CN111958491A - 一种改进型的高压水射流切割岩石装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进型的高压水射流切割岩石装置，属于采矿工程及矿山岩土工程领域。本发明所述装置包括高压水射流切割装置、红外自动探头探测装置、激光聚集CCD同光路电视监视及控制系统、自动除砂装置。主要用于岩石规则或不规则切割技术，具体涉及一种利用高压水射流切割技术，可对各种材料进行高效切割和精密加工。本发明能够有效提高切割效率，坐标定位切割方式能够减少切割误差，节省劳动力，节能环保，大大提高切割效率，可靠性强；符合绿色操作理念，自动一体化操作能够使切割作业更加准确和省时。
Description
技术领域
本发明涉及岩石规则或不规则切割技术，具体涉及一种利用高压水射流切割技术，可对各种材料进行高效切割和精密加工，适用于采矿工程及矿山岩土工程领域。
背景技术
水切割也称水射流切割或水刀切割，高压水射流切割是一种特殊的加工方法。它利用增压器将水加压，达到10MPa～400MPa甚至更高的压力。水获得压力能，再从细小的喷嘴喷射而出，将压力能转换为动能，从而形成高速射流。切割正是利用这种高速射流的动能对工件的冲击破坏作用，达到切断、成形的目的。
高压水通过高级硬质合金、蓝宝石、金刚石等做成的喷嘴极细的喷口喷出，切割材料。要做到这点，对水、管道、喷口都有比较高的要求。在玻璃、石材、陶瓷等切割加工行业，传统的方法是用金刚石刀具进行切、锯、铣等，切割的厚度范围非常大、速度较快，但对常规厚度的板材，水切割可进行高精度的任意曲线的切割加工，成品率高，降低生产成本，且大大提高加工产品的附加值。
水刀与传统切割方式的对比：
①超高压水切割技术以其备受赞誉的动力、速度及多功能性成为世界上发展较为迅速的机床工艺。
②制造商们将超高压水切割应用到他们的生产中后，取得了更高的效率及更强的生产能力；如今，水切割能够快速且精确地切割从食品、纸张到复合材料、钢材甚至稀有金属等各种材料。
③采用水刀技术能感受到更强的切割能力，可轻松切割几乎任何材料，满足各种应用；冷加工方式，无热效应，不会产生机械变形。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明的目的在于提供一种改进型的高压水射流切割岩石装置，包括高压水射流切割装置、红外自动探头探测装置、激光聚集CCD同光路电视监视及控制系统、自动除砂装置；
所述高压水射流切割装置包括铝制悬臂2、防尘折布1、可伸缩探杆13、数控加工平台4、坐标轴栅格5、水箱基座7、地撑脚6、出水口3、集水管30、导轨Ⅰ8、支架9、驱动电机Ⅰ10、导轨Ⅱ19；所述水箱基座7的底部设有四个固定地脚6，水箱基座7上设置有数控加工平台4，数控加工平台4上设有X轴坐标尺16、Y轴坐标尺18和坐标轴栅格5，水箱基座7四边平行处分别设置一个LED照明灯管17，水箱基座7底部设有一个出水口3，集水管30与切割探头13连通，铝制悬臂2置于导轨Ⅰ8上，铝制悬臂2可沿导轨Ⅰ8来回移动，导轨Ⅰ8固定在支架9上；铝制悬臂2上设有导轨Ⅱ19，切割探头13通过导轨Ⅱ19与悬臂2连接，切割探头13可沿导轨Ⅱ19来回移动。
所述红外自动探头探测装置包括可伸缩探杆13、压强平衡孔14、红外探测贴片传感器15；可伸缩探杆13固定在铝制悬臂2下侧，可伸缩探杆13包括第一层探杆、第二层探杆和第三层的切割刀头23，第二层探杆上左右两侧分别钻有一个空心的压强平衡孔14，切割刀头23的横截面直径小于第二层探杆；红外探测贴片传感器15固定于切割刀头23上。
所述自动除砂装置包括砂水混合液进口24、溢流出水口25、除砂管26、提砂螺旋27、出砂口29、砂含量标尺31、沉沙池33；沉沙池33上端设有砂水混合液进口24和溢流出水口25，砂水混合液进口24与出水口3连接，溢流出水口25与集水管30连接，沉沙池33底部与除砂管26连通，除砂管26倾斜角度为45-60°，除砂管26内部设有提砂螺旋装置27，除砂管26末端设有出砂口29，沉沙池33上设有砂含量标尺31。
