CN108590691A - 一种掘进机及其水射流喷头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水射流喷头，包括连接架，还包括固定于所述连接架下方的支撑架和安装于所述支撑架上的旋转驱动部，以及一端通过管夹固定于所述支撑架上、另一端从所述旋转驱动部内部穿出并能够相对于所述支撑架摆动的高压水管路。应用该水射流喷头，所述高压水管路在所述管夹和所述旋转驱动部的作用下其内部的高压水实现旋转切割，增大切割面积，提升切割效率，满足更高效率的切割要求；同时高压水通过所述高压水管路直接流出，无需设置旋转密封，消除旋转密封结构及强度对高压水压力和流量的限制，满足更大压力的切割要求。因此，本申请所提供的水射流喷头的适应性较好。本申请还公开了一种包含上述水射流喷头的掘进机，掘进效率有所提升。

Description

一种掘进机及其水射流喷头

技术领域

本发明涉及水射流切割技术领域，特别涉及一种水射流喷头。本发明还涉及一种掘进机。

背景技术

水射流切割技术作为一种环保高效的冷加工技术，通常利用高压高速水流对产品的冲击作用来去除材料，与传统的切割方法相比，具有材料热变形小、切割精度高及切割速度快等优点，广泛地应用于工程、汽车、航空、食品等领域。

水射流切割机通常包括增压组件、供料管道、控制组件和高压喷头等部件，从增压组件流出的高压水直接从高压喷头内喷出，或者高压水与磨料在高压喷头内混合后形成两相磨料射流后再从高压喷头内喷出，接着在控制组件的作用下，高压喷头沿预设的运动轨迹移动以完成切割要求。

尽管现有的高压喷头的种类较多，但仍存在诸多不足。例如，部分高压喷头无法旋转，仅能用于定向切割，尤其是对于手持式水流切割喷头而言，切割面小，此类喷头严重地影响切割效率。再例如，部分高压喷头尽管能够实现旋转，但通常需在旋转交接处增设旋转密封部件，相应地，旋转密封部件质量的好坏严重地限制了高压喷头的工作压力和流量，从而影响切割效率。另外，部分高压喷头的结构设计不合理，比如高压喷头的有效切割面积小于高压喷头本体的横截面面积，导致切割深度受到限制，从而无法使此类高压喷头用于较大厚度的切割。因此，现有的高压喷头的适用性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水射流喷头，结构设计较合理，适应性较好。本发明的另一目的在于提供一种掘进机，能够有效地提高掘进效率。

