一種等離子切割機及其應用的製作方法

2023-09-23 06:54:10

專利名稱：一種等離子切割機及其應用的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及等離子切割機，具體涉及等離子切割機的輕型化及其該輕型化的等離子切割機的應用。
背景技術：
在切割技術方面，與火焰切割(例如乙炔焰)相比較，等離子(弧)切割有一些比較突出的優點。例如切割速度，後者是前者10～20倍；切割面粗糙度，前者毛糙、凸凹不平，後者相對整齊、光整；熱影響區，後者平均不到前者的1/10。因為，後者等離子弧的溫度高達30000～50000℃，是前者的10多倍，瞬間切割後既能移開。所以，切割一些厚度不大的材料時，後者的熱影響區幾乎可以忽略不計。因此，近年來，等離子切割得到了大力推廣和廣泛的應用。然而，在一些不斷改變工作場地的環境中，例如在處理鐵軌肥邊的工作中，等離子切割技術目前還沒有被利用上。而火焰切割又因其火焰溫度只有二千多度(攝氏)，切割速度慢，造成熱影響區過大而禁止用在切割鐵軌肥邊上。
鐵軌肥邊，是由於火車車輪長期地、重複地對鐵軌進行著碾壓和撞擊，在鐵軌的軌面邊緣被擠出的一種多餘的邊(與鑿子被榔頭長期敲擊後，被敲擊的頭部會產生向四周鋪張開的毛邊的性質類似)。隨著時間的延長，該肥邊越來越大，尤其是在多了離心力作用的鐵軌彎道上。無論是在直道、還是在彎道，只要該肥邊生長在兩條鐵軌的內側，越來越大肥邊均要改變原有的正常軌距，列車的行車安全也就受到了嚴重的威脅。所以，必須經常地檢查軌距，發現肥邊過大一點後，就應當將它們除去。然而，目前去除肥邊的方式或手段確十分落後，絕大多數是採用砂輪來打磨掉它們。用砂輪打磨不但效率低、效果差，而且工人的勞動強度大、粉塵和噪聲的汙染嚴重。另外，也有用銑削法去除肥邊的。但該法仍有費工費時的不足，特別是在彎道上銑削，效率則更低。
為什麼不把等離子切割技術用在去除鐵軌肥邊的工作中呢？這裡，就需要介紹一下現有的等離子切割機。現有的等離子切割機包括，割炬(也稱電弧等離子體發生器，在不會引起誤會的場合，也稱為切割槍)、向割炬提供氣體離子源的供氣裝置、直接向割炬提供起弧電流和維持等離子弧的電流的切割機主機。該切割機主機的輸入電流絕大部分來自外界電網的工頻電流，少部分由工頻發電機供給。在不斷改變工作場地的環境中，由電網供電顯然是不方便的，特別是在鐵路上更加明顯。而由工頻發電機供電的切割機，又由於切割機主機本身有一定的體積和重量、工頻發電機也有較大的體積與重量，它們總的體積與重量就更大了。這樣，僅僅從搬運或移動這些笨重裝置的這一項輔助性工作來講，就成了把現有等離子切割機用在切割鐵軌肥邊工作中的障礙。因此，在去除鐵軌肥邊工作中，至今仍沒發現有用到等離子切割機的。
實用新型內容本實用新型的第一目的是，提供一種輕型化的，適合於搬運或移動的等離子切割機。
本實用新型的第二目的是，把本實用新型的等離子切割機與其他裝置結合，用於切割鐵軌肥邊。
