CN105834921B - 一种推摆式直驱超高压流体动力*** - Google Patents

一种推摆式直驱超高压流体动力*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种推摆式直驱超高压流体动力***，其包括箱体、伺服电机、直线导轨、丝母、滚珠丝杆、齿条、扇形齿轮、连接法兰、左连杆和右连杆；本发明伺服电机的旋转运动变为直线运动后，扇形齿轮绕中心轴在60度范围内左右摆动，扇形齿轮以中心轴的轴为基准点，扇形齿轮的上摆臂的长度a和扇形齿轮的下摆臂的长度b之比为3‑10：1，以此力矩倍数来提高左右增压器活塞的推力，本发明可靠性高、切割效率高、故障率少，易于推广应用。

Description

一种推摆式直驱超高压流体动力***
技术领域
本发明涉及一种推摆式直驱超高压流体动力***。
背景技术
超高压水射流切割机在国内外已普遍应用，其大多采用二种结构方式：一、液压驱动超高压发生器，这种驱动方式传动平稳、增压比大（1:20），但从动力来源的“液压***”分析，其结构较复杂，机器的长期运转中经常出现液压***故障，这类故障除了油泵、液压件本身外，再就是油的清洁问题造成液压***事故的频发。液压***油的清洁是至关重要的，在机器设计与制造中是可以保证的，但由于工作环境等原因，往往在定期维护更换有关密封件、换油等工作中不可避免地带入杂质，而细小的杂质会使液压***出故障。二、直驱式超高压发生器：该驱动方式是采用机械传动结构直接推动增压器***，也就是电机通过变速机构，变速机构带动曲轴旋转，将旋转运动改变为直线运动，曲轴上三连杆曲柄直接推动增压器三个缸工作，将高压水推出，从而产生高压动能流体（测试流体基液为水）；虽然它的结构简单，制造成本低于前者，但是它的往复运动频率一般在750次/min左右，而前者往复运动的频率在50-120次/min(双向），这种高转速造成了动力***和增压***的相关部件及易损件使用寿命低，更换的频率高，提高了使用成本。虽可用降低转速提高使用寿命，但是它的三个活塞杆直径在8mm左右，如果加大直径，在出水端的出水量相同情况下，虽然可以降低旋转速度，但直径的加大就会使增压器内部总体压力加大，虽然单位面积压力与原尺寸相同，但总体面积大了，加大压力使***无法承受。
上述两种流体射流高压***中的动力传动***故障率较高、成本高、维修或更换易损件频繁，生产效率随之降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠性高、能耗低、使用成本低、故障率少的推摆式直驱超高压流体动力***。
本发明采用如下技术方案：
本发明包括箱体、伺服电机、直线导轨、丝母、滚珠丝杆、齿条、扇形齿轮、连接法兰、左连杆和右连杆；扇形齿轮的中心轴设置在扇形齿轮下部，中心轴中心的上部为上摆臂，上摆臂的长度为a，中心轴中心的下部为下摆臂，下摆臂的长度为b，则a：b=3-10：1；所述直线导轨安装在所述箱体上端，所述扇形齿轮通过中心轴固定安装在所述箱体内，扇形齿轮的下摆臂与所述连接法兰固定连接，所述连接法兰两端分别通过轴与所述左连杆和右连杆的一端连接，所述左连杆另一端与左增压器的活塞连接，所述右连杆的另一端和右增压器的活塞连接；所述箱体上部固定安装所述滚珠丝杆，所述滚珠丝杆一端与所述伺服电机的输出轴连接，在所述滚珠丝杆上安装所述丝母，所述丝母上端与直线导轨连接，所述丝母下端与所述齿条固定连接，所述齿条与所述扇形齿轮上摆臂的齿轮啮合；所述扇形齿轮左右摆动的角度为40˚-90˚。
本发明所述扇形齿轮的上摆臂的长度与扇形齿轮的下摆臂的长度比为6：1。
本发明所述扇形齿轮左右摆动的角度为60˚。
本发明所述伺服电机的功率为1-15KW。
本发明所述伺服电机的功率为5KW。
本发明积极效果如下：本发明将伺服电机的旋转运动变为直线运动后，扇形齿轮绕中心轴在40˚-90˚范围内左右摆动，优选为60˚范围内左右摆动，扇形齿轮以中心轴为基准点，扇形齿轮的上摆臂的长度a和扇形齿轮的下摆臂的长度b之比为3-10：1，优选为6：1，以此力矩倍数来提高左右增压器活塞的推力。
使用本发明动力***的水射流切割机在切割时达到了4.0L/min以上的最大高压出水量，使切割速度明显比现有技术提高21.8%；维护维修成本是现有技术维修成本的42%，降低了使用成本，增压器的可靠性提高，本发明伺服电机功率最佳为1-15KW，优选功率为5KW，伺服电机功率为5KW时电能消耗比原来降低7.4倍；且整机制造成本降低4.82%；本发明可靠性高、切割效率高、故障率少，易于推广应用。
附图说明
附图1为本发明结构示意图。
在附图中：1伺服电机、2直线导轨、3丝母、4滚珠丝杆、5齿条、6扇形齿轮、7连接法兰、8左连杆、9右连杆、10箱体、11中心轴。
