[發(fā)明專利]基于波動(dòng)震蕩混合的鋼軌修復(fù)水射流噴嘴及噴射方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210836200.5
• 申請(qǐng)日: 2022-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN115157130A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍新平;黃呈棋;巫世晶;李登;張琨;武子全;殷勤;劉輝;張銀龍;何翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué);中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司;沈陽(yáng)奧拓福科技股份有限公司
• 主分類號(hào): B24C5/04
• 分類號(hào): B24C5/04;B24C7/00;B24C9/00
• 代理公司: 武漢知伯樂知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42282
• 代理人: 李金龍

本發(fā)明公開了一種基于波動(dòng)震蕩混合的鋼軌修復(fù)水射流噴嘴及噴射方法，噴嘴包括：高壓水射流單元，其包括用于固定的噴嘴外殼(7)、高壓水流入口(1)、寶石噴嘴(2)、固液兩相混合腔(6)以及大口徑圓柱形加速段(8)，所述噴嘴外殼(7)側(cè)面設(shè)有一磨料接口；磨料旋轉(zhuǎn)供給單元，其包括：磨料管(5)、磨料進(jìn)口(3)以及旋流片(4)；可拆卸拓展噴嘴單元，其包括：拓展端口(10)、鴨嘴型外置砂管(11)以及固定螺栓(9)。水射流卷吸具有三維速度，包括軸向、徑向和圓周的磨料粒子與水射流波動(dòng)震蕩，充分混合，可縮短噴嘴整體長(zhǎng)度，避免因噴嘴過長(zhǎng)導(dǎo)致作業(yè)過程中碰斷損壞，并且可實(shí)現(xiàn)大寬幅的水射流打磨作業(yè)，作業(yè)去除率更高，表面質(zhì)量均勻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磨料水射流技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于波動(dòng)震蕩混合的鋼軌修復(fù)水射流噴嘴。

背景技術(shù)

鐵路運(yùn)輸?shù)母咚倩⒅剌d化發(fā)展給鋼軌帶來(lái)了巨大的壓力，致使鋼軌疲勞、磨損等問題日益突出。目前國(guó)內(nèi)大多使用安全高效鋼軌打磨車修復(fù)和鋼軌銑磨車修復(fù)兩種。但鋼軌打磨車修復(fù)單次修復(fù)深度小，需要人工預(yù)處理，加工效率較低，且容易留下接口棱角，表面質(zhì)量不穩(wěn)定。鋼軌銑磨車修復(fù)產(chǎn)生金屬火花及粉塵，且噪音巨大，不僅導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境惡劣，且容易對(duì)環(huán)境造成污染，工作溫度高，鋼軌表面容易發(fā)藍(lán)，即形成脆性較大的馬氏體組織，造成安全隱患。

以超高壓磨料水射流為代表的新興技術(shù)，采用物理和濕式作業(yè)方式，目前已在鋼材切割、除磷除銹方面已有廣泛運(yùn)用，既不會(huì)對(duì)鋼材本質(zhì)造成傷害，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此將磨料水射流加工技術(shù)應(yīng)用于修復(fù)鋼軌能更有效進(jìn)行鋼軌的在線打磨相比其余打磨方式具有顯著的優(yōu)勢(shì)，通過調(diào)節(jié)噴頭數(shù)量、角度以及水壓、流量等加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)的鋼軌進(jìn)行修復(fù)。

但由于磨料水射流單噴頭作業(yè)寬度有限，傳統(tǒng)的圓磨料接口噴嘴其射流束直徑小、速度高、能量集中且作業(yè)寬幅小，用于材料表面處理時(shí)效率低、效果差，因此在打磨鋼軌時(shí)，目前提出了多噴頭多參數(shù)作業(yè)修復(fù)鋼軌輪廓的方法，但由于打磨參數(shù)及角度不一樣，使得同一橫向鋼軌表面作業(yè)粗糙度一致困難，材料去除均勻性不高；傳統(tǒng)的圓磨料接口噴嘴因需要充分混合磨料粒子和水射流，所以導(dǎo)致砂管加速段過長(zhǎng)，砂管過長(zhǎng)，在線打磨鋼軌時(shí)由于野外操作實(shí)際操作中較為容易直接將砂管撞斷，影響作業(yè)效率。

為解決上述問題，專利CN 202192552 U公開了一種磨料水射流用準(zhǔn)矩形磨料噴嘴，其三段式準(zhǔn)矩形磨料噴嘴，通過三段各自不同功能，完成磨料的混合、加速、校直聚焦以及均勻擴(kuò)散，形成準(zhǔn)扇形磨料水射流。但其砂管加速段較長(zhǎng)，不利于野外行進(jìn)間作業(yè)；同時(shí)其噴射出準(zhǔn)扇形磨料水射流由于口徑較小，磨料水射流能量密度、作業(yè)寬幅對(duì)于鋼軌來(lái)說(shuō)仍然較小。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種基于波動(dòng)震蕩混合的鋼軌修復(fù)水射流噴嘴，可縮短噴嘴整體長(zhǎng)度，避免因噴嘴過長(zhǎng)導(dǎo)致作業(yè)過程中碰斷損壞，并且可完成一次性全覆蓋后處理修復(fù)，實(shí)現(xiàn)大寬幅的水射流打磨作業(yè)，作業(yè)去除率更高，表面質(zhì)量均勻。此外，還可通過更換不同型號(hào)的外置砂管在不同作業(yè)環(huán)境工作。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方面，提供一種基于波動(dòng)震蕩混合的鋼軌修復(fù)水射流噴嘴，包括：

用于提供高速高壓水射流、卷吸磨料粒子并混合的高壓水射流單元，其包括噴嘴外殼、設(shè)于所述噴嘴外殼內(nèi)部頂端的高壓水流入口、與所述高壓水流入口底端連通的寶石噴嘴、與所述寶石噴嘴底端連通的固液兩相混合腔以及與所述固液兩相混合腔底端連通的大口徑圓柱形加速段，所述噴嘴外殼側(cè)面設(shè)有一磨料接口，實(shí)現(xiàn)水射流的一次加壓；

用于提供磨料粒子、為被卷吸的磨料粒子施加三維速度的磨料旋轉(zhuǎn)供給單元，其包括通過所述噴嘴外殼側(cè)面的磨料接口與所述固液兩相混合腔連通的磨料管、與所述磨料管頂部連通的磨料進(jìn)口以及設(shè)于所述磨料管內(nèi)部用于實(shí)現(xiàn)磨料粒子經(jīng)過旋轉(zhuǎn)獲得軸向、徑向和周向三維速度的旋流片，磨料粒子經(jīng)過旋流片旋轉(zhuǎn)后具有三維速度被賦予了偽彈性性質(zhì)，加入后激起高壓水射流的振蕩和波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)水射流與磨料粒子的快速混合；