一种可切换喷头的喷杆及操作方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土水力破除用设备，尤其是涉及一种可切换喷头的喷杆及操作方法。

背景技术

利用高压水射流可以实现混凝土的破除，而不对钢筋造成损伤，可以用在铁路无砟轨道底座板后浇带的破除等场合。

高压水射流混凝土破除系统主要由高压泵机组、喷头及喷杆、管道及附件等部分组成。在实际破除作业过程中，由于待破除的混凝土作业区域为“线状”或“面状”，一般需要移动喷头及其所在喷杆，以实现喷头作业轨迹由“点”至“线”的覆盖。

为了实现喷头及喷杆的移动，常规方法是：将喷头安装在喷杆的一端，该端为自由状态；将喷杆的另一端连接至一套动作机构，通过该动作机构的动作，使喷杆的位置发生变化，进而实现喷头的移动。这类方法的弊端在于喷杆的稳定性不佳，即喷杆仅在动作机构端具有约束，而喷头端是不受约束的。高压水射流的后坐力一般较大，可以达到上百公斤力，当喷杆只有一端具有约束或固定时，容易造成喷杆变形、抖动、失稳，进而影响破除作业效果，也容易造成约束端或固定端的机构局部受力过大，对机构寿命造成不利影响。此外，由于动作机构的行程往往是有限的，当动作机构的行程不能完全覆盖所需作业的区域时，常规方法需要中途更换喷杆。而更换过程需要占用有限的作业时间。

例如，授权公告号为CN 211006185 U的中国专利公开了一种无砟轨道底座板后浇带破除装置及破除系统，包括机架、侧向锁紧机构；机架上安装有导向轴、沿导向轴滑动的驱动机构；驱动机构的输出端安装有空心轴；空心轴的输入端连接设置有旋转接头，输出端固定安装有高压喷头，且高压喷头与空心轴内部连通。该专利实现高压喷头及空心轴的前进或后退的方法是控制驱动机构沿着导向轴前进或后退。由于空心轴仅在一端通过旋转接头固定，为悬臂结构，高压喷头所受的水射流后座力很容易使空心轴发生弯曲变形。特别是在空心轴旋转时，方向变化的后坐力容易使空心轴抖动，影响作业稳定性。同时，由于高压喷头所受的轴向后座力会全部传递到旋转接头及动作机构上，将对旋转接头及动作机构的寿命造成不利影响。

又例如，授权公告号为CN 207453530 U的中国专利公开了一种可调节水力喷射破除机构，水平轨道组件通过固定机构固设在待破除的混凝土剪力墙上。水平轨道组件包括：连接板和多条水平轨道，水平轨道上安置有与水平轨道相适配的滑动轮组，滑动轮组连接有轮组支架，轮组支架与升降杆一端连接，升降杆另一端连接喷射装置；通过滑动轮组的水平移动和升降杆的竖直移动，实现可调节水力喷射破除机构在狭长工作面进行工作。由于升降杆为细长结构，且仅在一端与轮组支架连接(受约束)，而另一端连接的喷射装置为悬空(无约束)，因此该机构也存在着升降杆容易失稳的问题。

发明内容

本发明提供了一种可切换喷头的喷杆及操作方法，解决了混凝土水力破除过程中，现有喷杆结构容易损坏，寿命不长的问题，其技术方案如下所述：

一种可切换喷头的喷杆，包括从内到外依次同轴设置的中心管、密封环、滑动键环、外套管，所述中心管和密封环通过螺纹配合密封；所述滑动键环两端分别固定连接有动作钢丝，通过动作钢丝带动滑动键环在密封环和外套管之间进行移动；所述滑动键环与密封环、滑动键环与外套管均通过键和键槽进行配合；所述中心管设置有喷口，所述密封环、滑动键环、外套管均设置有对应喷口的通水孔。

所述中心管为中空结构，设置有并排布置且间隔均匀的多个喷口，喷口的中心线沿中心管的径向方向，与中心管的内部联通。

所述中心管的每个喷口位置均套有一个密封环，所述密封环为环状结构，内侧设置有密封螺纹，与中心管外侧设置的密封螺纹相配合。

所述密封环的直径方向上设置有密封环通水孔，通过旋转密封环，能够使得密封环通水孔正对或错开喷口。

所述密封环的外侧设置有键槽，所述滑动键环的内侧设置有对应的键槽，且滑动键环的键与密封环的键槽相互配合，之间有可滑动的间隙。

所述滑动键环的直径方向上设置有滑动键环通水孔，所述滑动键环通水孔位于密封环的密封环通水孔处，滑动键环通水孔的中心恰与密封环通水孔的中心重合。

所述外套管的内侧设置有键槽，所述滑动键环的外侧设置有对应的键槽，所述外套管内侧键槽的两侧和底部配有弹簧滚珠，能够与滑动键环的键相互配合，使滑动键环沿外套管的内侧键槽滑动。