實現所述第一目的是這樣一種等離子切割機，它包括有割炬和切割機主機。其改進之處是，該切割機主機是由內燃機驅動的中頻發電機，其發電機轉子的磁極對數為6～12對，對應的發電機定子槽為36～72槽；該中頻發電機的輸出端與一個整流模塊的輸入端相聯，該整流模塊的輸出端分別與一個高頻發生器和一個電抗器相聯，該高頻發生器與電抗器分別聯接在所述割炬的兩個電極上(當然，所有等離子切割炬均有的引弧電極也應在適當的位置接出)。該割炬的進氣口最終與一臺空氣壓縮機聯通。也就是說，該切割機是自發電的空氣等離子切割機，它的割炬當然就是直流電弧等離子體發生器了。本領域的技術人員應當有這樣一個常識，在相同輸出功率的發電機中，輸出電流是中頻交流電的比工頻交流電的體積小得多，當然重量也輕許多。原因是發電機在保持大輸出功率的情況下，而又要輕型化，只有增加磁極對數，而磁極對數增加後，線圈和鐵芯的數量和重量將會成倍地減少；運用這個原理，一臺體積小、重量輕、功率大、適合於搬運或移動的等離子切割機就能設計製造出來。除進入整流模塊前的中頻交流電是由改進後的發電裝置提供外，其餘所需元器件與現有的等離子切割機相同——當然個別參數的適應性調整是必須且正常的，本領域的技術人員完全不需專利意義的創造性勞動，就能很好地辦到。
實現第二發明目的的方案涉及到上述等離子切割機的應用，即把該等離子切割機的割炬安裝在一臺用於切割鐵軌肥邊的行走車上；該行走車包括可在鐵軌的軌面上滾動的行走輪和夾在鐵軌未變形部分的兩側面並利用該部分鐵軌導向的導向輪。換言之，在導向輪的引導下，隨著行走車在軌道上移動，該割炬就成為逐漸地切割掉鐵軌肥邊的專用切割槍了。
為了進一步實現自動化，且在增加功能及其設施後，不致使應用本實用新型的裝置體積增加過大、重量增加過多。針對實現第一發明目的的方案，還可有如下進一步的改進在該發電機的轉子軸上還設置一個工頻發電機的轉子，該工頻發電機轉子安裝在一個工頻發電機的定子中。當然，各臺發電機所需的必配元器件是各自獨立的。
結合所述的進一步改進，實現第二發明目的的應用方案同樣也有如下的進一步改進，即其中的行走輪是兩個，它們分別為一個主動輪和一個從動輪，它們間為鏈條傳動聯接；其主動輪與一臺變速器聯接，該變速器與一臺電動機相聯，該電動機由所述工頻發電機供電。顯然，該進一步改進後的等離子切割機的中頻發電機部分輸出的電流，最終仍是供給割炬；而其工頻發電機部分，則為行走車上的電動機和空氣壓縮機提供電源。顯然，該部分工頻發電機是小功率的，滿足電動機和空氣壓縮機的功率要求即可。
從上述等離子切割機及其應用的各兩個方案中，可以首先看到，本實用新型把由工頻電網供電或工頻發電機供電的等離子切割機改進成為自發電的、在其整流前是中頻交流電的切割機。如在方案中所述，這樣做的結果是該等離子切割機的體積和重量大量減小，完全適合於在鐵路系統等流動性大的工作場合使用。這樣，也就自然克服了在切除鐵軌肥邊的工作中，現有的等離子切割機因笨重和不能自發電而不適用的缺陷。有了這樣的切割機，並把其割炬安裝在帶有導向輪行走車上，在切割鐵軌肥邊的工作中，自然它就能始終能切割到、也僅僅能切割到需去除的鐵軌肥邊，即切割位置準確。在進一步的改進及其應用中，只要根據最佳切割速度來調節變速器，就能使去除肥邊後的鐵軌割痕整齊、清爽，不需要再去修整和打磨。另外，與某些試驗用過的乙炔焰切割相比較，本實用新型切割的熱影響區域極小。由於等離子弧的溫度高達30000℃以上，被切肥邊的切口不是熔化而是升華為鋼的蒸汽，故切割速度極快，瞬切即過。所以，切割後的鐵軌立刻就能讓火車通行。切割試樣的金相檢測表明，該熱影響區域在完全在許可範圍之內。
以下結合附圖，用具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。


