一种高压气流辅助水射流喷嘴及打磨方法技术

技术编号:36904090 阅读:14 留言:0更新日期:2023-03-18 09:23
本发明专利技术属于钢轨打磨技术领域,并具体公开了一种高压气流辅助水射流喷嘴及打磨方法。包括:喷嘴结构本体;高压水流入口,沿所述喷嘴结构本体轴向布置;固体磨料通道,设于所述喷嘴结构本体侧壁上;固液两相混合腔,设于喷嘴结构本体内,且该固液两相混合腔与所述高压水流入口和固体磨料通道连通;砂管,设于所述喷嘴结构本体内的下部,且该砂管与所述固液两相混合腔连通;高压气流模块,包括依次连通的气管通道、环形中空气管以及气体喷射段,气体喷射段用于根据打磨距离调整气流的聚焦角度,使得所述砂管喷射的磨料在气流约束作用下校正射流方向。本发明专利技术可增加磨料水射流有效喷射距离,聚焦喷射能量,有效预防喷嘴与作用物过近导致破碎的情况。导致破碎的情况。导致破碎的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种高压气流辅助水射流喷嘴及打磨方法


[0001]本专利技术属于钢轨打磨
,更具体地,涉及一种高压气流辅助水射流喷嘴及打磨方法。

技术介绍

[0002]由于磨料水射流(Abrasive Waterjet)独有的冷加工特性,让其成为了最近四十年来发展最为迅速的一门特种加工技术,其应用越来越普遍,目前被广泛应用于航空航天、机械加工、汽车制造、铸造业、兵器工业、电子、建筑业及造纸业等行业。水射流喷嘴是射流加工过程中的主要部件,其质量好坏、结构的合理性决定了射流的加工质量,因此对其的影响具有重要的意义。
[0003]目前,传统水射流喷嘴用于切割、打磨等应用场景时靶距需控制在3

6mm,有效喷射靶距较短,更多适用于机床上工件静止的情形。然而在部分实际使用中,如行进过程中打磨钢轨等,靶距需要大于10mm,同时还要防止喷嘴砂管因振动与工件表面碰撞后破损。
[0004]已有一些公开专利,从引入自振荡射流、空化射流、旋转射流、脉冲射流等方法优化喷嘴结构,例如专利技术专利CN108855662A公开了一种多孔直旋混合空化射流喷嘴,其导流件和旋转体上轴向通孔的存在、旋转叶轮的存在及收缩扩张的水平正向喷射口的存在将连续直射流、旋转射流、空化射流结合起来,能有效提升水射流加工质量,成本较低,但有效加工靶距依旧未能增加,同时目前也未有相关专利技术能有效提高加工靶距。
[0005]基于上述缺陷和不足,本领域亟需提出一种高压气流辅助水射流喷嘴结构及其控制方法,能有效提高加工靶距。
专利技术内
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本专利技术提供了一种高压气流辅助水射流喷嘴及打磨方法,其中结合水射流喷嘴自身的特征及其钢轨打磨工艺特点,相应设计了一种高压气流辅助水射流喷嘴,并对其关键组件如喷嘴结构本体、高压水流入口、固体磨料通道、固液两相混合腔、砂管和高压气流模块的结构及其具体设置方式进行研究和设计,相应的可增加磨料水射流有效喷射距离,聚焦喷射能量,有效预防喷嘴与作用物过近导致破碎的情况。
[0007]为实现上述目的,按照本明的一个方面,提出了一种高压气流辅助水射流喷嘴,包括:
[0008]喷嘴结构本体;
[0009]高压水流入口,设于所述喷嘴结构本体内的上部,且沿所述喷嘴结构本体轴向布置;
[0010]固体磨料通道,设于所述喷嘴结构本体侧壁上;
[0011]固液两相混合腔,设于所述喷嘴结构本体内,且该固液两相混合腔与所述高压水流入口和固体磨料通道连通;
[0012]砂管,设于所述喷嘴结构本体内的下部,且该砂管与所述固液两相混合腔连通;
[0013]高压气流模块,包括依次连通的气管通道、环形中空气管以及气体喷射段,所述气管通道用于输入指定气压的气流至所述气体喷射段,所述气体喷射段用于根据打磨距离调整气流的聚焦角度,使得所述砂管喷射的磨料在气流约束作用下校正射流方向。
[0014]作为进一步优选的,所述环形中空气管与所述气体喷射段之间还设有气体收敛管,所述气体收敛管为锥形结构,所述环形中空气管的环形截面大于所述气体喷射段的环形截面。
[0015]作为进一步优选的,还包括场生成器,设于所述气体喷射段,用于生成连续可调的磁场;
[0016]所述气体喷射段包括磁流体变形壁,所述磁流体变形壁设有磁流体腔,所述磁流体腔可发生形变,所述磁流体腔内设有磁流体,所述磁流体的硬度可随所述场生成器生成磁场的磁场强度变化可发生变化,从而改变磁流体变形壁的轴向内壁斜度。
[0017]作为进一步优选的,所述磁流体的硬化能力与所述场生成器生成磁场的磁感应强度正相关,所述磁流体硬化能力与磁场感应强度的函数为η=k(μ

