CN212451641U - 内壁激光熔覆装置及其传输臂的复合斜拉式辅助固定结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了内壁激光熔覆装置及其传输臂的复合斜拉式辅助固定结构，传输臂主要由多个传输臂节依次串联固接而成，复合斜拉式辅助固定结构包括：水平单元、斜拉单元，斜拉单元的斜拉前端固定架位于水平单元的水平前端固定架和水平后端固定架之间；斜拉前端固定架和水平后端固定架之间至少一个传输臂节；水平前端固定架、水平后端固定架、斜拉前端固定架分别与相邻两节传输臂节相固接；水平前端固定架、水平后端固定架之间的固定杆均与传输臂的轴心通孔轴心线相平行；斜拉前端固定架上端的两个凸起部所固接的斜拉固定杆轴心线与轴心通孔轴心线在竖直面的投影倾斜相交。本实用新型适用于对高长径比管件的内壁进行激光熔覆，装配方便且稳定性高。

Description

内壁激光熔覆装置及其传输臂的复合斜拉式辅助固定结构

技术领域

本实用新型属于激光熔覆设备领域，尤其是涉及一种可对高长径比管件的内壁进行激光熔覆的装置及其传输臂的复合斜拉式辅助固定结构。

背景技术

如管道、油缸立柱等管件部件，其内壁均需要进行耐磨或耐腐蚀处理，传统上主要采用电弧熔铜或电镀的方式，这两种方式受到材料选择的限制，仅能在几种特定产品上使用；且其中电镀由于采用化学手段，对环境影响较大，近年来逐渐面临淘汰。而激光熔覆技术可以解决材料受限的问题，但现有的对管件内壁进行激光熔覆的装置，承载激光熔覆头的相应机构外径较大，通常仅能用于内径在100mm以上的管件的内壁熔覆，且通常采用添加多处支撑的方式，对于注塑机等非标准圆柱形孔的内壁无法使用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出一种内壁激光熔覆装置及其传输臂的复合斜拉式辅助固定结构，具体为：

传输臂的复合斜拉式辅助固定结构，用于内壁激光熔覆装置，所述传输臂主要由多个传输臂节依次串联固接而成，其包括：

水平单元，其设于传输臂的前段部分，包括位于前、后两端的水平前端固定架、水平后端固定架；

斜拉单元，其包括斜拉前端固定架，且斜拉前端固定架位于水平前端固定架和水平后端固定架之间；

斜拉前端固定架和水平后端固定架之间至少一个传输臂节；

水平前端固定架、水平后端固定架、斜拉前端固定架分别与相邻两节传输臂节相固接；

水平前端固定架、水平后端固定架之间环绕传输臂固定设置有多根固定杆，每根固定杆均与传输臂的轴心通孔轴心线相平行；

斜拉前端固定架的环形本体外周上端的位置对称的两个凸起部的穿设通孔孔轴心是倾斜向上的，定义该两个凸起部为斜拉凸起部；其余的凸起部的穿设通孔孔轴心则与轴心通孔轴心线相平行，所对应连接的水平固定杆前端分别穿设于斜拉前端固定架的对应凸起部的穿设通孔并通过螺母固定，每根水平固定杆的后端分别与基座机构相应处相固定，即水平固定杆的杆轴心线均与轴心通孔轴心线相平行；两斜拉凸起部各对应固接一斜拉固定杆，斜拉固定杆一端穿设斜拉凸起部的穿设通孔并由紧固螺母固定，另一端与基座机构相应处相固定，且斜拉固定杆轴心线与轴心通孔轴心线在竖直面的投影倾斜相交，即斜拉固定杆由前端至后端是倾斜向上固定设置。

进一步，斜拉前端固定架和水平后端固定架分别贴抵固定于同一节传输臂节的前、后两端端面，即斜拉前端固定架和水平后端固定架之间仅间隔设置一节传输臂节。

进一步，水平单元的固定杆环绕于斜拉单元的斜拉前端固定架的外围，斜拉单元的水平固定杆和斜拉固定杆分别环绕于水平单元的水平后端固定架的外围。

内壁激光熔覆装置，包括如上所述的传输臂的复合斜拉式辅助固定结构。

本实用新型适用于对高长径比管件的内壁进行激光熔覆，管径最小可达55mm，熔覆深度最大可达3m，如对通孔熔覆，进行两侧熔覆可达6m；装配方便且稳定性高。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本装置的一种实施例的立体示意图；

