專利名稱：管卷曲負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載模擬器。
背景技術(shù)：
迄今為止，在管卷曲加工過程中只有有限的裝置用來測驗給定鋼管線構(gòu)造組件的性能。所要測驗的組件通常是通過具有或沒有某類彈性涂層的單一碳鋼管的對接焊接來結(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。測驗這類管線構(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單彎曲測驗，其中管組件試件*通過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；*通過在試件的每個端部施加單一剪切載荷而在鋼成形裝置上被彎曲；或者*使用簡單的3點或4點相對剪切載荷條件來彎曲?？墒褂脤嶋H管卷曲容器來進行全方位測驗。然而，這種全方位測驗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時操作。鋼管構(gòu)造的卷曲包括將管的鋼壁彎曲到塑性區(qū)。目前用來預測被卷曲進入塑性極限的管構(gòu)造的性能和剩余整體性的分析和數(shù)字方法是近似值。這是因為在卷曲過程中管構(gòu)造的塑性性能是由實際材料屬性、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載條件的集體效應控制的。在線性(非塑性)范圍內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)性負載中，應變狀態(tài)與負載的路徑和順序無關(guān)的。在任何非線性塑性問題中，應力和應變的狀態(tài)是高度依賴于用來達到所需狀態(tài)的變形模式的路徑和順序。因此，在彎曲到塑性極限時，負載施加到結(jié)構(gòu)的順序受性能的影響。為了使物理測驗提供有意義結(jié)果，測驗裝置必須盡可能精確復制測驗所設想的實際工作狀態(tài)。測驗暴露于管卷曲應變的管構(gòu)造的現(xiàn)有技術(shù)無法精確復制在管卷曲加工過程中實際產(chǎn)生的軸向拉力和彎矩以及剪力。實際負載狀態(tài)的不精確表示會導致對管構(gòu)造性能的錯誤實驗判斷。在執(zhí)行卷好的管線構(gòu)造項目過程中，錯誤測驗判斷導致無法預測的損失，導致計劃延誤、商業(yè)上的以及可能的實際損失。因此，可以看到需要有精密地模擬卷管的實際工業(yè)加工以允許驗證所要卷曲的管線構(gòu)造的設計的測驗裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決上述需求并提出被用來通過精確受控的負載將管試件限制和偏轉(zhuǎn)成預定形狀的元件布置。剛性框架包括與管試件一端連接的可移動管彎曲成形件以及與管試件第二端連接的轉(zhuǎn)動工作臺。以測力計的形式提供用來估計在管彎曲成形件上拖拉管試件所使用的驅(qū)動力矩的裝置。轉(zhuǎn)動工作臺與行進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)造的模擬卷曲的計算機分析將產(chǎn)生在管的行進管端部的點到達與卷筒接觸時在該點處的卷曲拉力、剪力以及彎矩預測。這些預測的拉力、剪力以及彎矩可接著通過本發(fā)明應用到試件上，且試件在這些條件下的反應被觀察、測量并與計算機分析對比。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、以及通過其使用可實現(xiàn)的其操作優(yōu)點，參考形成本發(fā)明的一部分的附圖和說明內(nèi)容，其中示出本發(fā)明的較佳實施例。


附圖構(gòu)成本說明書的一部分，且其中在附圖中示出的附圖標記在所有附圖中表示相同或相應部分。圖I是本發(fā)明的示意性說明圖。圖2是管彎曲成形件的更詳細視圖。
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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節(jié)圖。圖5是示出本發(fā)明的在管行進端的部分的細節(jié)圖。圖6不出管試件彎曲后的本發(fā)明。圖7是在馬達驅(qū)動裝置和管彎曲成形件之間配合的細節(jié)圖。
具體實施例方式如圖I所示，管卷曲負載模擬器10通常包括剛性框架12、管彎曲成形件14、用于在彎曲操作過程中固定管17的每個端部的裝置16和22、梁18、工作臺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記32標示的窄端。為了在操作過程中提供管彎曲成形件14的一致性移動，弧形導軌26附連在交叉撐桿30之間。管彎曲成形件14通過諸如未示出的輥子的任何合適裝置與導軌26配合以在其上移動。如圖1、6以及圖7的細節(jié)圖所示，馬達驅(qū)動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)動齒輪42。馬達驅(qū)動裝置34較佳地安裝在銷36上以將馬達驅(qū)動裝置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。馬達驅(qū)動裝置34在操作過程中驅(qū)動管彎曲成形件14以使管17在管彎曲成形件14的弧形端上彎曲。以測力計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)動力矩的裝置，該測力計38安裝在馬達驅(qū)動裝置34上或鄰近馬達驅(qū)動裝置34的交叉撐桿30上的凸片40上使得測力計38在馬達驅(qū)動裝置34和凸片40之間，且在管彎曲操作過程中，馬達驅(qū)動裝置34的旋轉(zhuǎn)力將壓力作用在，馬達驅(qū)動裝置34和凸片40之間的測力計38上。
用于在彎曲操作過程中固定管17的每個端部的裝置16和22的每個包括座46，座46具有用于安裝到管彎曲成形件14或工作臺20上的法蘭盤48。螺柱50和螺母52用來將座46固定在管彎曲成形件14和工作臺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用來正確地將管17放在座46的中心。用附圖標記56標示的梁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上以沿梁長度方向有選擇移動。上文提到的工作臺20安裝在車58上以可在其上轉(zhuǎn)動。用于固定管一端的裝置22安裝在工作臺20上。車58通過在圖I和5-6中所示的氣缸和活塞60可選擇地沿梁18移動。氣缸和活塞60在梁18上安裝到位且附連到車58上以有選擇地移動車58和安裝在車58上的工作臺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20的對側(cè)上以將彎曲力偶通過連接裝置22施加到與其配合的工作臺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之間用來在操作過程中移動梁18及其關(guān)聯(lián)裝置的線66。