1)H2,其中η为磁粘度,所述磁粘度越大,则硬度越大,k为比例系数,μ为磁流体的磁导率,H为磁场强度。
[0018]作为进一步优选的,所述场生成器包括电磁线圈,所述电磁线圈设于所述磁流体腔,所述电磁线圈可根据内部流经的电流密度生成连续可调的磁场,所述电磁线圈激发磁场的磁感应强度与所述电磁线圈内流经电流密度的函数为其中,S为空间中任意闭合曲线,J为通电线圈中电流密度,L为所述闭合曲线的边界。
[0019]作为进一步优选的,所述电磁线圈内流经的电流密度与所述电磁线圈内流经电流正相关,其函数为I为电磁线圈中流经的电流,π为圆周率,r为电磁线圈的半径。
[0020]作为进一步优选的,所述电磁线圈设有多根,多根所述电磁线圈设于所述气体喷射段,每根所述电磁线圈内可流经不同大小的电流,以在所述气体喷射段形成连续不同硬度的所述磁流体。
[0021]按照本专利技术的另一个方面,还提供了一种钢轨水射流连续可调打磨方法,采用所述的喷嘴实现,包括:
[0022]S1启动打磨车,通过工业摄像头采集钢轨表面图像,通过信号发射装置将钢轨表面图像发送至打磨车控制中心;
[0023]S2打磨车控制中心通过图像处理算法对所接收的所述钢轨表面图像进行病害特征识别获得钢轨病害特征数据信号;
[0024]S3打磨车控制中心根据钢轨病害特征数据信号标记钢轨病害所在位置和确定钢轨损伤情况,同时识别打磨车行驶参数和打磨定位参数;
[0025]S4打磨车控制中心根据钢轨病害所在位置、打磨车行驶参数以及打磨定位参数控制水射流打磨装置的每一排水刀在到达所述病害所在位置后喷嘴的自动启闭,同时,在喷嘴工作时,打磨车控制中心根据钢轨损伤情况控制喷嘴上的场生成器生成连续可调的固化磁场,进而改变喷嘴气流的聚焦角度,以适应与钢轨损伤相适配的工作模式,进而,实现所
述病害所在位置钢轨损伤的全部针对性打磨修复任务。
[0026]一种钢轨水射流连续可调打磨方法,其特征在于,步骤S3中的所述打磨车行驶参数包括打磨车行驶的速度;
[0027]所述打磨定位参数包括工业摄像头距离最前方水射流打磨装置的第一排水刀中心位置的距离和水射流打磨装置的相邻两排水刀间隔距离。
[0028]作为进一步优选的,步骤S4中所述病害所在位置的全部打磨修复任务的完成还包括如下步骤:
[0029]S41打磨车控制中心根据打磨车行驶速度和工业摄像头距离最前方水射流打磨装置的第一排水刀中心位置的距离计算水射流打磨装置的第一排水刀到达病害所在位置需要的时间,并控制第一排水刀在到达所述病害所在位置后自动启闭喷嘴完成打磨任务;
[0030]S42打磨车控制中心根据打磨车行驶速度和相邻两排水刀间隔距离计算第一排水刀打磨任务完成后第二排水刀到达病害需要的时间,并控制第二排水刀在到达所述病害所在位置后自动启闭喷嘴完成打磨任务;
[0031]S43依此类推,打磨车控制中心的打磨控制模块依次计算后续各排水刀到达病害需要的时间,并控制后续各排水刀在到达所述病害所在位置后自动启闭喷嘴完成打磨任务,直至完成病害所在位置的全部打磨修复任务。