图2为传输臂节的第一种结构实施例的立体图；

图3为传输臂节的第一种结构实施例的前端端面视图；

图4为传输臂节的第二种结构实施例的立体图；

图5为内套管的立体示意图；

图6为传输臂节套设有内套管的前端端面视图；

图7为图6中A-A向剖视图；

图8为图7中圈B部分放大示意图；

图9为两传输臂节对接状态下沿其中一对进水通道孔孔中心剖切示意图；

图10为第二种实施例定位销左部与传输臂节连接结构的示意图；

图11为第二种实施例的定位销结构示意图；

图12为第二种实施例的定位销与斜向顶丝及竖向顶丝的连接结构示意图；

图13为竖向顶丝的头部为锥体的结构示意图；

图14为第三种实施例定位销左部与传输臂节连接结构的示意图；

图15为第三种实施例的每组定位销与竖向顶丝的连接结构示意图；

图16和图17分别为固定架两种结构形式的立体示意图；

图18为水平环绕式辅助固定结构的原理示意图；

图19为上斜拉式辅助固定结构的原理示意图；

图20为复合斜拉式辅助固定结构的原理示意图；

图21为复合斜拉式辅助固定结构的中间部分的立体示意图；

图22为本装置的光路结构的一种实施例的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

图1为本装置的一种实施例的立体示意图，装置的操作台以及对管件的夹持、转动机构等可采用现有技术，非本实用新型的重点，故图中省略；

如图所示，本装置包括熔覆头1、传输臂2和基座机构3，传输臂2为本实用新型的重点；

传输臂2两端分别与熔覆头1、基座机构3固接联通，传输臂2 为熔覆头1输送激光、同轴保护气、喷嘴保护气和熔覆粉末；熔覆粉末、保护气及激光从熔覆头1喷出对待加工管件内壁进行激光熔覆；

传输臂2主要由多个传输臂节依次串联固接而成，本实用新型提供了传输臂节的两种结构实施例，分别结合附图介绍如下：

实施例一：

图2和图3分别为传输臂节的第一种结构实施例的立体图和前端端面视图；激光沿着由后端向前端的方向输送，因此，按照激光的输送方向，定义2101所指示处为传输臂节的后端，2102所指示处为传输臂节的前端；

每节传输臂节21整体呈圆管体，其轴心通孔211所形成的轴心通道直接被用于传输激光、同轴保护气；而分别用于传输喷嘴保护气、熔覆粉末、冷却水的通道则直接开设于圆管体的管壁上；

优选的，如图所示，本实施例中，传输臂节21的管壁212上均匀开设有六个一类通道孔，其中图中2121所指的一个一类通道孔用于传输喷嘴保护气，两个图中2122所指的一类通道孔用于传输熔覆粉末，剩余的三个图中2123所指的一类通道孔分别作为冷却水循环水路的回水通道，而作为进水通道的进水通道孔2124在本实施例中也是直接开设于管壁上的，并且，临近每个回水通道的通道孔匹配一个进水通道孔2124；

在实施例一中，进水通道孔2124与一类通道孔一样，都是直接开设于管壁上的，即在管壁内由管壁后端端面开口一直贯通开设至前端端面开口的；

实施例二：

图4为传输臂节的第二种结构实施例的立体图；图5为内套管的立体示意图；图6为传输臂节套设有内套管215的前端端面视图；图 7为图6中A-A向剖视图；图8为图7中圈B部分放大示意图；图9 为两传输臂节对接状态下沿其中一对进水通道孔孔中心剖切示意图；

