一种磨料水射流喷嘴转换装置

1.本发明涉及磨料水射流切割技术领域，具体涉及一种磨料水射流喷嘴转换装置。


背景技术：

2.磨料水射流技术作为新型特种技术，已被国内外众多学者和研究证明是最适用于破岩的技术之一，相对于传统机械钻头磨损快，寿命短，硬岩破碎效率低的问题，磨料水射流能够实现连续高效破岩、且其工作过程能够精准定位、并伴随绿色低碳等优势，具有广阔的发展前景，目前已在射流加工和切割领域中的得到广泛关注。
3.作为主要损耗部件，射流的喷嘴需要定时更换，以确保高效破岩的进行。单纯从破岩效率来评估喷嘴损坏程度往往具有滞后性，无法保证工作过程的连续。从喷嘴更换方式上来看，目前多以人工进行，当面对复杂工作环境时，时常会发生危险。另一方面，不同种类的喷嘴的破碎不同岩性岩体的能力具有差距，在工作过程中面对不同的岩性，通常也需要对喷嘴种类进行更换。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种磨料水射流喷嘴转换装置，以解决人工更换喷嘴的方式导致危险性增加的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种磨料水射流喷嘴转换装置，包括喷嘴收纳库和喷嘴安装卡扣，所述喷嘴收纳库内具有若干个喷嘴，所述喷嘴安装在执行机构上，使得所述执行机构能够将喷嘴转移至所述喷嘴安装卡扣上；还包括安装传送座和安装接收座，所述喷嘴安装卡扣上设有可转动的连接组件，所述连接组件的两端分别具有第一接口和第二接口，所述安装传送座和安装接收座能够分别通过所述第一接口和第二接口可拆卸的连接至所述连接组件上，使得所述连接组件转动时，所述安装传送座与第一接头脱离连接，同时所述第二接头连接至所述安装接收座上；所述安装接收座固定在转移机构上；还包括可转动的接头，所述接头的两端均具有螺纹口，且两个所述螺纹口分别与喷嘴的螺旋口和射流管道的螺旋口相适配，所述转移机构能够驱动所述安装传送座上的喷嘴至设定位置时，所述接头能够与喷嘴的螺旋口和射流管道的螺旋口相配合。
6.根据上述技术手段，通过执行机构，能够自动的将所需的喷嘴取出，然后根据安装传送座和安装接收座，以及配置的第一接口和第二接口，使得通过转动连接组件的方式，即可实现将喷嘴转从安装传送座自动转移至安装接收座上，然后根据接头，并通过转动接头的方式可实现与喷嘴和射流管道的连接。进而实现了不通过人工，自动安装喷嘴的作用，解决人工更换喷嘴的方式导致危险性增加的问题。
7.进一步，还包括超声波探测仪和多光谱探测仪，所述超声波探测仪安装在射流管道上，所述超声波探测仪能够获取喷嘴振动产生的声波信息，所述多普探测探测仪用于获
取岩体的位置，还包括分析模块，所述分析模块基于所述超声波探测仪和多普探测探测仪传递的信息判断是否需要更换喷嘴。
8.根据上述技术手段，能够实现自动的监测喷嘴的磨损情况以及前方岩体的岩性，并及时判断是否需要更换喷嘴。
9.进一步，所述接头安装在第二转动臂上，所述第二转动臂与第一转动臂铰接，使得所述第一转动臂和第二转动臂能够通过相对转动的方式调整所述接头的位置。
10.进一步，所述接头的外侧设有滚轮咬合齿，还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构的输入齿轮与第一电机的输入轴连接，所述齿轮传动机构的输出齿轮与滚轮咬合齿啮合。
11.进一步，所述执行机构包括皮带传动机构和伸缩推动装置，所述喷嘴放置于皮带传动机构的皮带上，使得所述伸缩推动装置能够推动所述喷嘴至喷嘴安装卡扣上。
12.进一步，所述喷嘴安装卡扣设有开口，并且所述喷嘴安装卡扣具有弹性，使得所述喷嘴通过开口进入喷嘴安装卡扣内时，所述喷嘴安装卡扣的弹性能够夹持所述喷嘴。
13.进一步，所述转移机构包括转动轴承和转动带，所述转动带与转动轴承绞合连接，所述转动轴承与第二电机的输出轴相连接，所述安装接收座固定在转动带上。
14.进一步，所述安装传送座固定在可升降柱上，所述可升降柱能够带动安装传送座在竖直方向运动。
15.进一步，所述接头的两端均设有固定轴，所述固定轴两端分别与所述转动臂和接头的端部转动连接。
