CN110261162B - 一种取样机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种取样机，包括取样头；取样头包括螺纹座、旋转座以及铣刀；铣刀设置于旋转座的导向槽，并位于旋转轴的一侧；铣刀的端头朝向旋转轴，铣刀的尾端背离旋转轴；旋转座控制铣刀绕旋转轴旋转，且螺纹座设置有与铣刀的旋转曲面配合的锥形面；锥形面设置有螺纹，且铣刀面向锥形面的一侧设置有齿纹段；铣刀沿锥形面旋转，且螺纹与齿纹段啮合形成丝杠的螺旋副结构。本发明对现有电钻的夹爪机构进行了改进；其通过旋转座的旋转可以带动铣刀绕旋转轴正向转动或反向转动，且铣刀在旋转过程中还可以进行伸缩移动，从而完成微损取样工作；其具有结构简单、操作方便、稳定性良好以及被取样部位平整，取后焊接修复容易等优点。
Description
技术领域
本发明属于构件表面取样技术领域，具体而言，涉及一种取样机。
背景技术
目前，随着现代能源工业发展，尤其是大型燃煤发电机组朝着更高效的超临界机组发展，新材料不断的应用到大型锅炉设备中；由于对这些新型耐热钢材料(如P92、P122等)的服役特性尚没有完全掌握，所以需要对部件进行全寿命的性能评估。同时，随着国家对清洁能源发展要求，需对一些在役机组开展提高运行参数的可行性研究和技术改造，而这些在役机组随着服役年限的增长亟需对其开展安全性能评价、延寿评估工作。
其中，取样分析作为掌握材料机械性能、许用强调等指标的常用方法而被广泛应用；在役部件的取样一般分为微损取样和破坏性取样两种。
破坏性取样是从在役设备上截取一定宏观尺寸大小的样品，比如管道的一段或容器的一部分；其可进行较多的材料性能试验，掌握较多材料服役性能参数；但是对大多数部件来说，由于缺乏备品备件、焊接修复困难、尤其是不可持续长周期高频次的取样跟踪分析，所以这种破坏性做法是不允许的。
微损取样是随着试验技术发展，微小样品分析技术进步而得到发展的一种取样方法；其具有在一定周期内对同一部件持续取样以及全寿命跟踪分析材料性能变化的优点；而且还具有对部件损伤小易焊接修复，对部件安全性能影响小等特点。
现有的微损取样装置主要采用气动切割、电火花切割以及圆球形或半圆球型铣刀切削等方式；但是，这些取样装置普遍存在结构复杂，稳定性差，圆弧形刀具强度不足，现场可操作性不便，被取样部位表面凹凸不平需要再次打磨工作量大等缺点；尤其是对一些高硬度的合金材质较难适应。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种取样机，在实现微损取样的同时，使其具有结构简单、操作方便、稳定性良好以及被取样部位平整，取后焊接修复容易等优点。
本发明所采用的技术方案为：
一种取样机，其包括取样头；所述取样头包括螺纹座、旋转座以及铣刀；所述旋转座设置有与所述铣刀对应的导向槽；所述铣刀设置于所述导向槽，并位于所述旋转轴的一侧；所述铣刀的端头设置有刀刃，且所述端头朝向所述旋转轴；所述铣刀远离所述端头的一端为尾端，且所述尾端背离所述旋转轴；所述铣刀的中心线与所述旋转座的旋转轴具有夹角；所述旋转座控制所述铣刀绕所述旋转轴旋转，且所述螺纹座设置有与所述铣刀的旋转曲面配合的锥形面；所述锥形面设置有螺纹，且所述铣刀面向所述锥形面的一侧设置有齿纹段；所述铣刀沿所述锥形面旋转，且所述螺纹与所述齿纹段啮合形成丝杠的螺旋副结构。
