柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机，主要由传动机构、缠绕送进机构组成，传动机构中，在电动机上连接有减速器，减速器的输出轴上设置有联轴器并连接有压紧轮轴；压紧轮轴采用轴承通过压紧轮轴右端盖支撑在固定支座上；在端盖支撑的外围平面上焊接有导向圆杆，导向圆杆的上端焊接有焊接块；钢丝绳跨过固定装置上的滑轮，另一端连接有配重；缠绕送进机构，在压紧轮和石墨带盘之间连接有石墨带；石墨带与金属带之间位置设置有导向块；金属带跨过A轮与设置在A轮下方的固定臂相连接；A轮与固定臂之间设置有偏心机构。本发明能够提高国产缠绕垫片的质量，使其满足大型化工生产设备中愈加苛刻的工况条件，功能较全、自动化程度较高。
【专利说明】柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机，属于石油化工密封【技术领域】。
【背景技术】
[0002]密封是工业领域中常用的技术手段，其本质是在于阻止密封空间与周围介质的质量交换。密封能在流体输送系统中，切断流体(或介质)通道，堵塞或隔离流体通道，阻止流体外泄。在一般工业设备中，为了达到良好的密封效果，大都采用静密封形式。从静密封装置的设计出发，就要求装置可靠、工作寿命长，并力求结构紧凑、系统简单、制造维修方便、成本低廉。垫片密封是静密封的一种，广泛应用于各种密封场合，效果好且成本低。
[0003]石油化工常用垫片有橡胶石棉垫、金属包石棉垫、柔性石墨垫片、金属平垫和八角钢垫圈等。橡胶石棉垫片是用量较多的一种垫片，但由于石棉是一种含水硅酸盐，当温度超过500°C时，会大量析出结晶水而老化，使之失去弹性，在垫片中存在微小间隙并互相串通，从而形成“毛细管现象”而易渗漏。金属带包石棉垫片是由石棉纤维作为填充材料包在金属带内部，提高了强度，又增加了耐热性，避免与介质直接接触产生渗漏，因而提高了垫片的密封性能；但压力、温度较高时，容易发生“横流现象”，即垫片的金属外壳和填充材料一起发生较大的平行于法兰面的横向塑性变形，使垫片的回弹力消失而使密封破坏。缠绕式垫片的金属外壳为普通钢或不锈钢，非金属带有石棉，柔性石墨等，具有较好的弹性、强度高、不易损坏，适用于温度和压力波动以及有冲击和振动载荷的法兰连接中；但缠绕式垫片的安装要求比其他非金属垫片高，如果安装不妥，容易造成压偏或翻边；拧紧力过量和不均匀时，垫片失去弹性补偿能力。柔性石墨垫片是20世纪70年代出现的一种密封材料，具有熔点高、自润性好、膨胀系数大、耐高温、耐低温、具有特殊柔性、在高温下不会因长期与密封面紧密接触而发生粘合现象，能保证密封的可靠性；但该垫片刚性较差，变形量大，限制了它的使用。
[0004]柔性石墨金属缠绕垫片兼有金属缠绕垫片和石墨垫片的优点，目前应用越来越广泛。国外的缠绕式垫片的制造过程采用计算机控制，完全自动化生产工艺，使得垫片具有均匀的填料密度和高精确的几何尺寸，近年来相继出现了低应力缠绕垫片、压缩可调型缠绕垫片等新结构垫片。而根据初步调查，国内密封件生产厂家的设备简陋，工艺落后，缠绕式垫片生产处于低档水平，且质量很不稳定。生产的缠绕式垫片不是金属带裸露，就是非金属带挤出太多，直接影响垫片的外观和质量。此外，目前采用的绕制工艺中，金属带拉紧力和压紧力难以连续调节与定量控制，非金属填料带采用手工添加，垫片缠绕厚度尺寸人工测量，无法在达到垫片规定厚度时及时切带、停止带的进给，从而生产效率低，产品质量不稳，人为因素很大，影响了垫片的力学性能和密封性能。