其具体方案如下：

本申请所提供的水射流喷头，包括连接架，还包括：

固定于所述连接架下方的支撑架；

安装于所述支撑架上的旋转驱动部；

一端通过管夹固定于所述支撑架上、另一端从所述旋转驱动部内部穿出并能够相对于所述支撑架摆动的高压水管路。

优选地，所述高压水管路包括：

具有挠性并用于输送高压水的高压水管；

安装于所述高压水管末端且穿过所述旋转驱动部、能够相对于所述支撑架摆动的喷头本体；

设于所述喷头本体外周与所述旋转驱动部之间、用于支撑所述喷头本体摆动的回转支撑件。

优选地，所述回转支撑件的中心轴线与所述喷头本体的中心轴线重合。

优选地，还包括：

一端通过所述管夹固定于所述支撑架上且另一端连接于所述喷头本体上、相对于所述高压水管平行设置并用于输送磨料的磨料管。

优选地，所述旋转驱动部包括：

固定于所述支撑架上的旋转动力组件；

位于所述管夹下方且与所述旋转动力组件的末端相连、用于供所述高压水管穿过的旋转轴管；

固定于所述支撑架上且安装于所述旋转轴管的外周、用于支撑所述旋转轴管转动的旋转座；

固连于所述旋转轴管的下方、用于支撑所述喷头本体的旋转架。

优选地，所述旋转架具体为纵向剖面呈矩形的第一旋转架。

优选地，所述喷头本体安装于所述第一旋转架底部的顶角上，所述喷头本体的中心轴线与所述旋转架的中心轴线呈一定夹角。

优选地，所述喷头本体安装于所述第一旋转架的底面上，所述喷头本体的中心轴线与所述旋转架的中心轴线相平行。

优选地，所述旋转架具体为纵向剖面呈倒凹槽型的第二旋转架，所述喷头本体安装于所述第二旋转架的内侧壁底部，所述喷头本体的中心轴线与所述旋转架的中心轴线相垂直。

优选地，所述旋转架的最大回转面积分别大于所述连接架、所述支撑架及所述旋转座的横截面面积。

本申请还提供了一种掘进机，包括刀盘，还包括如上任一项所述的安装于所述刀盘上的水射流喷头。

相对于背景技术，本申请所提供的水射流喷头，包括连接架，还包括固定于所述连接架下方的支撑架和安装于所述支撑架上的旋转驱动部，以及一端通过管夹固定于所述支撑架上、另一端从所述旋转驱动部内部穿出并能够相对于所述支撑架摆动的高压水管路。

所述高压水管路穿过所述旋转驱动部，而所述旋转驱动部安装于所述支撑架上，所述支撑架又与所述连接架固连为一体，从而使所述高压水管路相对于所述连接架摆动，切割面积有所增加，在一定程度上提升了切割效率，能够满足切割面积在一定范围内变化的切割要求，有效地扩大应用场合，适应性便有所提高。

又由于所述高压水管通过自身的挠性变形抵消其在运动过程中产生的附加力矩，而在高压水旋转流动的过程中整条所述高压水管路无需安装旋转密封，自然流经高压水管路的高压水压力便不再受旋转密封部件强度的限制，能满足更高范围内的切割压力变化的要求，从而进一步增大了应用场合，适应性进一步有所提高。

因此，本申请所提供的水射流喷头的适应性较好。

另外，本申请所提供的包含上述水射流喷头的掘进机，因水射流喷头的适应性较好，从而在掘进过程中降低了更换水射流喷头的频率，自然能够有效地提高掘进效率。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施例所提供的水射流喷头的剖面主视图；

图2为本发明一种具体实施例所提供的安装有磨料管的水射流喷头的剖面主视图；

图3为图2的俯视图；

图4为喷头本体的另一种安装方式的局部结构示意图；

图5为本发明另一种具体实施例所提供的安装有磨料管的水射流喷头的剖面主视图。

附图标记如下：

连接架1、支撑架2、高压水管路3、管夹4、旋转驱动部5、磨料管6；

高压水管31、喷头本体32和回转支撑件33；

旋转动力组件51、旋转轴管52、旋转座53和旋转架54；

动力元件511、主动轮512和从动轮513。

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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明一种具体实施例所提供的水射流喷头的剖面主视图；图2为本发明一种具体实施例所提供的安装有磨料管的水射流喷头的剖面主视图；图3为图2的俯视图。

本发明实施例公开了一种水射流喷头，包括连接架1、支撑架2、高压水管路3、管夹4、旋转驱动部5，还包括磨料管6。

连接架1主要用于连接外界设备，用于支撑各部件。在该具体实施例中，连接架1具体为两组与外界设备相连的矩形连接板，支撑架2和旋转驱动部5便固设于两个矩形连接板之间。当然，连接架1的结构不限于此。

支撑架2固定于连接架1的下方，主要用于连接旋转驱动部5和连接架1。在该具体实施例中，支撑架2位于旋转驱动部5的一侧，分别通过螺栓螺母与连接架1和旋转驱动部5相连，当然，也可以采用焊接的方式与连接架1固连为一体，其结构及连接方式不限于此。具体地，支撑架2的纵向剖面呈倒L型，包括水平连接段和位于所述水平连接段下方的竖直支撑段。其中，水平连接段的上半部与连接架1相连，管夹4和旋转驱动部5的上半部均穿过上述水平连接段，且二者均固定于支撑架2的水平连接段上，以便支撑高压水管路3和旋转驱动部5。支撑架2的竖直支撑段主要用于固定旋转驱动部5的下半部，并且为旋转驱动部5的安装预留一定的安装空间，使本申请所提供的水射流喷头的机构更紧凑。当然，支撑架2的结构不限于此。