作为螺纹座的一种结构，所述螺纹座包括螺圈；所述螺圈的通孔为倒置的圆台形通孔；所述圆台形通孔的内侧面形成所述锥形面，且所述螺纹设置于所述圆台形通孔的内侧面形成内螺纹结构；所述铣刀背向所述旋转轴的一侧为外侧，所述齿纹段设置于所述铣刀的所述外侧；所述螺圈套设于所述铣刀的外侧，且所述铣刀沿所述圆台形通孔的内侧面旋转。
进一步，所述螺纹座还包括外套筒；所述外套筒的一端口套设于所述旋转座外侧，并与所述旋转座转动配合；所述螺圈沿所述外套筒的周向设置于所述外套筒的内侧壁。
进一步，所述外套筒远离所述旋转座的另一端口设置有挡盖，且所述挡圈与所述外套筒可拆卸连接；所述档盖设置有供所述铣刀旋转及伸缩移动的圆形口。
进一步，所述旋转座与所述外套筒的转动配合端之间设置有轴承；且所述旋转座通过所述轴承与所述外套筒转动配合。
进一步，所述铣刀包括刀身、颈部以及端头；所述端头通过所述颈部与所述刀身连接，且所述颈部的厚度小于所述刀身的厚度；所述齿纹段位于所述刀身，并沿所述刀身的长度方向设置。
进一步，所述颈部的形状为朝向所述旋转轴弯曲的弧形。
进一步，所述铣刀的数量为三个，所述导向槽的数量与所述铣刀一一对应；三个所述铣刀设置于对应的所述导向槽，并均匀分布于所述旋转轴的周向，且三个所述铣刀的端头位于同一切削平面；所述夹角的角度为50-70度。
进一步，所述的取样机还包括旋转驱动机构，所述旋转驱动机构与所述旋转座传动连接，并驱动所述旋转座绕所述旋转轴转动；所述旋转驱动机构包括机身、旋转驱动电机以及主轴；所述旋转驱动电机设置于所述机身内，且所述机身设置有用于握持的握持部；所述旋转座通过所述主轴与所述驱动电机的输出端连接；所述驱动电机通过所述主轴驱动所述旋转座绕所述旋转轴转动。
作为螺纹座的另一种结构，所述螺纹座包括倒置的固定座、圆台以及固定连接杆；所述圆台的侧面形成所述锥形面，且所述螺纹设置于所述圆台的侧面形成外螺纹结构；所述铣刀面向所述旋转轴的一侧为内侧，所述齿纹段设置于所述铣刀的所述内侧；所述圆台与所述铣刀位于所述旋转座的同一侧，且所述圆台位于所述铣刀的内侧，所述铣刀沿所述圆台的侧面旋转；所述旋转座的旋转轴处设置有与所述固定连接杆转动配合的通孔；所述固定连接杆的一端与所述固定座连接，所述固定连接杆的另一端穿过所述通孔并与所述圆台的底面连接，且所述固定连接杆的中心轴、所述圆台的中心轴和所述旋转轴位于同一直线；所述旋转座位于所述固定座与所述圆台之间，并分别与所述固定座和所述圆台转动配合。
本发明的有益效果为：
本发明所提供的取样机，对现有电钻的夹爪机构进行了改进；其通过旋转座的旋转可以带动铣刀绕旋转轴正向转动或反向转动，且铣刀在旋转过程中与螺纹座通过齿纹段和螺纹啮合形成了丝杠的旋转副结构，进而铣刀在正向转动或反向转动过程中还可以沿导向槽朝向旋转轴进行伸缩移动，从而完成微损取样工作；其具有结构简单、操作方便、稳定性良好以及被取样部位平整，取后焊接修复容易等优点。
附图说明
图1是实施例1中所述的取样机的俯视图；
图2是实施例1中所述的取样机的右视图；
图3是实施例1中所述的取样机的左视图
图4是实施例1中所述的取样机的前视图；
图5是实施例1中所述的取样机的后视图；
图6是实施例1中所述的取样头的部分剖视结构示意图；
图7是实施例1中所述的铣刀的结构示意图；
图8是实施例1中所述的铣刀的侧视图；
图9是实施例2中所述的取样头的剖视结构示意图。
图中标号为：
