用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管的製作方法
2023-07-18 09:46:51
專利名稱：用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓水管，特別涉及一種用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧
高壓水管。
背景技術：
高壓水切割機是利用壓強加至410兆帕以上的水通過開有小孔的噴頭射出進行切割加工的裝置，高壓水切割機利用純水可以切割軟質材料，在水中添加磨料，可以切割任何堅硬的材料。高壓水切割機的加工成本低，加工精度及加工效率高，加工過程清潔無汙染，是目前切削加工領域中綜合性能最好的切割方法之一。為了充分發揮高壓水切割方法的優勢，高壓水切割機普遍製成多自由度的數控切割裝置，為了使高壓水切割機中輸送高壓水的水管在實現各自由度的關節部位能夠轉動或移動，高壓水切割機中的水管需要在各個關節部位設置旋轉接頭或移動接頭，但是旋轉接頭或移動接頭由於存在相對摩擦的密封元件，因此在高壓工作狀態下的壽命不長，需要經常停機進行維修和更換，嚴重影響了高壓水切割機的性能。為了延長高壓水切割機的維修周期，一些高壓水切割機利用可彎曲的高壓軟管代替旋轉接頭或移動接頭以實現水管在關節部位的轉動或移動，但是由於高壓軟管是採用撓性材料製造，儘管加設了金屬編織層等增強措施，高壓軟管仍不可避免地存在容易變形或破裂、明顯降低了高壓水的噴射性能等問題，致使多自由度高壓水切割機的高壓水輸送問題一直無法圓滿解決。
發明內容
為了解決目前多自由度高壓水切割機的高壓水輸送問題，實現水管長壽命、無洩漏的轉動或移動，本發明提出一種用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，所採用的技術方案是用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，包括水管及水管兩端的輸入端和輸出端，輸入端與多自由度高壓水切割機設置的超高壓加壓器的輸出端貫通連接，輸出端與多自由度高壓水切割機設置的噴頭的輸入端貫通連接，水管為無縫金屬管，水管自超高壓加壓器的輸出端開始，順序經過每一個轉動的關節或/和移動的關節所在的部位直到噴頭的輸入端，在每一個關節所在的部位，水管均纏繞設置螺旋彈簧結構，與轉動的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對轉動，與轉動的關節的部位對應的螺旋彈簧結構的圓弧半徑同時相應改變，與移動的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對移動，與移動的關節的部位對應的螺旋彈簧結構的螺距同時相應改變，螺旋彈簧結構的軸線，與關節的轉動或/和移動的軸線重合或平行或大致平行，包括各螺旋彈簧結構在內的全部水管連續貫通，水管的壁厚與水管內的壓強相適應。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構包圍設置在關節的外側面，或相鄰設置在關節的外側面，或設置在關節沿軸線的一端的外側，或分為貫通相連的2部分，分別設置在關節沿軸線的兩端的外側，螺旋彈簧結構的2個端頭，和與螺旋彈簧結構的部位相對應的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件，分別固定連接。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構的直徑或/和圈數，與關節轉動或/和移動的範圍相適應。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構隨關節轉動或移動的端頭的自由狀態下的位置，與關節轉動或移動的範圍的中間位置相適應。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管各部分的直徑相同。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管的通徑範圍為4毫米至18毫米。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管的通徑為6毫米。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管為不鏽鋼無縫管或鈹青銅
