水刀切割装置的设计

水刀切割装置的设计

报废弹头是指因超期、变质、事故等原因造成的不能使用的各种手榴弹的总称。近年来,炮弹在国内外获得迅速发展,各种型号和用途的炮弹也不断推陈出新,它们在维护世界和平和国家安全方面起着越来越重要的作用。随着时间的推移,一些单位积存了一些报废的炮弹,如果不进行及时处理,就潜在爆炸危险,给部队的安全和稳定带来一定的影响,并有可能污染周围的生态环境。报废弹药的处理销毁及贮运是一项非常危险的工作,稍有不慎,极易发生事故,造成人员伤亡与财产损失,因此,炮弹的报废应当寻求安全、有效的处理方式。过去在废弹药的销毁过程中发生的安全事故并不少见,如1993年,山西某院校用烧毁法销毁废弹药时发生爆炸事故;2001年,新疆某部队在运输废弹药的过程中发生爆炸事故,死伤多人,并造成恶劣的社会影响。利用水射流切割设备处理炮弹安全可靠而且不污染环境。“超高压水切割弹药销毁系统”应用超高压水射流“冷态切割”这一高新技术,将弹体切开,并利用高压水冲洗使炸药和弹体分离,再分别销毁和回收钢材和炸药。用来对超过服役期、战争遗留、工地掘出、江河湖海中出水、难以拆解以及试验解剖的各类废旧弹药进行拆分处理。采用此方法安全可靠,成本低,且可回收物资再用,具有良好的安全性和经济价值。新型结构特点:水射流的流速要达到2～3倍的音速,压力要高达400MPa以上,采取一系列防磨损的措施,保证水射流机的可靠性和寿命。尤其是高压泵和喷嘴的寿命。目前高压泵和阀体的寿命可达6000h,喷嘴的寿命可达2000h。1旋转切割方案在传统的炮弹切割过程当中,安全是切割过程中最大的难题。现有的普通的废旧炮弹的处理方法是报废处理人员近距离进行人工操作,而炮弹水刀切割装置则是利用高压水射流对炮弹进行自动切割。整个切割过程只需要操作人员在安全位置对操作机构进行远程操作,然而这就涉及到炮弹的定位与夹紧问题。考虑到炮弹的外形是回转体结构,在设计中采用了车床三爪卡盘定位夹紧装置。这样既解决了夹紧问题,同时由于三爪卡盘有自动定心功能,又解决了炮弹的定位问题,其中,夹紧力由液压缸来提供。炮弹外形图如图1所示。由于炮弹的旋转体外形,利用水刀要将炮弹整体切开,只有两种方法,即横向和纵向切割。采用横向切割后的炮弹已完全可以安全方便地进行后续回收以及报废处理。而相比之下,纵向的切割量要比横向的切割量大得多,而且在切割过程中需要炮弹或切割头有更大的行程。综合考虑以上因素,采用横型切割的方案比较好。横行切割的过程中同样存在问题,如果从弹体的两侧开始进行切割,刚开始水刀切割的是一个炮弹的壁厚,但一旦切深到内部,水刀切割的则是两个弹体的壁厚。而且由于水刀喷嘴喷出的水经过与空气的摩擦以及其他因素的影响,只有在距喷嘴口处一定的距离才会起切割作用,这样就无法实现炮弹的一次性切割完毕,切割一面后需将炮弹进行翻转再进行另一面的切割。这样就使整个切割过程仍然无法实现自动化。考虑到以上问题,拟采用旋转切割的方法,即水刀在切割的同时,炮弹在旋转,这样当炮弹旋转一周后即可切割完毕一颗炮弹。炮弹的旋转是由液压马达带动小齿轮,经过齿轮齿圈传动,使液动三爪卡盘转动来实现的。旋转切割法可以大幅度减小了水刀的切割力和行走,提高了整个水刀系统的寿命。可选择的切割位置如图2、3所示。炮弹在进行完横向切割后,就是弹体和弹药的后续分离工作,采用高压水射流进行弹药和弹体的分离。具体就是利用高压水射流对弹药进行冲洗,由于高压水射流喷出来的是水柱,直接冲洗则只能冲洗出一个点来,所以让冲药头在喷水进行冲药的同时沿z向从卡盘中心线到弹壳内壁来回行走再加上炮弹的旋转使冲药完全彻底。冲药图如图4所示。由于考虑到废旧炮弹切割过程当中的安全问题,所以销毁系统做成全自动运行的系统,即能在无人状态下对一定数量的炮弹进行自动处理,这就需要有一个储备炮弹的装置。装置图如图5所示。用一个储弹装置来储备一定量的炮弹,而且炮弹的自动供给则是将储弹装置的底板做成斜面,利用炮弹的自重产生的滚动来实现每次炮弹的供给,又由于炮弹的供给只能是一次一个,所以还有一个限料装置来共同完成这个动作。限料装置的运动由液压柱来实现。整个机构图如图6所示。其中由于是利用水刀来处理炮弹,需要有高压水射流,就必须配备一套液压系统,来提供足够的压力,以实现整个切割装置的运动。