CN109085011B - 一种用于在役设备微损取样的便携式取样机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，包括刀具、用于驱动刀具旋转的主机、用于驱动刀具进行摆动的摆动单元、设置在摆动单元和刀具之间用于将摆动单元的动力转化成刀具摆动力的摆臂，取样时，主机驱动刀具绕其中轴线旋转，摆动单元通过摆臂驱动刀具在其中轴线所在平面内做摆动，实现金属取样。与现有技术相比，本发明针对在役设备现场可以快速微损采样，采样时间短、效率高、采样尺寸可控。本发明所提出的采样机具有结构简单、体积小、重量轻、携带方便、固定方法简单等优点。

Description

一种用于在役设备微损取样的便携式取样机

技术领域

本发明涉及特种设备检测技术领域，具体涉及一种用于在役设备微损取样的便携式取样机。

背景技术

石油化工和核电等领域的特种设备长期在高温、高压和腐蚀性或放射性环境中服役，经过若干年运行后，这些设备的材质是否还能保持初始状态还是已经发生劣化的问题成为人们关注的重点之一。对在役设备材质状态的评估目前最有效的方法是现场取样，但是又不允许在在役设备上取大的试样，仅能取下微小的试样。这就要求仅对在役设备进行微损取样，制作成微小试样进行小冲杆试验或者液压鼓胀试验。例如，针对在役设备微试样取样而言，以最接近的现有技术在中国专利文献中亦有披露：CN101308063A公告了在役设备微试样电火花线切割取样装置，包括传动轮和电源，该装置还包括导向轮、电极丝、平板支架、导向架。导向轮和导向架分别固定在平板支架上，平板支架固定在箱体上，由脉冲电动机传动的传动轮也固定在箱体上；电极丝套在导向轮、传动轮和导向架上，电极丝的布置呈凹槽形，突出在导向架的外面；电极丝在服役设备表层下部表面平行切割，切取微试样，然后再垂直退出。

从上述在役设备微试样电火花线切割取样装置可以看出特种设备在役取样是一种用于检测石油化工和核电领域安全生产的基础性保证。在役设备微试样取样技术是从在役设备上取样的关键设备，又是限制现有微试样测试技术向着快速高效方向发展的瓶颈。所以，一方面要保证能够从各种在役设备，如管道、容器、球罐等上面取下微小的试样以便进行后续试验分析，另一方面又要实现快速、便捷、高效地取样，而不对现场生产过程造成较大的影响。故此，生产实践中对于在役设备微损金属取样机及其制备方法又提出了新的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安装、取样方便的用于在役设备微损取样的便携式取样机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，该取样机包括刀具、用于驱动刀具旋转的主机、用于驱动刀具进行摆动的摆动单元、设置在摆动单元和刀具之间用于将摆动单元的动力转化成刀具摆动力的摆臂，取样时，主机驱动刀具绕其中轴线旋转，摆动单元通过摆臂驱动刀具在其中轴线所在平面内做摆动，实现金属取样。

所述的刀具外壁呈球状，所述刀具的下部水平且开口，所述刀具的内部中空，所述刀具的顶部设有刀柄，刀柄沿着刀具中轴线设置。

所述的刀具开口所对应的球心角大于180°，刀具的半径为20～60mm。

所述主机沿着刀具的中轴线设置，所述主机的底部设有卡块，所述刀柄的上端固定在卡块中，所述主机通过固定块和调整块固定在摆臂上，刀柄呈圆柱形，可以安装在固定刀具的卡块的圆孔中并锁紧。

所述主机在固定块和调整块上的位置可调，调节的方向为沿着刀具中轴线所在直线。

所述主机垂直于刀具中轴线固定安装在摆臂上，且所述主机的连接转换器，所述转换器沿着刀具的中轴线设置，所述转换器的底部设有卡块，所述刀柄的上端固定在卡块中，所述转换器通过固定块和调整块固定在摆臂上，所述转换器用于改变主机的旋转角度及旋转方向。刀柄呈圆柱形，可以安装在固定刀具的卡块的圆孔中并锁紧。

所述转换器在固定块和调整块上的位置可调，调节的方向为沿着刀具中轴线所在直线。

所述摆动单元包括固定板、固定安装在固定板上的伺服步进电机和轴支架，所述轴支架上设有中心轴，所述中心轴的一端与摆臂的下端固定连接，所述中心轴的另一端通过联轴器与伺服步进电机连接。中心轴与摆臂下端的连接方式可以是平键、花键、过盈配合、锁紧螺母或夹板等方式。

所述中心轴的呈圆柱体形，其长度方向垂直于刀具的中轴线，所述刀具的球心位于中心轴轴线的延长线上，上下和左右偏差不大于1mm；所述中心轴的轴线距离固定板的距离为15～50mm，即刀具开口到刀具球心的距离略大于中心轴的轴线到固定板的距离，从而使得固定板在固定后，刀具开口能与带切割设备接触。

