带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置

技术领域

本发明涉及水射流切割技术领域，具体而言，尤其涉及一种带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置。

背景技术

磨料水射流是磨料粒子与高速流动的水或高压水相互混合而形成的固-液两相流，磨料粒子在高速水射流的带动下混合加速。由于磨料水射流中磨料粒子对切割对象的磨削作用，使得磨料水射流比纯水射流的工作效率高很多，而且大大降低了对高压水发生装置的要求。20世纪80年代开始，磨料水射流的出现大大提高了射流的冲蚀、破岩和切割能力，因此得到了快速的发展，并广泛应用于军工、石油钻井、矿业开采等工程中。

由于水下作业环境复杂多变，切割对象空间位置不定，水下切割工具难以维持相对空间位置，需要对水下磨料水射流切割装置进行优化设计。

发明内容

根据上述提出的磨料水射流切割装置在水下作业存在的问题，提供一种带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置。本发明主要利用球窝轴承更便于表面接触单元与切割对象表面接触，利用弹簧和位移传感器实时监测此装置与切割对象的接触状态。

本发明采用的技术手段如下：

一种带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置，包括表面接触与适应模块、弹性位移反馈模块以及供水射流模块；

所述表面接触与适应模块包括表面接触单元、过渡块、球窝轴承和连接块；所述表面接触单元用于与切割对象接触，所述表面接触单元固定安装于所述过渡块底部；

所述过渡块设置螺纹孔、反冲射流连接孔、磨料水射流连接孔、反冲射流喷嘴安装孔、磨料水射流喷嘴安装孔，所述反冲射流连接孔通过高压水流道与所述反冲射流喷嘴安装孔相连通，所述磨料水射流连接孔通过磨料水流道与所述磨料水射流喷嘴安装孔相连通；

所述球窝轴承包括轴承座和轴承伸出端，所述轴承座设置螺栓孔，所述轴承座通过所述螺栓依次穿过所述螺栓孔和所述螺纹孔与所述过渡块紧固连接；所述连接块设置高压水管通孔和磨料水高压管通孔；

所述弹性位移反馈模块包括夹持套筒、内部套管、弹簧、端部接头和位移传感器；

所述夹持套筒一端通过螺纹与所述端部接头紧固连接；所述夹持套筒中心开孔；所述夹持套筒内侧底部设置阶梯面A，外部侧面设置夹持表面，所述夹持表面两端设置台肩；所述内部套管中心开孔，外部侧面沿轴向由上至下依次设置限位阶梯面A、安装阶梯面A、阶梯面B、螺纹阶梯面和连接外螺纹A；所述连接块一端通过螺纹连接于所述轴承伸出端，另一端通过所述连接外螺纹A连接于所述内部套管；

所述端部接头中心开孔，并沿轴向由上至下依次设置连接外螺纹B、安装阶梯面B和限位阶梯面B；所述端部接头通过所述连接外螺纹B与所述夹持套筒连接；所述内部套管穿过所述端部接头伸入所述夹持套筒内，所述内部套管与所述端部接头为间隙配合；所述阶梯面B所述阶梯面A接触；

所述弹簧和所述位移传感器内置于所述夹持套筒，所述弹簧套设于所述内部套管外侧，且一端与所述安装阶梯面B接触，另一端与所述安装阶梯面A接触；所述位移传感器一端固定安装于所述端部接头，另一端与所述安装阶梯面A连接；

所述供水射流模块包括磨料水高压供水管、高压水供水管、磨料水射流喷嘴和反冲射流喷嘴；所述磨料水高压供水管一端固定连接于所述磨料射流连接孔，另一端依次穿过所述磨料水高压管通孔和所述内部套管的中心孔；所述高压水供水管一端固定连接于所述反冲射流连接孔，另一端依次穿过所述高压水管道通孔和所述内部套管的中心孔；所述磨料水射流喷嘴固定安装于所述磨料水射流喷嘴安装孔，所述反冲射流喷嘴固定安装于所述反冲射流喷嘴安装孔。