在操作過程中，管試件17具有插入座16和22中的每個端部。座然后分別安裝在管彎曲成形件14和工作臺20上且高度可調(diào)節(jié)。馬達驅(qū)動裝置34用來沿圖I中箭頭標示的方向轉(zhuǎn)動管彎曲成形件14以使管17在管彎曲成形件14上彎曲。在這個彎曲運動過程中，氣缸和活塞60以及拖拉裝置64用來使梁沿圖I中箭頭標示的方向轉(zhuǎn)動，而車58上的液壓缸/活塞62用來轉(zhuǎn)動工作臺20且將彎曲力偶施加到工作臺20和管17上。這些移動都是已知的力。如圖7中所示，測力計38用來確定在馬達驅(qū)動裝置34的作用下彎曲管17所需的驅(qū)動力矩。本發(fā)明提供關(guān)于先前所使用的測驗彎曲管的裝置的多個優(yōu)點?？扇菀子嬎銓⒐芫砬玫牧亍Ｔ诠艿牟粫⒓唇佑|管卷筒的端部上的彎曲力偶的產(chǎn)生補充先前所用測驗裝置缺失的彎曲因素。在卷曲過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)負載下觀察管構(gòu)造的性能以消除或大大減少對將給定管構(gòu)造彎曲成卷的能力的錯誤判斷。盡管以上已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的各具體實施例和/或細節(jié)來說明本發(fā)明原理的應用，但應當理解，本發(fā)明可如權(quán)利要求書中更完整描述那樣來實施，或者以本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的其它方式來實施(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，所述工作臺安裝在所述梁上以在所述梁上轉(zhuǎn)動和平移； f、用于將所述管試件的所述第二端連接到所述工作臺的裝置； g、用于驅(qū)動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)動力矩的裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于用于確定所述驅(qū)動力矩的所述裝置包括與用于驅(qū)動所述管彎曲成形件的所述裝置配合的測力計。
3.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第一導軌，所述管彎曲成形件在所述第一導軌上移動。
4.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第二導軌，所述管彎曲成形件在所述第二導軌上移動。
5.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于所述工作臺可轉(zhuǎn)動地安裝在車上，所述車可移動地安裝在所述梁上以在所述梁上平移。
6.如權(quán)利要求5所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述工作臺轉(zhuǎn)動的裝置。
7.如權(quán)利要求I所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述梁移動的裝置。
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，所述工作臺安裝在所述梁上以在所述梁上轉(zhuǎn)動和平移； f、用于有選擇地使所述工作臺轉(zhuǎn)動和平移的裝置。
g、用于將所述管試件的所述第二端連接到所述工作臺的裝置； h、用于驅(qū)動所述管彎曲成形件的裝置；以及 i、與用于驅(qū)動所述管彎曲成形件的所述裝置配合的測力計，所述測力計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)動力矩。
9.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第一導軌，所述管彎曲成形件在所述第一導軌上移動。
10.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第二導軌，所述管彎曲成形件在所述第二導軌上移動。
11.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于所述工作臺可轉(zhuǎn)動地安裝在車上，所述車可移動地安裝在所述梁上以在所述梁上平移。
12.如權(quán)利要求8所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述梁移動的裝置。
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，所述工作臺安裝在所述車上以在所述工作臺上轉(zhuǎn)動； h、用于有選擇地使所述工作臺轉(zhuǎn)動的裝置； i、用于將所述管試件的所述第二端連接到所述工作臺的裝置； j、用于驅(qū)動所述管彎曲成形件的裝置；以及 k、與用于驅(qū)動所述管彎曲成形件的所述裝置配合的測力計，所述測力計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)動力矩。
14.如權(quán)利要求13所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第一導軌，所述管彎曲成形件在所述第一導軌上移動。
15.如權(quán)利要求13所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括附連在所述剛性框架上的第二導軌，所述管彎曲成形件在所述第二導軌上移動。
16.如權(quán)利要求13所述的管卷曲負載模擬器，其特征在于還包括用于有選擇地使所述梁移動的裝置。
全文摘要
一種用于通過精確受控的負載來將管試件限制和偏轉(zhuǎn)成預定形狀的元件布置。剛性框架包括與管試件一端連接的可移動管彎曲成形件以及與管試件第二端連接的轉(zhuǎn)動工作臺。以測力計形式提供用來估計在管彎曲成形件上拖拉管試件所使用的驅(qū)動力矩的裝置。轉(zhuǎn)動工作臺與行進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在同一平面在管試件中產(chǎn)生彎矩。通過在管試件上使用精確負載，給定管構(gòu)造的模擬卷曲的計算機分析將產(chǎn)生在管的行進管端部的點到達與卷筒接觸時該點處的卷曲拉力、剪力以及彎矩預測。
文檔編號G01N3/20GK102879280SQ20121024149
公開日2013年1月16日 申請日期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 申請人:J.雷.麥克德莫特股份有限公司