所述激光聚集CCD同光路电视监视及控制系统包括控制柜操作台11、无线控制器12、监测计算机32、摄像头34；摄像头34采集岩样的信息传输给监测计算机32，检测计算机32识别出岩样的轮廓以及其所对应的每一个坐标点(X,Y)，模拟出所需切割岩样的实时路径，再将路径信号传输给无线控制器12，无线控制器12将信号传输给铝制悬臂2的驱动电机Ⅰ10，驱动电机Ⅰ10控制切割刀头23移动。
优选的，本发明所述集水管30固定在悬臂2上。
优选的，本发明所述所述导轨Ⅰ8、导轨Ⅱ19上侧都放置有防尘折布1。
优选的，本发明所述控制柜操作台11四角上安装有滚轮22；无线控制器12后设置有磁铁，通过磁力吸在操作台任意位置处，无线控制器12上设有调整旋钮20和数字定位键21。
优选的，本发明所述提砂螺旋装置27包括驱动电机Ⅱ28、轴和螺旋叶片，驱动电机Ⅱ28与轴连接，轴上设有螺旋叶片。
优选的，本发明所述坐标轴栅格5为透明结构，上面设有漏水孔。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述装置将岩样摆放在刻有坐标的操作台上，高压水射流切割装置根据规划路线移动悬臂，使切割探头随之将岩样切割采集，整个切割过程能基本实现切割自动化，且基于采用了“水刀”对岩样切割，即用高压泵将密封的水加压实现高压切割的技术，有切缝精细，热损伤小等特点，从而能够满足如今对工作环境的环保无污染、不产生有毒气体及粉尘的要求，大量节省人力和物力。
(2)本发明能够有效提高切割效率，坐标定位切割方式能够减少切割误差；符合绿色操作理念，高压水射流切割切割装置能满足不产生有毒气体及粉尘的要求；自动出砂系统能够时刻保持水箱中砂的含量最少，且水砂分离后的水可以再次使用，且能够最大限度的保持切割环境的卫生和资源的不浪费。
附图说明
图1为整体装置结构示意图；
图2为高压水射流切割岩石装置俯视示意图；
图3为伸缩杆示意图；
图4为无线遥控装置示意图；
图5为自动除砂装置示意图。
图中：1-防尘折布；2-铝制悬臂；3-进水口；4-数控加工平台；5-坐标轴栅格；6-地脚；7-水箱基座；8-导轨Ⅰ；9-支架；10-驱动电机Ⅰ；11-控制柜操作台；12-无线控制器；13-可伸缩探杆；14-压强平衡孔；15-红外探测贴片传感器；16-X轴坐标尺；17-LED照明灯管；18-Y轴坐标尺；19-导轨Ⅱ；20-调整旋钮；21-数字定位键；22-滚轮；23-切割刀头；24-砂水混合液进口；25-溢流出水口；26-出砂管；27-提砂螺旋；28-驱动电机Ⅱ；29-出砂口；30-出水口；31-砂含量标尺；32-监测计算机；33-沉沙池；34-摄像头。
具体实施方式
下面结合具体实施例本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本发明的目的在于提供一种改进型的高压水射流切割岩石装置，包括高压水射流切割装置、红外自动探头探测装置、激光聚集CCD同光路电视监视及控制系统、自动除砂装置；
所述高压水射流切割装置包括铝制悬臂2、防尘折布1、可伸缩探杆13、数控加工平台4、坐标轴栅格5、水箱基座7、地撑脚6、出水口3、集水管30、导轨Ⅰ8、支架9、驱动电机Ⅰ10、导轨Ⅱ19；所述水箱基座7的底部设有四个固定地脚6，水箱基座7上设置有数控加工平台4，数控加工平台4上设有X轴坐标尺16、Y轴坐标尺18和坐标轴栅格5，坐标轴栅格5为透明结构，以防出现作业环境改变无法校准的问题，也方便故障时能及时看到水箱基座的问题，上面设有漏水孔，水箱基座7四边平行处分别设置一个LED照明灯管17，水箱基座7底部设有一个出水口3，集水管30与切割探头13连通，铝制悬臂2置于导轨Ⅰ8上，铝制悬臂2可沿导轨Ⅰ8来回移动，导轨Ⅰ8固定在支架9上；铝制悬臂2上设有导轨Ⅱ19，切割探头13通过导轨Ⅱ19与悬臂2连接，切割探头13可沿导轨Ⅱ19来回移动。
