一种曲面内型腔机械零件的水喷砂除锈设备

技术领域

本发明属于球阀内型腔除锈领域。

背景技术

大型球阀体的内型腔的除锈工作是主要的保养维护项目，水喷砂除锈具有无粉尘清洁环保，对阀体内型腔的内壁损伤较小的特点，因此常用在对阀体内型腔的除锈工艺中；

由于大型球阀体的内型腔内壁为球曲面，在现有的做法中，一般工作人员采用手持喷头的形式探入内型腔中对阀体内型腔球面内壁进行水喷砂喷扫，这种人工的方式喷扫时，水喷砂喷嘴与阀体内型腔球面内壁受喷处之间的距离无法保证，造成阀体内型腔球面内壁的不同受喷局部所接收到的喷射强度不一致，从而无法保证了喷射的均匀性，如果喷嘴与受喷局部之间的距离过小，会产生阀体内型腔球面内壁局部受喷强度过大损伤内壁的风险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种曲面内型腔机械零件的水喷砂除锈设备，保证了球曲面任意受喷处所接收到的喷射强度均一致。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种曲面内型腔机械零件的水喷砂除锈设备，包括球阀体，待除锈球阀体的内型腔内壁为球曲面；包括基于水喷砂的除锈装置，基于水喷砂的除锈装置的下端为水砂混合液体喷射单元，球阀体竖向姿态放置的情况下，基于水喷砂的除锈装置下端水砂混合液体喷射单元能向下伸入球阀体的内型腔的球心位置。

进一步的，水砂混合液体喷射单元包括竖向探入管，竖向探入管的下端连接水砂混合液体喷射单元，上端连通连接进液接头，外部的高压水砂混合物供给管通过进液接头与竖向探入管连通；

竖向探入管外壁同轴心固定设置有限位盘，限位盘同轴心贴合在球阀体的法兰盘端面时，水砂混合液体喷射单元的几何中心刚好与球曲面的球心重合。

进一步的，水砂混合液体喷射单元包括环壁；喷嘴固定在环壁的外壁，喷嘴的末端为沿环壁径向方向的喷射口。

进一步的，喷嘴内设置有电子阀门。

进一步的，水砂混合液体喷射单元还包括环壁围合范围内的中心座；环壁的内壁为球曲面等比例缩小后的缩小版球曲面；水砂混合液体喷射单元的几何中心与球曲面的球心重合时，缩小版球曲面与球曲面的球心重合；中心座固定连接在竖向探入管下端；中心座的外周通过若干连接臂固定安装有若干万向滚珠座，各万向滚珠座上的万向滚珠均与缩小版球曲面滚动配合，在若干万向滚珠的约束下，环壁绕缩小版球曲面的球心自由转动。

进一步的，还包括分别驱动第一驱动轮和第二驱动轮的两驱动单元，两驱动单元对称于中心座的两侧。

进一步的，以球曲面的球心为原点O建立空间坐标系xyz；x轴上的原点O两侧对称设置有能主动沿轴线转动的第一驱动轮和第二驱动轮，第一驱动轮和第二驱动轮的轮面均与缩小版球曲面紧密贴合顶压且滚动配合。

两驱动单元均由x方向伸缩器、x轴刹车式电机、摇臂和刹车式滚轮驱动电机构成；

x方向伸缩器固定在中心座上，x方向伸缩器的x方向伸缩杆末端固定连接x轴刹车式电机，x轴刹车式电机的x输出轴的轴线与x轴重合；x输出轴通过摇臂与刹车式滚轮驱动电机固定连接，刹车式滚轮驱动电机的输出轴同轴心连接第一驱动轮/第二驱动轮；

当第一驱动轮和第二驱动轮的轴线均与y轴平行时，第一驱动轮和第二驱动轮的同步旋转在滚动摩擦力的作用下带动环壁绕y轴转动；

当第一驱动轮和第二驱动轮的轴线均与z轴平行时，第一驱动轮和第二驱动轮的同步旋转在滚动摩擦力的作用下带动环壁绕z轴转动。

进一步的，环壁内设置有导液通道，导液通道的出液端连通喷嘴；竖向探入管内的管内通道下端通过密封轴承转动套接有旋转导液管；旋转导液管的下端通过柔性导液管连通导液通道的进液端。

有益效果：本发明的在缩小版球曲面和各万向滚珠的约束下，上述喷砂除锈的全过程中，在任意时刻，喷射口与球曲面受喷局部之间的距离始终是保持一致的，因此保证了球曲面任意受喷处所接收到的喷射强度均一致，从而保证了喷射的均匀性，提高了球曲面除锈后的球面完整性。

附图说明

附图1为大型球阀的阀体结构；

附图2为基于水喷砂的除锈装置与大型球阀还未配合时的示意图；

附图3为基于水喷砂的除锈装置与大型球阀配合时的剖视图；

附图4为基于水喷砂的除锈装置结构示意图；

附图5为水砂混合液体喷射单元第一剖开结构示意图；

附图6为水砂混合液体喷射单元第二剖开结构示意图；

附图7为水砂混合液体喷射单元第三剖开结构示意图；

附图8为水砂混合液体喷射单元隐去环壁后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至8所示的一种曲面内型腔机械零件的水喷砂除锈设备，如图1，包括待除锈的大型球阀体1，球阀体1两端为法兰盘3，待除锈球阀体1的内型腔内壁为球曲面41；包括基于水喷砂的除锈装置2，基于水喷砂的除锈装置2的下端为水砂混合液体喷射单元2.1，

