CN112008264B - 一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具及使用方法 - Google Patents

一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具及使用方法，所述夹具包括底盘、液压油缸、顶推件和调节机构，所述底盘前面靠近外圆处设置三个互呈120°的凸缘导轨，每个凸缘导轨上方靠近圆心处设置滑槽；所述滑槽底部设有液压油缸和顶推件。本发明采用立式装夹方式，减少工作空间，使熔覆头与待修复部位垂直相对，保证光斑形状和尺寸不变，有利于提高能源利用率和修复效率；顶推装置采用液压油缸驱动，保证了转动稳定性；采用调节机构调节顶推件与密封跑道内环的接触位置，在顶推件接触位置采用弹性突起材料增大静摩擦力，实现顶推杆与工件同步转动。

Description

一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具及使用方法
技术领域
本发明涉及一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具及使用方法，涉及再制造修复技术领域。
背景技术
盾构机在隧道内掘进时，主轴承密封跑道与唇形密封圈相对旋转摩擦，由于施工条件恶劣，难免有硬质颗粒渗入主轴承密封系统，对磨面常出现磨损沟槽，当沟槽达到一定深度时，主轴承密封跑道与唇形密封圈不能紧密接触，主轴承密封失效，整台盾构机将不能继续服役。盾构机密封跑道换新成本高昂，鉴于其受损形式单一，因而再制造修复是其保价增值的重要途径之一。激光熔覆技术具有能量集中、热影响区小、材料利用率高、涂层与基体结合强度高等优点，在磨损零部件再制造修复方面有较多应用，引起盾构再制造企业广泛关注。现有环类零件立式夹具适用对象主要是中小型零件，推动装置多为楔形块，工件尺寸变化范围有限，不适用于主轴承密封跑道这类大型零部件的稳定夹持；另外现有大型环类零件夹具多为固定式，不能实现零件的可控转动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于盾构机密封跑道激光熔覆再制造的夹具及工作方法，以实现主轴承密封跑道的高效再制造、实现多种大尺寸密封跑道的稳定装夹和可控转动。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具，包括底盘、液压油缸、顶推件和调节机构，所述底盘前面靠近外圆处设置三个互呈120°的凸缘导轨，每个凸缘导轨上方靠近圆心处设置滑槽；所述滑槽底部设有液压油缸和顶推件；所述顶推件包括运动杆和顶推件凹槽，运动杆与油缸活塞杆固联、其底端在滑槽内移动，顶推件凹槽与凸缘导轨配合；所述底盘侧面正对顶推件处安装调节机构，所述调节机构由电机和伸缩杆组成；所述底盘背面设有内齿圈结构，内齿圈与驱动齿轮啮合，驱动齿轮通过支撑座上的底盘驱动电机带动，从而带动整个底盘转动；所述底盘圆心处设置支撑轴，支撑轴一端通过花键与底盘连接、并随底盘一同转动，另一端与支撑座上的轴承配合；所述支撑座通过支撑轴和驱动轴与底盘连接，底部与地面接触，将夹具和工件的重力传递到地面。
所述驱动齿轮沿内齿圈均匀布置三个、且由三个底盘驱动电机分别驱动，三个底盘驱动电机间通过伺服驱动器将主驱动电机脉冲输出传递到从动电机脉冲输入端，实现三个底盘驱动电机的同步转动。
所述滑槽靠近底盘的圆心，凸缘导轨靠近但不接触底盘的外圆。
所述顶推件与密封跑道接触部分均匀分布一层弹性材料。
所述调节机构通过调节伸缩杆的伸出长度调节工件内环与顶推件的接触位置。
所述底盘侧面设有第一台阶和第二台阶，所述第二台阶上表面通过激光熔覆增材制造工艺制备一定厚度的高强度耐磨涂层，再经过精车获得光滑表面以减小调节机构的电机的推力，同时减轻底盘的磨损。
本发明还提供了所述的激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，包括以下步骤：