無縫管。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，不鏽鋼無縫管的材料為含鉬的不鏽鋼。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分為整體結構，或水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分為分體結構，分體結構的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分貫通連接，連接部位設置連接套筒，連接套筒為無縫金屬管，連接套筒的材料與水管的材料相同， 連接套筒的內徑與水管的外徑相適應，連接套筒的壁厚與水管內的壓強相適應，連接部位兩側的待連接的水管與連接套筒均為直管結構，連接部位兩側的待連接的水管插入連接套筒內並端面接觸，端面接觸的端面焊接密封連接，焊接的焊縫的徑向範圍，位於待連接的水管的壁厚範圍內，連接部位兩側的待連接的水管插入連接套筒內的長度為水管外徑的1. 5 倍至1. 8倍，連接部位兩側的待連接的水管與連接套筒之間的縫隙焊接密封連接。本發明的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，採用上述技術方案所能取得的技術效果是用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，包括水管及水管兩端的輸入端和輸出端，輸入端與多自由度高壓水切割機設置的超高壓加壓器的輸出端貫通連接，輸出端與多自由度高壓水切割機設置的噴頭的輸入端貫通連接，水管為無縫金屬管，水管自超高壓加壓器的輸出端開始，順序經過每一個轉動的關節或/和移動的關節所在的部位直到噴頭的輸入端，在每一個轉動的關節或/和移動的關節所在的部位，水管均纏繞設置螺旋彈簧結構，與轉動的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對轉動，與轉動的關節的部位對應的螺旋彈簧結構的圓弧半徑同時相應改變，與移動的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對移動，與移動的關節的部位對應的螺旋彈簧結構的螺距同時相應改變，可以在關節產生轉動或/和移動的情況下，與關節部位相對應的無縫金屬管構成的高壓水管通過螺旋彈簧結構，在保持正常的輸送高壓水的功能的同時，也能實現相適應的角度改變或長度改變。螺旋彈簧結構的軸線，與關節的轉動或/和移動的軸線重合或平行或大致平行，可以使螺旋彈簧結構只承受或主要承受單一的扭矩或單一的拉壓應力，而儘量不承受複雜的受力狀態，從而改善螺旋彈簧結構的受力狀況，延長螺旋彈簧結構的工作壽命。包括各螺旋彈簧結構在內的全部水管連續貫通，可以保證高壓水的順利輸送。水管的壁厚與水管內的壓強相適應，可以保證水管長時間安全、可靠地輸送高壓水。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構包圍設置在關節的外側面，可以使螺旋彈簧結構的軸線與關節轉動或移動的軸線重合，使螺旋彈簧結構在關節的運動過程中只承受與螺旋彈簧結構共軸的扭矩或拉壓應力，螺旋彈簧結構相鄰設置在關節的外側面，可以使螺旋彈簧結構在關節的運動過程中承受的扭矩或拉壓應力儘量接近螺旋彈簧結構的軸線，減小螺旋彈簧結構額外受到的牽拉作用力，改善受力狀況，延長工作壽命。螺旋彈簧結構設置在關節沿軸線的一端的外側，或分為貫通相連的2部分，分別設置在關節沿軸線的兩端的外側，可以使螺旋彈簧結構在關節的運動過程中承受的扭矩或拉壓應力與螺旋彈簧結構的軸線共軸，並儘量減小螺旋彈簧結構額外受到的牽拉作用力， 改善受力狀況，延長工作壽命。螺旋彈簧結構的2個端頭，和與螺旋彈簧結構的部位相對應的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件，分別固定連接，可以防止各螺旋彈簧結構之間的水管的連接部分受牽拉或扭轉產生變形，破壞水管的工作狀態，縮短水管的工作壽命。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構的直徑或/和圈數，與關節轉動或/和移動的範圍相適應，可以使螺旋彈簧結構的圓弧半徑變化率或/和螺距的變化率在螺旋彈簧結構的相關直徑或/和相關圈數的允許值之內，保證螺旋彈簧結構的正常轉動或移動性能，延長螺旋彈簧結構的工作壽命。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構隨關節轉動或移動的端頭的自由狀態下的位置，與關節轉動或移動的範圍的中間位置相適應，可以使螺旋彈簧結構的轉動或移動的範圍對稱分布在螺旋彈簧結構的自由狀態下端頭位置的兩側，改善螺旋彈簧結構的受力和變形狀況，延長螺旋彈簧結構的工作壽命。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管各部分的直徑相同，可以保證高壓水的流動狀態平穩通暢，有利於發揮高壓水切割機的優良性能，並能使水管各部分的受力狀況趨於一致，延長水管的工作壽命。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管的通徑範圍為4毫米至18 毫米，可以在不產生過大的壓力損耗的情況下，保證高壓水的輸送效果。