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一种低频脉冲磨料射流精准供料装置及方法与流程

文档序号:24894292发布日期:2021-04-30 13:26
一种低频脉冲磨料射流精准供料装置及方法与流程

本发明属于射流技术领域,尤其涉及一种低频脉冲磨料射流精准供料装置及方法。



背景技术:

脉冲磨料射流是在脉冲射流和磨料射流基础上发展起来的新型射流型式,磨料在脉冲射流状态下的能量交换和加速效果优于普通磨料射流,它集成了二者的优点,同时具有脉冲射流的脉冲特性和磨料射流的破坏性,在工业化社会具有广阔的应用前景。

磨料供给装置是磨料水射流加工系统的重要组成部分。当前水射流设备的供料主要是通过高速水流产生负压将磨料吸入混合腔或是利用气压输送实现的。对于脉冲磨料射流来说,去除工件材料主要是在射流的高速段,这种连续的供料方式会造成磨料的大量浪费;而且脉冲射流的频率不同,需要的磨料量也就不同,这种供料方式无法精确控制不同频率下的磨料输出量。现在也有部分专利公开了利用磁场来精确控制供料量的方法,但是结构复杂,且要求必须为磁性磨料。上述缺点造成了资源的浪费、供料的不稳定以及成本的增加,因此,研发一种用于脉冲磨料射流系统的精准供料装置是本领域技术人员亟待解决的重要问题。



技术实现要素:

针对背景技术中现存的技术问题,本发明提供一种结构简单的脉冲磨料射流精准供料装置,通过调整电机的转速,进而调整磨料罐的转速,实现出料频率与脉冲频率相同;并根据某一脉冲频率下所需的磨料供给量,计算出步进电机所需的输出圈数,进而调整挡块的位置,可以得到精准的磨料输出量,从而提高磨料的利用率,节省资源,降低成本。

为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种低频脉冲磨料射流精准供料装置,其特征在于:包括底座、送料组件、动力组件、脉冲水射流发生装置;其中,

所述送料组件包括磨料罐、出料罐、软管和喷嘴,所述磨料罐嵌套安装在所述出料罐内,罐体外侧与出料罐内侧壁面紧密配合且相互之间可以转动,磨料罐的罐体壁面上设置有均匀分布的出料口,所述出料罐壁面上设置有一个开口向下的与所述出料口连通的料腔,所述料腔连通所述底座中的送料通道后通过软管连接所述喷嘴的混合腔;

所述动力组件安装在底座中用于驱动所述磨料罐转动;

所述脉冲水射流发生装置安装在所述喷嘴上方,所述脉冲水射流发生装置产生的脉冲射流与磨料在所述喷嘴的混合腔中进行混合由所述喷嘴喷出。

进一步,所述料腔内设有出料口高度调节装置,所述出料口高度调节装置包括步进电机、联轴器、挡块和丝杠,所述步进电机依次连接联轴器和丝杠,所述挡块设置在所述丝杠上,挡块与丝杠配合,步进电机转动时通过联轴器驱动丝杠转动,进而实现挡块上下移动。

进一步,所述动力组件包括电机、锥齿轮组和传动轴,所述电机固定安装在所述底座下方,电机轴连接所述锥齿轮组,所述锥齿轮组包括4个呈90°设置依次啮合的锥齿轮,最上方的锥齿轮上连接传动轴,所述传动轴贯穿所述出料罐底部固定连接所述磨料罐,所述传动轴与所述出料罐连接处设有大轴承。

进一步,所述磨料罐罐体外底部有环状凹槽与滚子接触;罐体内底部设置有锥形凸起。

进一步,所述出料罐罐体内底部有与磨料罐对应的环形凹槽,且在料腔口处设置有阻砂沿,防止磨料进入出料罐内腔;罐体外底部还设置有阻砂网安装槽。

进一步,所述底座内部包括送料通道、风扇腔和传动腔;送料通道末端为螺纹孔;风扇腔底部设置有进风口,且与送料通道之间安装有阻砂网,防止磨料进入风扇腔;传动腔两侧壁面上设置有轴承安装孔。

进一步,其中风扇腔内设有风扇,吹风面对着送料通道,轴线与电机轴线垂直,所述风扇固定安装在锥齿轮组上,所述锥齿轮组中左右两个锥齿轮分别与风扇腔两侧壁面之间设置小轴承进行连接。