步骤1)：测量工件内环直径d3，外环直径d，底盘第二台阶直径为D2，底盘内齿圈和驱动齿轮的分度圆直径分别为d1和d2，调节液压油缸的活塞杆长度，使顶推件圆弧初始位置与底盘第二台阶面平齐；
步骤2)：利用悬臂起重机将盾构机密封跑道放置在底盘第二台阶上表面，开启调节机构的电机，驱动伸缩杆推动工件，以调节密封跑道内环与顶推杆的接触位置；
步骤3)：通过液压油缸驱动运动杆带动顶推件夹持工件，液压油缸活塞杆工作行程为(d3-D2)/2；调节激光熔覆头位置，使其正对密封跑道待修复部位；
步骤4)：启动底盘驱动电机，根据激光熔覆速度v，调节转速为
Figure GDA0003475301050000031
通过驱动轴带动驱动齿轮转动，从而实现底盘带动工件转动，待工件转速稳定后，启动熔覆机构开关，开始修复工件；
步骤5)：待熔覆结束后，关闭熔覆机构开关，关闭驱动齿轮的底盘驱动电机开关，使工件停止转动；
步骤6)：通过液压油缸缓慢驱动运动杆朝中心方向移动，回程距离为(d3-D2)/2，使工件重新回到底盘第二台阶，最后利用悬臂起重机将工件吊起。
有益效果：1)本发明的密封跑道夹具，采用立式装夹方式，减少夹具所占工作空间，使熔覆头与待修复部位垂直相对，保证光斑形状和尺寸不变，有利于提高能源利用率和修复效率；2)本发明的密封跑道夹具，顶推装置采用液压油缸驱动，保证顶推件能够撑起工件；底盘转动机构采用与底盘齿圈啮合的齿轮驱动，保证了转动稳定性，减小了中心支撑轴受力；3)本发明的密封跑道夹具，通过调节液压油缸活塞杆长度，可以控制顶推件运动行程，从而能够适应多种工件尺寸的定位和夹持，拓宽了夹具的适用范围。本发明的密封跑道夹具，采用调节机构调节顶推件与密封跑道内环的接触位置，在顶推件接触位置采用弹性突起材料增大静摩擦力，实现顶推杆与工件同步转动。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意后视图；
图3为本发明的整体结构示意侧视图；
图4为本发明顶推件的结构示意图；
图5为本发明调节机构的结构示意图；
图6为本发明初始工作状态示意图；
图7为本发明夹持工件状态示意图。
图中：1底盘、101第一台阶、102第二台阶、103凸缘导轨、104滑槽、105内齿圈、2液压油缸、3顶推件、301弹性材料、302运动杆、303顶推件凹槽、4调节机构、401电机、402伸缩杆、5驱动轴、6驱动齿轮、7支撑轴、8密封跑道。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。
图1所示为本发明的整体结构示意图。
图2所示为本发明的整体结构示意后视图。
图3所示为本发明的整体结构示意侧视图。
本发明提供了一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具，包括底盘1、液压油缸2、顶推件3和调节机构4，所述底盘1前面靠近外圆处设置三个互呈120°的凸缘导轨103，每个凸缘导轨103上方靠近圆心处设置滑槽104；所述滑槽104底部设有液压油缸2和顶推件3；所述顶推件3包括运动杆302和顶推件凹槽303，运动杆302与油缸活塞杆固联、其底端在滑槽104内移动，顶推件凹槽303与凸缘导轨103配合，通过调控液压大小控制活塞杆伸缩量，带动运动杆在滑槽内运动，从而带动顶推件在凸缘导轨上移动；所述底盘1侧面正对顶推件3处安装调节机构4，所述调节机构4由电机401和伸缩杆402组成；所述底盘1背面设有内齿圈105结构，内齿圈105与驱动齿轮6啮合，驱动齿轮6通过支撑座上的底盘驱动电机带动，从而带动整个底盘1转动；所述底盘1圆心处设置支撑轴7，支撑轴7一端通过花键与底盘1连接、并随底盘1一同转动，另一端与支撑座上的轴承配合，实现支撑轴的可靠转动；所述支撑座通过支撑轴7和驱动轴5与底盘1连接，底部与地面接触，将夹具和工件的重力传递到地面。
所述驱动齿轮6沿内齿圈105均匀布置三个、且由三个底盘驱动电机分别驱动，三个底盘驱动电机通过伺服驱动器将主驱动电机脉冲输出传递到从动电机脉冲输入端，实现三个底盘驱动电机的同步转动。
