水刀切割裝置的設(shè)計(jì)

報(bào)廢彈頭是指因超期、變質(zhì)、事故等原因造成的不能使用的各種手榴彈的總稱。近年來(lái),炮彈在國(guó)內(nèi)外獲得迅速發(fā)展,各種型號(hào)和用途的炮彈也不斷推陳出新,它們?cè)诰S護(hù)世界和平和國(guó)家安全方面起著越來(lái)越重要的作用。隨著時(shí)間的推移,一些單位積存了一些報(bào)廢的炮彈,如果不進(jìn)行及時(shí)處理,就潛在爆炸危險(xiǎn),給部隊(duì)的安全和穩(wěn)定帶來(lái)一定的影響,并有可能污染周圍的生態(tài)環(huán)境。報(bào)廢彈藥的處理銷毀及貯運(yùn)是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的工作,稍有不慎,極易發(fā)生事故,造成人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失,因此,炮彈的報(bào)廢應(yīng)當(dāng)尋求安全、有效的處理方式。過(guò)去在廢彈藥的銷毀過(guò)程中發(fā)生的安全事故并不少見(jiàn),如1993年,山西某院校用燒毀法銷毀廢彈藥時(shí)發(fā)生爆炸事故;2001年,新疆某部隊(duì)在運(yùn)輸廢彈藥的過(guò)程中發(fā)生爆炸事故,死傷多人,并造成惡劣的社會(huì)影響。利用水射流切割設(shè)備處理炮彈安全可靠而且不污染環(huán)境。“超高壓水切割彈藥銷毀系統(tǒng)”應(yīng)用超高壓水射流“冷態(tài)切割”這一高新技術(shù),將彈體切開(kāi),并利用高壓水沖洗使炸藥和彈體分離,再分別銷毀和回收鋼材和炸藥。用來(lái)對(duì)超過(guò)服役期、戰(zhàn)爭(zhēng)遺留、工地掘出、江河湖海中出水、難以拆解以及試驗(yàn)解剖的各類廢舊彈藥進(jìn)行拆分處理。采用此方法安全可靠,成本低,且可回收物資再用,具有良好的安全性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。新型結(jié)構(gòu)特點(diǎn):水射流的流速要達(dá)到2～3倍的音速,壓力要高達(dá)400MPa以上,采取一系列防磨損的措施,保證水射流機(jī)的可靠性和壽命。尤其是高壓泵和噴嘴的壽命。目前高壓泵和閥體的壽命可達(dá)6000h,噴嘴的壽命可達(dá)2000h。1旋轉(zhuǎn)切割方案在傳統(tǒng)的炮彈切割過(guò)程當(dāng)中,安全是切割過(guò)程中最大的難題。現(xiàn)有的普通的廢舊炮彈的處理方法是報(bào)廢處理人員近距離進(jìn)行人工操作,而炮彈水刀切割裝置則是利用高壓水射流對(duì)炮彈進(jìn)行自動(dòng)切割。整個(gè)切割過(guò)程只需要操作人員在安全位置對(duì)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,然而這就涉及到炮彈的定位與夾緊問(wèn)題?？紤]到炮彈的外形是回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)中采用了車床三爪卡盤定位夾緊裝置。這樣既解決了夾緊問(wèn)題,同時(shí)由于三爪卡盤有自動(dòng)定心功能,又解決了炮彈的定位問(wèn)題,其中,夾緊力由液壓缸來(lái)提供。炮彈外形圖如圖1所示。由于炮彈的旋轉(zhuǎn)體外形,利用水刀要將炮彈整體切開(kāi),只有兩種方法,即橫向和縱向切割。采用橫向切割后的炮彈已完全可以安全方便地進(jìn)行后續(xù)回收以及報(bào)廢處理。而相比之下,縱向的切割量要比橫向的切割量大得多,而且在切割過(guò)程中需要炮彈或切割頭有更大的行程。綜合考慮以上因素,采用橫型切割的方案比較好。橫行切割的過(guò)程中同樣存在問(wèn)題,如果從彈體的兩側(cè)開(kāi)始進(jìn)行切割,剛開(kāi)始水刀切割的是一個(gè)炮彈的壁厚,但一旦切深到內(nèi)部,水刀切割的則是兩個(gè)彈體的壁厚。而且由于水刀噴嘴噴出的水經(jīng)過(guò)與空氣的摩擦以及其他因素的影響,只有在距噴嘴口處一定的距離才會(huì)起切割作用,這樣就無(wú)法實(shí)現(xiàn)炮彈的一次性切割完畢,切割一面后需將炮彈進(jìn)行翻轉(zhuǎn)再進(jìn)行另一面的切割。這樣就使整個(gè)切割過(guò)程仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。考慮到以上問(wèn)題,擬采用旋轉(zhuǎn)切割的方法,即水刀在切割的同時(shí),炮彈在旋轉(zhuǎn),這樣當(dāng)炮彈旋轉(zhuǎn)一周后即可切割完畢一顆炮彈。炮彈的旋轉(zhuǎn)是由液壓馬達(dá)帶動(dòng)小齒輪,經(jīng)過(guò)齒輪齒圈傳動(dòng),使液動(dòng)三爪卡盤轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)切割法可以大幅度減小了水刀的切割力和行走,提高了整個(gè)水刀系統(tǒng)的壽命。可選擇的切割位置如圖2、3所示。炮彈在進(jìn)行完橫向切割后,就是彈體和彈藥的后續(xù)分離工作,采用高壓水射流進(jìn)行彈藥和彈體的分離。