所述红外自动探头探测装置包括可伸缩探杆13、压强平衡孔14、红外探测贴片传感器15；可伸缩探杆13固定在铝制悬臂2下侧，可伸缩探杆13包括第一层探杆、第二层探杆和第三层的切割刀头23，第二层探杆上左右两侧分别钻有一个空心的压强平衡孔14，切割刀头23的横截面直径小于第二层探杆；红外探测贴片传感器15固定于切割刀头23上，红外探测贴片传感器15的作用是检测切割刀头23的高度；在开始切割之前，可伸缩探杆13向下探出，直到触到切割材料表面，切割刀头23上的贴片传感器接收到信号，传给控制系统后，则靠气动自动伸缩回弹到合适的位置。
所述自动除砂装置包括砂水混合液进口24、溢流出水口25、除砂管26、提砂螺旋27、出砂口29、砂含量标尺31、沉沙池33；沉沙池33上端设有砂水混合液进口24和溢流出水口25，砂水混合液进口24与出水口3连接，溢流出水口25与集水管30连接，沉沙池33底部与除砂管26连通，除砂管26倾斜角度为45-60°，除砂管26内部设有提砂螺旋装置27，除砂管26末端设有出砂口29，沉沙池33上设有砂含量标尺31；所述提砂螺旋装置27包括驱动电机Ⅱ28、轴和螺旋叶片，驱动电机Ⅱ28与轴连接，轴上设有螺旋叶片；在设备运行的情况下通过泵送的方式将水箱中的砂水混合液输送到自动除砂装置中，再通过驱动电机Ⅱ28和螺旋叶片配合将砂水分离，水通过溢流出水口25再流回高压水泵，通过集水管30再次循环利用；这样可以最大限度的节省人力，减少清理时对水箱的损坏，水资源循环利用保证不浪费。
所述激光聚集CCD同光路电视监视及控制系统包括控制柜操作台11、无线控制器12、监测计算机32、摄像头34；摄像头34采集岩样的信息传输给监测计算机32，检测计算机32识别出岩样的轮廓以及其所对应的每一个坐标点(X,Y)，模拟出所需切割岩样的实时路径减少误差，再将路径信号传输给无线控制器12，无线控制器12将信号传输给铝制悬臂2的驱动电机Ⅰ10，驱动电机Ⅰ10控制切割刀头23移动。
本实施例所述装置的使用过程为：将所需切割的岩样放置在数控加工平台4上，若此时为夜间操作，可手动打开加工平台四角的LED照明灯管17开关以便进行坐标的定位；开始作业前，摄像头34采集岩样的信息传输给监测计算机32，检测计算机32识别出岩样的轮廓以及其所对应的每一个坐标点(X,Y)，模拟出所需切割岩样的实时路径减少误差，用无线控制器12将切割探头23固定在任意所需要的(X,Y)坐标点开始切割，若不需精确定位，即可滑动调整旋钮20调整探头位置进行粗略移动。设备启动后，再将路径信号传输给无线控制器12，无线控制器12将信号传输给铝制悬臂2的驱动电机Ⅰ10，驱动电机Ⅰ10控制切割刀头23移动。
红外贴片传感器15的作用是保持岩样表面与探头之间的距离，可以按照工作需求在控制系统32上调整，因为可伸缩探杆13为气动式可伸缩探杆，即此自动探测贴片传感器15系统会随着凹凸不平的岩样表面随动切割，提高切割准确性；随着切割工作的进行，“水刀”中的高压水使用后通过坐标栅格5流入水箱7，但流入水箱7中的是水和切割后的岩样碎砂的混合液，水箱中的混合液通过泵送的方式从出水口3进入沉沙池33，由于砂比重大会沉淀于沉沙池33的底部，通过驱动电机Ⅱ28使提砂螺旋27开始工作，将混合液中的砂提取出来并从出砂口26排除，水砂分离后，干净的水再通过溢流出水口25进入高压水泵、进水管30循环利用，保证水资源的二次利用，砂含量标尺31的作用是为了观察除砂装置是否正常运行。
实施例2
本实施例结构和实施例1相同，不同在于将所述集水管30固定在悬臂2上，将集水管30固定性好安全性更高。