所述滑槽104靠近底盘1的圆心，凸缘导轨103靠近但不接触底盘1的外圆。
图4所示为本发明顶推件的结构示意图。
所述顶推件3与密封跑道8接触部分均匀分布一层弹性材料301，以增大表面摩擦系数，提高表面粗糙度，保证能够稳定夹持工件；所述顶推件3设有三个，其靠近底盘圆心一端与运动杆302固联，顶推件3底部开设凹槽并与底盘1表面凸缘导轨103配合，可以沿着导轨做远离或靠近底盘圆心的运动。
图5所示为本发明调节机构的结构示意图。
所述调节机构4通过调节伸缩杆402的伸出长度调节工件内环与顶推件3的接触位置。为不妨碍工件放置，工件放置之前调节机构伸缩杆外伸端面应与第一台阶平齐。
所述底盘1侧面设有第一台阶101和第二台阶102，所述第二台阶102上表面通过激光熔覆增材制造工艺制备一定厚度的高强度耐磨涂层，再经过精车获得光滑表面，减小密封跑道8内环与第二台阶102接触面的摩擦力，以减小调节机构4的电机401的推力，同时减轻底盘1的磨损。
为保证顶推件顶推工件过程中工件轴向定位，适用的工件直径d应满足：D2<d<D1，其中：D1为底盘最大外径，D2为最小外径。
所述底盘1齿圈和齿轮在分度圆处设计相同的压力角和模数以实现齿轮与齿圈啮合传动。
设齿圈与齿轮啮合处线速度为v1，转速分别为n1和n2，分度圆直径分别为d1和d2，密封跑道直径为d，激光熔覆速度为v。齿圈与齿轮啮合处线速度相等，工件转速与底盘转速相等，根据约束条件公式1，驱动齿轮转速n2应满足公式2
约束条件：
Figure GDA0003475301050000061
Figure GDA0003475301050000071
图6所示为本发明初始工作状态示意图。
图7所示为本发明夹持工件状态示意图。
本发明还提供了所述的激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，包括以下步骤：
步骤1)：测量工件内环直径d3，外环直径d，底盘1第二台阶102直径为D2，底盘内齿圈105和驱动齿轮6的分度圆直径分别为d1和d2，调节液压油缸2的活塞杆长度，使顶推件3圆弧初始位置与底盘1第二台阶102面平齐；
步骤2)：利用悬臂起重机将盾构机密封跑道8放置在底盘1第二台阶102上表面，开启调节机构4的电机401，驱动伸缩杆402推动工件，以调节密封跑道8内环与顶推杆3的接触位置；
步骤3)：通过液压油缸2驱动运动杆302带动顶推件3夹持工件，液压油缸2活塞杆工作行程为(d3-D2)/2；调节激光熔覆头位置，使其正对密封跑道8待修复部位；
步骤4)：启动底盘驱动电机，根据激光熔覆速度v，调节转速为
Figure GDA0003475301050000072
通过驱动轴5带动驱动齿轮6转动，从而实现底盘1带动工件转动，待工件转速稳定后，启动熔覆机构开关，开始修复工件；
步骤5)：待熔覆结束后，关闭熔覆机构开关，关闭驱动齿轮6的底盘驱动电机开关，使工件停止转动；
步骤6)：通过液压油缸2缓慢驱动运动杆302朝中心方向移动，回程距离为(d3-D2)/2，使工件重新回到底盘第二台阶102，最后利用悬臂起重机将工件吊起。
本发明采用立式装夹方式，减少夹具所占工作空间，使熔覆头与待修复部位垂直相对，保证光斑形状和尺寸不变，有利于提高能源利用率和修复效率；顶推装置采用液压油缸驱动，保证顶推件能够撑起工件；底盘转动机构采用与底盘齿圈啮合的齿轮驱动，保证了转动稳定性，减小了中心支撑轴受力；通过调节液压油缸活塞杆长度，可以控制顶推件运动行程，从而能够适应多种工件尺寸的定位和夹持，拓宽了夹具的适用范围；采用调节机构调节顶推件与密封跑道内环的接触位置，在顶推件接触位置采用弹性突起材料增大静摩擦力，实现顶推杆与工件同步转动。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims (6)