本实施例与实施例一不同之处包括：

在管壁外周均匀开设有六条减重槽213，以便减轻传输臂节的重量，并且相邻两减重槽之间的槽壁214也起到了加强筋的作用；但每条减重槽213是开设于两个一类通道孔之间的，这样会与实施例一的进水通道孔在管壁内的通道部分相冲突，因此，本实施例中，每节传输臂节匹配增设一内套管215(图5所示)，如图6至图8所示，内套管215套设于传输臂节的轴心通孔211内，且传输臂节的轴心通孔 211孔壁的前、后两端处设有向内凸出的环形台阶2111，轴心通孔 211两端处的环形台阶2111与内套管215的两端部外表面密封连接，为增强密封性，两者间还通过开设于环形台阶内侧面上的密封槽 21111安装有密封胶圈(图中隐去)；

因此，内套管215与轴心通孔211之间在两端处的环形台阶2111 之间的环形间隙形成了环形密封腔216，参见图9，环形密封腔216 前、后两端分别连通有斜向开设的进水通道孔2124A，每个进水通道孔2124A的一端孔口位于管壁212的图2中2102、2101所指示处的前、后端的端面上，另一端孔口则开设于临近环形台阶2111的轴心通孔211孔壁上，从而由环形密封腔216与两端各三个的斜向的进水通道孔2124A共同组成传输臂节的进水通道；而减重槽213则开设于两端的进水通道孔之间的管壁外表面；

上述结构即可减轻传输臂节的重量，还能确保其整体强度，且能更为均匀、高效的为由内套管215实际担当的轴心通道进行水冷。

进一步，为增加相邻两节传输臂节的各个通道对接的密封性，在其中一节的相应通道孔孔口端还开设有环形密封槽(例如图9中的 21242所指示处)，用于容纳密封O型圈，参见图2、图3、图4和图6，本实用新型是将环形密封槽开设于位于前端面上的孔口端，当然也可以统一开设于后端面上的孔口端，或者一部分开设于前端面，另一部分开设于后端面；

另外，本实用新型还提供了相邻两节传输臂节的连接结构的几种实施例，分别结合附图说明如下：

两节传输臂节管壁端面上各对应均匀开设有三组定位销安装盲孔217(参见图3)，每组定位销安装盲孔数量为两个，对应两个定位销，每个定位销安装盲孔的孔中心均与轴心通孔211孔中心相平行；

其中一种实施例为：定位销呈圆柱形，定位销两端分别伸入相邻两节传输臂节的安装盲孔217中，并与安装盲孔过盈配合，从而将相邻两节传输臂节紧固对接；这种结构最为简单，但加工精度要求极高；

第二种实施例：参见图10，图中隐去了右侧的传输臂节，两个定位销右半部与右侧的传输臂节的定位销安装盲孔之间仍然采用过盈配合；左侧的传输臂节管壁外周面斜向开设有对应每个定位销安装盲孔并与之贯通的用于螺接斜向顶丝的斜向安装螺孔219；且斜向安装螺孔219在管壁由外向内的开设方向与对应的定位销安装盲孔由孔口向孔底的伸入方向同侧相交；

相应的，参见图11，每个定位销218整体也呈圆柱形，在其左半部杆体侧壁上通过切削或其他方式去除掉一部分，形成一斜向凹陷部220，该斜向凹陷部具有一供斜向顶丝头部斜向伸入的斜向面2202 和能与顶丝头部顶端面相抵顶的抵顶面2201；参见图12，图中隐去了两侧的传输臂节，定位销218右半部伸入右侧的传输臂节的定位销安装盲孔内并与之仍然采用过盈配合，定位销218左半部伸入左侧的传输臂节的定位销安装盲孔内，为方便安装和调准，此侧两者之间可不采用过盈配合，而可以存有调整间隙，为便于最终实现紧固连接，斜向顶丝221沿斜向安装螺孔219螺接伸入，且顶丝头部顶端面抵顶对应定位销安装盲孔内的定位销218左半部的斜向凹陷部220的抵顶面2201，因为斜向安装螺孔219在管壁由外向内的开设方向与对应的定位销安装盲孔由孔口向孔底的伸入方向同侧相交的，所以，斜向顶丝221既能防止定位销左半部218脱离出定位销安装盲孔，同时还可通过拧动顶丝，使得两侧传输臂节之间连接更为紧固，且加强密封性能，并且，由于均布的三组、六个定位销与斜向顶丝的配合，可以更便于两节对应相贯通的通道的同轴度调节；

