CN109226945A - 一种等离子弧切割实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子弧切割实验系统，包括实验箱、三自由度支架和等离子切割枪，实验箱的侧壁上分别设有第一管箍、第二管箍、第三管箍、第四管箍、第五管箍和第六管箍，第一管箍、第二管箍、第三管箍和第四管箍对应安装有第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四电磁气阀，第五管箍和第六管箍对应安装有第一接线端子和第二接线端子；三自由度支架与实验箱的顶壁固定连接，等离子切割枪与三自由度支架固定连接；三自由度支架和等离子切割枪通过供电线缆与第一接线端子连接，三自由度支架通过信号线缆与第二接线端子连接，等离子切割枪通过供气管与第一电磁气阀连接。其具有结构简单、使用方便、安全可靠、操控灵活的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子弧切割设备，具体涉及一种等离子弧切割实验系统。
背景技术
随着经济和社会的发展，城镇燃气管网正在不断扩张；另外，因自然老化、腐蚀、外力 破坏等因素，早期的燃气管道会时常发生泄漏现象，这两方面的原因都造成了燃气管道施工 的大量增加。开孔和封堵是燃气管道施工的关键环节，现有技术主要采用降压手工作业和机 械带压作业两种方式进行燃气管道的开孔和封堵。降压手工作业方式具有对环境要求低、适 用范围广的优点，但其会影响正常供气，且造成了资源浪费和环境污染，其耗费的人力和物 力也较大。机械带压作业方式具有安全可靠、不影响正常供气的优点，但其不能对切屑进行 有效处理，切屑会随管道介质流动并对下游管件(如阀门、调压器等)造成损伤，且其开孔 速度较慢，对开孔刀具的磨损较大。等离子弧切割技术具有切割效率高、结构相对简单的优 势，并在多个领域得到了广泛应用。但燃气属易燃易爆气体，目前还没有采用等离子弧切割 技术对带压燃气管道进行开孔的成功经验，也没有相关的实验设备。如能将等离子弧切割技 术应用于带压燃气管道的开孔作业，将会对本领域的发展产生很大的促进意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子弧切割实验系统，其具有结构简单、使用方便、安全可 靠、操控灵活的优点，通过本发明在不同燃气浓度和压力环境下进行等离子弧切割试验，可 为等离子弧切割技术在带压燃气管道上进行开孔作业的可行性提供可靠的依据，并能保证试 验的安全性和实验数据的可靠性。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供的一种等离子弧切割实验系统，包括实 验箱以及设置于实验箱中的三自由度支架和等离子切割枪，所述实验箱的前侧壁上设有前门， 实验箱的底壁内侧设有用于安装切割件的绝缘底座，实验箱的右侧壁上分别设有第一管箍和 第二管箍，实验箱的左侧壁上分别设有第三管箍、第四管箍、第五管箍和第六管箍，所述第 一管箍、第二管箍、第三管箍和第四管箍对应安装有第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电 磁气阀和第四电磁气阀，第五管箍和第六管箍对应安装有第一接线端子和第二接线端子；所 述三自由度支架包括电动旋转台、横向滚珠丝杠组件和竖向滚珠丝杠组件，电动旋转台通过 工字型支架水平固定于实验箱的顶壁上，横向滚珠丝杠组件通过倒L型支架与电动旋转台固 定连接，竖向滚珠丝杠组件通过第一转接件与横向滚珠丝杠组件的滑块固定连接；所述等离 子切割枪竖向设置并使其通过第二转接件和抱箍与竖向滚珠丝杠组件的滑块固定连接；所述 电动旋转台、横向滚珠丝杠组件和竖向滚珠丝杠组件的电机以及等离子切割枪分别通过供电 线缆与第一接线端子连接，电动旋转台、横向滚珠丝杠组件和竖向滚珠丝杠组件的电机通过 信号线缆分别与第二接线端子连接，等离子切割枪通过供气管与第一电磁气阀连接。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，所述实验箱的后侧壁上设有观察 窗，实验箱的顶壁上设有第七管箍和第八管箍，所述第七管箍和第八管箍对应安装有真空表 和压力表。