所述外套管是中空管状，外套管的直径方向上设置有外套管通水孔，外套管通水孔的中心恰与滑动键环的滑动键环通水孔中心、密封环的密封环通水孔中心重合。

所述喷口沿中心管圆周方向均匀设置有1-8排，所述密封环、滑动键环、外套管对应喷口的通水孔同样均匀设置有1-8排。

所述键的数量为1-8个，所述键槽的数量对应设置有1-8个。

当需要切换开启的喷头时，即将一个开启的喷头关闭，再将另一个关闭的喷头开启，喷头开启和关闭的操作方法包括以下步骤：

S1：通过动作钢丝带动滑动键环在在密封环和外套管之间进行移动，使滑动键环沿中心管的轴向移动到需要开启的喷口所在的密封环处；

S2：固定中心管使其不能进行轴向旋转，同时使外套管顺时针或者逆时针方向旋转，则外套管带动滑动键环旋转，滑动键环带动密封环旋转，使中心管喷口恰与密封环通水孔、滑动键环通水孔、外套管通水孔相通，从而实现喷头开启。

S3：喷头关闭时，固定中心管使其不能进行轴向旋转，使外套管逆时针或者顺时针方向旋转，则外套管带动滑动键环旋转，滑动键环带动密封环旋转，使中心管喷口与密封环通水孔错开，从而实现喷头关闭。

所述可切换喷头的喷杆及操作方法，安装受力状态良好、更容易切换，能够大大改善喷杆及其固定端(或约束端)的受力状态，提高稳定性，同时无需因机构行程不足而中途更换喷杆。

附图说明

图1是所述可切换喷头的喷杆的实施例一的三维示意图；

图2是实施例一的纵剖面示意图；

图3是实施例一的喷头关闭状态的横剖面示意图；

图4是实施例一的喷头开启状态的横剖面示意图；

图5是实施例一的密封环的三维示意图；

图6是实施例一的滑动键环及动作钢丝的三维示意图；

图7是实施例一的滑动键环在某一处密封环外的三维示意图；

图8是实施例一的滑动键环在另一处密封环外的三维示意图；

图9是所述可切换喷头的喷杆的实施例二的三维示意图；

图10是实施例二的横剖面示意图。

图中，1-中心管；2-密封环；3-滑动键环；4-外套管；5-动作钢丝；11-中心管喷口；21-密封环通水孔；31-滑动键环通水孔；41-外套管通水孔；42-外套管弹簧滚珠。

具体实施方式

实施例一：

如图1和图2所示，所述可切换喷头的喷杆包括中心管1、密封环2、滑动键环3、外套管4、动作钢丝5。所述中心管1、密封环2、滑动键环3、外套管4的中心线共线，且从内到外依次布置。

所述中心管1位于喷杆的中心，为中空结构，可通过管道与外部高压水泵联通。所述中心管1上并排布置有间隔均匀的多个喷口11，喷口11的中心线沿中心管1的径向方向，与中心管1的内部联通。所述中心管1的外侧设置有密封螺纹。中心管1的两端均可通过外部装置进行固定。

结合图5所示的所述密封环的三维示意图中，所述中心管1上每个喷口11位置均套有一个密封环2。

所述密封环2是环状结构，内侧有密封螺纹，与中心管1外侧的密封螺纹相配合，其套在中心管1外部喷口11位置，通过密封螺纹与中心管1密封连接，直径方向上有密封环通水孔21。

所述中心管1上每个喷口11及其外套的密封环2即一个“喷头”。密封环2外侧均布有多个键槽，可通过对键槽施加扭矩使密封环2套在中心管1上旋转，实现喷头“关闭”与“开启”状态的切换。

实施例一中，所述密封环2具有4个键槽。在喷头“关闭”状态下，密封环通水孔21与中心管喷口11的位置错开，中心管喷口11被密封环2所密封，中心管1内的水不能从喷口11流出。

在喷头“开启”状态下，将密封环2旋转至恰当位置，可使密封环通水孔21与中心管喷口11中心重合，恰能使中心管1内的水从喷口11流出。所述密封环通水孔21的大小可满足高压水从中心管喷口11穿过密封环通水孔21喷出。

如图3、图4所示，以及结合图6所示的滑动键环及动作钢丝的三维示意图，所述滑动键环3是环状结构，套在密封环2外侧，沿环均布有多个键。

所述滑动键环3具有4个键。滑动键环3内侧的键与密封环2外侧的键槽相互配合，之间有可滑动的间隙。滑动键环3既可将受到的扭矩通过键传递给密封环2，又可套在密封环2上轴向移动。

所述滑动键环3的直径方向上有滑动键环通水孔31，滑动键环通水孔31的中心恰与密封环通水孔21的中心重合。滑动键环通水孔31的大小可满足高压水从中心管喷口11经过，然后穿过密封环通水孔21、滑动键环通水孔31喷出。

如图7和图8所示，所述滑动键环3的两端分别固定连接有动作钢丝5。每根动作钢丝5的一头与滑动键环3连接，另一头与外部的收放动作装置连接。通过外部收放动作装置对动作钢丝5施加拉力或释放，可以使滑动键3环沿中心管1轴向滑动，根据需要从一个密封环2的外侧滑动到另一个密封环2的外侧。所述收放动作装置通过电机提供动力，带动两根动作钢丝，对一根动作钢丝施加拉力时，释放另一根动作钢丝。