圖1——本實用新型的電路、氣路框圖圖2——本實用新型的割炬安裝在行走車上、行走車在鐵軌上的示意圖圖3——圖2的仰視圖圖4——圖2的左視圖圖5——圖4中的坐標調整架的俯視放大圖圖6——圖5的A-A向視圖
具體實施方式
一種等離子切割機(參考圖1)，它包括有割炬3和切割機主機。該切割機主機是由內燃機驅動的中頻發電機，其發電機轉子的磁極對數為6～12對(本具體實施方式
採用12對)，對應的發電機定子槽為36～72槽(本具體實施方式
採用72槽)。該中頻發電機的輸出端與一個整流模塊的輸入端相聯，該整流模塊的輸出端分別與一個高頻發生器和一個電抗器相聯，該高頻發生器與電抗器分別聯接在所述割炬3的兩個電極上，其中的高頻發生器與電極之間串聯有由一個電控器控制的開關K；該電控器以與電抗器並聯的關係搭接在鐵軌上(不在肥邊2部分)、用以作引弧電流迴路。當割炬3引弧成功後，電控器控制開關K斷開高頻發生器與割炬3電極的聯接。該割炬3的進氣口最終與一臺空氣壓縮機聯通，其聯通順序是空氣壓縮機輸出口→過濾器→調壓、穩壓閥→割炬3進氣口。如方案中所說，除進入整流模塊前的中頻交流電是由改進後的發電裝置提供外，其餘所需元器件與現有的等離子切割機相同或用公知的技術作出某些適應性的調整即可。
如果選用本等離子切割機的裝置或者在直接運用本等離子切割機的場合，不需要額外的電源供給，則上述具體實施方式
已完全能滿足輕型化、易搬運、易移動的要求。而當選用本等離子切割機的裝置還需要向空氣壓縮機提供電源時，本具體實施方式
有如下進一步的改進，即在該發電機轉子的轉子軸上還有一個工頻發電機的轉子，該工頻發電機轉子安裝在一個工頻發電機的定子中。也就是說，通過進一步改進後，本實用新型實際上是共用一根轉子軸(不言而喻，該轉子軸相應地延長了)的一臺中頻發電機和一臺工頻發電機的組合。這樣，在組合了不同的功能組件後，切割機主機的總重量卻增加甚微，一樣也有利於工人移動。顯然，各臺發電機所需的必配元器件是各自獨立的。例如，在它們輸出端分別聯接有一個中頻調壓器和工頻調壓器。鑑於關鍵的改進之處已披露得十分詳細，其餘的部分對本領域的技術人員講，完全不需專利意義的創造性勞動就能很好地辦到，故不進一步詳述。
上述兩自然段描述的具體實施方式
，是針對為輕型化而設計的等離子切割機本身的。用該等離子切割機切割不同材料的調節、操作過程與現有的等離子切割機相同。故以下各例僅是本等離子切割機在流動性大的工作場合的應用舉例，且在以下各例中不再詳細介紹本等離子切割機。
實施例1(參考圖2、3、4)本例是前述輕型化的等離子切割機在切割鐵軌肥邊2方面的應用。其結構是該等離子切割機的割炬3安裝在一臺用於切割鐵軌肥邊2的行走車1上，該行走車1包括可在鐵軌的軌面上滾動的行走輪和夾在鐵軌未變形部分的兩側面並利用該部分鐵軌導向的導向輪。行走輪是兩個，它們分別為一個主動輪10和一個從動輪11，它們間為鏈條傳動聯接；其主動輪10與一臺變速器4聯接，該變速器4(本例為可控矽調節的變速器)與一臺電動機5相聯，該電動機5由切割機主機中的工頻發電機供電。不言而喻，本方案中的行走輪和導向輪均由絕緣材料(例如高強尼龍等)製作而成。通常情況下，是把等離子切割機的主機與空氣壓縮機安放在同一臺推車上，根據行走車1在鐵軌上的位置，同時推動它們一道移動。在轉移場地時，還可以把行走車1也放在推車中。