本实施例述所述导轨Ⅰ8、导轨Ⅱ19上侧都放置有防尘折布1，防尘折布以完全包裹的方式保护住导轨，防止环境中的水汽、油污和岩样切割飞扬的尘、砂对导轨的腐蚀。所述控制柜操作台11四角上安装有滚轮22；无线控制器12后设置有磁铁，通过磁力吸在操作台任意位置处，无线控制器12上设有调整旋钮20和数字定位键21，可定位在坐标轴任意位置开始切割，方便切割定位；调整旋钮可以在非准确切割时变动位置。
Claims (6)
1.一种改进型的高压水射流切割岩石装置，其特征在于：包括高压水射流切割装置、红外自动探头探测装置、激光聚集CCD同光路电视监视及控制系统、自动除砂装置；
所述高压水射流切割装置包括铝制悬臂(2)、防尘折布(1)、可伸缩探杆(13)、数控加工平台(4)、坐标轴栅格(5)、水箱基座(7)、地撑脚(6)、出水口(3)、集水管(30)、导轨Ⅰ(8)、支架(9)、驱动电机Ⅰ(10)、导轨Ⅱ(19)；所述水箱基座(7)的底部设有四个固定地脚(6)，水箱基座(7)上设置有数控加工平台(4)，数控加工平台(4)上设有X轴坐标尺(16)、Y轴坐标尺(18)和坐标轴栅格(5)，水箱基座(7)四边平行处分别设置一个LED照明灯管(17)，水箱基座(7)底部设有一个出水口(3)，集水管(30)与切割探头(13)连通，铝制悬臂(2)置于导轨Ⅰ(8)上，铝制悬臂(2)可沿导轨Ⅰ(8)来回移动，导轨Ⅰ(8)固定在支架(9)上；铝制悬臂(2)上设有导轨Ⅱ(19)，切割探头(13)通过导轨Ⅱ(19)与悬臂(2)连接，切割探头(13)可沿导轨Ⅱ(19)来回移动；
所述红外自动探头探测装置包括可伸缩探杆(13)、压强平衡孔(14)、红外探测贴片传感器(15)；可伸缩探杆(13)固定在铝制悬臂(2)下侧，可伸缩探杆(13)包括第一层探杆、第二层探杆和第三层的切割刀头(23)，第二层探杆上左右两侧分别钻有一个空心的压强平衡孔(14)，切割刀头(23)的横截面直径小于第二层探杆；红外探测贴片传感器(15)固定于切割刀头(23)上；
所述自动除砂装置包括砂水混合液进口(24)、溢流出水口(25)、除砂管(26)、提砂螺旋(27)、出砂口(29)、砂含量标尺(31)、沉沙池(33)；沉沙池(33)上端设有砂水混合液进口(24)和溢流出水口(25)，砂水混合液进口(24)与出水口(3)连接，溢流出水口(25)与集水管(30)连接，沉沙池(33)底部与除砂管(26)连通，除砂管(26)倾斜角度为45-60°，除砂管(26)内部设有提砂螺旋装置(27)，除砂管(26)末端设有出砂口(29)，沉沙池(33)上设有砂含量标尺(31)；
所述激光聚集CCD同光路电视监视及控制系统包括控制柜操作台(11)、无线控制器(12)、监测计算机(32)、摄像头(34)；摄像头(34)采集岩样的信息传输给监测计算机(32)，检测计算机(32)识别出岩样的轮廓以及其所对应的每一个坐标点(X,Y)，模拟出所需切割岩样的实时路径，再将路径信号传输给无线控制器(12)，无线控制器(12)将信号传输给铝制悬臂(2)的驱动电机Ⅰ(10)，驱动电机Ⅰ(10)控制切割刀头(23)移动。
2.根据权利要求1所述改进型的高压水射流切割岩石装置，其特征在于：集水管(30)固定在悬臂(2)上。
3.根据权利要求1所述改进型的高压水射流切割岩石装置，其特征在于：所述导轨Ⅰ(8)、导轨Ⅱ(19)上侧都放置有防尘折布(1)。
4.根据权利要求1所述改进型的高压水射流切割岩石装置，其特征在于：控制柜操作台(11)四角上安装有滚轮(22)；无线控制器(12)后设置有磁铁，通过磁力吸在操作台任意位置处，无线控制器(12)上设有调整旋钮(20)和数字定位键(21)。
5.根据权利要求1所述改进型的高压水射流切割岩石装置，其特征在于：提砂螺旋装置(27)包括驱动电机Ⅱ(28)、轴和螺旋叶片，驱动电机Ⅱ(28)与轴连接，轴上设有螺旋叶片。
6.根据权利要求1所述改进型的高压水射流切割岩石装置，其特征在于：所述坐标轴栅格(5)为透明结构，上面设有漏水孔。
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