主轴101、旋转座102，铣刀103，螺圈104，外套筒105，档盖106，外套筒手柄107，机身108，握持部109，电源开关按钮110，正反转调节按钮111，变速调节旋钮112，刀身113，颈部114，齿纹段115，刀刃116，圆台117，固定连接杆118，固定座119。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种取样机，如图1-图5所示，其包括取样头；取样头包括螺纹座、旋转座102以及铣刀103；旋转座102设置有与铣刀103对应的导向槽；铣刀103设置于导向槽，并位于旋转轴的一侧；铣刀103的端头设置有刀刃116，且端头朝向旋转轴；铣刀103远离端头的一端为尾端，且尾端背离旋转轴；铣刀103的中心线与旋转座102的旋转轴具有夹角；旋转座102控制铣刀103绕旋转轴旋转，且螺纹座设置有与铣刀103的旋转曲面配合的锥形面；锥形面设置有螺纹，且铣刀103面向锥形面的一侧设置有齿纹段115；铣刀103沿锥形面旋转，且螺纹与齿纹段115啮合形成丝杠的螺旋副结构。
基于上述结构的取样头，取样前将铣刀103的刀刃116置于构件的待取样部位处，并将螺纹座固定；然后，通过与旋转座102传动连接的动力机构驱动旋转座102带动铣刀103绕旋转轴正向转动，从而使铣刀103进行旋转切削工作；并且，在铣刀103正向转动的过程中，由于铣刀103的齿纹段115与螺纹座的螺纹啮合形成丝杠的螺旋副结构，所以铣刀103在旋转过程中还会沿导向槽进行伸出移动，使端头的刀刃116逐渐向靠近旋转轴的方向移动，当刀刃116移动至旋转轴的位置处使完成旋转切削取样，并形成内表面为圆弧形的微损取样坑；取样完成后，通过动力机构驱动旋转座102带动铣刀103绕旋转轴反向转动，使铣刀103沿导向槽进行收回移动，并且端头向逐渐远离旋转轴的方向移动，以便于将取下的样品拿出及下次取样工作。
因此，本实施例所提供的取样机相对于现有的取样装置，其在完成微损取样工作的同时，还具有结构简单、操作方便、稳定性良好以及被取样部位平整，取后焊接修复容易等优点；并且，在取样前可以通过旋转铣刀103控制铣刀103的伸缩量，调节端头与旋转轴之间的距离，从而适用于不同大小尺寸的样品取样，具有更好地适用性。
具体地，如图6所示，螺纹座包括螺圈104；螺圈104的通孔为倒置的圆台117形通孔；圆台117形通孔的内侧面形成锥形面，且螺纹设置于圆台117形通孔的内侧面形成内螺纹结构；铣刀103背向旋转轴的一侧为外侧，齿纹段115设置于铣刀103的外侧；螺圈104套设于铣刀103的外侧，且铣刀103沿圆台117形通孔的内侧面旋转。
通过上述结构的螺纹座，螺圈104的内螺纹与铣刀103背侧的齿纹段115啮合形成丝杠的螺旋副结构；取样时，将螺圈104固定，从而使得铣刀103与螺圈104相对转动。
其中，螺纹座还包括外套筒105；外套筒105的一端口套设于旋转座102外侧，并与旋转座102转动配合；螺圈104沿外套筒105的周向固定设置于外套筒105的内侧壁；从而通过外套筒105可以对其内部的机构起到保护作用，并且通过外套筒105的固定实现螺圈104的固定。
优选地，旋转座102与外套筒105的转动配合端之间设置有轴承；且旋转座102通过轴承与外套筒105转动配合，从而通过轴承可以减小外套筒105与旋转座102之间的转动摩擦力，有利于外套筒105与旋转座102的相对转动运动。