[0032]总体而言,通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比,主要具备以下的技术优点:
[本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压气流辅助水射流喷嘴,其特征在于,包括:喷嘴结构本体;高压水流入口(1),设于所述喷嘴结构本体内的上部,且沿所述喷嘴结构本体轴向布置;固体磨料通道(5),设于所述喷嘴结构本体侧壁上;固液两相混合腔(3),设于所述喷嘴结构本体内,且该固液两相混合腔(3)与所述高压水流入口(1)和固体磨料通道(5)连通;砂管(8),设于所述喷嘴结构本体内的下部,且该砂管(8)与所述固液两相混合腔(3)连通;高压气流模块,包括依次连通的气管通道(7)、环形中空气管(9)以及气体喷射段(102),所述气管通道(7)用于输入指定气压的气流至所述气体喷射段(102),所述气体喷射段(102)用于根据打磨距离调整气流的聚焦角度,使得所述砂管(8)喷射的磨料在气流约束作用下校正射流方向。2.根据权利要求1所述的一种高压气流辅助水射流喷嘴,其特征在于,所述环形中空气管(9)与所述气体喷射段(102)之间还设有气体收敛管(101),所述气体收敛管(101)为锥形结构,所述环形中空气管(9)的环形截面大于所述气体喷射段(102)的环形截面。3.根据权利要求1所述的一种高压气流辅助水射流喷嘴,其特征在于,还包括场生成器,设于所述气体喷射段(102),用于生成连续可调的磁场;所述气体喷射段(102)包括磁流体变形壁,所述磁流体变形壁设有磁流体腔,所述磁流体腔可发生形变,所述磁流体腔内设有磁流体,所述磁流体的硬度可随所述场生成器生成磁场的磁场强度变化可发生变化,从而改变磁流体变形壁的轴向内壁斜度。4.根据权利要求3所述的一种高压气流辅助水射流喷嘴,其特征在于,所述磁流体的硬化能力与所述场生成器生成磁场的磁感应强度正相关,所述磁流体硬化能力与磁场感应强度的函数为η=k(μ

1)H2,其中η为磁粘度,所述磁粘度越大,则硬度越大,k为比例系数,μ为磁流体的磁导率,H为磁场强度。5.根据权利要求4所述的一种高压气流辅助水射流喷嘴,其特征在于,所述场生成器包括电磁线圈,所述电磁线圈设于所述磁流体腔,所述电磁线圈可根据内部流经的电流密度生成连续可调的磁场,所述电磁线圈激发磁场的磁感应强度与所述电磁线圈内流经电流密度的函数为其中,S为空间中任意闭合曲线,J为通电线圈中电流密度,L为所述闭合曲线的边界。6.根据权利要求5所述的一种高压气流辅助水射流喷嘴,其特征在于,所述电磁线圈内流经的电流密度与所述电磁线圈内流经电流正相关,其函数为I为电磁线圈中流经的电流...

【专利技术属性】
技术研发人员:龙新平黄呈棋巫世晶李登张琨武子全殷勤刘辉张银龙何翔
申请(专利权)人:中铁第四勘察设计院集团有限公司沈阳奥拓福科技股份有限公司
类型:发明
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