阅读说明：本技术 用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构 (Portable ultrahigh-pressure water jet cutting mechanism for cooling wall of blast furnace ) 是由 李保增 王立辉 高盛阳 王俊 俞樟勇 朱郁文 白文强 蒋基洪 许芩 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构,本机构包括水射流切割头、安装基座、X轴运动单元、Y轴运动单元和Z轴运动单元；X轴运动单元和Y轴运动单元分别包括呈垂直布置的导轨、导杆和齿条,以及沿导轨滑移的水平滑块和沿固定块滑移的导杆,水平滑块和导杆分别通过驱动齿轮和伺服电机驱动,驱动齿轮与齿条啮合,水平导轨和齿条设于安装基座,Z轴运动单元由设于导杆末端的固定滑板以及沿固定滑板滑移的滑动滑板构成,夹持座设于滑动滑板,水射流切割头设于夹持座。本机构定位安装到炉壳上,通过配套高压泵等设备,由操作台远程控制,实现对高炉炉壳及冷却壁任意形状的切割,提高切割质量及效率。(The invention discloses a portable ultrahigh pressure water jet cutting mechanism for a cooling wall of a blast furnace, which comprises a water jet cutting head, a mounting base, an X-axis movement unit, a Y-axis movement unit and a Z-axis movement unit, wherein the X-axis movement unit is arranged on the mounting base; the X-axis movement unit and the Y-axis movement unit respectively comprise guide rails which are vertically arranged, guide rods and racks, horizontal sliding blocks sliding along the guide rails and guide rods sliding along fixed blocks, the horizontal sliding blocks and the guide rods are driven by driving gears and servo motors respectively, driving gears are meshed with the racks, the horizontal guide rails and the racks are arranged on the mounting base, the Z-axis movement unit is composed of fixed sliding plates arranged at the tail ends of the guide rods and sliding plates sliding along the fixed sliding plates, the sliding plates are arranged on the clamping bases, and the water jet cutting head is arranged on the clamping bases. The mechanism is positioned and installed on the furnace shell, and the cutting of any shape of the furnace shell and the cooling wall of the blast furnace is realized by remote control of an operation console through equipment such as a matched high-pressure pump, and the cutting quality and efficiency are improved.)

用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构

技术领域

本发明涉及设备检测检修技术领域，尤其涉及一种用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构。

背景技术

通常，高炉在炉体部位均安装有若干段冷却壁对炉体进行冷却，当高炉使用一定年限后，冷却壁会出现水道漏水、冷却壁磨损甚至烧损现象发生，严重影响高炉的冷却效果，进而影响高炉正常生产运行。通常采取的措施是冷却壁穿管或钻孔安装圆柱形微冷，但冷却效果有限，保护炉壳作用不明显。为了有效延长冷却壁使用寿命，比较理想解决措施是开孔安装铜冷却板，安装铜冷却板需开具腰型孔，常规开孔方式是火切或等离子切割，但热应力集中，对炉壳损坏较大，一般不宜采用。

超高压水射流切割属于冷却割，不会造成材料氧化、金相组织发生变化等，也不会造成工件变形。同时切割过程中使用水和砂，不产生粉尘，绿色环保。因此高压水射流切割是一种比较理想的高炉炉壳及冷却壁的切割开孔技术。

传统的水射流设备只有通过装备庞大的设备支架和复杂的管路才能提高压力和流量，需要较大的作业空间。目前已有的高压水射流装置主要用于清洗、压力测量、切割等，而切割主要是薄壁切割（一般厚度小于40mm），其切割厚度不能满足高炉冷却壁切割的使用需求。为此，有必要提供一种用于高炉炉壳和冷却壁的便携式超高压水射流切割机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构，本机构克服传统高压水射流装置的缺陷，将本机构定位安装到炉壳上，通过配套高压泵等设备，由操作台远程控制，实现对高炉炉壳及冷却壁任意形状的切割，提高切割质量及效率。

为解决上述技术问题，本发明用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构包括水射流切割头、安装基座、X轴运动单元、Y轴运动单元和Z轴运动单元；

所述X轴运动单元包括水平间隔设于所述安装基座的两根水平导轨、设于安装基座并位于两根水平导轨之间的第一齿条、水平滑块、第一驱动齿轮和第一伺服电机，所述水平滑块设于所述两根水平导轨，所述第一驱动齿轮和第一伺服电机设于所述水平滑块，所述第一驱动齿轮与第一齿条啮合并在所述第一伺服电机驱动下使所述水平滑块沿两根水平导轨滑移；

所述Y轴运动单元包括间隔布置的两根垂直导杆、设于两根垂直导杆之间的第二齿条、固定块、第二驱动齿轮和第二伺服电机，所述固定块设于所述水平滑块顶面，所述两根垂直导杆穿过所述固定块，所述第二驱动齿轮和第二伺服电机设于所述固定块，所述第二驱动齿轮与第二齿条啮合并在所述第二伺服电机驱动下使所述两根垂直导杆沿固定块滑移；

所述Z轴运动单元包括固定滑板、滑动滑板、锁紧螺栓和夹持座，所述固定滑板设于所述两根垂直导杆末端并且垂直于所述X轴运动单元和Y轴运动单元的平面，所述滑动滑板通过滑槽设于所述固定滑板并沿固定滑板滑移，所述锁紧螺栓拧于所述固定滑板并且锁定所述滑动滑板的位置，所述夹持座设于所述滑动滑板，所述水射流切割头设于所述夹持座。