随着工业装置向着大型化、多参数和高精度方向发展，对高质量缠绕式垫片的需求与日俱增，因此研究先进的生产工艺和装备，对提高缠绕式垫片的质量具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提高国产缠绕垫片的质量，使其满足大型化工生产设备中愈加苛刻的工况条件，提供一种功能较全、自动化程度较高的新型柔性石墨金属缠绕垫片高效缠绕机。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0007]一种柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机，主要由传动机构、缠绕送进机构组成。
[0008](I)所述传动机构包括电动机，电动机上连接有减速器，减速器的输出轴上设置有联轴器并连接有压紧轮轴；压紧轮轴采用由轴套分开的第一轴承通过压紧轮轴右端盖支撑在固定支座上，第一轴承的外圈侧设置有压紧轮轴右端盖、轴套、轴端盖予以固定定位，第一轴承的内圈侧设置有压紧轮轴右轴套、轴肩、压紧轮轴左轴套予以固定定位；
[0009]缠绕轮轴由第二轴承支撑，第二轴承的内圈侧设置有大圆螺母、轴肩、缠绕轮轴右轴套予以固定定位，第二轴承的外圈侧设置有缠绕轮轴左端盖、套筒、端盖予以固定定位。
[0010]为使导向圆杆能够方便焊接，在缠绕轮轴左端盖外围采用螺栓紧固一个外方内圆的端盖支撑，在端盖支撑的外围平面上焊接有导向圆杆，导向圆杆的上端焊接有一方形焊接块，焊接块中间开一螺孔，螺孔内设置有螺栓，螺栓上连接有钢丝绳，钢丝绳跨过固定装置上的滑轮，另一端连接有配重。
[0011]缠绕轮的两边设置有左挡板和右挡板。缠绕轮轴在端盖外侧处设置有缠绕轮轴右轴套。
[0012](2)所述缠绕送进机构，在压紧轮和石墨带盘之间连接有石墨带；石墨带中间位置设置有第一气缸和第一切带装置；石墨带靠近石墨带盘一侧位置上设置有E轮和D轮；D轮下侧设置有C轮和第三气缸；D轮上设置有传送带与一侧的B轮相连接；B轮与缠绕轮之间设置有金属带；金属带在B轮与缠绕轮之间的位置上设置有第二气缸和第二切带装置；石墨带与金属带之间位置设置有导向块轮下方设置有A轮，金属带跨过A轮与设置在A轮下方的固定臂相连接；固定臂上连接有旋转臂，旋转臂上设置有弹簧与固定装置相连接；A轮与固定臂48之间设置有偏心机构。
[0013]进一步地，B轮的位置固定，是主动轮，其为一外周有V形槽的凹轮；A轮为成形压紧轮，其外周有V形凸出。
[0014]目前许多企业中金属带的成形和垫片的缠绕这两个工步是用各自专用机床完成的。本发明配备金属带的成形装置，金属带成形完毕后能直接进给到缠绕机构，集两个工步于一台设备上，节省了整个工艺的时间和成本。提供金属带成形的压紧力由固定的偏心机构带动A轮来提供，由于A轮的偏心机构提供很大的压紧力，在通过A轮和B轮后，金属带被压成所需的V形带。A轮和偏心机构连接在一起，可随偏心机构上下移动。顺时针转动偏心机构，A轮即向上运动顶紧B轮；当气缸切断金属带，完成垫片的缠绕时，逆时针转动偏心机构，则偏心机构带动A轮向下运动，移离B轮，然后把垫片从缠绕环上剥离下来。
