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专利名称：一种弯曲管道切割机构及其使用方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411161650.4

专利申请（专利权）人：运城学院
权利人地址：山西省运城市盐湖区河东东街333号

专利发明（设计）人：胡旭宇,毛飞龙,胡可

专利摘要：本发明属于管道切割技术领域，提供一种弯曲管道切割机构及其使用方法，切割机构包括定平台、动平台，以及两个结构相同的支链结构，两个支链结构分别由两个平行四边形机构组成，定平台侧平行四边形机构固定在定平台上，动平台侧平行四边形机构固定在定平台侧平行四边形机构上，定平台侧平行四边形机构和动平台侧平行四边形机构位于两个相互垂直的平面；两个支链结构的定平台侧平行四边形机构所在平面相互垂直；两个动平台侧平行四边形机构通过动平台连接杆连接，动平台连接杆与动平台侧平行四边形机构转动连接，动平台固定在动平台连接杆的中间，动平台中心下方垂直设置切割头；切割机构使用时根据两个待切割管道的特点，调整支链结构，最终实现两管道相贯线切割；本发明的并联式变曲率弯曲管道切割机构具有高精度、高强度、高承载能力等优点。

主权利要求：
1.一种弯曲管道切割机构，其特征在于：包括定平台、动平台，以及两个结构相同的支链结构一和支链结构二，支链结构一和支链结构二分别由一个定平台侧平行四边形机构和一个动平台侧平行四边形机构组成，定平台侧平行四边形机构固定在定平台上，动平台侧平行四边形机构固定在定平台侧平行四边形机构上，定平台侧平行四边形机构和动平台侧平行四边形机构位于两个相互垂直的平面；所述支链结构一的定平台侧平行四边形机构所在平面与支链结构二的定平台侧平行四边形机构所在平面垂直；所述支链结构一和支链结构二的动平台侧平行四边形机构通过动平台连接杆连接，动平台连接杆与动平台侧平行四边形机构转动连接，动平台固定在动平台连接杆的中间，动平台中心下方垂直设置切割头；
所述定平台侧平行四边形机构由定平台移动副、定平台转动副、定平台上连杆和定平台下连杆构成，定平台上连杆和定平台下连杆平行设置并由不少于两个定平台移动副连接，每个定平台移动副的两端通过定平台转动副分别与定平台上连杆和定平台下连杆连接，同一平行四边形机构上各定平台移动副的轴线相互平行，各定平台转动副的轴线相互平行；
所述动平台侧平行四边形机构包括动平台移动副、动平台上连杆和动平台下连杆，动平台上连杆和动平台下连杆平行设置并由不少于两个动平台移动副连接，同一动平台侧平行四边形机构上各动平台移动副的轴线相互平行；动平台上连杆与所述动平台连接杆转动连接，动平台下连杆与定平台上连杆垂直固定，动平台下连杆的中心点与定平台上连杆的中心点相交。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲管道切割机构，其特征在于：所述定平台上连杆和定平台下连杆的两端分别并联设置有两个定平台移动副；所述定平台上连杆和定平台下连杆中间设置一个定平台移动副。
3.根据权利要求1所述的一种弯曲管道切割机构，其特征在于：所述动平台上连杆和动平台下连杆的两端分别并联设置有两个动平台移动副；所述动平台上连杆和动平台下连杆中间设置一个动平台移动副。
4.权利要求1?3任意一项所述弯曲管道切割机构的使用方法，包括如下步骤：S1、当待切割管道一和管道二都为圆环管道时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：S11、待切割管道的安装：
支链结构一定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点的运动轨迹与管道一的中心线重合；
支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点的运动轨迹与管道二的中心线重合；
S12、根据待切割管道半径调节切割机构：
S121、调节支链结构一动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道一的半径一致；
S122、调节支链结构二动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道二的半径一致；
S123、锁死支链机构一动平台侧平行四边形机构和支链结构二动平台侧平行四边形机构的动平台移动副；
S13、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：
S131、调节支链结构一定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度与待切割管道一的弯曲曲率半径一致；
S132、调节支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度与待切割管道二的弯曲曲率半径一致；
S133、锁死支链机构一定平台侧平行四边形机构和支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台移动副；
S14、切割头的末端分别落到管道一和管道二上，转动任一支链机构定平台侧平行四边形机构的定平台转动副，完成切割；
S2、当待切割管道一的弯曲曲率变化，管道二为圆环管道时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：S21、待切割管道的安装：