外套筒105远离旋转座102的另一端口设置有挡盖，档盖106设置有供铣刀103旋转及伸缩移动的圆形口，从而通过档盖106既可以保证铣刀103的正常取样工作，又可以避免套筒内的机构过度暴露而对其起到一定保护作用。挡圈与外套筒105可以采用现有的螺纹结构或者卡扣结构实现可拆卸连接，以便于档盖106与外套筒105的拆装。
同时，铣刀103的数量可以为三个，导向槽的数量与铣刀103一一对应；三个铣刀103设置于对应的导向槽，并均匀分布于旋转轴的周向，且三个铣刀103的端头位于同一切削平面，从而可以更好地提高取样机工作的稳定性。铣刀103的中心线与旋转轴之间的夹角的角度优选为50-70度，从而使得铣刀103取后形成的坡口面角度在50-70度，以满足其焊接修复角度要求。
如图7和图8所示，铣刀103包括刀身113、颈部114以及端头；端头通过颈部114与刀身113连接，且颈部114的厚度小于刀身113的厚度；齿纹段115位于刀身113，并沿刀身113的长度方向设置。优选地，颈部114的形状为朝向旋转轴弯曲的弧形，从而有利于提高颈部114的结构强度；同时，颈部114与刀身113的连接端为平滑过渡的弧形过渡段，有利于提高颈部114与刀身113的连接强度。其中，颈部114的优选厚度为2-4mm，从而在保证颈部114足够薄的情况下具有足够的结构强度。
为了便于取样机的操作使用，上述取样头可以直接取代现有手持电钻的夹头，设置于手持电钻的机身108的输出端。具体地，手持电钻的机身108内设置有驱动电机，且驱动电机通过主轴101与旋转座102连接，从而使得驱动电机可以通过主轴101驱动旋转座102绕其旋转轴转动；机身108设置有用于握持的握持部109，以便于操作人员握持操作；同时，上述外套筒105的外侧壁设置有用于辅佐握持的外套筒手柄107，从而通过外套筒手柄107便于操作人员手持固定外套筒105，并配合握持部109更加有利于操作人员的作业操作。
其中，手持电钻的机身108还可以设置电源开关按钮、正反转调节按钮，变速调节旋钮；且电源开关按钮110、正反转调节按钮111，变速调节旋钮112分别通过控制系统与驱动电机连接。通过电源开关按钮110控制驱动电机的通断电，通过正反转调节按钮111控制驱动电机的旋转方向，通过变速调节旋钮112控制驱动电机的转速；该控制方法均为现有的控制方法，不对其进行详细说明。
需要说明的是，本实施例中所说的正向转动和反向转动并非对铣刀103旋转方向的限定，只是为了便于描述对铣刀103的旋转方向进行了暂时定义；锥形面是指直角梯形绕其直角边旋转一圈后，斜边所形成的曲面；旋转座102还可以与其他现有的旋转驱动机构传动连接，通过旋转驱动机构驱动旋转座102带动铣刀103旋转。
实施例2
本实施例提供了螺纹座的另一种结构，如图9所示，其包括倒置的固定座119、圆台117以及固定连接杆118；圆台117的侧面形成锥形面，且螺纹设置于圆台117的侧面形成外螺纹结构；铣刀103面向旋转轴的一侧为内侧，齿纹段115设置于铣刀103的内侧；圆台117与铣刀103位于旋转座102的同一侧，且圆台117位于铣刀103的内侧，铣刀103沿圆台117的侧面旋转；旋转座102的旋转轴处设置有与固定连接杆118转动配合的通孔；固定连接杆118的一端与固定座119连接，固定连接杆118的另一端穿过通孔并与圆台117的底面连接，且固定连接杆118的中心轴、圆台117的中心轴和旋转轴位于同一直线；旋转座102位于固定座119与圆台117之间，并分别与固定座119和圆台117转动配合。