[0015]目前的石墨金属缠绕垫片生产装置中，金属带的切向拉力由连接于金属带盘上的电磁离合器的摩擦力矩产生，一般激磁电压一定，电磁离合器产生的摩擦力矩不变。随着缠绕过程的进行，金属带盘直径逐渐变小，金属带的拉力就逐渐增大，绕制的垫片就会变成内松外紧，如不加以控制，由于应力的重新分布，直径较大的垫片在缠绕完毕取下时，密封面会形成拱形，甚至整个垫片崩散。为解决此情况，一般的方法是调节激磁电压来控制，设置多档激磁电压衰减系数。但是，考虑到电磁离合器本身体积大、重量大，且价格也不便宜，故本发明中不采用电磁离合器来提供金属带的切向拉力。本发明采用单纯用机械方法实现的金属带拉紧力调节器。旋转臂可绕销转动，调整旋转臂和固定臂之间所夹的角度就能调整金属带拉紧力的大小。旋转臂和弹簧的一端相连，移动弹簧的另一端以调整旋转臂的角度。当角度确定后，将此弹簧端固定。如此通过此简单轻便装置实现了笨重的电磁离合器及其激磁电压控制器才能实现的功能，占用空间小且成本低廉。
[0016]该发明的有益效果在于:
[0017](I)在压紧轮外周中间有一环形槽，与之配合的缠绕环向外突出一小块，在没有缠绕料带的时候，此突出小块的形状刚好和压紧轮上环形槽的形状配合，其突出高度稍高出环形槽的深度，保证整个缠绕过程中都能使压紧轮紧压着缠绕垫片。这种结构简单，加工容易，同样也能防止垫片在缠绕过程中本身缠歪而导致其工作面不平滑情况的发生。
[0018](2)当加工的缠绕垫片的半径很大的时候，缠绕环必须做的很大，从而导致在轴向上缠绕环可能会往一方倒。为此，增加左右挡板，挡板紧挨缠绕环而不接触，以保证其在缠绕大直径垫片时工作稳定；其中左挡板固定在机身上，右挡板可沿一水平导向槽移动，缠绕垫圈时用一销固定右挡板导柱，缠绕完毕后，拔出销，移动右挡板，则比较容易卸下缠绕垫片。
[0019](3)传统设计中，一般是将缠绕轮放在上方，压紧轮放在下方，移动压紧轮来保证压紧。本发明中将压紧轮放在上方，缠绕轮放置在下方，通过移动导向圆杆、缠绕轮、缠绕轮轴、端盖支撑等组成的整体来压紧，压紧力由配重通过滑轮来提供。为使导向圆杆能够方便焊接，在缠绕轮轴左端盖外围加一个外方内圆的端盖支撑，导向圆杆焊接在端盖支撑的外围平面上。导向圆杆的上端和一方形焊接块焊接在一起，焊接块中间开一螺孔；配重由钢丝绳联接，钢丝绳的另一头绕在一螺栓上，螺栓拧入焊接块螺孔中，拧紧螺栓即可。这样的设计改变了目前压紧轮结构采用气缸提供压紧力的方式，制造成本大大降低。由于压紧轮固定，为其提供动力的电动机和减速器的放置问题也容易解决。
[0020](4)考虑到目前垫片的实际应用中，对非圆形垫片的需求量越来越大，本发明不仅适合生产圆形垫片，也可用作椭圆等异形垫片的生产，此时更换相应形状的缠绕环即可，缠绕环的形状可以是任意平滑的闭合曲线。当需要制作的垫片内径变化时，也可更换缠绕环。
[0021](5)当要求制造的垫片直径很小，无法转动缠绕环时，可将原来的缠绕轮换下，换上一个新的缠绕轮，料带直接缠绕在新的缠绕轮上。这样，此机器能加工的垫片直径范围可以很大，基本能满足各种直径参数垫片的制造要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例中缠绕机中的传动机构的结构示意图。
[0023]图2是本发明实施例中缠绕机中缠绕送进机构工作过程示意图。
[0024]图中标记说明:1-电动机；2_减速器；3_联轴器；4_压紧轮轴右轴套；5_压紧轮轴右端盖；6_压紧轮轴；7_轴套；8_第一轴承；9_轴端盖；10_压紧轮轴左轴套；11_压紧轮；12-上导套；13-导向圆杆；14-焊接块；15_滑轮；16-钢丝绳；17_配重；18-第二轴承；19-缠绕轮轴左端盖；20-端盖支撑；21_套筒；22_缠绕轮轴；23-下导套；24_端盖；25_左挡板；26_垫片；27_右挡板；28_缠绕环；29_缠绕轮轴右轴套；30_右挡板导柱；31_缠绕轮；32-石墨带盘；33-E轮；34-D轮；35_石墨带；36_第一气缸；39_第二气缸；41_第三气缸；37_第一切带装置；38_第二切带装置；40-B轮；42-C轮；43_传送带；44_A轮；45_金属带；46_偏心机构；47_销；48_固定臂；49_旋转臂；50_弹簧；51_导向块。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便更好的理解本发明。