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管的通徑為6毫米，可以在通常的工作狀態下，使高壓水的輸送處於最佳的綜合工作狀態。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管為不鏽鋼無縫管，可以使高壓水管在頻繁交變載荷的工作狀態下，具有優良的強度，疲勞極限和耐腐蝕性能。水管為鈹青銅無縫管，可以使高壓水管具有很高的強度、彈性模量、疲勞極限和耐腐蝕能力，使高壓水管具有優異的綜合性能。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，不鏽鋼無縫管的材料為含鉬的不鏽鋼，可以進一步提高螺旋彈簧高壓水管的疲勞極限。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分為整體結構，可以使水管具有最好的結構強度，提高工作性能，延長工作壽命。水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分為分體結構，分體結構的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分貫通連接，可以方便水管的製造工
6作，降低加工難度。連接部位設置連接套筒，連接套筒為無縫金屬管，連接套筒的材料與水管的材料相同，連接套筒的內徑與水管的外徑相適應，連接套筒的壁厚與水管內的壓強相適應，連接部位兩側的待連接的水管與連接套筒均為直管結構，連接部位兩側的待連接的水管插入連接套筒內並端面接觸，端面接觸的端面焊接密封連接，焊接的焊縫的徑向範圍， 位於待連接的水管的壁厚範圍內，連接部位兩側的待連接的水管插入連接套筒內的長度為水管外徑的1. 5倍至1. 8倍，連接部位兩側的待連接的水管與連接套筒之間的縫隙焊接密封連接，可以使連接加工具有良好的工藝性，便於加工，端面連接部位及水管與連接套筒之間的縫隙都進行焊接密封連接，可以減小每道焊縫承受的壓力，保證連接部位具有足夠的強度和密封性，滿足工作要求。接觸的端面焊接的焊縫的徑向範圍，位於待連接的水管的壁厚範圍內，可以避免焊縫凸起，影響待連接的水管插入連接套筒的操作。使用本發明的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，可以保證高壓水管隨關節自由轉動或移動，無易磨損件，不會產生洩漏，可以大大延長多自由度高壓水切割機的無故障工作時間，提高多自由度高壓水切割機的技術性能。
附圖1是未安裝螺旋彈簧高壓水管的多自由度高壓水切割機的結構示意圖。附圖2是本發明的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管的應用結構示意圖。
附圖3是本發明的用於多自由度高壓水切割機的分體結構的螺旋彈簧高壓水管的連接方式示意圖。附圖中的標示含義如下1-底座，2-第1旋轉關節，3-第2旋轉關節，4-第3旋轉關節，5_第1移動關節， 6-第4旋轉關節，7-水管，8-輸入端，9-輸出端，10-第1旋轉關節螺旋彈簧結構，11-第2 旋轉關節螺旋彈簧結構，12-第3旋轉關節螺旋彈簧結構，13-第1移動關節螺旋彈簧結構， 14-第4旋轉關節螺旋彈簧結構，15-與關節連接的構件，16-螺旋彈簧結構端頭固定機構， 17-待連接的水管，18-連接套筒，19-焊縫。
具體實施例方式本發明的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，用於多自由度高壓水切割機上的高壓水輸送，一種未安裝螺旋彈簧高壓水管的多自由度高壓水切割機的結構示意圖如附圖1所示，從用於固定安裝的底座1，至安裝噴頭的部位，依次設有第1旋轉關節 2、第2旋轉關節3、第3旋轉關節4、第1移動關節5和第4旋轉關節6。本發明的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，結構如附圖2所示， 包括水管7及水管兩端的輸入端8和輸出端9，輸入端8與多自由度高壓水切割機設置的超高壓加壓器的輸出端貫通連接，輸出端9與多自由度高壓水切割機設置的噴頭的輸入端貫通連接，水管7為無縫金屬管，水管7自與超高壓加壓器的輸出端貫通連接的水管7的輸入端8開始，順序經過第1旋轉關節2、第2旋轉關節3、第3旋轉關節4、第1移動關節5 和第4旋轉關節6，直到與噴頭的輸入端貫通連接的水管7的輸出端9，在每一個關節所在的部位，水管7均纏繞設置相應的螺旋彈簧結構，包括第1旋轉關節螺旋彈簧結構10、第2旋轉關節螺旋彈簧結構U、第3旋轉關節螺旋彈簧結構12、第1移動關節螺旋彈簧結構13 和第4旋轉關節螺旋彈簧結構14。與轉動的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對轉動時，與轉動的關節的部位對應的螺旋彈簧結構的圓弧半徑同時相應改變，與移動的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對移動時，與移動的關節的部位對應的螺旋彈簧結構的螺距同時相應改變。