16.本发明的有益效果：本发明通过控制箱的超声波探测仪表征喷嘴磨损程度、多光谱探测仪表征岩性的改变进而自动化变更喷嘴，改变了人工手动更换喷嘴的途径，降低乃至避免了人工操作，减少了复杂环境下的危险性，有效地提升了射流掘进工作的效率。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；图2为喷嘴收纳库提供喷嘴至喷嘴安装传送座示意图；图3为执行机构工作方式示意图；图4为安装传送座、连接组件、安装接收座传递示意图；图5为喷嘴安装卡扣结构图，其中箭头方向为连接组件转动方向；图6为喷嘴安装卡扣俯视图；图7为固定臂通过转动臂转动实现自身的延长和缩短操作示意图；图8为固定臂通过转动臂转动实现自身的延长和缩短操作侧视简图；图9为喷嘴安装示意简图。
18.其中，1-超声波探测仪；2-多光谱探测仪；3-安装柱；4-支撑底板；5-控制箱；6-固定底座；7-数据感知传输线；8-数据连接线；9-防护板；10-感知环；11-电源；12-安装座；13-升降台柱；14-喷嘴安装卡扣；15-安装传送座；16-安装接收座；17-支撑柱；18-固定支柱；19-转动轴承；20-转动带；21-通电连接线；22-支撑座；23-固定臂；24-转动臂；25-齿轮转动轴；26-齿轮传动机构；27-接头；28-固定轴；29-连接组件；30-喷嘴收纳库；31-滚轮咬合齿；
32-射流管道；33-喷嘴螺旋口；34-喷嘴；35-皮带传动机构；36-伸缩推动装置；37-电源及连接组件控制器；38-第一接口；39-信号接收装置；40-传输线；41-第二接口；42-第一接头；43-第二接头；44-转动机构。
具体实施方式
19.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
20.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
21.本实施例提出了一种磨料水射流喷嘴转换装置，如图1所示，包括超声波探测仪1、多光谱探测仪2、安装柱3、支撑底板4、控制箱5、固定底座6、数据感知传输线7、数据连接线8、防护板9、感知环10；安装柱3固定在支撑底板4上；超声波探测仪1和多光谱探测仪2安放在安装柱3上；超声波探测仪1通过在支撑底板4中穿过的数据感知传输线7连接在喷嘴末端的感知环10上，多光谱探测仪2对着岩体的方向，且两个探测仪都通过数据连接线8与控制箱5连接在一起。
22.超声波探测仪1通过数据感知传输线7连接在喷嘴末端的感知环10上，感知环10能够获取工作过程中喷嘴自身震动产生的声波信息；多光谱探测仪2面向岩体的方向，且两个探测仪都通过数据连接线8与控制箱5连接在一起；感知环10通过数据感知传输线7将获取的声波信息传送到超声波探测仪1，并通过数据连接线8将信息传送到控制箱5；多光谱探测仪2获取前方岩体信息，通过数据连接线8将信息传送到控制箱5；控制箱5控制着整个转换装置，可自动对比数据库，判断是否需要更换喷嘴。具体的：超声波探测仪1将获取喷嘴自身振动频率的声波信息，传递至控制器（位于控制箱5内），控制器将振动频率转化为表示喷嘴自身的磨损情况的参数，再结合多光谱探测仪2测出的前方岩体的位置信息，与自身包含的数据库信息对比，当振动频率信息达到更换喷嘴的阈值，或是当反馈的多光谱信息反映了岩性的改变，即按照数据库信息下达更换喷嘴的指令。
23.升降台柱13和转动轴承19经通电连接线21电连接到电源11上，升降台柱13可在升降柱上经电源11带动实现上下升降，具体的：升降台柱13可与伸缩杆连接，通过伸缩杆控制着升降台柱13在竖直方向的升降，或者升降台柱13通过转换机构与第三电机连接，转换机构将第三电机输出的扭矩转化为驱动升降台柱13在竖直方向升降的运动，转换机构可以为滚珠丝杆副。
24.本实施例中的电源11放置在安装座12上，安装座12固定在支撑底板4上；支撑柱17固定在支撑底板4上，且与固定支柱18组合。
25.转动轴承19与转动带20通过绞合连接，转动轴承19转动的动力来自于电源11，具体可通过第二电机实现，即令第二电机与电源11电连接，通过电源11驱动电机转动，转动轴