[0026]实施例
[0027]该柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机，主要由传动机构、缠绕送进机构组成。
[0028](I)图1是本发明实施例中缠绕机中的传动机构的结构示意图。如图1所示的传动机构包括电动机1，电动机I上连接有减速器2，减速器2的输出轴上设置有联轴器3并连接有压紧轮轴6 ;压紧轮轴6采用由轴套7分开的第一轴承8通过压紧轮轴右端盖5支撑在固定支座上，第一轴承8的外圈侧设置有压紧轮轴右端盖5、轴套7、轴端盖9予以固定定位，第一轴承8的内圈侧设置有压紧轮轴右轴套4、轴肩、压紧轮轴左轴套10予以固定定位；
[0029]缠绕轮轴22由第二轴承18支撑，第二轴承18的内圈侧设置有大圆螺母、轴肩、缠绕轮轴右轴套29予以固定定位，第二轴承18的外圈侧设置有缠绕轮轴左端盖19、套筒21、端盖24予以固定定位。
[0030]为使导向圆杆13能够方便焊接，在缠绕轮轴左端盖19外围通过螺栓紧固一个外方内圆的端盖支撑20，在端盖支撑20的外围平面上焊接有导向圆杆13，导向圆杆13的上端焊接有一方形焊接块14，焊接块14中间开一螺孔，螺孔内设置有螺栓，螺栓上连接有钢丝绳16，钢丝绳16跨过固定装置上的滑轮15，另一端连接有配重17。
[0031]缠绕轮31的两边设置有左挡板25和右挡板27。缠绕轮轴22在端盖24外侧处设置有缠绕轮轴右轴套29。
[0032]上述缠绕机的传动机构在具体工作时，压紧轮轴6通过键带动压紧轮11转动，在压紧力足够大的情况下，依靠摩擦力带动缠绕环28和缠绕轮31转动。缠绕环28与缠绕轮31之间有较大的压紧力，且它们之间的摩擦系数较大。转动缠绕轮31时，将带动缠绕环28转动，从而带动料带向前进给。安装在缠绕轮轴22上的缠绕轮28通过键带动缠绕轮轴22转动。
[0033]缠绕环28上开一小槽(0.5mm宽)，缠绕前将金属带卡入此槽中，缠绕环28转动，带动料带进给。通过移动导向圆杆13、缠绕轮31、缠绕轮轴22、端盖支撑20等组成的整体来压紧垫片26，压紧力由配重17通过连接在固定装置上的滑轮15来提供。
[0034]随着缠绕过程的进行，缠绕垫片26的外径越来越大，导向圆杆13、缠绕轮31、缠绕轮轴22、端盖支撑20组成的整体会随垫片26的厚度增加而被动沿由下导套23和上导套12组成的垂直导槽向下移动。
[0035]当要缠绕的垫片的内径很大时，因缠绕环可能在缠绕轮上歪曲，故在缠绕轮的两边加左挡板25和右挡板27，左挡板始终固定，右挡板在缠绕过程中固定，缠绕完毕可与右挡板导柱30 —起水平向右移动，从而易于将缠完的垫片卸下。
[0036]当要求制造的垫片直径很小，很难转动缠绕环时，可将原来的缠绕轮换下，换上一个新的缠绕轮，料带直接缠绕在新的缠绕轮上。这样，此缠绕机能加工的垫片直径范围可以很大，基本能满足各种直径参数垫片的制造要求。