进一步,所述软管一端通过螺纹与底座的送料通道的末端连接,另一端直接包覆在喷嘴的混合腔的进料管上。

本发明还提供一种低频脉冲磨料射流精准供料装置的供料方法,包括如下步骤:

s1.根据磨料罐尺寸和脉冲水射流发生装置发射脉冲射流的频率,为了得到精准的磨料供给量v,调整电机转速,计算出步进电机所需的输出圈数,调整挡块的位置,从而达到所需出料口和料腔相通口的高度,实现精准供料;

s2.根据所得输出圈数r,步进电机转动,挡块就位;启动电机转动,通过锥齿轮组带动传动轴转动,进而使磨料罐连续旋转;

s3.磨料罐转动过程中,当出料口被出料罐的壁面或是挡块堵住时,出料口与出料罐的料腔不相通;而当出料口与料腔相通时,磨料因磨料罐内锥体引起的自身重力分力以及转动带来的离心力,经出料口及料腔落下;

s4.在磨料下落的过程中,通过风扇的风力,使得磨料分散,增加其均匀性;

s5.磨料经过送料通道和软管的传输,到达喷嘴混合腔,与脉冲射流混合后射出。

进一步,所述步骤s1中,具体包括如下步骤:

s11.磨料罐的转动与脉冲频率配合,射流每脉冲一次,提供一次磨料;则磨料罐转速ω为:

其中,n为磨料罐上均匀分布的出料口个数,f为射流的脉冲频率;

s12.由于磨料罐匀速转动,所以出料口上每个位置与出料罐上的料腔相通的时间相同,则出料口上每个位置与料腔相通的时间t为:

其中,料腔的宽度为a,磨料罐半径为r;

s13.从水平方向上分析单个磨粒受力,则该磨料粒子所受水平力f为:

其中,g为重力加速度,α为磨料罐内锥体的锥角,磨料粒子距旋转中心距离为l,质量为m;

s14.在时间t内,能够顺利到达料腔的磨料满足位置关系:

s15.忽略磨料之间的空隙,根据磨料能出料的最深位置,即能顺利进入料腔的且距旋转中心最近的磨料的位置l,可以得出每次出料的磨料体积v与出料口和料腔相通口的高度h之间的关系为:

v=ahl

l为l的最小值,即

而相通的高度h由出料口高度h与挡块的遮挡高度x的差值决定,设挡块下端的初始位置与出料口的上端齐平,则遮挡高度x由步进电机的旋转圈数r与丝杠的螺距p的乘积决定,即:

h=h-x

x=rp

s16.由上述各式,可以得到步进电机的旋转圈数r与脉冲频率f、每次脉冲供料的磨料量体积v之间的关系:

即根据所需的每次脉冲磨料供给量v,可以计算出为了得到所需精准供料量,步进电机需要旋转的圈数r。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:

1.本发明通过与脉冲频率的配合,实现磨料罐定速旋转,磨料经过磨料罐上均匀分布的出料口出料,并根据某一脉冲频率下所需的磨料供给量,调整挡块的位置,实现精准供料。本发明结构简单,且能够适用于任何种类的磨料,还可以通过磨料罐与脉冲频率的配合,提高磨料的利用率,节省资源,降低成本。。

2.本发明中的风扇可以将磨料吹散,防止成团,增加磨料的均匀性,同时也缩短了磨料运输的时间,提高了工作效率。

3.本发明通过锥齿轮组将电机的动力分到两个方向,使装置的结构更加紧凑,且增加了装置运动部件之间的同步性。

4.本发明结构简单,不涉及复杂的阀门结构和电气结构,且能够适用于任何种类的磨料。

5.本发明主要是针对脉冲磨料射流研发的非连续型供料装置,有利于脉冲磨料射流的推广应用。

附图说明

图1为本发明低频脉冲磨料射流精准供料装置的结构示意图;

图2为本发明中的磨料罐的轴测图;

图3为本发明中的磨料罐的剖视图;

图4为本发明中的出料罐的轴测图;

图5为本发明中的出料罐的剖视图;

图6为本发明中的出料罐的俯视图;

图7为本发明中的底座的剖视图;

图8为本发明中的底座的俯视图;

图9为本发明中的挡块的剖视图;