所述联轴器和中心轴之间设有扭矩放大器，起到减速和放大扭矩的作用，扭矩放大倍数在25～120之间。

为了防止所述的主机在切削过程中卡死，通过控制***检测主机的电流，当电流升高时，停止伺服步进电机的运动，当电流正常时，再启动伺服步进电机继续工作；在切削过程中控制伺服步进电机使进给角速度矢量为0.1度/秒～2度/秒。

本发明的工作原理如下：刀具在主机的驱动下以其中心轴为转轴进行高速旋转，刀具的高速旋转可以切割待取样设备的表面，而摆动单元驱动摆臂进行摆动，而在摆动的过程中，刀具随着摆臂一起摆动，刀具与待取样的设备有一个相对的位移，在该位移的同时刀具切割待取样设备，从而会在待取样设备表面得到试样，并收纳在刀具的内部。

安装时，分别整备构成切削刀具切削运动单元和构成进给运动单元的各部件：将切削刀具备置，把刀具与固定刀具的卡块定位后联接到转换器或主机，转换器通过调整块和固定块的协同作用分别与主机和摆臂联接起来，或者主机通过调整块和固定块的协同作用和摆臂联接起来，完成切削运动单元的装配；备置中心轴，把伺服步进电机和扭矩放大器通过联轴器联接并与固定板定位，保持同轴度要求，把中心轴与扭矩放大器和摆臂分别联接起来，完成进给运动单元的装配；编写运动控制单元的控制程序，分别控制主机的电流和伺服步进电机的角位移和角速度矢量。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)本发明的便携式在役设备微损金属取样机采样独特的球形刀具，该种刀具在实践中已经证明了是一种优良的适用于微试样采样的刀具。该种刀具取下一块厚度为2～7mm，底面直径20～50mm的球冠状试样的时间是60～80分钟，主机的功率为750～1200瓦，因此取样时间短，能耗很小。

(2)本发明所设计的取样的两个运动满足设计中的功能独立原理，高速切削运动和进给运动相互独立，互相不干扰；因此固定板固定好后，通过伺服步进电机调整摆臂的位置，可以在360度范围内任何角度进行采样；采样机结构简单、重量轻、操作灵活。

附图说明

图1为实施例1取样机的结构示意图；

图2为实施例1取样机安装的工艺流程示意图；

图3为实施例2取样机的结构示意图。

其中，1为刀具，2为卡块，3为固定块，4为转换器，5为调整块，6为摆臂，7为主机，8为伺服步进电机，9为联轴器，10为固定板，11为扭矩放大器，12为轴支架，13为中心轴。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其结构如图1所示，包括刀具1、用于驱动刀具1旋转的主机7、用于驱动刀具1进行摆动的摆动单元、设置在摆动单元和刀具1之间用于将摆动单元的动力转化成刀具1摆动力的摆臂6，取样时，主机7驱动刀具1绕其中轴线旋转，摆动单元通过摆臂6驱动刀具1在其中轴线所在平面内做摆动，实现金属取样。

刀具1外壁呈球状，刀具1的下部水平且开口，刀具1的内部中空，刀具1的顶部设有刀柄，刀柄沿着刀具1中轴线设置。刀具1开口所对应的球心角大于180°。

主机7垂直于刀具1中轴线固定安装在摆臂6上，且主机7的连接转换器4，转换器4沿着刀具1的中轴线设置，转换器4的底部设有卡块2，刀柄的上端固定在卡块2中，转换器4通过固定块3和调整块5固定在摆臂6上，转换器4用于改变主机7的旋转角度及旋转方向。刀柄呈圆柱形，可以安装在固定刀具1的卡块2的圆孔中并锁紧。

转换器4在固定块3和调整块5上的位置可调，调节的方向为沿着刀具1中轴线所在直线。

摆动单元包括固定板10、固定安装在固定板10上的伺服步进电机8和轴支架12，轴支架12上设有中心轴13，中心轴13的一端与摆臂6的下端固定连接，中心轴13的另一端通过联轴器9与伺服步进电机8连接。摆臂6旋转运动结构是本取样机的重要组成部分之一，摆臂呈“甲”字形，上部宽阔的部分加工长圆孔和螺纹孔(附图中未示出)，以便与主机7和转换器4联接，并能调整主机和转换器与摆臂之间的相对位置；中心轴13与摆臂6下端的连接方式可以是平键、花键、过盈配合、锁紧螺母或夹板等方式。

中心轴13的呈圆柱体形，其长度方向垂直于刀具1的中轴线，刀具1的球心位于中心轴13轴线的延长线上，上下和左右偏差不大于1mm；中心轴13的轴线距离固定板10的距离为15～50mm。