切割头和冲药头的行走、限料板的运动、炮弹运动时推动力的供给以及卡盘的夹紧全部由液压系统来实现,液动三爪卡盘的运动则是由液压马达来提供动力。考虑到推动炮弹的液压柱推动距离较大,为解决由于重力引起的前端下垂问题,可以选择二级液压柱。整个系统的运动靠液压驱动,增加了整套切割装置的机动灵活性与安全平稳性。冲药过程相当于一个二轴联动机床,由炮弹的旋转运动和冲药头的上下运动进行合成,反复几次就可完成冲药工作。2家庭暴力切割炮弹水刀切割机床的整体运动过程如下:待切割炮弹首先放在储弹夹中,需要炮弹时储弹夹打开,炮弹在重力的作用下滚入带滚轮的放弹夹中,并由限料机构来控制使每次只滚入一颗炮弹,当炮弹滚入到V型槽时,限料机构自动关闭。这时推动炮弹前进的液压柱开始运动,将炮弹推向液动三爪卡盘,同时由一个检测机构来检测炮弹的位置,当炮弹到达了适当的位置时液压柱暂停推动,液动三爪卡盘开始夹紧。夹紧后,卡盘开始旋转,切割头启动,开始对炮弹进行切割。当炮弹旋转一周后即切割完毕后,切割头停止工作,冲药头开始启动,上下运动冲洗弹药(冲药时间可由第一次试切进行确定),使弹药和弹体分离。其中,整个切割过程和冲药过程液动三爪卡盘一直做旋转运动。冲药完成后,冲药头停止喷水,回归原位置,同时液动三爪卡盘停止转动,卡盘张开,推弹液压柱继续推动炮弹向外运动,直到将炮弹推到箱体外,然后液压柱收回,为推动下一颗炮弹做好准备。限料机构打开,炮弹滚入到V型槽,进行新一颗炮弹的切割,如此循环。一批炮弹切割完毕,停机清理销毁完毕的炮弹并装入新一批要处理的废旧炮弹。根据对整个切割过程的分析,下面对各个工作部分进行详细的设计说明。2.1储弹夹和出弹夹的设计机床的主要进给部分由推动液压柱和V型槽组成,另外还包括带有限料机构的储弹夹、出弹夹等。经过计算直接进行液压柱的选型,运用液压柱可以保证有足够的推动力、良好的运动平稳性;V型槽则是由各个铸造的零件焊接组装而成,有良好的刚性和定位稳定性;滚轮全部由滚动轴承支撑,以减小摩擦阻力,从而减小液压柱对弹体后部的推动冲击力,提高安全性,降低能消耗;防滑减震套减小振动产生的冲击力,降低对弹体的振动,降低危险,提高安全性。设计结构如图7所示。储弹夹的底板焊接成与水平面倾斜一定的角度,这样可以利用炮弹自身的重力滚入到V型槽中,减少了不必要的运动机构,降低了设计难度和制造成本;液压柱提供动力给隔板,用来限制炮弹的进出。其结构如图8所示。出弹夹采用了矩形槽,底板是由滚轮排列而成的,用滚动摩擦代替滑动摩擦,减小摩擦阻力。报废后的炮弹滚动比较方便,顺利地排到废品区。整个结构设计简单科学,结构如图9所示。2.2传动机构设计在液动三爪卡盘的传动中,采用液压马达,使三爪卡盘旋转。低速液压马达的特点是转速低、排量大,直接和工作机连接,不需要另加减速机构。由于切割过程中所需的转速比较低,所以选择低速液压马达作为动力来源,直接带动卡盘转动,使传动机构大为简化。执行机构采用一级圆柱齿轮减速装置,在液动三爪卡盘上固定齿圈,将液压马达的动力直接传递到传动装置上,经由齿轮齿圈传动传递到卡盘上,实现减速和传递动力的作用,带动卡盘按要求转动。传动装置结构如图10所示。液动三爪卡盘是斜推块,其在液压缸的推动下工作,斜推块对卡爪的推动作用产生一个垂直轴心的分力,推动卡爪向中心移动来实现夹紧。卡爪和斜推快都在导槽的引导下运动,实现同步的向里运动,达到准备对工件定位的目的,结构如图11所示。2.3床身的切割机床的床身部分是整个机床的基础支承件,用来放置导轨、主轴箱等重要部件。床身有很好的静、动刚度,保持很好的热稳定性。结构为较大的箱体结构,由铸造成型,关键表面或配合表面为机加工产生。利用水刀进行切割,有大量的水喷射出来,而且在冲洗废旧炮弹、使弹体和弹药分离的过程中,有许多弹药和废水,所以床身设计为箱体结构,可以作为一个容器。在切割炮弹前,在箱体先装入适当的水,这样在切割时能够减缓水射流的冲击力,减小水射流的噪声。箱体结构如图12所示。3对环境的影响及意义炮弹切割装置是机电一体化装置,充分利用现在的电子技术,实现全自动加工和远程可视化控制,提高了切割系统的安全性和准确性。采用超高压水射流技术,对废旧炮弹进行处理,降低了炮弹处理的危险性,使炮弹销毁过程更加安全可靠