图10为本发明中的挡块的俯视图;

其中:1-电机,2-锥齿轮组,3-风扇,4-小轴承,5-滚子,6-大轴承,7-传动轴,8-磨料罐,8a-出料口,8b-环形凹槽,9-步进电机,10-联轴器,11-挡块,12-丝杠,13-出料罐,13a-料腔,13b-阻砂沿,13c-阻砂网安装槽,14-阻砂网,15-底座,15a-送料通道,15b-风扇腔,15c-传动腔,15d-进风口,16-软管,17-脉冲水射流发生装置,18-喷嘴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明的是,下述实施方案中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得;在本发明的描述中,术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,如图1所示,本发明实施例提供一种低频脉冲磨料射流精准供料装置,包括底座15、送料组件、动力组件、脉冲水射流发生装置17;其中,送料组件包括磨料罐8、出料罐13、软管16和喷嘴18,所述磨料罐8嵌套安装在所述出料罐13内,罐体外侧与出料罐13内侧壁面紧密配合且相互之间可以转动,磨料罐8的罐体壁面上设置有均匀分布的出料口8a,所述出料罐13壁面上设置有一个开口向下的与所述出料口8a连通的料腔13a,所述料腔13a连通所述底座15中的送料通道15a后通过软管16连接所述喷嘴18的混合腔;动力组件安装在底座15中用于驱动所述磨料罐8转动;脉冲水射流发生装置17安装在所述喷嘴18上方,所述脉冲水射流发生装置17产生的脉冲射流与磨料在所述喷嘴18的混合腔中进行混合由所述喷嘴18喷出。

在上述实施例中,磨料罐8与出料罐13配合,壁面间不存在大于磨料尺寸的间隙,且相互之间可以转动;底部装有滚子5,形成滚动摩擦。底座15的风扇腔15b与送料通道15a之间安装有阻砂网14,防止磨料进入风扇腔15b,风扇3的轴线与电机1轴线垂直,吹风面对着送料通道15a,可以将磨料吹散,防止结块,增加磨料均匀性,同时也能增加其输送效率,锥齿轮组2安装在传动腔15c内,共有4个相互啮合的锥齿轮,将电机1的动力分向两个方向,分别提供给传动轴7和风扇3,传动轴与所述出料罐13连接处设有大轴承6,锥齿轮组中左右两个锥齿轮分别与风扇腔15b两侧壁面之间设置小轴承4进行连接。底座15与出料罐13之间通过螺钉连接。软管16一端通过螺纹与底座15的送料通道15a的末端连接,另一端直接包覆在喷嘴18的混合腔的进料管上。料腔13a内设有出料口高度调节装置,所述出料口高度调节装置包括步进电机9、联轴器10、挡块11和丝杠12,步进电机9依次连接联轴器19和丝杠12,挡块11设置在丝杠12上,挡块11与丝杠12配合,步进电机9转动时通过联轴器10驱动丝杠12转动,进而实现挡块11上下移动。步进电机9输出定量圈数,进而调整挡块11的位置,从而达到所需出料口8a和料腔13a相通口的高度,实现精准供料。

如图2和3所示,磨料罐8的罐体壁面上设置有均匀分布的出料口8a;罐体外底部有环状凹槽8b;罐体内底部设置有锥形凸起。

如图4、5和6所示,出料罐13壁面上设置有一个开口向下的料腔13a;在罐体内底部有与磨料罐8对应的环形凹槽8b,且在料腔口附近设置有阻砂沿13b,防止磨料进入出料罐13内腔;罐体外底部还设置有阻砂网安装槽13c。

如图7和8所示,底座15内部主要分成送料通道15a、风扇腔15b和传动腔15c;送料通道15a末端为螺纹孔;风扇腔15b底部设置有进风口15d;传动腔15c两侧壁面上设置有轴承安装孔。