联轴器9和中心轴13之间设有扭矩放大器11，起到减速和放大扭矩的作用，扭矩放大倍数在25～120之间。

为了防止主机7在切削过程中卡死，通过控制***检测主机7的电流，当电流升高时，停止伺服步进电机8的运动，当电流正常时，再启动伺服步进电机8继续工作；在切削过程中控制伺服步进电机8使进给角速度矢量为0.1度/秒～2度/秒。

安装时，其具体过程如图2所示，分别制备构成切削刀具切削运动单元和构成进给运动单元的各部件：将切削刀具备置，把刀具与固定刀具的卡块定位后联接到转换器，转换器通过调整块和固定块的协同作用分别与主机和摆臂联接起来，完成切削运动单元的装配；备置中心轴，把伺服步进电机和扭矩放大器通过联轴器联接并与固定板定位，保持同轴度要求，把中心轴与扭矩放大器和摆臂分别联接起来，完成进给运动单元的装配；编写运动控制单元的控制程序，分别控制主机的电流和伺服步进电机的角位移和角速度矢量。

实施例2

采用与实施例1类似的取样机，其结构如图3所示，具体不同之处在于：

主机7沿着刀具1的中轴线设置，主机7的底部设有卡块2，刀柄的上端固定在卡块2中，主机7通过固定块3和调整块5固定在摆臂6上，刀柄呈圆柱形，可以安装在固定刀具1的卡块2的圆孔中并锁紧。主机7在固定块3和调整块5上的位置可调，调节的方向为沿着刀具1中轴线所在直线。

Claims (9)

1.一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，该取样机包括刀具(1)、用于驱动刀具(1)旋转的主机(7)、用于驱动刀具(1)进行摆动的摆动单元、设置在摆动单元和刀具(1)之间用于将摆动单元的动力转化成刀具(1)摆动力的摆臂(6)；所述摆动单元包括固定板(10)、固定安装在固定板(10)上的伺服步进电机(8)和轴支架(12)，所述轴支架(12)上设有中心轴(13)，所述中心轴(13)的一端与摆臂(6)的下端固定连接，所述中心轴(13)的另一端通过联轴器(9)与伺服步进电机(8)连接；所述主机(7)通过固定块(3)和调整块(5)固定在摆臂(6)上；

取样时，主机(7)驱动刀具(1)绕其中轴线旋转，摆动单元通过摆臂(6)驱动刀具(1)在其中轴线所在平面内做摆动，实现金属取样，具体而言：刀具(1)在主机(7)的驱动下以其中心轴为转轴进行高速旋转，刀具(1)的高速旋转可以切割待取样设备的表面，而摆动单元驱动摆臂(6)进行摆动，而在摆动的过程中，刀具(1)随着摆臂(6)一起摆动，刀具(1)与待取样的设备有一个相对的位移，在该位移的同时刀具(1)切割待取样设备，从而会在待取样设备表面得到试样，并收纳在刀具(1)的内部。

2.根据权利要求1所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述的刀具(1)外壁呈球状，所述刀具(1)的下部水平且开口，所述刀具(1)的内部中空，所述刀具(1)的顶部设有刀柄，刀柄沿着刀具(1)中轴线设置。

3.根据权利要求2所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述的刀具开口所对应的球心角大于180°。

4.根据权利要求2所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述主机(7)沿着刀具(1)的中轴线设置，所述主机(7)的底部设有卡块(2)，所述刀柄的上端固定在卡块(2)中，所述主机(7)通过固定块(3)和调整块(5)固定在摆臂(6)上。

5.根据权利要求4所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述主机(7)在固定块(3)和调整块(5)上的位置可调，调节的方向为沿着刀具(1)中轴线所在直线。

6.根据权利要求2所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述主机(7)垂直于刀具(1)中轴线固定安装在摆臂(6)上，且所述主机(7)连接转换器(4)，所述转换器(4)沿着刀具(1)的中轴线设置，所述转换器(4)的底部设有卡块(2)，所述刀柄的上端固定在卡块(2)中，所述转换器(4)通过固定块(3)和调整块(5)固定在摆臂(6)上，所述转换器(4)用于改变主机(7)的旋转角度及旋转方向。

7.根据权利要求6所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述转换器(4)在固定块(3)和调整块(5)上的位置可调，调节的方向为沿着刀具(1)中轴线所在直线。

8.根据权利要求1所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述中心轴(13)呈圆柱体形，其长度方向垂直于刀具(1)的中轴线，所述刀具(1)的球心位于中心轴(13)轴线的延长线上，所述中心轴(13)的轴线距离固定板(10)的距离为15～50mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于在役设备微损取样的便携式取样机，其特征在于，所述联轴器(9)和中心轴(13)之间设有扭矩放大器(11)。

Images