具體就是利用高壓水射流對(duì)彈藥進(jìn)行沖洗,由于高壓水射流噴出來(lái)的是水柱,直接沖洗則只能沖洗出一個(gè)點(diǎn)來(lái),所以讓沖藥頭在噴水進(jìn)行沖藥的同時(shí)沿z向從卡盤中心線到彈殼內(nèi)壁來(lái)回行走再加上炮彈的旋轉(zhuǎn)使沖藥完全徹底。沖藥圖如圖4所示。由于考慮到廢舊炮彈切割過(guò)程當(dāng)中的安全問(wèn)題,所以銷毀系統(tǒng)做成全自動(dòng)運(yùn)行的系統(tǒng),即能在無(wú)人狀態(tài)下對(duì)一定數(shù)量的炮彈進(jìn)行自動(dòng)處理,這就需要有一個(gè)儲(chǔ)備炮彈的裝置。裝置圖如圖5所示。用一個(gè)儲(chǔ)彈裝置來(lái)儲(chǔ)備一定量的炮彈,而且炮彈的自動(dòng)供給則是將儲(chǔ)彈裝置的底板做成斜面,利用炮彈的自重產(chǎn)生的滾動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)每次炮彈的供給,又由于炮彈的供給只能是一次一個(gè),所以還有一個(gè)限料裝置來(lái)共同完成這個(gè)動(dòng)作。限料裝置的運(yùn)動(dòng)由液壓柱來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)機(jī)構(gòu)圖如圖6所示。其中由于是利用水刀來(lái)處理炮彈,需要有高壓水射流,就必須配備一套液壓系統(tǒng),來(lái)提供足夠的壓力,以實(shí)現(xiàn)整個(gè)切割裝置的運(yùn)動(dòng)。切割頭和沖藥頭的行走、限料板的運(yùn)動(dòng)、炮彈運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)力的供給以及卡盤的夾緊全部由液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn),液動(dòng)三爪卡盤的運(yùn)動(dòng)則是由液壓馬達(dá)來(lái)提供動(dòng)力?？紤]到推動(dòng)炮彈的液壓柱推動(dòng)距離較大,為解決由于重力引起的前端下垂問(wèn)題,可以選擇二級(jí)液壓柱。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)靠液壓驅(qū)動(dòng),增加了整套切割裝置的機(jī)動(dòng)靈活性與安全平穩(wěn)性。沖藥過(guò)程相當(dāng)于一個(gè)二軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床,由炮彈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沖藥頭的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行合成,反復(fù)幾次就可完成沖藥工作。2家庭暴力切割炮彈水刀切割機(jī)床的整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下:待切割炮彈首先放在儲(chǔ)彈夾中,需要炮彈時(shí)儲(chǔ)彈夾打開(kāi),炮彈在重力的作用下滾入帶滾輪的放彈夾中,并由限料機(jī)構(gòu)來(lái)控制使每次只滾入一顆炮彈,當(dāng)炮彈滾入到V型槽時(shí),限料機(jī)構(gòu)自動(dòng)關(guān)閉。這時(shí)推動(dòng)炮彈前進(jìn)的液壓柱開(kāi)始運(yùn)動(dòng),將炮彈推向液動(dòng)三爪卡盤,同時(shí)由一個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)檢測(cè)炮彈的位置,當(dāng)炮彈到達(dá)了適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)液壓柱暫停推動(dòng),液動(dòng)三爪卡盤開(kāi)始夾緊。夾緊后,卡盤開(kāi)始旋轉(zhuǎn),切割頭啟動(dòng),開(kāi)始對(duì)炮彈進(jìn)行切割。當(dāng)炮彈旋轉(zhuǎn)一周后即切割完畢后,切割頭停止工作,沖藥頭開(kāi)始啟動(dòng),上下運(yùn)動(dòng)沖洗彈藥(沖藥時(shí)間可由第一次試切進(jìn)行確定),使彈藥和彈體分離。其中,整個(gè)切割過(guò)程和沖藥過(guò)程液動(dòng)三爪卡盤一直做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。沖藥完成后,沖藥頭停止噴水,回歸原位置,同時(shí)液動(dòng)三爪卡盤停止轉(zhuǎn)動(dòng),卡盤張開(kāi),推彈液壓柱繼續(xù)推動(dòng)炮彈向外運(yùn)動(dòng),直到將炮彈推到箱體外,然后液壓柱收回,為推動(dòng)下一顆炮彈做好準(zhǔn)備。限料機(jī)構(gòu)打開(kāi),炮彈滾入到V型槽,進(jìn)行新一顆炮彈的切割,如此循環(huán)。一批炮彈切割完畢,停機(jī)清理銷毀完畢的炮彈并裝入新一批要處理的廢舊炮彈。根據(jù)對(duì)整個(gè)切割過(guò)程的分析,下面對(duì)各個(gè)工作部分進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明。