顯然，基於某種考慮，主從動輪(10、11)之間還可以是中間有奇數個惰輪的齒輪傳動聯接，也可以是其他的柔性(V型帶，同步齒形帶等)傳動聯接。同樣，如果出於某些特殊考慮，行走車1不用本例中的電動機驅動或者已有方便的電源供給電動機和空氣壓縮機，則在本例中配用的等離子切割機就應選擇沒有工頻發電機部分及其相應元器件的了。
實施例2(參考圖2、3、4、5、6)在實施例1中，等離子切割機的割炬3安裝在行走車1上，可以採用任何公知公用的技術手段，能滿足對鐵軌肥邊2的正確切割即可。本例是在實施例1基礎上，把該割炬3安裝在行走車1上的具體舉例，即該割炬3是通過一套坐標調整架來安裝在行走車1上的(為圖幅清晰，在圖2、3、4中僅示意畫出)該坐標調整架包括有通過一個齒條套6垂直交叉布置的一個橫齒條61和一個豎齒條62以及與兩齒條配對的各一個調節齒輪(611、622)；其中橫齒條61的一端呈間隙配合地穿在一個安裝套7中的水平孔內，該安裝套7還有一個豎直孔，該豎直孔呈間隙配合地套在固定於行走車1上的一根立軸71上，在該安裝套7上有定位固定它本身於立軸71上以及定位固定其橫齒條61的是銷緊螺釘711；所述割炬3固定在豎齒條62的下端(只要利於正確切割，任何固定方式或結構都是可行的)。顯然，所述豎齒條62並非豎直的齒條，僅是為了與橫齒條61區分而採用的相比而言的語言。同樣顯然的是，根據割炬3切割鐵軌肥邊2所需的距離和角度，調節好坐標調整架後，除兩處銷緊螺釘711應當銷定外，在齒條套6中的橫齒條61和豎齒條62也應當有銷定機構把它們分別銷定。簡單的機構是在齒條套6的對應部位分別設置各一顆銷緊螺釘。較好的機構是在橫豎齒條(61、62)上分別套一個有外圓錐的彈性夾套，在齒條套6上有與該彈性夾套配合的內圓錐，該彈性夾套內圓錐處的外周擰有一個把彈性夾套壓進齒條套6的螺母、以把橫豎齒條(61、62)銷定。鬆開螺母后，即可調節齒條。本例另外採用一種加工容易，銷定可靠且不傷齒條的結構。該結構是齒條套6裝配橫豎齒條(61、62)的孔是有鬆緊調節槽的孔，通過安裝在該齒條套6上的鎖緊螺釘612來收攏調節槽以把橫豎齒條(61、62)分別銷定。當需要調節橫豎齒條(61、62)鬆開鎖緊螺釘612即可。不言而喻，在前面總述部分或實施例1的結構中，可以根據需要，設計出許多割炬3與行走車1安裝在一起的結構。本例僅是這些安裝結構中的一種。
實施例3(參考圖5、6)為了在對同一鐵軌兩邊的肥邊均能切割情況下，既不過分增加橫齒條61的長度，又更加便於調節，本例在實施例2基礎上，針對豎齒條62下端固定割炬3的結構作出補充改進。相同部分不贅述，改進的結構是直接安裝割炬3是一個帶鬆緊調節槽的割炬套63，該割炬套63上擰有收攏調節槽的鎖緊螺釘632。在與鬆緊調節槽相反一側的割炬套63上固聯有一段與該割炬套63軸線垂直的數量是兩節的階梯軸(顯然，與割炬套63相聯的一節軸的直徑較大)，該階梯軸的軸端中心有一個螺紋孔。階梯軸直徑較小的一節呈可轉動狀態地插進固定在豎齒條62下端的與該豎齒條62垂直的一個調節套內。該調節套的長度不小於階梯軸直徑較小一節的長度，有一個自帶墊圈的螺釘631擰在階梯軸軸端的螺紋孔內。調節時，先初步調節並固定好橫豎齒條(61、62)。然後，繞階梯軸線擺動調節割炬套63和其內的割炬3相對於肥邊的切割角度，調好後。擰緊螺釘631以讓該螺釘631上的墊圈和階梯軸的對應軸肩共同夾緊豎齒條62下的調節套。接著，在割炬套63內調節割炬3相對於肥邊的距離，調好後，用鎖緊螺釘632把割炬套63的鬆緊調節槽收攏以固定割炬3。當然，在不熟練時，這種調節可反覆、交叉地多次進行。顯然，基於某些特別的或條件方面考慮，具體的調節、固定機構還可以是與本例等效的其他機構。
