摘要：本文首先介绍了水切割机床构成，阐述了磨料罐在水切割机床中的作用，分析了高压磨料罐应该具备的性能，在此基础上，设计了水平螺旋和立式螺旋等两种供砂装置的高压磨料罐，并介绍了其工作原理和性能，对提高水切割机床的切割精度与稳定性具有重要的指导意义。
关键词：磨料罐;自动开合型;水切割机床
1磨料罐在水切割机床中的作用
数控水刀系统装置由脉冲喷嘴、切割台、数控柜、步进电机和高压磨罐、三缸柱塞泵、溢流阀等主要部件以及压力表、混合室、阀件以及高压软管和管接头等附属配件组成[1]。
高压磨料罐置于高压泵与喷嘴之间的高压回路中，其罐壁能够承受高压，其作用是提供一个高压水和磨料的混合场所，以保证从高压泵泵出的水在高压磨料罐内与磨料进行充分混合，使磨料处于“拟流体”的流化状态，然后在高压输送管的混合腔内流化磨料与水掺混，再通过后继管道以悬浮态输送到喷嘴，经喷嘴加速喷射出去形成磨料水射流。因此，高压磨料罐需要具有自动开合，连续均匀向输料管中连续供砂，且磨料损耗少，易于维修容易、操作安全的特点，以便于安全生产，节约成本，提高经济效益。
2自动开合型磨料罐结构设计
本文采用了螺旋供砂装置能够实现水切割机床的磨料罐能够自动开合，具有水平螺旋供砂装置和立式螺旋供砂装置两种结构设计，均能实现磨料罐的自动开合，具有均匀、准确地控制出砂量的性能，以保证高压磨料水射流中的磨料已进入水射流的核心部分并充分混合，使冷态的单点获得较高的动能能源，对材料具有极强的冲蚀作用，因而提高了磨料的切割性能[2]。
2.1水平螺旋供砂装置
本文所设计的水平螺旋供砂装置磨料罐由螺旋体，磨料罐壳体，进砂口，末端轴承，出砂口，首端轴承，驱动装置等附属配件组成。水平螺旋供砂装置磨料罐的螺旋轴两端由轴承支撑，若输送距离较长，则必须在中间加装中间轴承。电机带动螺旋轴转动，由螺旋轴旋转而产生的轴向推力就直接作用到磨料上而成为磨料运动的推动力，使磨料沿轴向滑动。磨料沿轴向的滑动，就像螺杆上的螺母，当螺母沿周向被持住而不能旋转时，螺旋的旋转就使螺母沿螺旋轴向作平移。磨料就是在螺旋的旋转过程中朝着一个方向推进到卸砂口处卸出，进入高压输送管的混合腔内，使流化磨料与水充分掺混。螺旋有左旋和右旋之分，磨料被推送方向由螺旋叶片的方向和螺旋的转向所决定[2]。
2.2立式螺旋供砂装置
本文所设计的立式螺旋供砂装置磨料罐由上端支撑轴承，磨料罐壳体，螺旋叶片，螺旋轴，螺旋管，下端支撑轴承，驱动电机等附属配件组成。立式螺旋供砂装置磨料罐通过磨料罐壳体和头端、尾端上的支撑固定在水射流设备上，由于立式螺旋输送设备很难安装中间轴承，所以只有两端由轴承支撑。螺旋轴的上端通过轴承支撑和固定，螺旋轴的下端通过铜套和支架固定。工作时，动力通过电机带动螺旋轴旋转，磨料通过磨料罐进入到螺旋管中，最后在螺旋片与重力的作用下，磨料从螺旋管下端的出砂口进入高压输送管的混合腔内，使流化磨料与水充分掺混[2]。
3磨料罐的功能
3.1螺旋式供砂磨料罐的工作原理
水平螺旋供砂装置和立式螺旋供砂装置两种磨料罐均能实现自动开合，其工作原理大同小异，只是在由进砂口向出砂口移动方式上存在差异，上述两种磨料罐具体工作原理如下。
3.1.1水平螺旋供砂装置磨料罐工作原理