支链结构一定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点的运动轨迹与管道一的中心线重合；
支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点的运动轨迹与管道二的中心线重合；
S22、根据待切割管道半径调节切割机构：
S221、调节支链结构一动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道一的半径一致；
S222、调节支链结构二动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道二的半径一致；
S223、锁死支链机构一动平台侧平行四边形机构和支链结构二动平台侧平行四边形机构的动平台移动副；
S23、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：
S231、调节支链结构一定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度始终与待切割管道一的弯曲曲率半径一致；
S232、调节支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度与待切割管道二的弯曲曲率半径一致，并锁死支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台移动副；
S24、切割头的末端分别落到管道一和管道二上，转动任一支链机构定平台侧平行四边形机构的定平台转动副，完成切割；
S3、当待切割管道一和管道二的弯曲曲率都变化时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：S31、待切割管道的安装：
支链结构一定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点的运动轨迹与管道一的中心线重合；
支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点的运动轨迹与管道二的中心线重合；
S32、根据待切割管道半径调节切割机构：
S321、调节支链结构一动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道一的半径一致；
S322、调节支链结构二动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道二的半径一致；
S323、锁死支链结构一动平台侧平行四边形机构和支链结构二动平台侧平行四边形机构的动平台移动副；
S33、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：
S231、调节支链结构一定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度始终与待切割管道一的弯曲曲率半径一致；
S232、调节支链结构二定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度始终与待切割管道二的弯曲曲率半径一致；
S24、切割头的末端分别落到管道一和管道二上，转动任一支链机构定平台侧平行四边形机构的定平台转动副，完成切割。 说明书 : 一种弯曲管道切割机构及其使用方法技术领域[0001] 本发明属于管道截割技术领域，涉及弯曲管道的贯线切割，具体是一种弯曲管道切割机构及其使用方法。背景技术[0002] 两根弯曲管道焊接前，需要先对两根管道的焊接边缘进行切割，切割出相贯线的形状，才能顺利实现焊接；现有的管道切割机构大多为串联式的管道切割机构，目前还没有专门针对弯曲程度变化的管道进行切割的切割机构和切割方法。发明内容[0003] 本发明的目的就是提供一种弯曲管道切割机构，能够对两个相贯管道的焊接边缘进行切割，简单快速切割出两根管道的相贯线的形状，且管道的弯曲曲率半径可以变化、管道直径大小也可以变化的并联式管道切割机构。[0004] 本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：[0005] 一种弯曲管道切割机构，包括定平台、动平台，以及两个结构相同的支链结构一和支链结构二，支链结构一和支链结构二分别由一个定平台侧平行四边形机构和一个动平台侧平行四边形机构组成，定平台侧平行四边形机构固定在定平台上，动平台侧平行四边形机构固定在定平台侧平行四边形机构上，定平台侧平行四边形机构和动平台侧平行四边形机构位于两个相互垂直的平面；所述支链结构一的定平台侧平行四边形机构所在平面与支链结构二的定平台侧平行四边形机构所在平面垂直；所述支链结构一和支链结构二的动平台侧平行四边形机构通过动平台连接杆连接，动平台连接杆与动平台侧平行四边形机构转动连接，动平台固定在动平台连接杆的中间，动平台中心下方垂直设置切割头。[0006] 作为优。龆ㄆ教ú嗥叫兴谋咝位褂啥ㄆ教ㄒ贫、定平台转动副、定平台上连杆和定平台下连杆构成，定平台上连杆和定平台下连杆平行设置并由不少于两个定平台移动副连接，每个定平台移动副的两端通过定平台转动副分别与定平台上连杆和定平台下连杆连接，同一平行四边形机构上各定平台移动副的轴线相互平行，各定平台转动副的轴线相互平行。