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，所述实验箱的内部设有通过角钢 焊接的框架，实验箱的前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁、底壁和顶壁分别与框架固定连接。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，所述实验箱的左侧壁内侧、右侧 壁内侧、顶壁内侧、后侧壁内侧和底壁外侧以及前门的内侧分别设有井字型加强筋。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，所述实验箱的底部在四个角处分 别设有支撑脚，实验箱的顶壁上侧在四个角处分别设有吊耳。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，还包括控制单元、供气单元和供 电电源，所述控制单元包括控制终端、气压控制装置和移动控制装置，控制终端分别与气压 控制装置、移动控制装置和供电电源连接，气压控制装置分别与第一电磁气阀、第二电磁气 阀、第三电磁气阀和第四电磁气阀连接，移动控制装置与第二接线端子连接；所述供气单元 包括氮气瓶、燃气瓶和真空泵，氮气瓶分别与第一电磁气阀和第三电磁气阀连接，燃气瓶与 第四电磁气阀连接，真空泵与第二电磁气阀和气压控制装置连接；所述供电电源与第一接线 端子连接。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，还包括设置于地面以下的防爆坑， 所述实验箱设置在防爆坑中，所述控制终端、气压控制装置、移动控制装置、氮气瓶、燃气 瓶、真空泵和供电电源均设置在防爆坑外。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，所述第一接线端子和第二接线端 子均采用防爆接线端子。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，所述工字型支架与实验箱的顶壁 之间设有加强垫块。
进一步的，本发明一种等离子弧切割实验系统，其中，所述实验箱的底壁上还设有第九 管箍，所述第九管箍上安装有泄压阀。
本发明一种等离子弧切割实验系统与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置实 验箱以及设置于实验箱中的三自由度支架和等离子切割枪，在实验箱的前侧壁上设置前门， 在实验箱的底壁内侧设置用于安装切割件的绝缘底座，在实验箱的右侧壁上分别设置第一管 箍和第二管箍，在实验箱的左侧壁上分别设置第三管箍、第四管箍、第五管箍和第六管箍， 让第一管箍、第二管箍、第三管箍和第四管箍对应安装第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三 电磁气阀和第四电磁气阀，让第五管箍和第六管箍对应安装第一接线端子和第二接线端子； 三自由度支架包括电动旋转台、横向滚珠丝杠组件和竖向滚珠丝杠组件，让电动旋转台通过 工字型支架水平固定在实验箱的顶壁上，让横向滚珠丝杠组件通过倒L型支架与电动旋转台 固定连接，让竖向滚珠丝杠组件通过第一转接件与横向滚珠丝杠组件的滑块固定连接；让等 离子切割枪竖向设置并使其通过第二转接件和抱箍与竖向滚珠丝杠组件的滑块固定连接；其 中，电动旋转台、横向滚珠丝杠组件和竖向滚珠丝杠组件的电机以及等离子切割枪分别通过 供电线缆与第一接线端子连接，电动旋转台、横向滚珠丝杠组件和竖向滚珠丝杠组件的电机 通过信号线缆分别与第二接线端子连接，等离子切割枪通过供气管与第一电磁气阀连接。由 此就构成了一种结构简单、使用方便、安全可靠、操控灵活的等离子弧切割实验系统。在实 际应用中，首先，让第一电磁气阀和第三电磁分别连接氮气瓶，让第二电磁气阀连接真空泵， 让第四电磁气阀连接燃气瓶，让第一接线端子连接供电电源，让第二接线端子连接移动控制 装置，并让第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四电磁气阀分别连接气压控制 装置，且使移动控制装置和气压控制装置与控制终端连接；然后，将切割件固定在绝缘底座 上并关闭前门后即可进行等离子弧切割实验。