[发明专利]高压水射流切割机磨料流量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及切割机的磨料供给设备，确切地说是高压水射流切割机磨料流量控制装置。

背景技术

高压磨料水射流技术是近二三十年来发展起来的一项新技术。如图1所示，此技术是通过高压泵将普通自来水加压并迫使高压水12经一个直径很小的高压水射流喷嘴13喷射而出，形成一股高速水射流14，其速度可高达1000米/秒。此射流可用来加工各种较软材料或薄的硬质材料。通常情况下，在此射流中加入磨料15，当磨料进入混合腔16时，高速水射流将其动能传递给磨料，从而使磨料得到有效加速，最终与水一起形成一股高速磨料射流17，此磨料射流可用来加工任何材料，包括金刚石。从工程的角度看，泵的输出功率确定后，其所能输出的水的压力和流量便被确定。如果进入混合腔的磨料数量较少，仅有一部分水射流将其能量传递给磨料，剩余部分水射流的能量便被浪费掉。如果进入混合腔的磨料数量太多，尽管水射流将其能量有效传递给了磨料颗粒，但由于每个磨料颗粒获得的能量较少，其切削能力大大受到限制，更有甚者，能量太小的磨料颗粒根本不能切割材料。另外，磨料数量过多必然导致磨料间相互碰撞机率大大增加，能量损失也大大增加。因此，在一组特定切割参数下(特定水压力、流量、喷嘴结构等)，有一最佳磨料流量与之对应。

另外，从高压磨料水射流的切割角度来说，钻孔阶段所对应的最佳磨料流量和切割阶段所对应的最佳磨料流量不同。切割脆性材料时，初始切割阶段所需磨料流量又不同于其它阶段。如果能实现磨料流量的无级控制，高压磨料水射流的切割效率必然能得到大大提高，同时，切割成本必然得到大大降低。

多年来，国外许多从事高压磨料水射流研究工作的科学家、工程师一直试图无级控制磨料流量，他们先后提出并尝试了以下一些方法：①让磨料进入一水平或近水平放置的螺旋传动机构，当螺旋传动机构转动时，磨料便被螺旋传递机构输送出来。此种情况下，螺旋传动机构的转速决定了磨料流量。通过控制螺旋传动机构的转速，磨料流量便得到了有效控制；②让磨料进入一垂直放置的轮盘，当轮盘转动时，磨料便被转动轮盘输送出来。通过控制轮盘的转动速度便可控制磨料输送量；③在磨料出口处安装一阀门，通过控制阀门的开口大小来控制磨料流量。方法①、②在使用初期都被证明是可行的，然而，由于螺旋机构或轮盘与磨料之间的高速相对运动，螺旋机构或轮盘很快便被磨料磨损掉。螺旋机构或轮盘的另一缺点是装置的空间体积大。方法③理论上看起来可行，然而在实际使用中存在许多问题，比如磨料很容易进入阀门相对运动部件的间隙中，导致阀门容易破坏；另外，此种形状开口容易造成开口小时磨料没法从开口中流出，开口大时磨料流量对开口比较敏感，很难精确控制磨料流量。正是由于这样一些原因，到现在为止，市场上还未出现对高压水射流切割中磨料流量的适时无级控制。当前，几乎所有的水射流切割机都用一系列具有不同固定开口大小的喷嘴来控制磨料流量，从而达到提高效率及节约成本的目的。采用这种方法来控制磨料流量的优点是喷嘴的加工工艺简单，加工成本较低，其缺点是无法真正实现磨料的最佳流量控制、经常需要根据切割条件更换磨料喷嘴、不能适时根据切割状态调整磨料喷嘴开口大小等。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一套能实现对高压磨料水射流切割机磨料流量进行适时、无级控制的装置，从而达到根据需要精确控制磨料流量的目的。

本发明采用的技术方案是：

一种高压水射流切割机磨料流量控制装置，包括控制部分、传动部分、阀门部分，阀门部分位于磨料罐底部，由磨料罐下出口和阀杆组成。阀杆纵向布置，与磨料罐下出口对中，其上端具有外锥面，磨料罐下出口具有相应的内锥面，两者的锥面形成环形阀口，控制部分控制传动部分驱动阀杆上下运动来调节阀口大小。

所述控制部分主要由装有控制软件的计算机和控制器组成，传动部分主要由步进电机、联轴器、螺杆及螺母组成，步进电机的输出轴通过联轴器与纵向布置的螺杆连接，螺母与阀杆相连接并设有纵向导轨，与螺杆一起形成螺旋升降机构，计算机将数字控制信号输入控制器，经控制器处理后，控制器输出模拟信号控制步进电机旋转一定角度，驱动螺母上升或下降一相应距离，将阀口关闭、开启或不同程度开启。

所述阀杆和磨料罐下出口的锥角均大于5°小于30°，同时，磨料罐下出口的锥角总是小于阀杆锥角3°～7°，阀口完全关闭时，阀杆与磨料罐下出口的接触为线接触。

所述螺杆螺纹的升角应取较小。

所述磨料罐底部呈漏斗形，磨料下出口位于其中心处。

所述磨料漏斗底部的倾角在45°至70°之间。