具体实施方式
如附图1所示，本发明包括箱体10、伺服电机1、直线导轨2、丝母3、滚珠丝杆4、齿条5、扇形齿轮6、连接法兰7、左连杆8和右连杆9；扇形齿轮6的中心轴11设置在扇形齿轮6下部，中心轴11中心的上部为上摆臂，上摆臂的长度为a，中心轴11中心的下部为下摆臂，下摆臂的长度为b，则a：b=3-10：1，优选为a：b=6：1；所述直线导轨2安装在所述箱体10上端，所述扇形齿轮6通过中心轴11固定安装在所述箱体10内，扇形齿轮6的下摆臂与所述连接法兰7固定连接，所述连接法兰7两端分别通过轴与所述左连杆8和右连杆9的一端连接，所述左连杆8另一端与左增压器的活塞连接，所述右连杆9的另一端和右增压器的活塞连接；所述箱体10上部固定安装所述滚珠丝杆4，所述滚珠丝杆4一端与所述伺服电机1的输出轴连接，所述伺服电机1的功率为1-15KW，优选为5KW，在所述滚珠丝杆4上安装所述丝母3，所述丝母3上端与直线导轨2连接，所述丝母3下端与所述齿条5固定连接，所述齿条5与所述扇形齿轮6上摆臂的齿轮啮合；所述扇形齿轮6左右摆动的角度为40˚-90˚，优选为60˚。
本发明在工作时，滚珠丝杆4在伺服电机1的驱动下使丝杆4旋转带动丝母3在直线导轨2做直线往复运动，从而带动与齿条5啮合的扇形齿轮6转动，当伺服电机1做正反转旋转时，扇形齿轮6围绕中心轴在40˚-90˚范围内往复旋转摆动，优选为60˚，使左连杆8和右连杆9摆动的同时做直线往复运动，推动左、右增压器的活塞做直线往复运动并将高压水推出。本发明上摆臂通过动力传递端的齿条与齿轮啮合,沿中心轴旋转；中心轴的中心至左连杆8和右连杆9轴线中心为下摆臂，推动活塞运动。
本发明伺服电机的旋转运动变为直线运动后，扇形齿轮6绕中心轴在40˚-90˚范围内往复旋转摆动，优选为60˚，扇形齿轮以中心轴的轴为基准点，扇形齿轮的上摆臂的长度a和扇形齿轮的下摆臂的长度b之比为3-10：1，优选为6：1，以此力矩倍数来提高左、右增压器活塞的推力，往复频率控制在50-120次/min(双向频率），既提高了使用寿命，又去除了繁琐的液压***。使用本发明动力***的水射流切割机在切割时达到了4.0L/min以上的最大高压出水量，使切割速度明显比现有技术提高21.8%；维护维修成本是现有技术维修成本的42%，降低了使用成本，增压器的可靠性提高，本发明伺服电机功率最佳为5KW，可使电能消耗比原来降低7.4倍；且整机制造成本降低4.82%；本发明可靠性高、切割效率高、故障率少，易于推广应用。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施例的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种推摆式直驱超高压流体动力***，其特征在于其包括箱体（10）、伺服电机（1）、直线导轨（2）、丝母（3）、滚珠丝杆（4）、齿条（5）、扇形齿轮（6）、连接法兰（7）、左连杆（8）和右连杆（9）；
扇形齿轮（6）的中心轴（11）设置在扇形齿轮（6）下部，中心轴（11）中心的上部为上摆臂，上摆臂的长度为a，中心轴（11）中心的下部为下摆臂，下摆臂的长度为b，则a：b=3-10：1；
所述直线导轨（2）安装在所述箱体（10）上端，所述扇形齿轮（6）通过中心轴（11）固定安装在所述箱体（10）内，扇形齿轮（6）的下摆臂与所述连接法兰（7）固定连接，所述连接法兰（7）两端分别通过轴与所述左连杆（8）和右连杆（9）的一端连接，所述左连杆（8）另一端与左增压器的活塞连接，所述右连杆（9）的另一端和右增压器的活塞连接；所述箱体（10）上部固定安装所述滚珠丝杆（4），所述滚珠丝杆（4）一端与所述伺服电机（1）的输出轴连接，在所述滚珠丝杆（4）上安装所述丝母（3），所述丝母（3）上端与直线导轨（2）连接，所述丝母（3）下端与所述齿条（5）固定连接，所述齿条（5）与所述扇形齿轮（6）上摆臂的齿轮啮合；所述扇形齿轮（6）左右摆动的角度为40˚-90˚。
2.根据权利要求1所述的一种推摆式直驱超高压流体动力***，其特征在于所述扇形齿轮（6）的上摆臂的长度与扇形齿轮（6）的下摆臂的长度比为6：1。
3.根据权利要求1或2所述的一种推摆式直驱超高压流体动力***，其特征在于所述扇形齿轮（6）左右摆动的角度为60˚。
4.根据权利要求3所述的一种推摆式直驱超高压流体动力***，其特征在于所述伺服电机（1）的功率为1-15KW。
5.根据权利要求4所述的一种推摆式直驱超高压流体动力***，其特征在于所述伺服电机（1）的功率为5KW。
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