各螺旋彈簧結構的軸線，與關節的轉動或/和移動的軸線重合或平行或大致平行。包括各螺旋彈簧結構在內的全部水管7連續貫通。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構包圍設置在關節的外側面，如第1旋轉關節螺旋彈簧結構10和第1移動關節螺旋彈簧結構13，或相鄰設置在關節的外側面，或設置在關節沿軸線的一端的外側，如第2旋轉關節螺旋彈簧結構11、第 3旋轉關節螺旋彈簧結構12和第4旋轉關節螺旋彈簧結構14，或分為貫通相連的2部分， 分別設置在關節沿軸線的兩端的外側。螺旋彈簧結構的2個端頭，和與螺旋彈簧結構的部位相對應的關節分別連接的多自由度高壓水切割機的2個構件，分別固定連接，附圖2中的螺旋彈簧結構端頭固定機構16就是將螺旋彈簧結構的端頭固定於關節連接的多自由度高壓水切割機的構件的固定支架。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構的直徑或/和圈數，與關節轉動或/和移動的範圍相適應。通常關節轉動的角度越大或移動的距離越大，螺旋彈簧結構的直徑越大或/和圈數越多，關節轉動的角度較小或移動的距離較小，螺旋彈簧結構的直徑可以較小或/和圈數可以較少。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，螺旋彈簧結構隨關節轉動或移動的端頭的自由狀態下的位置，與關節轉動或移動的範圍的中間位置相適應，也就是螺旋彈簧結構的自由狀態下端頭的位置，通常在端頭轉動範圍或移動範圍的中間部位。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，通常水管各部分的直徑相同。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管的通徑範圍通常為4毫米至18毫米。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，推薦的水管的通徑為6毫米。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管通常使用不鏽鋼無縫管。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，對水管的工作壽命要求較高時，推薦不鏽鋼無縫管的材料選用含鉬的不鏽鋼。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，當要求水管的綜合性能較高時，水管可以選用鈹青銅無縫管。用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，優選水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分為整體結構。為了簡化加工工藝，水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分可以為分體結構，分體結構的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分貫通連接。推薦的連接方式如附圖3所示，連接部位設置連接套筒18， 連接套筒18為無縫金屬管，連接套筒18的材料與水管的材料相同，連接套筒18的內徑與水管7的外徑相適應，連接套筒18的壁厚與水管7內的壓強相適應，連接部位兩側的待連接的水管17與連接套筒18均為直管結構，連接部位兩側的待連接的水管17插入連接套筒18內並端面接觸，端面接觸的端面焊接密封連接，端面焊接的焊縫19的徑向範圍，位於待連接的水管17的壁厚範圍內。連接部位兩側的待連接的水管17插入連接套筒18內的長度為水管7外徑的1. 5倍至1. 8倍，連接部位兩側的待連接的水管17與連接套筒18之間的縫隙焊接密封連接，焊縫的一種形式如附圖3中所示的焊縫19。焊接方式可以採用氬弧焊。分體結構的情況下，還可以在連接部位兩側的待連接的水管的端面設置圓錐狀或圓弧狀的密封面，採用螺紋連接的形式將密封面緊密連接以實現耐壓密封的效果。
本發明的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，不受上述實施例的限制，凡是利用本發明的原理和方式，經過變換和代換所形成的技術方案，都在本的保護範圍內。
權利要求