通过供电电源以及第一接线端子可为等离子切 割枪、电动旋转台、横向滚珠丝杠组件和竖向滚珠丝杠组件供电；通过氮气瓶以及第一电磁 气阀可为等离子切割枪提供等离子气；通过移动控制装置以及第二接线端子和三自由度支架 可控制等离子切割枪的切割路径；通过气压控制装置、真空泵以及第二电磁气阀可对实验箱 进行抽真空处理，以避免实验箱中混有空气，保证了实验的安全性；通过气压控制装置、真 空泵以及第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四电磁气阀可控制实验箱中氮气和燃气的比例以 及压力，以模拟不同的燃气带压环境，丰富了实验内容和实验数据的多样性。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种等离子弧切割实验系统作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明一种等离子弧切割实验系统第一种实施方式的正视图；
图2为本发明一种等离子弧切割实验系统第一种实施方式的立体图一；
图3为本发明一种等离子弧切割实验系统第一种实施方式的后视图；
图4为本发明一种等离子弧切割实验系统第一种实施方式的立体图二；
图5为本发明一种等离子弧切割实验系统第一种实施方式的左视图；
图6为本发明一种等离子弧切割实验系统第一种实施方式的右视图；
图7为图3中的A-A向视图；
图8为图3中的B-B向视图；
图9为图5中的C-C向视图；
图10为图5中的D-D向视图；
图11为本发明一种等离子弧切割实验系统中三自由度支架的正视图；
图12为本发明一种等离子弧切割实验系统中三自由度支架的立体图；
图13图2为本发明一种等离子弧切割实验系统第二种实施方式的立体图。
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的上、下、前、后、左、右等方位词只是根据附图进行 的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。
如图1至图12所示本发明一种等离子弧切割实验系统的第一种实施方式，包括实验箱1 以及设置于实验箱1中的三自由度支架2和等离子切割枪3。在实验箱1的前侧壁11上设置 前门111，在实验箱1的底壁12内侧设置用于安装切割件的绝缘底座121，在实验箱1的右 侧壁13上分别设置第一管箍131和第二管箍132，在实验箱1的左侧壁14上分别设置第三管箍141、第四管箍142、第五管箍143和第六管箍144，并使第一管箍131、第二管箍132、 第三管箍141和第四管箍142对应安装第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四 电磁气阀，使第五管箍143和第六管箍144对应安装第一接线端子和第二接线端子。三自由 度支架2包括电动旋转台21、横向滚珠丝杠组件22和竖向滚珠丝杠组件23，将电动旋转台 21通过工字型支架24水平固定在实验箱1的顶壁15上，让横向滚珠丝杠组件22通过倒L 型支架25与电动旋转台21固定连接，让竖向滚珠丝杠组件23通过第一转接件26与横向滚 珠丝杠组件22的滑块固定连接。将等离子切割枪3竖向设置并使其通过第二转接件27和抱 箍28与竖向滚珠丝杠组件23的滑块固定连接。其中，电动旋转台21、横向滚珠丝杠组件22 和竖向滚珠丝杠组件23的电机以及等离子切割枪3分别通过供电线缆与第一接线端子连接， 电动旋转台21、横向滚珠丝杠组件22和竖向滚珠丝杠组件23的电机通过信号线缆分别与第二接线端子连接，等离子切割枪3通过供气管与第一电磁气阀连接。
通过以上结构设置就构成了一种结构简单、使用方便、安全可靠、操控灵活的等离子弧 切割实验系统。在实际应用中，首先，让第一电磁气阀和第三电磁分别连接氮气瓶，让第二 电磁气阀连接真空泵，让第四电磁气阀连接燃气瓶，让第一接线端子连接供电电源，让第二 接线端子连接移动控制装置，并让第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四电磁 气阀分别连接气压控制装置，且使移动控制装置和气压控制装置与控制终端连接；然后，将 切割件8固定在绝缘底座121上并关闭前门111后即可进行等离子弧切割实验。通过供电电 源可为等离子切割枪3、电动旋转台21、横向滚珠丝杠组件22和竖向滚珠丝杠组件23供电； 通过气压控制装置、氮气瓶以及第一电磁气阀可为等离子切割枪3提供等离子气，通过移动 控制装置以及第二接线端子和三自由度支架2可控制等离子切割枪3的切割路径；通过气压 控制装置、真空泵以及第二电磁气阀可对实验箱1进行抽真空处理，以避免实验箱中混有空 气，保证了实验的安全性；通过气压控制装置、真空泵以及第二电磁气阀、第三电磁气阀和 第四电磁气阀可控制实验箱中氮气和燃气的比例以及压力，以模拟不同的燃气带压环境，丰 富了实验内容和实验数据的多样性。通过本发明在不同燃气浓度和压力环境下进行等离子弧 切割试验，可为等离子弧切割技术在带压燃气管道上进行开孔作业的可行性提供可靠的依据， 并保证了试验的安全性和实验数据的可靠性。