如图9和10示,挡块11的两个弧面的曲率分别与磨料罐8和出料罐13的料腔13a的弧面相同,以实现紧密接触。

本实施例提供一种低频脉冲磨料射流精准供料装置的供料方法包括如下步骤:

s1.根据磨料罐8尺寸和脉冲水射流发生装置17发射脉冲射流的频率,为了得到精准的磨料供给量v,调整电机转速,计算出步进电机9所需的输出圈数,调整挡块11的位置,从而达到所需出料口8a和料腔13a相通口的高度,实现精准供料;

s2.根据所得输出圈数r,步进电机9转动,挡块11就位;启动电机转动,通过锥齿轮组2带动传动轴转动,进而使磨料罐8连续旋转;

s3.磨料罐8转动过程中,当出料口8a被出料罐13的壁面或是挡块11堵住时,出料口8a与出料罐13的料腔13a不相通;而当出料口8a与料腔13a相通时,磨料因磨料罐8内锥体引起的自身重力分力以及转动带来的离心力,经出料口8a及料腔13a落下;

s4.在磨料下落的过程中,通过风扇3的风力,使得磨料分散,增加其均匀性;

s5.磨料经过送料通道15a和软管16的传输,到达喷嘴18混合腔,与脉冲射流混合后射出。

上述实施例中,步骤s1中,具体包括如下步骤:

s11.磨料罐8的转动与脉冲频率配合,射流每脉冲一次,提供一次磨料;则磨料罐8转速ω为:

其中,n为磨料罐8上均匀分布的出料口个数,f为射流的脉冲频率;

s12.由于磨料罐8匀速转动,所以出料口上每个位置与出料罐13上的料腔13a相通的时间相同,则出料口8a上每个位置与料腔13a相通的时间t为:

其中,料腔的宽度为a,磨料罐半径为r;

s13.从水平方向上分析单个磨粒受力,则该磨料粒子所受水平力f为:

其中,g为重力加速度,α为磨料罐内锥体的锥角,磨料粒子距旋转中心距离为l,质量为m;

s14.在时间t内,能够顺利到达料腔的磨料满足位置关系:

s15.忽略磨料之间的空隙,根据磨料能出料的最深位置,即能顺利进入料腔13a的且距旋转中心最近的磨料的位置l,可以得出每次出料的磨料体积v与出料口和料腔相通口的高度h之间的关系为:

v=ahl

l为l的最小值,即

而相通的高度h由出料口高度h与挡块11的遮挡高度x的差值决定,设挡块11下端的初始位置与出料口8a的上端齐平,则遮挡高度x由步进电机9的旋转圈数r与丝杠的螺距p的乘积决定,即:

h=h-x

x=rp

s16.由上述各式,可以得到步进电机9的旋转圈数r与脉冲频率f、每次脉冲供料的磨料量体积v之间的关系:

即根据所需的每次脉冲磨料供给量v,可以计算出为了得到所需精准供料量,步进电机9需要旋转的圈数r。

具体工作过程为:首先,磨料罐8的转动与脉冲频率配合,射流每脉冲一次,提供一次磨料;为了使混合更加均匀、磨料加速更加充分,磨料在射流低速时与其混合,且由于磨料速度远低于射流速度,在磨料随射流运动过程中,射流已经从低速射流变成了适用于加工的高速射流;本实施例中磨料罐8上均匀分布的出料口8a有4个,射流的脉冲频率为5hz,取圆周率π=3.14,则所需磨料罐8转速ω为:

进一步,料腔宽度a=0.015m,磨料罐8半径r=0.08m,磨料罐8内锥体锥角α=5π/6,丝杠12的螺距h=1mm,出料口高度h=0.015m,取重力加速度g=9.8m/s2,假设所需的每次脉冲磨料供给量v=1.25*10-5m3,可以计算出为了得到所需精准供料量,步进电机9需要旋转的圈数r为:

根据所得输出圈数4.3,步进电机9转动4.3圈,挡块11就位;根据所得电机1转速,电机1转动,通过锥齿轮组2带动传动轴7转动,进而使磨料罐8连续旋转;磨料罐8转动过程中,当出料口8a与出料罐13的料腔13a不相通的时候,出料口8a被出料罐13的壁面堵住;而当出料口8a与料腔13a相通时,磨料因磨料罐8内锥体引起的自身重力分力以及转动带来的离心力,经出料口8a及料腔13a落下;在磨料下落的过程中,通过风扇3的风力,使得磨料分散,防止成团,增加其均匀性,同时也能增加其输送效率;磨料经过送料通道15a和软管16的传输,到达喷嘴18混合腔,与脉冲射流混合后射出。

上述实施例只是用于对本发明的举例和说明,而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本发明不局限于上述实施例,根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

再多了解一些
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