2.1儲(chǔ)彈夾和出彈夾的設(shè)計(jì)機(jī)床的主要進(jìn)給部分由推動(dòng)液壓柱和V型槽組成,另外還包括帶有限料機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)彈夾、出彈夾等。經(jīng)過(guò)計(jì)算直接進(jìn)行液壓柱的選型,運(yùn)用液壓柱可以保證有足夠的推動(dòng)力、良好的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性;V型槽則是由各個(gè)鑄造的零件焊接組裝而成,有良好的剛性和定位穩(wěn)定性;滾輪全部由滾動(dòng)軸承支撐,以減小摩擦阻力,從而減小液壓柱對(duì)彈體后部的推動(dòng)沖擊力,提高安全性,降低能消耗;防滑減震套減小振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力,降低對(duì)彈體的振動(dòng),降低危險(xiǎn),提高安全性。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖7所示。儲(chǔ)彈夾的底板焊接成與水平面傾斜一定的角度,這樣可以利用炮彈自身的重力滾入到V型槽中,減少了不必要的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),降低了設(shè)計(jì)難度和制造成本;液壓柱提供動(dòng)力給隔板,用來(lái)限制炮彈的進(jìn)出。其結(jié)構(gòu)如圖8所示。出彈夾采用了矩形槽,底板是由滾輪排列而成的,用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦,減小摩擦阻力。報(bào)廢后的炮彈滾動(dòng)比較方便,順利地排到廢品區(qū)。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單科學(xué),結(jié)構(gòu)如圖9所示。2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在液動(dòng)三爪卡盤的傳動(dòng)中,采用液壓馬達(dá),使三爪卡盤旋轉(zhuǎn)。低速液壓馬達(dá)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低、排量大,直接和工作機(jī)連接,不需要另加減速機(jī)構(gòu)。由于切割過(guò)程中所需的轉(zhuǎn)速比較低,所以選擇低速液壓馬達(dá)作為動(dòng)力來(lái)源,直接帶動(dòng)卡盤轉(zhuǎn)動(dòng),使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用一級(jí)圓柱齒輪減速裝置,在液動(dòng)三爪卡盤上固定齒圈,將液壓馬達(dá)的動(dòng)力直接傳遞到傳動(dòng)裝置上,經(jīng)由齒輪齒圈傳動(dòng)傳遞到卡盤上,實(shí)現(xiàn)減速和傳遞動(dòng)力的作用,帶動(dòng)卡盤按要求轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)如圖10所示。液動(dòng)三爪卡盤是斜推塊,其在液壓缸的推動(dòng)下工作,斜推塊對(duì)卡爪的推動(dòng)作用產(chǎn)生一個(gè)垂直軸心的分力,推動(dòng)卡爪向中心移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊?？ㄗ托蓖瓶於荚趯?dǎo)槽的引導(dǎo)下運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)同步的向里運(yùn)動(dòng),達(dá)到準(zhǔn)備對(duì)工件定位的目的,結(jié)構(gòu)如圖11所示。2.3床身的切割機(jī)床的床身部分是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件,用來(lái)放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。床身有很好的靜、動(dòng)剛度,保持很好的熱穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)為較大的箱體結(jié)構(gòu),由鑄造成型,關(guān)鍵表面或配合表面為機(jī)加工產(chǎn)生。利用水刀進(jìn)行切割,有大量的水噴射出來(lái),而且在沖洗廢舊炮彈、使彈體和彈藥分離的過(guò)程中,有許多彈藥和廢水,所以床身設(shè)計(jì)為箱體結(jié)構(gòu),可以作為一個(gè)容器。在切割炮彈前,在箱體先裝入適當(dāng)?shù)乃?這樣在切割時(shí)能夠減緩水射流的沖擊力,減小水射流的噪聲。箱體結(jié)構(gòu)如圖12所示。3對(duì)環(huán)境的影響及意義炮彈切割裝置是機(jī)電一體化裝置,充分利用現(xiàn)在的電子技術(shù),實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工和遠(yuǎn)程可視化控制,提高了切割系統(tǒng)的安全性和準(zhǔn)確性。采用超高壓水射流技術(shù),對(duì)廢舊炮彈進(jìn)行處理,降低了炮彈處理的危險(xiǎn)性,使炮彈銷毀過(guò)程更加安全可靠