优选的，在开设斜向安装螺孔219的传输臂节的管壁上，对应每组定位销安装盲孔还各开设有一用于螺接竖向顶丝222的竖向安装螺孔，竖向安装螺孔位于每组的两个定位销安装盲孔之间且与两定位销安装盲孔均垂直贯通，竖向顶丝222螺接伸入竖向安装螺孔，且顶丝头部端面能与两个定位销安装盲孔内的定位销218外侧面均相抵顶，从而通过竖向顶丝222可实现对每组两个定位销218轴心的微调，进而实现对相邻两节传输臂节对应相贯通的通道的同轴度辅助调节；

优选的，为使得竖向顶丝222与对应组的两个定位销218外侧面更好的接触抵顶，如图13所示，竖向顶丝222的头部2221为下窄上宽的圆锥体，圆锥体的外锥面两侧分别与对应组的定位销外侧面相抵顶。

第三种实施例：

参见图14，图中隐去了右侧的传输臂节，两个定位销218A右半部与右侧的传输臂节的定位销安装盲孔之间和第一、第二种实施例一样采用过盈配合；左侧的传输臂节管壁对应每组两个定位销安装盲孔还各开设有两个用于螺接竖向顶丝222的竖向安装螺孔，两个竖向安装螺孔位于每组的两个定位销安装盲孔之间且与两定位销安装盲孔均垂直贯通；

相应的，参见图15，每个定位销218A整体也呈圆柱形，在其左半部杆体通过切削或其他方式开设有两个环形定位槽224；定位销 218A右半部伸入右侧的传输臂节的定位销安装盲孔内并与之仍然采用过盈配合，定位销218A左半部伸入左侧的传输臂节的定位销安装盲孔内，为方便安装和调准，此侧两者之间可不采用过盈配合，而可以存有调整间隙，为便于最终实现紧固连接，两个竖向顶丝222沿竖向安装螺孔螺接伸入，且每个顶丝头部分别卡抵两定位销218A左半部对应的环形定位槽224，竖向顶丝222既能防止定位销左半部218A脱离出定位销安装盲孔，同时还可通过拧动顶丝，使得两侧传输臂节之间连接更为紧固，且加强密封性能，并且，由于均布的三组、六个定位销与斜向顶丝的配合，可以更便于两节对应相贯通的通道的同轴度调节；

优选的，为使得竖向顶丝222与对应组的两个定位销218A环形定位槽224更好的接触抵顶，结合图13和图15所示，竖向顶丝222 的头部2221为下窄上宽的圆锥体，环形定位槽224轴截面形状则呈对应的梯形。

为进一步加强这种由多节传输臂节串接组成的超长的传输臂2 的稳定和牢固度，本实用新型还提供了辅助固定结构，其核心部件包括固定架和固定杆，图16和图17分别为固定架两种结构形式的立体示意图，固定架包括环形本体300，环形本体的中心通孔与传输臂节的轴心通孔211相匹配且能对接联通，环形本体的管壁上开设有与传输臂节管壁上开设的一类通道孔、进水通道孔、定位销安装盲孔数量、位置和孔径相匹配并能分别对接联通的各通孔；环形本体300外周还设有若干个设有用于穿设固定杆的穿设通孔302的凸起部；如图16 所示，此实施例的环形本体300外周均匀设有三个凸起部301，也可以是如图17所示，设有四个凸起部；