高压水管路3一端通过管夹4固定于支撑架2上，另一端从旋转驱动部5内部穿出并能够相对于支撑架2摆动。在该具体实施例中，高压水管路3包括高压水管31、喷头本体32和回转支撑件33。

其中，高压水管31为具有挠性的软管，具体地，高压水管31优选为由内胶层、一层或多层钢丝增强层和耐候外胶层组合而成的挠性管，当然，内层也可以是聚氨酯软管，或其他材质的软管，不限于此。钢丝增强层紧密缠绕或编织包覆于内胶层外，外胶层外周还可增设织物辅助层加固，不限于此。当然，高压水管31的种类不限于软管，在采用直径较小的钢管输送高压水时，可将管路缠绕呈螺旋弹簧状，以增加管路整体的变形余量，但无论何种结构，必须保证高压水管31具有一定的挠性，以防在旋转过程中发生因打结或缠绕而引起的运动卡滞和管路断裂等事故。在该具体实施例中，高压水管31的一端通过管夹4与外界的增压管路相连，主要用于引入高压水。高压水管31的另一端与喷头本体32相连，主要用于导出高压水。

喷头本体32安装于高压水管31的末端，且穿过旋转驱动部5，主要用于供高压水喷出。喷头本体32能够相对于支撑架2摆动，具体地，喷头本体32的外周为阶梯型管状结构。

另外，连接架1可安装在可移动设备上，以便带动喷头本体32沿设定方向和距离移动，从而形成宽度略大于喷头本体32的出水口回转直径的切槽，同时便于带动喷头本体32沿其中心轴线方向进给以切割出适当深度的切槽。

回转支撑件33设于喷头本体32的外周面与旋转驱动部5之间，具体为支撑轴承，使旋转驱动部5的连续转动转变为喷头本体32绕回转支撑件33的中心轴线的往复摆动，以便在喷头本体32及高压水管31无需连续转动的情况下实现水射流随旋转架连续旋转，同时抵消高压水管31的在旋转过程中产生的扭转力矩，防止高压水管31变形量超出可承受的范围。

值得注意的是，回转支撑件33的中心轴线与喷头本体32的中心轴线重合，以便控制射流流向。

管夹4的外周面固定于支撑架2上，主要用于固定高压水管31。在该具体实施例中，管夹4优选组合管夹，该组合管夹方便同时夹持高压水管31和磨料管6。当然，管夹4也可是单组管夹，以方便纯高压水切割，不限于此。在该具体实施例中，管夹4的中心轴线与连接架1的中心轴线重合，以便保证夹持的高压水管路3位于中心位置，当然，二者也可以不重合。

旋转驱动部5包括旋转动力组件51、旋转轴管52、旋转座53和旋转架54。

旋转动力组件51固定于支撑架2上，包括动力元件511、主动轮512和从动轮513。其中，动力元件511包括固定于支撑架2的水平支撑段顶部的电机和穿过支撑架2的水平支撑段的转轴。当然，动力元件511也可以采用液压元件或气压元件替代。主动轮512安装于动力元件511的输出端上，具体安装在转轴的输出端，用于传动扭矩。从动轮513与主动轮512相啮合，且从动轮513固定于旋转轴管52顶部的外周面上，主要用于带动旋转轴管52转动。在该具体实施例中，主动轮512和从动轮513具体为一对相互啮合的直齿圆柱齿轮，当然，主动轮512和从动轮513也可以是一组通过链条相互啮合的链轮，或其他动力传动装置，不限于此。