进一步地，所述反冲射流喷嘴安装孔和所述磨料水射流喷嘴安装孔的轴线处于同一直线上，工作时，所述磨料水射流喷嘴和所述反冲射流喷嘴同时射流。

进一步地，所述磨料水射流喷嘴的射流角度和所述磨料水射流喷嘴伸出所述磨料水射流喷嘴安装孔的长度可通过更换喷嘴进行调整。

进一步地，所述表面接触单元包括球面物和支撑腿，球面物连接于支撑腿的底部，所述表面接触单元通过球面物与切割对象表面平滑接触；所述支撑腿固定安装于所述过渡块底部。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置，采用球窝轴承结构连接夹持件和射流结构，有利于夹持件轴向固定时与切割对象接触。

2、本发明提供的带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置，采用位移传感器和弹簧监测和连接相对运动的部件，有利于使用人员判断此装置与切割对象的接触状态。

3、本发明提供的带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置，采取反冲射流喷嘴安装孔和磨料水射流喷嘴安装孔的轴线处于同一直线上，磨料水射流喷嘴和反冲射流喷嘴同时射流减小了单喷嘴射流的反冲力，有利于此装置在工作时保持稳定。

基于上述理由本发明可在磨料水射流等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置结构示意图。

图2为所述夹持套筒结构示意图。

图3为所述内部套管结构示意图。

图4为所述端部接头结构示意图。

图中：1、球面物；2、支撑腿；3、过渡块；31、螺纹孔；32、反冲射流连接孔；33、磨料水射流连接孔；34、高压水流道；35、磨料水流道；36、反冲射流喷嘴安装孔；37、磨料水射流喷嘴安装孔；4、球窝轴承座；41、螺栓孔；42、螺栓；5、轴承伸出端；6、连接块；61、高压水管通孔；62、磨料水高压管通孔；7、夹持套筒；71、阶梯面A；72、夹持表面；73、台肩；8、内部套管；81、限位阶梯面A；82、安装阶梯面A；83、阶梯面B；84、螺纹阶梯面；85、连接外螺纹A；9、弹簧；10、端部接头；101、连接外螺纹B；102、安装阶梯面B；103、限位阶梯面B；11、位移传感器；12、磨料水高压供水管；13、高压水供水管；131、磨料水射流喷嘴；132、反冲射流喷嘴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1-4所示，本发明提供一种带弹性位移反馈的表面自适应磨料水射流水下切割装置，包括表面接触与适应模块、弹性位移反馈模块以及供水射流模块；

所述表面接触与适应模块包括表面接触单元、过渡块3、球窝轴承和连接块6；所述表面接触单元用于与切割对象接触，所述表面接触单元固定安装于所述过渡块3底部；

在本实施例中，所述表面接触单元包括球面物1和支撑腿2，球面物1连接于支撑腿2的底部，所述表面接触单元通过球面物1与切割对象表面平滑接触；所述支撑腿2固定安装于所述过渡块3底部；

所述过渡块3设置螺纹孔31、反冲射流连接孔32、磨料水射流连接孔33、反冲射流喷嘴安装孔36、磨料水射流喷嘴安装孔37，所述反冲射流连接孔32通过高压水流道34与所述反冲射流喷嘴安装孔36相连通，所述磨料水射流连接孔33通过磨料水流道35与所述磨料水射流喷嘴安装孔37相连通；

所述球窝轴承包括轴承座4和轴承伸出端5，所述轴承座4设置螺栓孔41，所述轴承座4通过所述螺栓42依次穿过所述螺栓孔41和所述螺纹孔31与所述过渡块3紧固连接；所述连接块6设置高压水管通孔61和磨料水高压管通孔62；