图18给出了辅助固定结构的一种实施例(亦可参见图1)：水平环绕式辅助固定结构的原理示意图，沿传输臂2长度方向依次设有若干个固定架，每个固定架夹设于两节传输臂节之间，定位销穿过固定架相应的通孔，定位销与固定架的相应通孔之间可以是过盈配合，传输臂节上的一类通通道孔、进水通道孔分别与固定架上对应的通孔之间通过密封胶圈实现密封联通；固定架均采用图16或图17的结构形式，每根固定杆32依次穿过各固定架相应的凸起部的穿设通孔，而每个固定架的各凸起部301的穿设通孔孔轴心是均与轴心通孔211 轴心线相平行的，从而各固定杆的轴心线也皆与轴心通孔211轴心线相平行，且每根固定杆32的前端分别与位于最前端的固定架31的对应凸起部通过螺母固定，每根固定杆32的后端分别与基座机构3相应处相固定；

图19为辅助固定结构的另一种实施例：上斜拉式辅助固定结构的结构原理图，其与水平环绕式的区别在于，位于最前端的固定架 31A(参见图17)的环形本体外周上端的位置对称的两个凸起部301B 的穿设通孔孔轴心是倾斜向上的，定义该两个凸起部为斜拉凸起部；其余的凸起部的穿设通孔孔轴心则与水平环绕式的相同，即与轴心通孔211轴心线相平行的，所对应连接的固定杆定义为水平固定杆33，每根水平固定杆33的前端分别穿设于位于最前端的固定架31A的对应凸起部的穿设通孔并通过螺母固定，每根水平固定杆33的后端分别与基座机构3相应处相固定，即水平固定杆33的杆轴心线均与轴心通孔211轴心线相平行；两斜拉凸起部301B各对应固接一斜拉固定杆32A，斜拉固定杆一端穿设斜拉凸起部的穿设通孔并由紧固螺母固定，另一端与基座机构3相应处相固定，且斜拉固定杆轴心线与轴心通孔211轴心线在竖直面的投影倾斜相交，即斜拉固定杆由前端至后端是倾斜向上固定设置的，对传输臂起到更好的斜拉固定的辅助作用；

图20为复合斜拉式辅助固定结构的原理示意图；图21则为该实施例的中间部分立体结构示意图；

复合斜拉式辅助固定机构相当于将水平环绕式和上斜拉式进行了组合，具体为

如图所示，包括水平单元和斜拉单元，水平单元设于传输臂2的前段部分，水平单元包括位于前、后两端的水平前端固定架331、水平后端固定架332，斜拉单元包括位于前端的斜拉前端固定架341，且斜拉前端固定架341位于水平前端固定架331和水平后端固定架332之间；斜拉前端固定架341和水平后端固定架332之间可以间隔多个传输臂节，优选的，斜拉前端固定架341和水平后端固定架332 分别贴抵固定于同一节传输臂节21的前、后两端端面，即斜拉前端固定架341和水平后端固定架332之间仅间隔设置一节传输臂节21，以便更好的确保整体强度；

水平前端固定架331、水平后端固定架332、斜拉前端固定架341 与相邻两节传输臂节的固定方式可参见前文，本处不再赘述；

水平前端固定架331、水平后端固定架332之间环绕传输臂固定设置有多根固定杆333，每根固定杆均与传输臂的轴心通孔211轴心线相平行，每根固定杆与水平前端固定架331、水平后端固定架332 的连接结构及各固定架的固定部结构可参见前文，本处不再赘述；

斜拉前端固定架341的环形本体外周上端的位置对称的两个凸起部3411的穿设通孔孔轴心是倾斜向上的，定义该两个凸起部为斜拉凸起部；其余的凸起部的穿设通孔孔轴心则与水平环绕式的相同，即与轴心通孔211轴心线相平行的，所对应连接的水平固定杆343前端分别穿设于斜拉前端固定架341的对应凸起部的穿设通孔并通过螺母固定，每根水平固定杆343的后端分别与基座机构3相应处相固定，即水平固定杆343的杆轴心线均与轴心通孔211轴心线相平行；两斜拉凸起部3411各对应固接一斜拉固定杆342，斜拉固定杆一端穿设斜拉凸起部的穿设通孔并由紧固螺母固定，另一端与基座机构3 相应处相固定，且斜拉固定杆轴心线与轴心通孔211轴心线在竖直面的投影倾斜相交，即斜拉固定杆由前端至后端是倾斜向上固定设置；