进一步，所述安装基座包括分别设于所述两根水平导轨两端的安装底板，所述安装底板两端分别开设安装孔。

进一步，本机构还包括第一减速器和第二减速器，所述第一伺服电机通过所述第一减速器驱动所述第一驱动齿轮，所述第二伺服电机通过所述第二减速器驱动所述第二驱动齿轮。

由于本发明用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构采用了上述技术方案，即本机构包括水射流切割头、安装基座、X轴运动单元、Y轴运动单元和Z轴运动单元；X轴运动单元和Y轴运动单元分别包括呈垂直布置的导轨、导杆和齿条，以及沿导轨滑移的水平滑块和沿固定块滑移的导杆，水平滑块和导杆分别通过驱动齿轮和伺服电机驱动，驱动齿轮与齿条啮合，水平导轨和齿条设于安装基座，Z轴运动单元由设于导杆末端的固定滑板以及沿固定滑板滑移的滑动滑板构成，夹持座设于滑动滑板，水射流切割头设于夹持座。本机构克服传统高压水射流装置的缺陷，将本机构定位安装到炉壳上，通过配套高压泵等设备，由操作台远程控制，实现对高炉炉壳及冷却壁任意形状的切割，提高切割质量及效率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图。

具体实施方式

实施例如图1、图2和图3所示，本发明用于高炉冷却壁的便携式超高压水射流切割机构包括水射流切割头34、安装基座4、X轴运动单元、Y轴运动单元和Z轴运动单元；

所述X轴运动单元包括水平间隔设于所述安装基座4的两根水平导轨11、设于安装基座4并位于两根水平导轨11之间的第一齿条12、水平滑块13、第一驱动齿轮和第一伺服电机14，所述水平滑块13设于所述两根水平导轨11，所述第一驱动齿轮和第一伺服电机14设于所述水平滑块13，所述第一驱动齿轮与第一齿条12啮合并在所述第一伺服电机14驱动下使所述水平滑块13沿两根水平导轨11滑移；

所述Y轴运动单元包括间隔布置的两根垂直导杆21、设于两根垂直导杆21之间的第二齿条22、固定块23、第二驱动齿轮和第二伺服电机24，所述固定块23设于所述水平滑块13顶面，所述两根垂直导杆21穿过所述固定块23，所述第二驱动齿轮和第二伺服电机24设于所述固定块23，所述第二驱动齿轮与第二齿条22啮合并在所述第二伺服电机24驱动下使所述两根垂直导杆21沿固定块23滑移；

所述Z轴运动单元包括固定滑板31、滑动滑板32、锁紧螺栓35和夹持座33，所述固定滑板31设于所述两根垂直导杆21末端并且垂直于所述X轴运动单元和Y轴运动单元的平面，所述滑动滑板32通过滑槽设于所述固定滑板31并沿固定滑板31滑移，所述锁紧螺栓35拧于所述固定滑板31并且锁定所述滑动滑板32的位置，所述夹持座33设于所述滑动滑板32，所述水射流切割头34设于所述夹持座33。

优选的，所述安装基座4包括分别设于所述两根水平导轨两端的安装底板，所述安装底板两端分别开设安装孔。本机构通过安装底板设于高炉切割位置的炉壁，通过安装孔方便实现可靠安装。

优选的，本机构还包括第一减速器和第二减速器，所述第一伺服电机14通过所述第一减速器驱动所述第一驱动齿轮，所述第二伺服电机24通过所述第二减速器驱动所述第二驱动齿轮。伺服电机通过减速器连接驱动齿轮，提高水平滑块和垂直滑块滑移的平稳性，确保水射流切割头在切割过程始终按设定的切割轨迹平稳移动，从而使得切口光滑、平整。

本机构中X轴运动单元沿水平方向直线运动、Y轴运动单元沿垂直方向直线运动、Z轴运动单元沿X轴和Y轴平面竖直运动；本机构使用时可以与高压泵等切割主机设备及操作台单独布置，本机构安装于高炉切割位置的炉壁，第一伺服电机和第二伺服电机通过操作台远程控制，调整Z轴运动单元的滑动滑板距炉壁的间距，即可控制第一伺服电机和第二伺服电机分别驱动水平滑块和导杆沿相应的导轨和固定块滑移形成切割轨迹，实现在X轴和Y轴运动范围内的任意平面图形的炉壳板和冷却壁的切割，切割厚度可以达到200mm。

本机构结构简单，尺寸紧凑，重量轻，便于搬运和现场安装定位，适应性强，应用范围广，满足高炉炉壳及冷却壁超高压水射流切割需要；可以实现X轴和Y轴运动范围内的任意平面图形的切割，通过Z轴滑板调整，可以适用于不同深度物体的高压水射流切割；本机构和高压泵主机设备、操作台等单独布置，切割时操作人员远离切割区域，有效保证人员安全。

本机构经实际应用，高压水射流切割断面平整，无毛刺，完全满足铜冷却板安装的技术要求，同时切割效率高，绿色环保，安全可靠，为延长高炉铜冷却壁使用寿命，提供了全新解决方案。