在實施例2和實施例3中，固定於行走車1立軸71可以在多處設置。除安裝時用到的一根外，其餘的為備用。這樣做的好處是顯然的，故不詳述。
實施例4(參考圖2、3、4)在實施例1中，所述行走輪可以採用任何公知公用的技術手段設置。例如，大約按等腰三角形的形式，在鐵軌的一個側面布置一個導向輪(此輪最好在等腰三角形的上頂角處)，在鐵軌另一側面布置兩個導向輪。讓其中一個側面的導向輪輪軸相對於行走車1固定，另一側面的導向輪相對於行走車1浮動、且彈性地壓鐵軌的側面。這樣，就可利用鐵軌本身導向了。簡言之，提出任務或找到問題後，本領域的技術人員可設計出滿足要求的許多具體結構。
本例是在實施例1基礎上的涉及導向輪的一個具體舉例。即該行走車1的導向輪有兩對，它們各有一個固定導向輪12和一個浮動導向輪13，兩對導向輪均夾在鐵軌肥邊2的下方；其中的固定導向輪12的輪軸固定在行走車1下方，浮動導向輪13的輪軸被固定在該行走車1下方一個滑塊131下方，該滑塊131及其浮動導向輪13被一根彈簧132拉向固定導向輪12、以迫使兩種導向輪(12、13)貼緊鐵軌。為了在工作前，能讓該行走車1方便地上道；特別是在緊急情況時，能讓該行走車1能快速地下道。應當設置能迅速拉開滑塊131及其浮動導向輪13的機構，本具體實施方式
的結構是，在滑塊131(相對彈簧132位置而言)的另一端固定一條鋼拉索133，該鋼拉索133的另一端在一個帶手柄的轉輪134上繞半圈以上、且讓其端頭固定在該轉輪134(或該轉輪134的手柄)上。當操作手柄放出繞上的鋼拉索133後(圖3中的順時針方向)，就能讓滑塊131因解除了鋼拉索133對它們的拉力而使浮動導向輪13與固定導向輪12一道貼緊鐵軌而導向；當操作手柄繼續繞上的鋼拉索133後(圖3中的逆時針方向)，因鋼拉索133的拉動而使固定導向輪12與浮動導向輪13分開、使工人能在毫無阻礙的情況下迅速地挪開行走車1。試驗表明，三十秒種內就可抬機下道。顯然，實現對滑塊131及其浮動導向輪13控制的機構是很多的，鑑於任務提出後，本領域的技術人員完全不需專利意義的創造性勞動，故不多舉例。
從前面的各個實施例中不難看出，行走車1是在一條鐵軌上行走的，為了使該車行走時更加平穩、切割質量更加有保證，在行走車1的側面可以固定一根伸到對面那條鐵軌之上去的長軸8，在該長軸8的軸頸上呈間隙配合地套上一個以該鐵軌為平穩支承軌道的滾輪。當然，該滾輪也由絕緣材料製成。
從所有的披露中還不難看出，本實用新型的等離子切割機，不僅限用於切割鐵軌肥邊2方面，只要相應切割機的功率滿足要求，它能用到所有需要輕型化的場合。
權利要求1.一種等離子切割機，它包括有割炬(3)和切割機主機，其特徵在於，所述切割機主機是由內燃機驅動的中頻發電機，其發電機轉子的磁極對數為6～12對，對應的發電機定子槽為36～72槽；該中頻發電機的輸出端與一個整流模塊的輸入端相聯，該整流模塊的輸出端分別與一個高頻發生器和一個電抗器相聯，該高頻發生器與電抗器分別聯接在所述割炬(3)的兩個電極上；該割炬(3)的進氣口最終與一臺空氣壓縮機聯通。
2.根據權利要求1所述的等離子切割機，其特徵在於，在所述發電機轉子的轉子軸上還有一個工頻發電機的轉子，該工頻發電機轉子安裝在一個工頻發電機的定子中。