承19连接至第二电机的输出端，进而通过第二电机带动转动轴承19的转动，由于转动带20绞合连接至转动轴承19上，因此可实现转动带20的转动。
26.本实施例中，在升降台柱13上安装了安装传送座15，在转动带20上安装了安装接收座16，转动轴承19固定在支撑柱17上，转动带20与转动轴承19组成了转移机构，用于转移安装接收座16。进而实现升降台柱13可带动安装传送座15上下运动的目的，并通过安装传送座15自动固定喷嘴，喷嘴收纳库30固定在支撑底板4上，与电源11相连，可在升降台柱降低到底部时传递喷嘴34至安装传送座15；具体的：如图2所示，包括喷嘴安装卡扣14，喷嘴安装卡扣14此时可拆卸式的连接在安装传送座15上，如图6所示，喷嘴安装卡扣14具有开口，并且其具有弹性，其弹性能够夹持喷嘴，在喷嘴收纳库30的内部设有执行机构，执行机构包括皮带传动机构35和伸缩推动装置36，喷嘴34放置于皮带传动机构35的皮带上，伸缩推动装置36能够推动喷嘴34至喷嘴安装卡扣14上，喷嘴安装卡扣14的弹性结构能够在喷嘴34被伸缩推动装置36推动后卡紧。本实施例的伸缩推动装置可为伸缩杆，与电源电连接。
27.如图4-图5所示，在喷嘴安装卡扣14上信号接收装置39和电源及连接组件37，电源及连接组件控制器37安装在喷嘴安装卡扣14上，信号接收装置39将接收到的控制箱5传输的无线信号传输到电源及连接组件控制器37，电源及连接组件控制器37通过传输线40为连接组件29提供了转动动力，同时提供了喷嘴安装卡扣14上的连接组件29旋转卡紧的信号传输。具体的：连接组件29固定在喷嘴安装卡扣上，喷嘴安装卡扣14通过连接组件29实现与安装传送座15和安装接收座16的可拆卸式连接，具体的：连接组件29的转动是依靠转动机构44实现的，转动机构44包括第三电机、齿轮和齿孔，在喷嘴安装卡扣14上设置一个固定支架，然后将第三电机的固定端固定在固定支架上，第三电机的输出轴与齿轮连接，用于带动齿轮转动，在连接组件29的径向方向上均匀周向布置多个齿孔，齿孔与齿轮呈啮合状态，进而当第三电机启动时可带动连接组件29转动，并令喷嘴安装卡扣14不转动。
28.连接组件29的两端分别具有第一接口38和第二接口41，安装传送座15和安装接收座16分别具有第一接头42和第二接头53，安装传送座15和安装接收座16能够分别通过第一接头42和第二接头43可拆卸的连接至连接组件29上，使得连接组件29转动时，第一接口38与第一接头42脱离连接，同时第二接头43连接至第二接口41上。反向旋转连接组件29时，第一接口38连接至第一接头42上，同时第二接头43与第二接口41脱离连接。
29.本实施例中，第一接口38和第二接口41可均为母螺纹，而第一接头42和第二接头53均具有公螺纹，第一接头42与第一接口38适配，第二接头53与第二接口41适配，第一接口38与第二接口41的螺纹方向相反，第一接头42和第二接头53的螺纹方向相反。
30.或者第一接口38和第二接口41内设有卡扣，而第一接头42和第二接头53设有周向的凸起，旋转连接组件29，第一接口38的卡扣逐渐与第一接头42的凸起的连接部分逐渐减小，而第二接口41的卡扣与第二接头53的凸起的连接部分逐渐增加。
31.如图7-图9所示，本实施例还设有喷嘴装卸装置，喷嘴装卸装置包括支撑座22、固定臂23、第一转动臂24、齿轮转动轴25、齿轮传动机构26、接头27、固定轴28和第二转动臂45；支撑座22固定在支撑底板上4；固定臂23与支撑座22连接；第一转动臂24与固定臂23远
离支撑座22的一端铰接，第二转动臂45的一端设有接头27，另一端与第一转动臂24铰接；第二转动臂45上设有齿轮传动机构26，齿轮传动机构26的每个齿轮上均设有齿轮转动轴25，从而增加齿轮的稳定性，齿轮转动轴25固定在第二转动臂45，齿轮传动机构26的输入齿轮与电机连接，并通过电源11驱动电机带动齿轮传动机构26的输入齿轮转动。