通过上述结构的螺纹座，铣刀103内侧的齿纹段115与圆台117侧面的外螺纹结构啮合形成丝杠的螺旋副结构；同时，可以将旋转座102与驱动装置的输出端传动连接，通过驱动装置控制旋转座102的旋转；驱动装置可以选用电机等现有的驱动装置；取样时，通过固定座119的固定实现圆台117的固定，从而使铣刀103与圆台117相对转动。
上述实施例中，铣刀103的数量包括但不局限于三个，其根据实际使用需求可以进行调整，例如铣刀103的数量设置为两个，四个或五个等；为使螺纹座的螺纹更好地与铣刀103的齿纹段啮合实现伸缩移动，螺纹可以为斜螺纹等现有的螺纹结构。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种取样机，其特征在于：包括取样头；所述取样头包括螺纹座、旋转座以及铣刀；所述旋转座设置有与所述铣刀对应的导向槽；所述铣刀设置于所述导向槽，并位于所述旋转座的旋转轴的一侧；所述铣刀的端头设置有刀刃，且所述端头朝向所述旋转轴；所述铣刀远离所述端头的一端为尾端，且所述尾端背离所述旋转轴；所述铣刀的中心线与所述旋转座的旋转轴具有夹角；所述旋转座控制所述铣刀绕所述旋转轴旋转，且所述螺纹座设置有与所述铣刀的旋转曲面配合的锥形面；所述锥形面设置有螺纹，且所述铣刀面向所述锥形面的一侧设置有齿纹段；所述铣刀沿所述锥形面旋转，且所述螺纹与所述齿纹段啮合形成丝杠的螺旋副结构；
所述螺纹座包括螺圈；所述螺圈的通孔为倒置的圆台形通孔；所述圆台形通孔的内侧面形成所述锥形面，且所述螺纹设置于所述圆台形通孔的内侧面形成内螺纹结构；所述铣刀背向所述旋转轴的一侧为外侧，所述齿纹段设置于所述铣刀的所述外侧；所述螺圈套设于所述铣刀的外侧，且所述铣刀沿所述圆台形通孔的内侧面旋转；
所述螺纹座还包括外套筒；所述外套筒的一端口套设于所述旋转座外侧，并与所述旋转座转动配合；所述螺圈沿所述外套筒的周向设置于所述外套筒的内侧壁；
所述外套筒远离所述旋转座的另一端口设置有挡盖，且所述挡盖与所述外套筒可拆卸连接；所述挡盖设置有供所述铣刀旋转及伸缩移动的圆形口；
所述旋转座与所述外套筒的转动配合端之间设置有轴承；且所述旋转座通过所述轴承与所述外套筒转动配合，所述铣刀的数量为三个；
所述铣刀包括刀身、颈部以及端头；所述端头通过所述颈部与所述刀身连接，且所述颈部的厚度小于所述刀身的厚度；所述齿纹段位于所述刀身，并沿所述刀身的长度方向设置。
2.根据权利要求1所述的取样机，其特征在于：所述颈部的形状为朝向所述旋转轴弯曲的弧形。
3.根据权利要求1所述的取样机，其特征在于：所述导向槽的数量与所述铣刀一一对应；三个所述铣刀设置于对应的所述导向槽，并均匀分布于所述旋转轴的周向，且三个所述铣刀的端头位于同一切削平面；所述夹角的角度为50-70度。
4.根据权利要求3所述的取样机，其特征在于：还包括旋转驱动机构，所述旋转驱动机构与所述旋转座传动连接，并驱动所述旋转座绕所述旋转轴转动；所述旋转驱动机构包括机身、旋转驱动电机以及主轴；所述旋转驱动电机设置于所述机身内，且所述机身设置有用于握持的握持部；所述旋转座通过所述主轴与所述旋转驱动电机的输出端连接；所述旋转驱动电机通过所述主轴驱动所述旋转座绕所述旋转轴转动。
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