作为具体实施方式，本发明在实验箱1的后侧壁16上设置了观察窗161，以便于观察实 验箱1中的等离子弧切割情况。并在实验箱1的顶壁15上设置第七管箍151和第八管箍152， 让第七管箍151和第八管箍152对应安装了真空表和压力表。通过真空表和压力表可直观了 解实验箱1中的环境状态，以便于控制。
为保证实验箱1的结构稳定性和防爆性能，本具体实施方式在实验箱1的内部设置了通 过角钢焊接的框架，并使实验箱1的前侧壁11、后侧壁16、左侧壁14、右侧壁13、底壁12和顶壁15分别与框架固定连接。同时，本具体实施方式还在实验箱1的左侧壁14内侧、右 侧壁13内侧、顶壁15内侧、后侧壁16内侧和底壁12外侧以及前门111的内侧分别设置了 井字型加强筋，可有效提高实验箱1的抗变形能力，进一步增强了其结构的稳定性和防爆性 能。另外，本具体实施方式在实验箱1底部的四个角处分别设置支撑脚17，以便于固定实验 箱1；并在实验箱1顶壁15上侧的四个角处分别设置了吊耳153，以便于吊装实验箱1。
如图13所示本发明一种等离子弧切割实验系统的第二种实施方式，与第一种实方式相比， 第二实施方式增设了配套的控制单元4、供气单元5和供电电源6。控制单元4包括控制终端 41、气压控制装置42和移动控制装置43。其中，控制终端41分别与气压控制装置42、移动 控制装置43和供电电源6连接，气压控制装置42分别与第一电磁气阀、第二电磁气阀、第 三电磁气阀和第四电磁气阀连接，移动控制装置43与第二接线端子连接。供气单元5包括氮 气瓶51、燃气瓶52和真空泵53。其中，氮气瓶51分别与第一电磁气阀和第三电磁气阀连接， 燃气瓶52与第四电磁气阀连接，真空泵53与第二电磁气阀和气压控制装置42连接。供电电 源6与第一接线端子连接。通过设置配套的控制单元4、供气单元5和供电电源6，提高了系 统的适应性和实验的便利性。
为增强安全性，本具体实施方式还设置了处于地面以下的防爆坑7，并使实验箱1设置 在防爆坑7中，使控制终端41、气压控制装置42、移动控制装置43、氮气瓶51、燃气瓶52、 真空泵53和供电电源6均设置在防爆坑7外。这一结构设置在发生爆燃意外时可保证试验人 员和主要设备不受损坏。
需说明的是，在实际应用中，本发明中的第一接线端子和第二接线端子均采用了防爆接 线端子，以增强其防爆性能和发全性；并在工字型支架24与实验箱1的顶壁15之间设置了 加强垫块241，以增强结构的稳定性。同时，还在实验箱1的底壁12上设置了第九管箍，并 让第九管箍上安装泄压阀，以便在压力超限时实现自动泄压，进一步增强了安全性。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行 限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出 的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，包括实验箱(1)以及设置于实验箱(1)中的三自由度支架(2)和等离子切割枪(3)，所述实验箱(1)的前侧壁(11)上设有前门(111)，实验箱(1)的底壁(12)内侧设有用于安装切割件的绝缘底座(121)，实验箱(1)的右侧壁(13)上分别设有第一管箍(131)和第二管箍(132)，实验箱(1)的左侧壁(14)上分别设有第三管箍(141)、第四管箍(142)、第五管箍(143)和第六管箍(144)，所述第一管箍(131)、第二管箍(132)、第三管箍(141)和第四管箍(142)对应安装有第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四电磁气阀，第五管箍(143