如图2和3，球阀体1竖向姿态放置的情况下，基于水喷砂的除锈装置2下端水砂混合液体喷射单元2.1能向下伸入球阀体1的内型腔的球心位置，驱动结构驱动水砂混合液体喷射单元2.1上的喷嘴15以球曲面41的球心为中心旋转。

水砂混合液体喷射单元2.1包括竖向探入管13，竖向探入管13的下端连接水砂混合液体喷射单元2.1，上端连通连接进液接头80，外部的高压水砂混合物供给管通过进液接头80与竖向探入管13连通；

如图4，竖向探入管13外壁同轴心固定设置有限位盘44，限位盘44同轴心贴合在球阀体1的法兰盘3端面时，如图3，水砂混合液体喷射单元2.1的几何中心刚好与球曲面41的球心重合；

如图5、6、7水砂混合液体喷射单元2.1包括环壁10；喷嘴15固定在环壁10的外壁，喷嘴15的末端为沿环壁10径向方向的喷射口5；喷嘴15内设置有电子阀门；

水砂混合液体喷射单元2.1还包括环壁10围合范围内的中心座14；环壁10的内壁为球曲面41等比例缩小后的缩小版球曲面9；水砂混合液体喷射单元2.1的几何中心与球曲面41的球心重合时，缩小版球曲面9与球曲面41的球心重合；中心座14固定连接在竖向探入管13下端；中心座14的外周通过若干连接臂18固定安装有若干万向滚珠座17，各万向滚珠座17上的万向滚珠16均与缩小版球曲面9滚动配合，在若干万向滚珠16的约束下，环壁10绕缩小版球曲面9的球心自由转动；

如图2，以球曲面41的球心为原点O建立空间坐标系xyz；x轴上的原点O两侧对称设置有能主动沿轴线转动的第一驱动轮4a和第二驱动轮4b，第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的轮面均与缩小版球曲面9紧密贴合顶压且滚动配合；

当第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的轴线均与y轴平行时，第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的同步旋转在滚动摩擦力的作用下带动环壁10绕y轴转动；

当第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的轴线均与z轴平行时，第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的同步旋转在滚动摩擦力的作用下带动环壁10绕z轴转动；

如图8，还包括分别驱动第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的两驱动单元51，两驱动单元51对称于中心座14的两侧；

如图7和8；两驱动单元51均由x方向伸缩器8、x轴刹车式电机12、摇臂21和刹车式滚轮驱动电机22构成；

x方向伸缩器8固定在中心座14上，x方向伸缩器8的x方向伸缩杆19末端固定连接x轴刹车式电机12，x轴刹车式电机12的x输出轴20的轴线与x轴重合；x输出轴20通过摇臂21与刹车式滚轮驱动电机22固定连接，刹车式滚轮驱动电机22的输出轴同轴心连接第一驱动轮4a/第二驱动轮4b；

环壁10内设置有导液通道24，导液通道24的出液端连通喷嘴15；竖向探入管13内的管内通道45下端通过密封轴承40转动套接有旋转导液管7；旋转导液管7的下端通过柔性导液管6连通导液通道24的进液端。

工作原理：水砂混合液体喷射单元2.1的初始状态设置：

初始状态下：第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的轴线均与z轴平行，且两驱动单元51上的x轴刹车式电机12和刹车式滚轮驱动电机22均为刹车状态，；环壁10在刹车状态下的第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的静摩擦力约束下保持静止；

喷砂前的定位：将球阀体1竖向姿态放置，然后将基于水喷砂的除锈装置2下端的水砂混合液体喷射单元2.1向下伸入球阀体1的内型腔中，并且使限位盘44同轴心贴合在球阀体1的法兰盘3端面，此时水砂混合液体喷射单元2.1的几何中心刚好与球曲面41的球心重合，进而使缩小版球曲面9与球曲面41的球心重合；此时已完成对水砂混合液体喷射单元2.1的定位，最后通过固定装置固定限位盘44；

喷砂过程：

打开喷嘴15上的阀门，外部的高压水砂混合物供给管将高压的水砂混合液体通过进液接头80压入竖向探入管13内的管内通道45中，最终使喷嘴15的末端为沿环壁10径向方向的喷射口5源源不断的将水砂混合液体以高速射流的形式射向球曲面41的一局部区域，并且清除球曲面41受到喷射的局部区域的锈斑；

与此同时控制两刹车式滚轮驱动电机22，使第一驱动轮4a和第二驱动轮4b同步旋转，第一驱动轮4a和第二驱动轮4b的同步旋转在滚动摩擦力的作用下带动环壁10转动，喷射口5跟随环壁10运动，进而使喷射口5喷出水砂混合液体高速射流在球曲面41上形成连续的已除锈带；与此同时，同步控制两驱动单元51的x轴刹车式电机12，使两x输出轴20同步适应性的转动，使第一驱动轮4a和第二驱动轮4b沿自身轴线转动的同时还发生沿x轴的偏转，进而实时改变喷射口5的喷射仰角；在第一驱动轮4a和第二驱动轮4b同步沿自身轴线旋转以驱动环壁10转动的基础上，实时控制两x输出轴20同步适应性转动，改变其喷射仰角，使喷射口5理论上能喷射到球曲面41的任意区域；进而达到对球曲面41全面除锈的目的；

在缩小版球曲面9和各万向滚珠16的约束下，上述喷砂除锈的全过程中，在任意时刻，喷射口5与球曲面41受喷局部之间的距离始终是保持一致的，因此保证了球曲面41任意受喷处所接收到的喷射强度均一致，从而保证了喷射的均匀性，提高了球曲面41除锈后的球面完整性。

以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。