所述球窝轴承可使所述表面接触与适应模块在执行平面运动时更易于与切割对象表面接触；

所述弹性位移反馈模块包括夹持套筒7、内部套管8、弹簧9、端部接头10和位移传感器11；

所述夹持套筒7一端通过螺纹与所述端部接头10紧固连接；

所述夹持套筒7中心开孔；所述夹持套筒7内侧底部设置阶梯面A71，外部侧面设置夹持表面72，所述夹持表面72两端设置台肩73；所述内部套管8中心开孔，外部侧面沿轴向由上至下依次设置限位阶梯面A81、安装阶梯面A82、阶梯面B83、螺纹阶梯面84和连接外螺纹A85；

所述连接块6一端通过螺纹连接于所述轴承伸出端5，另一端通过所述连接外螺纹A85连接于所述内部套管8；

所述端部接头10中心开孔，并沿轴向由上至下依次设置连接外螺纹B101、安装阶梯面B102和限位阶梯面B103；所述端部接头10通过所述连接外螺纹B101与所述夹持套筒7连接；

所述内部套管8穿过所述端部接头10伸入所述夹持套筒7内，所述内部套管8与所述端部接头10为间隙配合；所述阶梯面B83所述阶梯面A71接触；

所述弹簧9和所述位移传感器11内置于所述夹持套筒7，所述弹簧9套设于所述内部套管8外侧，且一端与所述安装阶梯面B102接触，另一端与所述安装阶梯面A82接触；所述位移传感器11一端固定安装于所述端部接头10，另一端与所述安装阶梯面A82连接；

所述弹簧9处于初始状态时，所述位移传感器11处于“零”位，所述弹簧9处于压缩状态时，所述位移传感器11处于“非零”位，表明所述表面接触单元与切割对象表面完全接触，所述弹簧9处于最大压缩状态时，所述内部套筒8的所述限位阶梯面A81与所述端部接头10的所述限位阶梯面B103接触，此时弹簧不会破坏；

所述供水射流模块包括磨料水高压供水管12、高压水供水管13、磨料水射流喷嘴131和反冲射流喷嘴132；

所述磨料水高压供水管12一端固定连接于所述磨料射流连接孔33，另一端依次穿过所述磨料水高压管通孔62和所述内部套管8的中心孔；所述高压水供水管13一端固定连接于所述反冲射流连接孔32，另一端依次穿过所述高压水管道通孔61和所述内部套管8的中心孔；所述磨料水射流喷嘴131固定安装于所述磨料水射流喷嘴安装孔37，所述反冲射流喷嘴132固定安装于所述反冲射流喷嘴安装孔36。

进一步地，所述反冲射流喷嘴安装孔36和所述磨料水射流喷嘴安装孔37的轴线处于同一直线上，工作时，所述磨料水射流喷嘴131和所述反冲射流喷嘴132同时射流，这样可以减小单喷嘴射流的反冲力，有利于本发明所述装置在工作时保持稳定。

进一步地，所述磨料水射流喷嘴131的射流角度和所述磨料水射流喷嘴131伸出所述磨料水射流喷嘴安装孔37的长度可通过更换喷嘴进行调整。

进一步地，所述位移传感器11采用lvdt传感器。

本发明所述装置在工作时，作业人员利用夹持机构夹住夹持套筒7并使本切割装置靠近切割对象，表面接触单元从开始接触切割对象到刚好完全接触这一过程中，球窝轴承使表面接触单元与夹持套筒产生角度变化，更利于本切割装置与切割对象完全接触，此时弹簧9处于初始状态、位移传感器11处于“零”位，然后沿夹持套筒轴向继续移动夹持套筒，此时弹簧9处于压缩状态、位移传感器11处于“非零”位，表明表面接触单元与切割表面完全接触；

然后通过磨料水高压供水管12和高压水供水管13分别为磨料水射流喷嘴131和反冲射流喷嘴132供给磨料水和高压水，磨料水射流喷嘴131用于切割切割对象，反冲射流喷嘴132用于抵消磨料水射流喷嘴131的反冲力。然后利用夹持机构移动此切割装置，切割作业过程中始终保持位移传感器11处于“非零”位；

切割作业完成后，磨料水高压供水管12和高压水供水管13停止供水，停止作业。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。