[0037](2)图2是本发明实施例中缠绕机中缠绕送进机构工作过程示意图。如图2所示的缠绕送进机构，在压紧轮11和石墨带盘32之间连接有石墨带35 ;石墨带35中间位置设置有第一气缸36和第一切带装置37 ;石墨带35靠近石墨带盘32 —侧位置上设置有E轮33和D轮34 ；D轮34下侧设置有C轮42和第三气缸41 ；D轮34上设置有传送带43与一侧的B轮40相连接；B轮40与缠绕轮31之间设置有金属带45 ;金属带45在B轮40与缠绕轮31之间的位置上设置有第二气缸39和第二切带装置38 ;石墨带35与金属带45之间位置设置有导向块51 ;B轮40下方设置有A轮44，金属带45跨过A轮44与设置在A轮44下方的固定臂48相连接；固定臂48上连接有旋转臂49，旋转臂49上设置有弹簧50与固定装置相连接；A轮44与固定臂48之间设置有偏心机构46。
[0038]缠绕机中缠绕送进机构工作时，压紧轮11和缠绕轮31的转动带动石墨带35和金属带45向前进给，A轮44通过偏心机构46定位并提供以较大的压紧力压紧B轮40，B轮为主动轮，B轮通过传动带43带动C轮42转动，C轮42的转动带动D轮34转动，D轮34连接在第三气缸41上，D轮34在垂直石墨带35方向可移动。D轮34压紧并带动E轮33转动，从而使夹在D轮34和E轮33之间的石墨带35向缠绕轮31进给。石墨带35在牵引出之前盘在石墨带盘32上。
[0039]石墨带35和金属带45分别通过导向块51上下表面上的导向槽送进，以保证在进入缠绕轮31和压紧轮11之前两带都能沿缠绕轮31的切向进给。缠绕轮31是可以上下移动的，故当缠绕垫片半径增大的时候，仅缠绕轮31向下移动，而无需向下移动整个缠绕送进机构便可以保证料带切向进给。
[0040]根据缠绕垫片的要求，在起初的3至4圈的缠绕中，只是单纯缠绕金属带45，这期间D轮34是不压紧E轮33的，石墨带35不进给。当缠绕3圈左右时，气缸41带动D轮34压紧E轮33，从而石墨带35和金属带45都向缠绕轮31进给；为保证石墨带35和金属带45同速进给，B轮40、C轮42、D轮34的半径是相等的。
[0041]在传动机构的导向圆杆13上加一个位移传感器，导向圆杆13向下移动的距离就是垫片半径增大的长度。当达到预设垫片半径时，位移传感器发出一信号，压紧轮轴6停转，并使气缸41带动D轮34移离石墨带35。第一气缸36处于E轮33和压紧轮11之间的某个位置，第一气缸36带动第一切带装置37切断石墨带35。压紧轮轴6重新转动，单独缠绕金属带45，在达到预定单独转的圈数后压紧轮轴6停转，第二气缸39位于A轮和缠绕轮31之间的某个位置，气缸39带动第二切带装置38切断金属带45，焊接装置靠上垫片外周，焊接规定的焊点数后移离。此后，将右挡板27移开，调整配重17缠绕轮31下移，将缠绕好的垫片卸下。整个石墨金属缠绕垫片加工过程结束。
[0042]目前许多企业中金属带的成形和垫片的缠绕这两个工步是用各自专用机床完成的。本发明配备金属带的成形装置，金属带成形完毕后能直接进给到缠绕机构，集两个工步于一台设备上，节省了整个工艺的时间和成本。如图2所示，B轮40的位置固定，是主动轮，其为一外周有V形槽的凹轮；A轮44为成形压紧轮，其外周有V形凸出。提供金属带成形的压紧力由固定的偏心机构带动A轮44来提供，由于A轮44的偏心机构提供很大的压紧力，在通过A轮44和B轮40后，金属带45被压成所需的V形带。A轮44和偏心机构连接在一起，可随偏心机构上下移动。顺时针转动偏心机构，A轮44即向上运动顶紧B轮；当气缸39切断金属带45,完成垫片的缠绕时,逆时针转动偏心机构，则偏心机构带动A轮向下运动，移离B轮，然后把垫片从缠绕环上剥离下来。