[0007] 作为优。龆ㄆ教ㄉ狭撕投ㄆ教ㄏ铝说牧蕉朔直鸩⒘柚糜辛礁龆ㄆ教ㄒ贫保凰龆ㄆ教ㄉ狭撕投ㄆ教ㄏ铝酥屑渖柚靡桓龆ㄆ教ㄒ贫。[0008] 作为优。龆教ú嗥叫兴谋咝位拱ǘ教ㄒ贫、动平台上连杆和动平台下连杆，动平台上连杆和动平台下连杆平行设置并由不少于两个动平台移动副连接，同一动平台侧平行四边形机构上各动平台移动副的轴线相互平行；动平台上连杆与所述动平台连接杆转动连接，动平台下连杆与定平台上连杆垂直固定，动平台下连杆的中心点与定平台上连杆的中心点相交。[0009] 作为优。龆教ㄉ狭撕投教ㄏ铝说牧蕉朔直鸩⒘柚糜辛礁龆教ㄒ贫保凰龆教ㄉ狭撕投教ㄏ铝酥屑渖柚靡桓龆教ㄒ贫。[0010] 所述弯曲管道切割机构的使用方法，包括如下步骤：[0011] S1、当管道一和管道二都为圆环管道时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：[0012] S11、待切割管道一和管道二的安装：[0013] 支链结构一定平台侧平行四边形机构上连杆中心点的运动轨迹与管道一中心线重合；[0014] 支链结构二定平台侧平行四边形机构上连杆中心点的运动轨迹与管道二中心线重合；[0015] S12、根据待切割管道半径调节切割机构：[0016] S121、调节支链结构一动平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道一的半径一致；[0017] S122、调节支链结构二动平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道二的半径一致；[0018] S123、锁死支链机构一动平台侧平行四边形机构和支链结构二动平台侧平行四边形机构的移动副；[0019] S13、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：[0020] S131、调节支链结构一定平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道一的弯曲曲率半径一致；[0021] S132、调节支链结构二定平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道二的弯曲曲率半径一致；[0022] S133、锁死支链机构一定平台侧平行四边形机构和支链结构二定平台侧平行四边形机构的移动副；[0023] S14、切割头的末端分别落到管道一和管道二上，转动任一支链机构定平台侧平行四边形机构的转动副，完成切割；[0024] S2、当管道一的弯曲曲率变化，管道二为圆环管道时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：[0025] S21、待切割管道的安装：[0026] 支链结构一定平台侧平行四边形机构上连杆中心点的运动轨迹与管道一中心线重合；[0027] 支链结构二定平台侧平行四边形机构上连杆中心点的运动轨迹与管道二中心线重合；[0028] S22、根据待切割管道半径调节切割机构：[0029] S221、调节支链结构一动平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道一的半径一致；[0030] S222、调节支链结构二动平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道二的半径一致；[0031] S223、锁死支链机构一动平台侧平行四边形机构和支链结构二动平台侧平行四边形机构的移动副；[0032] S23、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：[0033] S231、调节支链结构一定平台侧平行四边形机构的移动副长度始终与待切割管道一的弯曲曲率半径一致；[0034] S232、调节支链结构二定平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道二的弯曲曲率半径一致，并锁死支链结构二定平台侧平行四边形机构的移动副；[0035] S24、切割头的末端分别落到管道一和管道二上，转动任一支链机构定平台侧平行四边形机构的转动副，完成切割；[0036] S3、当管道一和管道二的弯曲曲率都变化时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：[0037] S31、待切割管道的安装：[0038] 支链结构一定平台侧平行四边形机构上连杆中心点的运动轨迹与管道一中心线重合；[0039] 支链结构二定平台侧平行四边形机构上连杆中心点的运动轨迹与管道二中心线重合；[0040] S32、根据待切割管道半径调节切割机构：[0041] S321、调节支链结构一动平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道一的半径一致；[0042] S322、调节支链结构二动平台侧平行四边形机构的移动副长度与待切割管道二的半径一致；[0043] S323、锁死支链机构一动平台侧平行四边形机构和支链结构二动平台侧平行四边形机构的移动副；[0044] S33、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：[0045] S231、调节支链结构一定平台侧平行四边形机构的移动副长度始终与待切割管道一的弯曲曲率半径一致；[0046] S232、调节支链结构二定平台侧平行四边形机构的移动副长度始终与待切割管道二的弯曲曲率半径一致；[0047] S24、切割头的末端分别落到管道一和管道二上，转动任一支链机构定平台侧平行四边形机构的转动副，完成切割。