优选的，水平单元的固定杆环绕于斜拉单元的斜拉前端固定架 341的外围，斜拉单元的水平固定杆343和斜拉固定杆342分别环绕于水平单元的水平后端固定架332的外围。从而既能充分利用空间，且能使得辅助机构受力分布更均衡。

本实用新型还提供了适用于本装置的光路结构的一种实施例，如图22所示，基座机构3内由光纤入射处竖直向下的方向依次设有第一准直镜41、平面反射镜42，且平面反射镜42位于传输臂2内激光输送方向线上的起始位置，沿传输臂2内激光输送方向由后至前依次设置第一凸透镜组、末端镜组，其中第一凸透镜组包括由后至前依次设置的一个及以上的第一凸透镜43，末端镜组由由后至前依次设置的第二凸透镜44、凹透镜45和抛物面镜46组成，且抛物面镜设置于熔覆头1内，第一凸透镜组及末端镜组的第二凸透镜44、凹透镜 45则设置于传输臂2内；

激光由光纤入射处由上至下射入基座机构3内，经第一准直镜 41转为平行光，再经平面反射镜42转向为水平方向入射至传输臂内，经第一凸透镜组是用于保证激光汇聚，减少发散到外壁的光线，第一凸透镜个数依据传输臂长度而定；再经末端镜组的第二凸透镜44转为平行光、经凹透镜45进行发散处理，最终由末端镜组的抛物面镜 46转向并汇聚焦点后从熔覆头竖直向下射出；

此光路结构可避免功率过高时，抛物面镜易烧损的问题，提高整体受光照的均匀性；采用多凸透镜设计，减少激光散射至管壁的能量，使远距离传输成为可能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.传输臂的复合斜拉式辅助固定结构，用于内壁激光熔覆装置，所述传输臂主要由多个传输臂节依次串联固接而成，其特征在于，包括：

水平单元，其设于传输臂的前段部分，包括位于前、后两端的水平前端固定架、水平后端固定架；

斜拉单元，其包括斜拉前端固定架，且斜拉前端固定架位于水平前端固定架和水平后端固定架之间；

斜拉前端固定架和水平后端固定架之间至少一个传输臂节；

水平前端固定架、水平后端固定架、斜拉前端固定架分别与相邻两节传输臂节相固接；

水平前端固定架、水平后端固定架之间环绕传输臂固定设置有多根固定杆，每根固定杆均与传输臂的轴心通孔轴心线相平行；

斜拉前端固定架的环形本体外周上端的位置对称的两个凸起部的穿设通孔孔轴心是倾斜向上的，定义该两个凸起部为斜拉凸起部；其余的凸起部的穿设通孔孔轴心则与轴心通孔轴心线相平行，所对应连接的水平固定杆前端分别穿设于斜拉前端固定架的对应凸起部的穿设通孔并通过螺母固定，每根水平固定杆的后端分别与基座机构相应处相固定，即水平固定杆的杆轴心线均与轴心通孔轴心线相平行；两斜拉凸起部各对应固接一斜拉固定杆，斜拉固定杆一端穿设斜拉凸起部的穿设通孔并由紧固螺母固定，另一端与基座机构相应处相固定，且斜拉固定杆轴心线与轴心通孔轴心线在竖直面的投影倾斜相交，即斜拉固定杆由前端至后端是倾斜向上固定设置。

2.根据权利要求1所述的传输臂的复合斜拉式辅助固定结构，其特征在于，斜拉前端固定架和水平后端固定架分别贴抵固定于同一节传输臂节的前、后两端端面，即斜拉前端固定架和水平后端固定架之间仅间隔设置一节传输臂节。

3.根据权利要求1所述的传输臂的复合斜拉式辅助固定结构，其特征在于，水平单元的固定杆环绕于斜拉单元的斜拉前端固定架的外围，斜拉单元的水平固定杆和斜拉固定杆分别环绕于水平单元的水平后端固定架的外围。

4.内壁激光熔覆装置，其特征在于，包括如权利要求1至3任意一项所述的传输臂的复合斜拉式辅助固定结构。

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