[0043]目前的石墨金属缠绕垫片生产装置中，金属带的切向拉力由连接于金属带盘上的电磁离合器的摩擦力矩产生，一般激磁电压一定，电磁离合器产生的摩擦力矩不变。随着缠绕过程的进行，金属带盘直径逐渐变小，金属带的拉力就逐渐增大，绕制的垫片就会变成内松外紧，如不加以控制，由于应力的重新分布，直径较大的垫片在缠绕完毕取下时，密封面会形成拱形，甚至整个垫片崩散。为解决此情况，一般的方法是调节激磁电压来控制，设置多档激磁电压衰减系数。但是，考虑到电磁离合器本身体积大、重量大，且价格也不便宜，故本发明中不采用电磁离合器来提供金属带的切向拉力。采用如图2中点画线框中所示单纯用机械方法实现的金属带拉紧力调节器。旋转臂49可绕销47转动，调整旋转臂49和固定臂48之间所夹的角度就能调整金属带45拉紧力的大小。旋转臂49和弹簧50的一端相连，移动弹簧的另一端以调整旋转臂49的角度。当角度确定后，将此弹簧端固定。如此通过此简单轻便装置实现了笨重的电磁离合器及其激磁电压控制器才能实现的功能，占用空间小且成本低廉。
[0044]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机,主要由传动机构、缠绕送进机构组成,其特征在于： 所述传动机构包括电动机，所述电动机上连接有减速器，所述减速器的输出轴上设置有联轴器并连接有压紧轮轴；所述压紧轮轴采用由轴套分开的第一轴承通过压紧轮轴右端盖支撑在固定支座上，所述第一轴承的外圈侧设置有压紧轮轴右端盖、轴套、轴端盖予以固定定位，所述第一轴承的内圈侧设置有压紧轮轴右轴套、轴肩、压紧轮轴左轴套予以固定定位；所述缠绕轮轴由第二轴承支撑，第二轴承的内圈侧设置有大圆螺母、轴肩、缠绕轮轴右轴套予以固定定位，第二轴承的外圈侧设置有缠绕轮轴左端盖、套筒、端盖予以固定定位；所述缠绕轮轴左端盖外围采用螺栓紧固一个外方内圆的端盖支撑，在端盖支撑的外围平面上焊接有导向圆杆，所述导向圆杆的上端焊接有一方形焊接块，所述焊接块中间开一螺孔，所述螺孔内设置有螺栓，所述螺栓上连接有钢丝绳，所述钢丝绳跨过固定装置上的滑轮，另一端连接有配重； 所述缠绕送进机构，在压紧轮和石墨带盘之间连接有石墨带；所述石墨带中间位置设置有第一气缸和第一切带装置；所述石墨带靠近石墨带盘一侧位置上设置有E轮和D轮；所述D轮下侧设置有C轮和第三气缸；所述D轮上设置有传送带与一侧的B轮相连接；所述B轮与缠绕轮之间设置有金属带；所述金属带在B轮与缠绕轮之间的位置上设置有第二气缸和第二切带装置；所述石墨带与金属带之间位置设置有导向块；所述B轮下方设置有A轮，所述金属带跨过A轮与设置在A轮下方的固定臂相连接；所述固定臂上连接有旋转臂，所述旋转臂上设置有弹簧与固定装置相连接；所述A轮与固定臂之间设置有偏心机构。
2.根据权利要求I所述的柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机，其特征在于：所述缠绕轮的两边设置有左挡板和右挡板。
3.根据权利要求I所述的柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机，其特征在于：所述缠绕轮轴在端盖外侧处设置有缠绕轮轴右轴套。
4.根据权利要求I所述的柔性石墨金属缠绕式垫片高效缠绕机，其特征在于：所述B轮的位置固定，是主动轮，其为一外周有V形槽的凹轮；所述A轮为成形压紧轮，其外周有V形凸出。
【文档编号】B65H81/02GK103693516SQ201310660875
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】张立军 申请人:中国石油大学(华东)