水平螺旋供砂装置磨料罐供砂工作原理是在一密闭的机壳内，由带有螺旋叶片的转动轴旋转，当物料进入固定的机壳内时，磨砂料只在旋转的螺旋叶片推动下移动，最后进入磨料软管，输送到高压输送管的混合腔内与水混合，可用于连续短距离的磨料输送。水平螺旋供砂装置磨料罐的螺旋旋转方式为右旋螺旋，当螺旋按n方向旋转时，磨料沿图示箭头的方向推送到卸砂口处;当螺旋按反方向旋转时，磨料沿与箭头相反的方向被推送。若采用左旋螺旋，磨料被推送的方向也相反。水平螺旋供砂装置磨料罐使用得当，能够保证供砂均匀，连续而且当电机停转后，螺旋轴停止转动，即可停止供砂，可以防止磨料在输送管中堆积[2]。
在使用水平螺旋供砂装置磨料罐的过程中，一定要严格控制装砂量，以便使磨料能顺利输送，才能保证供砂均匀，使水切割机能够正常运行。这是因为当输送磨料过多时，便很容易磨料罐堵塞或产生故障而使螺旋轴停转。为了使螺旋供砂装置能可靠地工作，要对装入壳体内的磨料量加以限制，采用固定的装砂量计算公式，利用充填系数，在供砂装置尺寸参数一定的情况下，可以精确控制供砂量，这样就可以保证均匀、连续供砂。在供砂装置尺寸参数一定的情况下，磨料罐装砂量与磨料的特性有关，不同的磨料，特性不同，充填系数也是不同的，充填系数越高，装砂量也就越大，反之，则越小。一般情况下，充填系数随磨料流动性的提高而增大，随磨料磨琢性的加大而减小。
3.1.2立式螺旋供砂装置磨料罐工作原理
立式螺旋供砂装置磨料罐供砂的工作原理是在一密闭的机壳内，由带有螺旋叶片的转动轴旋转，当磨料进入固定的机壳内时，由于磨料的重力及对机壳的摩擦力作用而不随螺旋体一起转动，磨料只在旋转的螺旋叶片推动下向前移动，最后进入磨料软管，输送到混合腔与水混合，可用于连续短距离的输送磨料。
3.2磨料罐螺旋式供砂的特点
水平螺旋供砂装置和立式螺旋供砂装置两种磨料罐均能实现自动开合，且能连续均匀地向输料管供砂，具有良好的性能，但是其也有耗能大、生产率低等缺点，其具体的特点如下。3.2.1螺旋式供砂方式磨料罐的缺点螺旋式供砂方式磨料罐主要具有以下几点缺点
(1)输送单位质量磨料功率耗量大、生产率低;
(2)磨料对磨料罐的料槽和叶片的磨损严重;
(3)水平螺旋供砂装置磨料罐的装砂量有严格的限制，若装量过多，则会造成堵塞或产生故障而使螺旋轴停转。
3.2.2螺旋式供砂方式磨料罐的优点
螺旋式供砂方式磨料罐主要具有以下4点缺点。
(1)螺旋式供砂方式磨料罐的结构简单、造价便宜，应用范围广泛;(2)螺旋式供砂方式磨料罐维修容易、便于操作，安全性能高;(3)螺旋式供砂方式磨料罐的外形尺寸矮小，布置紧凑，便于运输。(4)螺旋式供砂方式磨料罐高度尺寸小，且能向输料管中连续供砂。
4结论
综上所述，本文所介绍的水平螺旋供砂装置和立式螺旋供砂装置两种磨料罐均能够实现自动开合，且结构简单、造价便宜，方便维修，便于操作，且安全性能高，能够均匀连续地向输料管供给磨料，具有良好的性能和广泛的适用性，对提高水切割机床的切割精度与稳定性具有重要价值和现实意义。——论文作者：姜莉
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