[0048] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0049] 1.弯曲管道切割机构可以根据所要切割管道的弯曲程度和管道半径，调节切割机构的运动轨迹，实现两根相交管道相贯线轨迹的切割；[0050] 2.相比于串联式管道切割机构，并联式变曲率弯曲管道切割机构具有高精度、高强度、高承载能力等优点。附图说明[0051] 图1是本发明的结构示意图；[0052] 图2是本发明中支链结构的示意图；[0053] 图3是本发明中待切割管道的示意图；[0054] 图中1、定平台；2、动平台；3、支链结构一；3?1、定平台侧平行四边形机构一；3?2、动平台侧平行四边形机构一；3?3、定平台上连杆中心点一；3?4、定平台上连杆中心点一的运动轨迹；4、支链结构二；4?1、定平台侧平行四边形机构二；4?2、动平台侧平行四边形机构二；4?3、定平台上连杆中心点二；4?4、定平台上连杆中心点二的运动轨迹；5、动平台连接杆；6、切割头；7、定平台移动副；7?1、第一定平台移动副；7?2、第二定平台移动副；7?3、第三定平台移动副；7?4、第四定平台移动副；7?5、第五定平台移动副；8、定平台转动副；9、定平台上连杆；10、定平台下连杆；11、动平台移动副；11?1、第一动平台移动副；11?2、第二动平台移动副；11?3、第三动平台移动副；11?4、第四动平台移动副；11?5、第五动平台移动副；12、动平台上连杆；13、动平台下连杆；14、管道一；14?1、管道一中心线；15、管道二；15?1、管道二中心线。具体实施方式[0055] 下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明：[0056] 一种弯曲管道切割机构，如图1和图2所示，包括定平台1、动平台2，以及两个结构相同的支链结构一3和支链结构二4。支链结构一3和支链结构二4分别由一个定平台侧平行四边形机构和一个动平台侧平行四边形机构构成，定平台侧平行四边形机构固定在定平台1上，动平台侧平行四边形机构固定在定平台侧平行四边形机构上，定平台侧平行四边形机构和动平台侧平行四边形机构位于两个相互垂直的平面；支链结构一3的定平台侧平行四边形机构一3?1所在平面与支链结构二4的定平台侧平行四边形机构二4?1所在平面垂直；支链结构一3的动平台侧平行四边形机构一3?2和支链结构二4的动平台侧平行四边形机构二4?2通过动平台连接杆5连接，动平台连接杆5与动平台侧平行四边形机构转动连接，动平台2固定在动平台连接杆5的中间，动平台2中心下方垂直设置切割头6。[0057] 定平台侧平行四边形机构由定平台移动副7、定平台转动副8、定平台上连杆9和定平台下连杆10构成，定平台上连杆9和定平台下连杆10平行设置并由第一定平台移动副7?1、第二定平台移动副7?2、第三定平台移动副7?3、第四定平台移动副7?4、第五定平台移动副7?5连接，其中第一定平台移动副7?1和第二定平台移动副7?2并联设置于定平台上连杆9和定平台下连杆10的一端，第三定平台移动副7?3和第四定平台移动副7?4并联设置于定平台上连杆9和定平台下连杆10的另一端，第五定平台移动副7?5设置于定平台上连杆9和定平台下连杆10的中间，每个定平台移动副7的两端通过定平台转动副8分别与定平台上连杆9和定平台下连杆10连接。第一定平台移动副7?1、第二定平台移动副7?2、第三定平台移动副7?3、第四定平台移动副7?4、第五定平台移动副7?5的轴线相互平行，各定平台转动副8的轴线相互平行。[0058] 动平台侧平行四边形机构包括动平台移动副11、动平台上连杆12和动平台下连杆13，动平台上连杆12和动平台下连杆13平行设置并由第一动平台移动副11?1、第二动平台移动副11?2、第三动平台移动副11?3、第四动平台移动副11?4、第五动平台移动副11?5连接，其中，第一动平台移动副11?1、第二动平台移动副11?2并联设置于动平台上连杆12和动平台下连杆13的一端，第三动平台移动副11?3、第四动平台移动副11?4并联设置于动平台上连杆12和动平台下连杆13的另一端，第五动平台移动副11?5设置于动平台上连杆12和动平台下连杆13的中间，第一动平台移动副11?1、第二动平台移动副11?2、第三动平台移动副11?3、第四动平台移动副11?4、第五动平台移动副11?5的轴线相互平行；动平台上连杆12与动平台连接杆5转动连接，动平台下连杆13与定平台上连杆9垂直固定，且动平台下连杆13的中心点与定平台上连杆9的中心点相交。