3.根據權利要求1所述的等離子切割機，其特徵在於，所述等離子切割機的割炬(3)安裝在一臺用於切割鐵軌肥邊(2)的行走車(1)上；該行走車(1)包括可在鐵軌的軌面上滾動的行走輪和夾在鐵軌未變形部分的兩側面並利用該部分鐵軌導向的導向輪。
4.根據權利要求2所述的等離子切割機，其特徵在於，所述等離子切割機的割炬(3)安裝在一臺用於切割鐵軌肥邊(2)的行走車(1)上；該行走車(1)包括可在鐵軌的軌面上滾動的行走輪和夾在鐵軌未變形部分的兩側面並利用該部分鐵軌導向的導向輪；所述行走輪是兩個，它們分別為一個主動輪(10)和一個從動輪(11)，它們間為鏈條傳動聯接；其主動輪(10)與一臺變速器(4)聯接，該變速器(4)與一臺電動機(5)相聯，該電動機(5)由所述工頻發電機供電。
5.根據權利要求3或4所述的等離子切割機，其特徵是，所述割炬(3)是通過一套坐標調整架來安裝在行走車(1)上的；該坐標調整架包括有通過一個齒條套(6)垂直交叉布置的一個橫齒條(61)和一個豎齒條(62)以及與兩齒條配對的各一個調節齒輪；其中橫齒條(61)的一端呈間隙配合地穿在一個安裝套(7)中的水平孔內，該安裝套(7)還有一個豎直孔，該豎直孔呈間隙配合地套在固定於行走車(1)上的一根轉軸(71)上，在該安裝套(7)上有定位固定它本身於轉軸(71)上以及定位固定其橫齒條(61)的是銷緊螺釘；所述割炬(3)固定在豎齒條(62)的下端。
6.根據權利要求3或4所述的等離子切割機，其特徵是，所述行走車(1)的導向輪有兩對，它們各有一個固定導向輪(12)和一個浮動導向輪(13)，兩對導向輪均夾在鐵軌肥邊(2)的下方；其中的固定導向輪(12)的輪軸固定在行走車(1)下方，浮動導向輪(13)的輪軸被固定在該行走車(1)下方一個滑塊(131)下方，該滑塊(131)及其浮動導向輪(13)被一根彈簧(132)拉向固定導向輪(12)、以迫使兩種導向輪(12、13)貼緊鐵軌。
7.根據權利要求5所述的等離子切割機，其特徵是，所述行走車(1)的導向輪有兩對，它們各有一個固定導向輪(12)和一個浮動導向輪(13)，兩對導向輪均夾在鐵軌肥邊(2)的下方；其中的固定導向輪(12)的輪軸固定在行走車(1)下方，浮動導向輪(13)的輪軸被固定在該行走車(1)下方一個滑塊(131)下方，該滑塊(131)及其浮動導向輪(13)被一根彈簧(132)拉向固定導向輪(12)、以迫使兩種導向輪(12、13)貼緊鐵軌。
專利摘要一種等離子切割機及其應用。該切割機主機是由內燃機驅動的中頻發電機，其發電機轉子的磁極對數為6～12對，對應的發電機定子槽為36～72槽；該中頻發電機的輸出端與一個整流模塊的輸入端相聯，該整流模塊的輸出端分別與一個高頻發生器和一個電抗器相聯，該高頻發生器與電抗器分別聯接在切割機割炬的兩個電極上。該割炬的進氣口最終與一臺空氣壓縮機聯通。在轉子軸上還可以設置一個工頻發電機的轉子。本實用新型是方便移動的輕型化的自發電的等離子切割機，當把其割炬安裝在一臺用於切割鐵軌肥邊的行走車上後，就使切除鐵軌肥邊多了一種高質、高效的技術工藝手段。它切割位置準確，割痕整齊、清爽，熱影響區極小，切割後立刻就能讓火車通行。
文檔編號B23K10/00GK2818046SQ20052000955
公開日2006年9月20日 申請日期2005年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者周大凱 申請人:周大凱