32.本实施例中可以实现第二转动臂45的伸长和回缩，在固定臂23上设置第一油缸，第一油缸能够驱动第一伸缩轴伸出或者缩回，第一伸缩轴连接至第一转动臂24上，由于第一转动臂24与固定臂23铰接，因此第一伸缩轴伸出或者缩回时可带动增大或者减小第一转动臂24的伸出距离；在第一转动臂24上设置第二油缸，第二油缸能够驱动第二伸缩轴伸出或者缩回，第二伸缩轴连接至第二转动臂45上，由于第二转动臂45与第一转动臂24铰接，因此第二伸缩轴伸出或者缩回时可带动增大或者减小第二转动臂45的伸出距离，通过上述方式实现第二转动臂45的伸长或者回缩，进而在合理的空间布置的条件下，设置在第二转动臂45端部的接头27可到达射流管的正下方。
33.接头27的外侧壁设有滚轮咬合齿31，滚轮咬合齿31与齿轮传动机构26的输出齿轮相啮合，当电机驱动齿轮传动机构26的输出齿轮转动时，齿轮传动机构26的输出齿轮带动接头27转动。
34.接头27的两端均具有螺纹口，且两个螺纹口分别与喷嘴34的螺旋口和射流管道的螺旋口相适配，转移机构能够驱动安装传送座16上的喷嘴至设定位置时，接头能够通过转动的方式与喷嘴的螺旋口和射流管道的螺旋口相配合。
35.如图7和图8所示，第二转动臂45的首端可设置夹爪，固定轴28通过自身金属结构与夹爪连接，用于夹持接头27，本实施例的固定轴28的数量为4个，其中两个位于接头27的一端，另外两个位于接头27的另外一端，具体的：固定轴28的一端通过轴承与夹爪的首端转动连接，另一端也通过轴承与接头27对应的端部转动连接，通过固定轴28只实现对接头27的径向方向的自由度，并在接头27轴向方向进行限位。当接头27上的滚轮咬合齿31可与齿轮传动机构26的齿轮之间实现绞合，在齿轮传动机构26的带动下，可实现接头27的转动实现喷嘴的转接。
36.本实施例中的射流管道32的螺旋口、接头27的两端及喷嘴螺旋口33具有相同的螺纹结构，能够实现对应二者的契合。
37.本实施例中更换喷嘴34的实施方式为：控制箱5中的控制器根据超声波探测仪1和多光谱探测仪2传递的信息，认为需要更换喷嘴34，并选定了喷嘴34的型号；升降台柱13带动安装传送座15朝上运动至喷嘴收纳库30的位置，此时喷嘴安装卡扣14安装在安装传送座15上，然后皮带传动装置启动，控制器控制皮带传动装置将喷嘴34传送至与喷嘴安装卡扣14相对的位置，控制器控制伸缩推动装置36推动该喷嘴34至喷嘴安装卡扣14上，直至喷嘴安装卡扣14夹持该喷嘴34；控制器控制与转动轴承19相连接的第二电机启动，令传送带20上的安装接收座16转移至连接组件29的第二接口的位置，然后发信号至信号接收装置39，将接收到的控制箱5传输的无线信号传输到电源及连接组件控制器37，电源及连接组件控制器37通过传输线40控制第三电机，为连接组件29提供了转动动力，此时喷嘴34与安装接收座16连接；然后与转动轴承19相连接的电机反向转动，令喷嘴34转移至射流管道32的下方；
令第一转动臂24和第二转动臂45伸长至喷嘴34的螺旋口和射流管道的螺旋口之间，然后驱动接头27转动，先令接头27下端的螺旋口与喷嘴34连接，然后驱动令接头27的上端与射流管道连接；反向转动传送带20，喷嘴安装卡扣14在弹性的作用下与喷嘴34分离。
38.拆卸喷嘴34时，令齿轮传动机构转动，反向驱动接头27直至接头27与射流管道取消连接，然后令安装接收座16转动，直至喷嘴安装卡扣14夹持喷嘴34，然后令齿轮传动机构转动，直至接头27与喷嘴34取消连接，安装接收座16转动至安装传送座15的位置，驱动连接组件29转动，直至喷嘴34传送至安装传送座15上，然后通知工作人员，将报废的喷嘴34取走。
39.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：包括喷嘴收纳库（30）和喷嘴安装卡扣（14），所述喷嘴收纳库（30）内具有若干个喷嘴，所述喷嘴安装在执行机构上，使得所述执行机构能够将喷嘴转移至所述喷嘴安装卡扣（14）上；还包括安装传送座（15）和安装接收座（16），所述喷嘴安装卡扣（14）上设有可转动的连接组件（29），所述连接组件（29）的两端分别具有第一接口（38）和第二接口（41），所述安装传送座（15）和安装接收座（16）能够分别通过所述第一接口（38）和第二接口（41）可拆卸的连接至所述连接组件（29）上，使得所述连接组件（29）转动时，所述安装传送座（15）与第一接头（27）脱离连接，同时所述第二接头（27）连接至所述安装接收座（16）上；所述安装接收座（16）固定在转移机构上；还包括可转动的接头（27），所述接头（27）的两端均具有螺纹口，且两个所述螺纹口分别与喷嘴的螺旋口和射流管道（32）的螺旋口相适配，所述转移机构能够驱动所述安装传送座（15）上的喷嘴至设定位置时，所述接头（27）能够与喷嘴的螺旋口和射流管道（32）的螺旋口相配合。