[0059] 使用切割机构时，如图3所示，当管道一14和管道二15为圆环管道时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：[0060] S11、待切割管道一14和管道二15的安装：[0061] 支链结构一3定平台侧平行四边形机构一3?1的定平台上连杆中心点一3?3的运动轨迹3?4与管道一14的管道一中心线14?1重合；[0062] 支链结构二4定平台侧平行四边形机构二4?1的定平台上连杆中心点二4?3的运动轨迹4?4与管道二15的管道二中心线15?1重合；[0063] S12、根据待切割管道半径调节切割机构：[0064] S121、调节支链结构一3动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道一14的半径一致；[0065] S122、调节支链结构二4动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道二15的半径一致；[0066] S123、锁死支链机构一3动平台侧平行四边形机构和支链结构二4动平台侧平行四边形机构的动平台移动副；[0067] S13、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：[0068] S131、调节支链结构一3定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度与待切割管道一14的弯曲曲率半径一致；[0069] S132、调节支链结构二4定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度与待切割管道二15的弯曲曲率半径一致；[0070] S133、锁死支链机构一3定平台侧平行四边形机构和支链结构二4定平台侧平行四边形机构的定平台移动副；[0071] S14、切割头6的末端分别落到管道一14和管道二15上，转动任一支链机构定平台侧平行四边形机构的定平台转动副，完成切割。[0072] 当管道一14的弯曲曲率变化，管道二15为圆环管道时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：[0073] S21、待切割管道的安装：[0074] 支链结构一3定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点一3?3的运动轨迹3?4与管道一14的管道一中心线14?1重合；[0075] 支链结构二4定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点二4?3的运动轨迹4?4与管道二15的管道二中心线15?1重合；[0076] S22、根据待切割管道半径调节切割机构：[0077] S221、调节支链结构一3动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道一14的半径一致；[0078] S222、调节支链结构二4动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道二15的半径一致；[0079] S223、锁死支链机构一3动平台侧平行四边形机构和支链结构二4动平台侧平行四边形机构的动平台移动副；[0080] S23、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：[0081] S231、调节支链结构一3定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度始终与待切割管道一14的弯曲曲率半径一致；[0082] S232、调节支链结构二4定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度与待切割管道二15的弯曲曲率半径一致，并锁死支链结构二4定平台侧平行四边形机构的定平台移动副；[0083] S24、切割头6的末端分别落到管道一14和管道二15上，转动任一支链结构定平台侧平行四边形机构的定平台转动副，完成切割。[0084] 当待切割管道一14和管道二15的弯曲曲率变化时，弯曲管道切割机构的切割相贯线的步骤为：[0085] S31、待切割管道的安装：[0086] 支链结构一3定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点3?3的运动轨迹3?4与管道一14的管道一中心线14?1重合；[0087] 支链结构二4定平台侧平行四边形机构的定平台上连杆中心点4?3的运动轨迹4?4与管道二15的管道二中心线15?1重合；[0088] S32、根据待切割管道半径调节切割机构：[0089] S321、调节支链结构一3动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道一14的半径一致；[0090] S322、调节支链结构二4动平台侧平行四边形机构的动平台移动副长度与待切割管道二15的半径一致；[0091] S323、锁死支链机构一3动平台侧平行四边形机构和支链结构二4动平台侧平行四边形机构的动平台移动副；[0092] S33、根据待切割管道弯曲曲率半径调节切割机构：[0093] S231、调节支链结构一3定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度始终与待切割管道一14的弯曲曲率半径一致；[0094] S232、调节支链结构二4定平台侧平行四边形机构的定平台移动副长度始终与待切割管道二15的弯曲曲率半径一致；[0095] S24、切割头6的末端分别落到管道一14和管道二15上，转动任一支链结构定平台侧平行四边形机构的定平台转动副，完成切割。

专利地区：山西

专利申请日期：2024-08-23

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN118663972B