1.用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，包括水管及水管兩端的輸入端和輸出端，輸入端與多自由度高壓水切割機設置的超高壓加壓器的輸出端貫通連接，輸出端與多自由度高壓水切割機設置的噴頭的輸入端貫通連接，其特徵在於水管為無縫金屬管， 所述水管自超高壓加壓器的輸出端開始，順序經過每一個轉動的關節或/和移動的關節所在的部位直到噴頭的輸入端，在每一個所述關節所在的部位，所述水管均纏繞設置螺旋彈簧結構，與所述轉動的關節分別連接的用於多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對轉動，與所述轉動的關節的部位對應的所述螺旋彈簧結構的圓弧半徑同時相應改變， 與所述移動的關節分別連接的用於多自由度高壓水切割機的2個構件的位置產生相對移動，與所述移動的關節的部位對應的所述螺旋彈簧結構的螺距同時相應改變，所述螺旋彈簧結構的軸線，與所述關節的轉動或/和移動的軸線重合或平行或大致平行，包括各所述螺旋彈簧結構在內的全部水管連續貫通，所述水管的壁厚與所述水管內的壓強相適應。
2.根據權利要求1所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述螺旋彈簧結構包圍設置在所述關節的外側面，或相鄰設置在所述關節的外側面，或設置在所述關節沿軸線的一端的外側，或分為貫通相連的2部分，分別設置在所述關節沿軸線的兩端的外側，所述螺旋彈簧結構的2個端頭，和與所述螺旋彈簧結構的部位相對應的所述關節分別連接的用於多自由度高壓水切割機的2個構件，分別固定連接。
3.根據權利要求1所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述螺旋彈簧結構的直徑或/和圈數，與所述關節轉動或/和移動的範圍相適應。
4.根據權利要求1所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述螺旋彈簧結構隨關節轉動或/和移動的端頭的自由狀態下的位置，與所述關節轉動或/和移動的範圍的中間位置相適應。
5.根據權利要求1所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述水管各部分的直徑相同。
6.根據權利要求1所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述水管的通徑範圍為4毫米至18毫米。
7.根據權利要求6所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述水管的通徑為6毫米。
8.根據權利要求1所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述水管為不鏽鋼無縫管或鈹青銅無縫管。
9.根據權利要求8所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述不鏽鋼無縫管的材料為含鉬的不鏽鋼。
10.根據權利要求1所述的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，其特徵在於所述水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分為整體結構，或所述水管的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分為分體結構，分體結構的螺旋彈簧結構與除螺旋彈簧結構之外的其餘部分貫通連接，連接部位設置連接套筒，所述連接套筒為無縫金屬管，所述連接套筒的材料與所述水管的材料相同，所述連接套筒的內徑與所述水管的外徑相適應，所述連接套筒的壁厚與所述水管內的壓強相適應，所述連接部位兩側的待連接的水管與所述連接套筒均為直管結構，所述連接部位兩側的待連接的水管插入所述連接套筒內並端面接觸，所述端面接觸的端面焊接密封連接，所述焊接的焊縫的徑向範圍，位於所述待連接的水管的壁厚範圍內，所述連接部位兩側的待連接的水管插入所述連接套筒內的長度為所述水管外徑的1. 5倍至1. 8倍，連接部位兩側的待連接的水管與所述連接套筒之間的縫隙焊接密封連接。
全文摘要
用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，水管為無縫金屬管，水管自超高壓加壓器的輸出端至噴頭的輸入端，在每一個關節部位，均纏繞設置螺旋彈簧結構，螺旋彈簧結構的軸線，與關節的轉動或/和移動的軸線重合或平行或大致平行。螺旋彈簧結構的直徑或/和圈數，與關節轉動或/和移動的範圍相適應。水管為不鏽鋼無縫管。設置螺旋彈簧結構，可以在關節轉動或移動的情況下，高壓水管在保持正常的輸送高壓水的功能的同時，也能實現相適應的角度改變或長度改變。使用本發明的用於多自由度高壓水切割機的螺旋彈簧高壓水管，可以保證高壓水管隨關節自由轉動或移動，無易磨損件，不會產生洩漏，提高多自由度高壓水切割機的技術性能。
文檔編號B26F3/00GK102161210SQ20111000863
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者鄧社平 申請人:重慶社平科技有限公司