòng)力矩的裝置24。剛性框架12由諸如鋼的任何合適材料構(gòu)成，實(shí)施例中示出的是L形的且可包括一根或多根交叉撐桿30。在本實(shí)施例中示出的是兩根。交叉撐桿的數(shù)量將依賴于所要彎曲的管試件的尺寸和將管彎曲所需的杠桿作用。雖然示出L形框架，但必須理解的是也可使用其它合適的形狀。管彎曲成形件14基本上是餅形的，其具有樞轉(zhuǎn)地安裝在剛性框架12的一條腿上的用附圖標(biāo)記32標(biāo)示的窄端。為了在操作過(guò)程中提供管彎曲成形件14的一致性移動(dòng)，弧形導(dǎo)軌26附連在交叉撐桿30之間。管彎曲成形件14通過(guò)諸如未示出的輥?zhàn)拥娜魏魏线m裝置與導(dǎo)軌26配合以在其上移動(dòng)。如圖1、6以及圖7的細(xì)節(jié)圖所示，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置安裝在交叉撐桿30上且具有與管彎曲成形件14上的齒輪44配合的驅(qū)動(dòng)齒輪42。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34較佳地安裝在銷36上以將馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34保持在交叉撐桿30位置上但允許在銷36上限定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34在操作過(guò)程中驅(qū)動(dòng)管彎曲成形件14以使管17在管彎曲成形件14的弧形端上彎曲。以測(cè)力計(jì)38形式提供用于確定在管彎曲成形件14上拖拉管試件17所使用的驅(qū)動(dòng)力矩的裝置，該測(cè)力計(jì)38安裝在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34上或鄰近馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34的交叉撐桿30上的凸片40上使得測(cè)力計(jì)38在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34和凸片40之間，且在管彎曲操作過(guò)程中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34的旋轉(zhuǎn)力將壓力作用在，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34和凸片40之間的測(cè)力計(jì)38上。
用于在彎曲操作過(guò)程中固定管17的每個(gè)端部的裝置16和22的每個(gè)包括座46，座46具有用于安裝到管彎曲成形件14或工作臺(tái)20上的法蘭盤48。螺柱50和螺母52用來(lái)將座46固定在管彎曲成形件14和工作臺(tái)20上。螺柱和螺母允許根據(jù)需要調(diào)節(jié)高度。定心環(huán)54用來(lái)正確地將管17放在座46的中心。用附圖標(biāo)記56標(biāo)示的梁18樞轉(zhuǎn)地安裝在剛性框架12上且定位成與管彎曲成形件14的樞轉(zhuǎn)裝置32間隔開。車58安裝在梁18上以沿梁長(zhǎng)度方向有選擇移動(dòng)。上文提到的工作臺(tái)20安裝在車58上以可在其上轉(zhuǎn)動(dòng)。用于固定管一端的裝置22安裝在工作臺(tái)20上。車58通過(guò)在圖I和5-6中所示的氣缸和活塞60可選擇地沿梁18移動(dòng)。氣缸和活塞60在梁18上安裝到位且附連到車58上以有選擇地移動(dòng)車58和安裝在車58上的工作臺(tái)20。如圖I和5-6中所示，在車58上安裝到位的液壓活塞和液壓缸62附連在工作臺(tái)20的對(duì)側(cè)上以將彎曲力偶通過(guò)連接裝置22施加到與其配合的工作臺(tái)20和管17上。拖拉裝置64安裝在框架12上且具有連接在拖拉裝置64和梁18之間用來(lái)在操作過(guò)程中移動(dòng)梁18及其關(guān)聯(lián)裝置的線66。在操作過(guò)程中，管試件17具有插入座16和22中的每個(gè)端部。座然后分別安裝在管彎曲成形件14和工作臺(tái)20上且高度可調(diào)節(jié)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34用來(lái)沿圖I中箭頭標(biāo)示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)管彎曲成形件14以使管17在管彎曲成形件14上彎曲。在這個(gè)彎曲運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，氣缸和活塞60以及拖拉裝置64用來(lái)使梁沿圖I中箭頭標(biāo)示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而車58上的液壓缸/活塞62用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)20且將彎曲力偶施加到工作臺(tái)20和管17上。這些移動(dòng)都是已知的力。如圖7中所示，測(cè)力計(jì)38用來(lái)確定在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置34的作用下彎曲管17所需的驅(qū)動(dòng)力矩。本發(fā)明提供關(guān)于先前所使用的測(cè)驗(yàn)彎曲管的裝置的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)?？扇菀子?jì)算將管卷曲所用的力矩。在管的不會(huì)立即接觸管卷筒的端部上的彎曲力偶的產(chǎn)生補(bǔ)充先前所用測(cè)驗(yàn)裝置缺失的彎曲因素。在卷曲過(guò)程中管試件中的精確彎曲力偶和軸向拉力的產(chǎn)生將允許在模擬工業(yè)負(fù)載下觀察管構(gòu)造的性能以消除或大大減少對(duì)將給定管構(gòu)造彎曲成卷的能力的錯(cuò)誤判斷。盡管以上已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的各具體實(shí)施例和/或細(xì)節(jié)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明原理的應(yīng)用，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可如權(quán)利要求書中更完整描述那樣來(lái)實(shí)施，或者以本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的其它方式來(lái)實(shí)施(包括任何和所有的等同物)，而不偏離這些原理。
權(quán)利要求