所述外套管4位于密封环2及滑动键环3的外侧。外套管4是中空管状结构，内侧有均布的键槽。

所述外套管4具有4个键槽。外套管4的内侧键槽的两侧和底部配有弹簧滚珠42，可以与滑动键环3外侧的键相互配合，使滑动键环3可以在外套管4内侧键槽上滑动。

所述外套管4至少有一端设置有传动部位，用于与外部的旋转切换机构连接，且可通过键、花键、销等实现周向固定连接，可通过套筒、周螺母、螺钉、挡圈等实现轴向固定连接。所述旋转切换机构能够提供控制外套管4进行顺时针或者逆时针的转动功能。

所述外部的旋转切换机构可以将扭矩通过外套管4的传动部位、外套管4的键槽传递给滑动键环3，再通过滑动键环3带动密封环2在中心管1上进行旋转，实现密封环2对中心管1上喷口11的“关闭”或“开启”状态切换。

外套管4的直径方向上设置有外套管通水孔41，外套管通水孔41的中心恰与滑动键环通水孔31中心、密封环通水孔21中心重合。外套管通水孔41的大小可满足高压水从中心管喷口11、穿过密封环通水孔21、滑动键环通水孔31、外套管通水孔41喷出。

本发明的喷头切换操作方法如下：

(1)不妨设初始状态下所有喷头均处于“关闭”状态，这时每个中心管喷口11均套有密封环2，且中心管喷口11与密封环通水孔1的位置错开，中心管喷口11被密封环2所密封，中心管1内的水不能从中心管喷口11流出。

(2)开启步骤。当需要开启某个喷头时：

第一，通过外部的收放动作装置一端收回、另一端释放动作钢丝5，使滑动键环3沿中心管1轴向移动到需要开启的喷头所属的密封环2处。若滑动键环3恰处于需要开启的喷头所属的密封环2位置时，则不需要移动滑动键环3。操作示意可以见如图7和图8，图7是实施例一的滑动键环在某一处密封环外的三维示意图(外套管未示出)，图8是实施例一的滑动键环在另一处密封环外的三维示意图(外套管未示出)。

第二，固定中心管1的至少一端，使中心管1不能进行轴向旋转，同时通过外部的旋转切换机构带动外套管4向某一方向旋转(不妨设为顺时针)，使中心管喷口11恰与密封环通水孔21、滑动键环通水孔31、外套管通水孔41相通，从而实现喷头“开启”。可参照图4的示意图。

(3)关闭步骤。当需要关闭某个喷头时：

第一，通过外部的收放动作装置一端收回、另一端释放动作钢丝5，使滑动键环3沿中心管1轴向移动到需要关闭的喷头所属的密封环2处。若滑动键环3恰处于需要关闭的喷头所属的密封环2位置时，则不需要移动滑动键环3。

第二，固定中心管1至少一端，使中心管1不能进行轴向旋转，同时通过外部的旋转切换机构带动外套管4向另一方向旋转(不妨设为逆时针)180°，使中心管喷口11与密封环通水孔21错开，从而实现喷头“关闭”。可参照图3的示意图。

(4)切换动作。当需要切换开启的喷头时，即将一个开启的喷头关闭，再将另一个关闭的喷头开启，则首先对待关闭喷头执行上述“关闭步骤”，再对待开启的喷头执行上述“开启步骤”。

这样，在轴向方向上，该排有10个喷头，在直径方向上，每次能够控制一个喷头工作。本实施例中只有1排滑动键环通水孔31、外套管通水孔41。当有一个喷头开启时，这个喷头的中心管喷口11对着排滑动键环通水孔31、外套管通水孔41的方向。但是，若需要开启另一个喷头时，若不关闭前一个喷头直接移动滑动键环，这个时候滑动键环通水孔31并不能对准另一个喷头的中心管喷口11。

实施例二：

如图9-图10所示，所述可切换喷头的喷杆包括中心管1、密封环2、滑动键环3、外套管4、动作钢丝5。本实施例二的主要特点在于滑动键环3的通水孔31及外套管通水孔41各有4组，环形均布在滑动键环3和外套管4上，可以实现多个喷头同时处于开启状态。这样，在轴向方向上，每次能够控制1-10个喷头工作。本实施例中有4排排滑动键环通水孔31、外套管通水孔41。若需要开启另一个喷头时，若不关闭前一个喷头直接移动滑动键环，这个时候滑动键环通水孔31也能对准另一个喷头的中心管喷口11(因为有4组)。喷头的方向一般是一致的，并不需要出现向圆周四个方向喷射。因为中心管上只有一排通水孔(共10个)，所以最多只能有10个喷头同时工作。

本发明的有益效果是：

(1)安装受力状态更好，可以两端固定，能够大大改善喷杆及其固定端(或约束端)的受力状态，提高机构的稳定性、水射流打击的准确性，延长部件寿命。

(2)喷头更换可利用机构自动完成，无需因机构行程不足而中途更换枪杆，节省了作业时间。