2.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：还包括超声波探测仪（1）和多光谱探测仪（2），所述超声波探测仪（1）安装在射流管道（32）上，所述超声波探测仪（1）能够获取喷嘴振动产生的声波信息，所述多光谱探测仪（2）用于获取岩体的位置，还包括分析模块，所述分析模块基于所述超声波探测仪（1）和多光谱探测仪（2）传递的信息判断是否需要更换喷嘴。3.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：所述接头（27）安装在第二转动臂（45）上，所述第二转动臂（45）与第一转动臂（24）铰接，使得所述第一转动臂（24）和第二转动臂（45）能够通过相对转动的方式调整所述接头（27）的位置。4.根据权利要求3所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：所述接头（27）的外侧设有滚轮咬合齿（31），还包括齿轮传动机构（26），所述齿轮传动机构（26）的输入齿轮与第一电机的输入轴连接，所述齿轮传动机构（26）的输出齿轮与滚轮咬合齿（31）啮合。5.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：所述执行机构包括皮带传动机构（35）和伸缩推动装置（36），所述喷嘴放置于皮带传动机构（35）的皮带上，使得所述伸缩推动装置（36）能够推动所述喷嘴至喷嘴安装卡扣（14）上。6.根据权利要求5所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：所述喷嘴安装卡扣（14）设有开口，并且所述喷嘴安装卡扣（14）具有弹性，使得所述喷嘴通过开口进入喷嘴安装卡扣（14）内时，所述喷嘴安装卡扣（14）的弹性能够夹持所述喷嘴。7.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：所述转移机构包括转动轴承（19）和转动带（20），所述转动带（20）与转动轴承（19）绞合连接，所述转动轴承（19）与第二电机的输出轴相连接，所述安装接收座（16）固定在转动带（20）上。8.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：所述安装传送座（15）固定在可升降柱上，所述可升降柱能够带动安装传送座（15）在竖直方向运动。9.根据权利要求3所述的磨料水射流喷嘴转换装置，其特征在于：所述接头（27）的两端均设有固定轴（28），所述固定轴（28）两端分别与所述转动臂（24）和接头（27）的端部转动连接。

技术总结
本发明涉及一种磨料水射流喷嘴转换装置，包括喷嘴收纳库和喷嘴安装卡扣，所述喷嘴收纳库内具有若干个喷嘴，所述喷嘴安装在执行机构上；还包括安装传送座和安装接收座，所述喷嘴安装卡扣上设有可转动的连接组件，所述连接组件的两端分别具有第一接口和第二接口，所述安装传送座和安装接收座能够分别通过所述第一接口和第二接口可拆卸的连接至所述连接组件上；所述安装接收座固定在转移机构上；还包括可转动的接头，所述接头的两端均具有螺纹口，且两个所述螺纹口分别与喷嘴的螺旋口和射流管道的螺旋口相适配。本发明改变了人工手动更换喷嘴的途径，降低乃至避免了人工操作，减少了复杂环境下的危险性，有效地提升了射流掘进工作的效率。工作的效率。工作的效率。


技术研发人员：王满 葛兆龙 孟战成 周哲 牛泽华 李忠潭 汤积仁 刘文川 孙智勋 陈召繁
受保护的技术使用者：重庆大学 平顶山天安煤业股份有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/13