1.一種用于彎曲具有第一和第二端的管試件的管卷曲負(fù)載模擬器，包括 a、剛性框架； b、樞轉(zhuǎn)地安裝在所述剛性框架上的管彎曲成形件； C、用于將所述管試件的所述第一端連接到所述管彎曲成形件的裝置； d、梁，所述梁在與所述管彎曲成形件隔開的位置上樞轉(zhuǎn)地附連到所述剛性框架上； e、工作臺(tái)，所述工作臺(tái)安裝在所述梁上以在所述梁上轉(zhuǎn)動(dòng)和平移； f、用于將所述管試件的所述第二端連接到所述工作臺(tái)的裝置； g、用于驅(qū)動(dòng)所述管彎曲成形件的裝置；以及 h、用于確定在所述管彎曲成形件上拖拉所述管試件所使用的驅(qū)動(dòng)力矩的裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于用于確定所述驅(qū)動(dòng)力矩的所述裝置包括與用于驅(qū)動(dòng)所述管彎曲成形件的所述裝置配合的測(cè)力計(jì)。
3.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第一導(dǎo)軌，所述管彎曲成形件在所述第一導(dǎo)軌上移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第二導(dǎo)軌，所述管彎曲成形件在所述第二導(dǎo)軌上移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于所述工作臺(tái)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在車上，所述車可移動(dòng)地安裝在所述梁上以在所述梁上平移。
6.如權(quán)利要求5所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。
7.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述梁移動(dòng)的裝置。
8.一種用于彎曲具有第一和第二端的管試件的管卷曲負(fù)載模擬器，包括 a、剛性框架； b、樞轉(zhuǎn)地安裝在所述剛性框架上的管彎曲成形件； C、用于將所述管試件的所述第一端與所述管彎曲成形件連接的裝置； d、梁，所述梁在與所述管彎曲成形件隔開的位置上樞轉(zhuǎn)地附連到所述剛性框架上； e、工作臺(tái)，所述工作臺(tái)安裝在所述梁上以在所述梁上轉(zhuǎn)動(dòng)和平移； f、用于有選擇地使所述工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)和平移的裝置。
g、用于將所述管試件的所述第二端連接到所述工作臺(tái)的裝置； h、用于驅(qū)動(dòng)所述管彎曲成形件的裝置；以及 i、與用于驅(qū)動(dòng)所述管彎曲成形件的所述裝置配合的測(cè)力計(jì)，所述測(cè)力計(jì)用于確定在所述管彎曲成形件上拖拉所述管試件所使用的驅(qū)動(dòng)力矩。
9.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第一導(dǎo)軌，所述管彎曲成形件在所述第一導(dǎo)軌上移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第二導(dǎo)軌，所述管彎曲成形件在所述第二導(dǎo)軌上移動(dòng)。
11.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于所述工作臺(tái)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在車上，所述車可移動(dòng)地安裝在所述梁上以在所述梁上平移。
12.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述梁移動(dòng)的裝置。
13.一種用于彎曲具有第一和第二端的管試件的管卷曲負(fù)載模擬器，包括 a、剛性框架； b、樞轉(zhuǎn)地安裝在所述剛性框架上的管彎曲成形件； C、用于將所述管試件的所述第一端連接到所述管彎曲成形件的裝置； d、梁，所述梁在與所述管彎曲成形件隔開的位置上樞轉(zhuǎn)地附連到所述剛性框架上； e、車，所述車安裝在所述梁上以在所述梁上平移； f、用于有選擇地使所述車在所述梁上平移的裝置； g、工作臺(tái)，所述工作臺(tái)安裝在所述車上以在所述工作臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)； h、用于有選擇地使所述工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置； i、用于將所述管試件的所述第二端連接到所述工作臺(tái)的裝置； j、用于驅(qū)動(dòng)所述管彎曲成形件的裝置；以及 k、與用于驅(qū)動(dòng)所述管彎曲成形件的所述裝置配合的測(cè)力計(jì)，所述測(cè)力計(jì)用于確定在所述管彎曲成形件上拖拉所述管試件所使用的驅(qū)動(dòng)力矩。
14.如權(quán)利要求13所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第一導(dǎo)軌，所述管彎曲成形件在所述第一導(dǎo)軌上移動(dòng)。
15.如權(quán)利要求13所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第二導(dǎo)軌，所述管彎曲成形件在所述第二導(dǎo)軌上移動(dòng)。
16.如權(quán)利要求13所述的管卷曲負(fù)載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述梁移動(dòng)的裝置。
全文摘要
一種用于通過(guò)精確受控的負(fù)載來(lái)將管試件限制和偏轉(zhuǎn)成預(yù)定形狀的元件布置。剛性框架包括與管試件一端連接的可移動(dòng)管彎曲成形件以及與管試件第二端連接的轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)。以測(cè)力計(jì)形式提供用來(lái)估計(jì)在管彎曲成形件上拖拉管試件所使用的驅(qū)動(dòng)力矩的裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)與行進(jìn)管端部車基座組合使用以在管試件被管彎曲成形件彎曲時(shí)在同一平面在管試件中產(chǎn)生彎矩。通過(guò)在管試件上使用精確負(fù)載，給定管構(gòu)造的模擬卷曲的計(jì)算機(jī)分析將產(chǎn)生在管的行進(jìn)管端部的點(diǎn)到達(dá)與卷筒接觸時(shí)該點(diǎn)處的卷曲拉力、剪力以及彎矩預(yù)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N3/20GK102879280SQ20121024149
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者L·H·小泰勒, L·蘇施茨 申請(qǐng)人:J.雷.麥克德莫特股份有限公司