)和第六管箍(144)对应安装有第一接线端子和第二接线端子；所述三自由度支架(2)包括电动旋转台(21)、横向滚珠丝杠组件(22)和竖向滚珠丝杠组件(23)，电动旋转台(21)通过工字型支架(24)水平固定于实验箱(1)的顶壁(15)上，横向滚珠丝杠组件(22)通过倒L型支架(25)与电动旋转台(21)固定连接，竖向滚珠丝杠组件(23)通过第一转接件(26)与横向滚珠丝杠组件(22)的滑块固定连接；所述等离子切割枪(3)竖向设置并使其通过第二转接件(27)和抱箍(28)与竖向滚珠丝杠组件(23)的滑块固定连接；所述电动旋转台(21)、横向滚珠丝杠组件(22)和竖向滚珠丝杠组件(23)的电机以及等离子切割枪(3)分别通过供电线缆与第一接线端子连接，电动旋转台(21)、横向滚珠丝杠组件(22)和竖向滚珠丝杠组件(23)的电机通过信号线缆分别与第二接线端子连接，等离子切割枪(3)通过供气管与第一电磁气阀连接。
2.按照权利要求1所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，所述实验箱(1)的后侧壁(16)上设有观察窗(161)，实验箱(1)的顶壁(15)上设有第七管箍(151)和第八管箍(152)，所述第七管箍(151)和第八管箍(152)对应安装有真空表和压力表。
3.按照权利要求2所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，所述实验箱(1)的内部设有通过角钢焊接的框架，实验箱(1)的前侧壁(11)、后侧壁(16)、左侧壁(14)、右侧壁(13)、底壁(12)和顶壁(15)分别与框架固定连接。
4.按照权利要求3所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，所述实验箱(1)的左侧壁(14)内侧、右侧壁(13)内侧、顶壁(15)内侧、后侧壁(16)内侧和底壁(12)外侧以及前门(111)的内侧分别设有井字型加强筋。
5.按照权利要求4所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，所述实验箱(1)的底部在四个角处分别设有支撑脚(17)，实验箱(1)的顶壁(15)上侧在四个角处分别设有吊耳(153)。
6.按照权利要求5所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，还包括控制单元(4)、供气单元(5)和供电电源(6)，所述控制单元(4)包括控制终端(41)、气压控制装置(42)和移动控制装置(43)，控制终端(41)分别与气压控制装置(42)、移动控制装置(43)和供电电源(6)连接，气压控制装置(42)分别与第一电磁气阀、第二电磁气阀、第三电磁气阀和第四电磁气阀连接，移动控制装置(43)与第二接线端子连接；所述供气单元(5)包括氮气瓶(51)、燃气瓶(52)和真空泵(53)，氮气瓶(51)分别与第一电磁气阀和第三电磁气阀连接，燃气瓶(52)与第四电磁气阀连接，真空泵(53)与第二电磁气阀和气压控制装置(42)连接；所述供电电源(6)与第一接线端子连接。
7.按照权利要求6所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，还包括设置于地面以下的防爆坑(7)，所述实验箱(1)设置在防爆坑(7)中，所述控制终端(41)、气压控制装置(42)、移动控制装置(43)、氮气瓶(51)、燃气瓶(52)、真空泵(53)和供电电源(6)均设置在防爆坑(7)外。
8.按照权利要求7所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，所述第一接线端子和第二接线端子均采用防爆接线端子。
9.按照权利要求8所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，所述工字型支架(24)与实验箱(1)的顶壁(15)之间设有加强垫块(241)。
10.按照权利要求9所述的一种等离子弧切割实验系统，其特征在于，所述实验箱(1)的底壁(12)上还设有第九管箍，所述第九管箍上安装有泄压阀。
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