旋转轴管52位于管夹4的下方，以保证管夹4所夹持的高压水管31的上半部不发生弯曲变形，有利于加快高压水流动。在该具体实施例中，旋转轴管52通过从动轮513实现扭矩传递，以便带动旋转架54转动。值得注意的是，旋转轴管52的中心设有用于安装高压水管31的通孔，该通孔的内径大于高压水管31的外径，以防在旋转轴管52在相对于高压水管31旋转的过程中发生摩擦，导致高压水管31磨损或破裂。另外，在旋转轴管52的外周面与旋转座53之间安装有一组支撑轴承，具体为滚子轴承，以便支撑旋转轴管52相对于旋转座53旋转。

旋转座53的一侧固定于支撑架2，主要用于支撑旋转轴管52。在该具体实施例中，旋转座53具体为圆柱形套管，其内壁与上述滚子轴承的外圈之间采用过盈连接，相应地，旋转轴管52的外周面与上述滚子轴承的内圈之间也采用过盈连接。当然，旋转座53的结构不限于此。

旋转架54固连于旋转轴管52的下方，主要用于支撑喷头本体32。在该具体实施例中，旋转架54具体为纵向剖面呈矩形的第一旋转架，且其顶部通过螺栓螺母固定于旋转轴管52的末端。在保证喷头本体32出水口的运动轨迹在平行于其运动轨迹的平面上的投影可包络其他部件运动轨迹在该平面上的投影的前提下，第一旋转架的外周面可以是矩形、多边形，也可以是圆柱形，或其他类似形状。当然，旋转架54的结构及固定方式不限于此。

喷头本体32安装于第一旋转架底部的顶角上，且喷头本体32的中心轴线与旋转架54的中心轴线呈一定的夹角，该夹角优选在10～60°内变动，从而能够有效地增大切割面积。该第一旋转架可由多块薄板焊接组合而成，当然，第一旋转架的结构不限于此。

请参考图4，图4为喷头本体的另一种安装方式的局部结构示意图。

由此可知，喷头本体32还存在另一种安装方式。具体地，喷头本体32安装于第一旋转架的底面上，具体位于底面的边沿，喷头本体32的中心轴线与旋转架54的中心轴线相平行，在一定程度上实现垂直切割。其中，该第一旋转架具体可以为掘进机刀盘，该刀盘通常由掘进机本身自带的刀具驱动部件驱动。

值得注意的是，旋转架54的最大回转面积均大于连接架1、支撑架2和旋转座53的横截面面积，以防在切割过程中本体结构与切割槽发生干涉。在该具体实施例中，也即喷头本体32出水口的运动轨迹在平行于其运行轨迹的平面上的投影能够包络其他部件运动轨迹在该平面上的投影。此外，还需保证连接架1有足够的长度，这样本申请所提供的水射流喷头便可用于较大厚度的切槽场合，有效消除结构上的设计弊端，扩大切割范围，进一步增强适应性。

磨料管6的一端通过管夹4固定在支撑架2上，另一端连接于喷头本体32上，相对于高压水管31平行设置，主要用于输送磨料。在该具体实施例中，磨料管6为具有挠性的软管，构造与高压水管31大致相同，磨料在喷头本体32内随高压水喷出，增强切削能力。

需要指出的是，当高压水管31与磨料管6均安装在旋转轴管52中心的通孔内，此时该通孔的内径比大于高压水管31外径及磨料管6外径之和，以防高压水管31与磨料管6与旋转轴管52的通孔发生剧烈摩擦，造成管道破损。

综上所述，本发明所提供的水射流喷头包括连接架1、支撑架2、高压水管路3、管夹4和旋转驱动部5，一方面高压水管3在管夹4和旋转驱动部5的作用下使其内部的高压水实现旋转切割，增大切割面积，提升切割效率，满足更高效率的切割要求；另一方面高压水通过高压水管路3直接流出，中间无需设置旋转密封，消除旋转密封的本身结构及强度对高压水压力及流量的限制，满足更大压力的切割要求。因此，本申请所提供的水射流喷头的适应性较好。