1.一种激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，其特征在于：所述夹具包括底盘(1)、液压油缸(2)、顶推件(3)和调节机构(4)，所述底盘(1)前面靠近外圆处设置三个互呈120°的凸缘导轨(103)，每个凸缘导轨(103)上方靠近圆心处设置滑槽(104)；所述滑槽(104)底部设有液压油缸(2)和顶推件(3)；所述顶推件(3)包括运动杆(302)和顶推件凹槽(303)，运动杆(302)与油缸活塞杆固联、其底端在滑槽(104)内移动，顶推件凹槽(303)与凸缘导轨(103)配合；所述底盘(1)侧面正对顶推件(3)处安装调节机构(4)，所述调节机构(4)由电机(401)和伸缩杆(402)组成；所述底盘(1)背面设有内齿圈(105)结构，内齿圈(105)与驱动齿轮(6)啮合，驱动齿轮(6)通过支撑座上的底盘驱动电机带动，从而带动整个底盘(1)转动；所述底盘(1)圆心处设置支撑轴(7)，支撑轴(7)一端通过花键与底盘(1)连接、并随底盘(1)一同转动，另一端与支撑座上的轴承配合；所述支撑座通过支撑轴(7)和驱动轴(5)与底盘(1)连接，底部与地面接触，将夹具和工件的重力传递到地面；使用步骤如下：
步骤1)：测量工件内环直径d3,外环直径d，底盘1第二台阶(102)直径为D2，底盘内齿圈(105)和驱动齿轮(6)的分度圆直径分别为d1和d2,调节液压油缸(2)的活塞杆长度，使顶推件(3)圆弧初始位置与底盘第二台阶(102)面平齐；
步骤2)：利用悬臂起重机将盾构机密封跑道(8)放置在底盘第二台阶(102)上表面，开启调节机构(4)的电机(401)，驱动伸缩杆(402)推动工件，以调节密封跑道(8)内环与顶推件(3)的接触位置；
步骤3)：通过液压油缸(2)驱动运动杆(302)带动顶推件(3)夹持工件，液压油缸(2)活塞杆工作行程为(d3-D2)/2；调节激光熔覆头位置，使其正对密封跑道(8)待修复部位；
步骤4)：启动底盘驱动电机，根据激光熔覆速度v，调节转速为
Figure FDA0003491995840000021
通过驱动轴(5)带动驱动齿轮(6)转动，从而实现底盘(1)带动工件转动，待工件转速稳定后，启动熔覆机构开关，开始修复工件；
步骤5)：待熔覆结束后，关闭熔覆机构开关，关闭底盘驱动电机开关，使工件停止转动；
步骤6)：通过液压油缸(2)缓慢驱动运动杆(302)朝中心方向移动，回程距离为(d3-D2)/2，使工件重新回到底盘第二台阶(102)，最后利用悬臂起重机将工件吊起。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，其特征在于：所述驱动齿轮(6)沿内齿圈(105)均匀布置三个、且由三个底盘驱动电机分别驱动，三个底盘驱动电机间通过伺服驱动器将主驱动电机脉冲输出传递到从动电机脉冲输入端，实现三个底盘驱动电机的同步转动。
3.根据权利要求1所述的激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，其特征在于：所述滑槽(104)靠近底盘(1)的圆心，凸缘导轨(103)靠近但不接触底盘(1)的外圆。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，其特征在于：所述顶推件(3)与密封跑道(8)接触部分均匀分布一层弹性材料(301)。
5.根据权利要求1所述的激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，其特征在于：所述调节机构(4)通过调节伸缩杆(402)的伸出长度调节工件内环与顶推件(3)的接触位置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的激光熔覆修复盾构机密封跑道的夹具的使用方法，其特征在于：所述底盘(1)侧面设有第一台阶(101)和第二台阶(102)，所述第二台阶(102)上表面通过激光熔覆增材制造工艺制备一定厚度的高强度耐磨涂层，再经过精车获得光滑表面以减小调节机构(4)的电机(401)的推力，同时减轻底盘(1)的磨损。
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