本申请的另一种具体实施例，其他结构均不变，仅有旋转架54和喷头本体32的安装位置发生改变。

请参考图5，图5为本发明另一种具体实施例所提供的安装有磨料管的水射流喷头的剖面主视图。

在该具体实施例中，旋转架54为第二旋转架，相应地，喷头本体32安装在该第二旋转架的内侧壁底部，且喷头本体32的中心轴线与旋转架54的中心轴线相垂直，从而实现水平切割。当然，旋转架54的结构不限于此，同样喷头本体32的安装位置也不限于此。

该实施例是基于对上述实施例的改进，因此有益效果相同，对此不再赘述。

本申请还提供一种掘进机，包括刀盘，还包括如上所述安装于刀盘上的水射流喷头。由于水射流喷头的适应性好，自然掘进机能够掘进的地质结构较多，有效降低了更换水射流喷头的频率，缩短了无效掘进时间，因此能够有效地提升掘进效率。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的掘进机及其水射流喷头进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种水射流喷头，包括连接架(1)，其特征在于，还包括：

固定于所述连接架(1)下方的支撑架(2)；

安装于所述支撑架(2)上的旋转驱动部(5)；

一端通过管夹(4)固定于所述支撑架(2)上、另一端从所述旋转驱动部(5)内部穿出并能够相对于所述支撑架(2)摆动的高压水管路(3)。

2.根据权利要求1所述的水射流喷头，其特征在于，所述高压水管路(3)包括：

具有挠性并用于输送高压水的高压水管(31)；

安装于所述高压水管(31)末端且穿过所述旋转驱动部(5)、能够相对于所述支撑架(2)摆动的喷头本体(32)；

设于所述喷头本体(32)外周与所述旋转驱动部(5)之间、用于支撑所述喷头本体(32)摆动的回转支撑件(33)。

3.根据权利要求2所述的水射流喷头，其特征在于，还包括：

一端通过所述管夹(4)固定于所述支撑架(2)上且另一端连接于所述喷头本体上(32)、相对于所述高压水管(31)平行设置并用于输送磨料的磨料管(6)。

4.根据权利要求2所述的水射流喷头，其特征在于，所述旋转驱动部(5)包括：

固定于所述支撑架(2)上的旋转动力组件(51)；

位于所述管夹(4)下方且与所述旋转动力组件(51)的末端相连、用于供所述高压水管(31)穿过的旋转轴管(52)；

固定于所述支撑架(2)上且安装于所述旋转轴管(52)的外周、用于支撑所述旋转轴管(52)转动的旋转座(53)；

固连于所述旋转轴管(52)的下方、用于支撑所述喷头本体(32)的旋转架(54)。

5.根据权利要求4所述的水射流喷头，其特征在于，所述旋转架(54)具体为纵向剖面呈矩形的第一旋转架。

6.根据权利要求5所述的水射流喷头，其特征在于，所述喷头本体(32)安装于所述第一旋转架底部的顶角上，所述喷头本体(32)的中心轴线与所述旋转架(54)的中心轴线呈一定夹角。

7.根据权利要求5所述的水射流喷头，其特征在于，所述喷头本体(32)安装于所述第一旋转架的底面上，所述喷头本体(32)的中心轴线与所述旋转架(54)的中心轴线相平行。

8.根据权利要求4所述的水射流喷头，其特征在于，所述旋转架(54)具体为纵向剖面呈倒凹槽型的第二旋转架，所述喷头本体(32)安装于所述第二旋转架的内侧壁底部，所述喷头本体(32)的中心轴线与所述旋转架(54)的中心轴线相垂直。

9.根据权利要求4至8任一项所述的水射流喷头，其特征在于，所述旋转架(54)的最大回转面积分别大于所述连接架(1)、所述支撑架(2)及所述旋转座(53)的横截面面积。

10.一种掘进机，包括刀盘，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一项所述的安装于所述刀盘上的水射流喷头。