专利名称：一种工程机械液压缸活塞杆热喷涂再制造装备及自动修复控制系统的制作方法
技术领域：
本发明提供了ー种工程机械液压缸活塞杆热喷涂再制造装备及自动修复控制系统，适用于液压缸活塞杆及其类似エ件的外曲面局部区域的再制造修复。
背景技术：
20世纪80年代以来，随着自然资源的日益短缺以及人们环境意识的提高，国际上形成了ー个以充分利用资源、减小环境污染为目标的新兴研究領域——再制造工程。再制造工程是ー个以产品全寿命周期设计和管理为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进技术和产业化生产为手段，来修复改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。 工程机械由于エ况恶劣、载荷大，其零部件很容易发生损坏，从而造成整机不能正常地工作。对于传统的机械维修，主要是以新的零部件替代损坏的旧件，而损坏的旧件一般只能作为报废处理，造成资源的极大浪费。工程机械再制造则利用现有的先进修复技术，对损坏的工程机械零部件进行修复改造，使旧品的性能恢复甚至超过新品的性能，从而減少了资源的浪费，能源的消耗，进而減少了对环境的污染。液压系统是现代工程机械中ー个重要的组成部分，而液压缸的活塞杆是其传递动力的ー个主要部件。当有外部杂质(如沙子)进入缸与缸杆的缝隙中，就会加速缸与缸杆之间的磨损，从而降低液压系统密封性，进而降低液压系统的压力，使得整机不能正常地エ作。对于磨损失效的液压缸活塞杆，可以用堆焊(如手工堆焊、激光堆焊等)、电刷镀等方法进行再制造修复。因为液压缸活塞杆，其表面的硬度及粗糙度要求很高。采用堆焊方法修复，其后继的加工成本较高；而采用电刷镀方法，虽然可以较好地满足硬度及表面粗糙度的要求，但电刷液对环境的污染很大，不符合再制造的宗旨。热喷涂是ー种表面強化技木，目前成熟的热喷涂技术主要有电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂等。选用不同的热喷涂粉末和喷涂技术，可以使材料表面达到各种硬度及强度的要求，是工程机械零部件表面修复的ー个重要手段。一般液压缸的损坏都只是局部损坏，由于热喷涂的成本相对较高，若对其整体进行喷涂，则修复的费用太高，失去再制造的意义，所以只能对损坏的局部进行喷涂修复。而对于曲面的喷涂，一般都只能采用旋转工作台，以达到表面的均匀喷涂，但这种方法只能对曲面的整体进行喷涂。因此能否研究出ー个装置，使诸如液压缸活塞这类零件的曲面局部进行热喷涂修复，将直接影响热喷涂技术在工程机械中的实际应用。
发明内容
为了解决热喷涂对液压缸活塞杆及类似具有外曲面エ件的局部表面进行修复的难题，本发明提供一种对外曲面エ件局部进行热喷涂修复的装置，并在一定程度上可以实验自动化工作。为热喷涂在工程机械再制造领域的扩大应用提供便利。
本发明的技术方案如下ー种工程机械液压缸活塞杆热喷涂再制造方法，将エ件(8)穿过挡圈(9)，先在旋转工作台(I)上固定，然后调节挡圈(9)的高度，使エ件(8)水平放置，然后固定挡圈(10)，最后将喷枪(6)固定于喷枪固定平台(7)上，并调节喷枪的高度和距离；开动喷枪和电机，进行喷砂和喷涂工作。本发明的工程机械液压缸活塞杆热喷涂再制造装备，包括水平工作台(5)、旋转工作台(I)、喷枪固定平台(7)、隔尘套(4)、挡圈(10)、支撑圈(9)、水平工作步进电机(3)及旋转工作步进电机(2);水平工作台(5)分由上下两部分组成；旋转工作台(I)固定在水平工作台的上部(5-1)，由旋转工作步进电机(2)带动其旋转；底部(5-2)开有一行走排齿(11)，水平工作步进电机(3)上的齿轮通过与其啮合而带动水平工作台运动；支撑圈的底部分别穿过隔尘套上的通孔(4-9)和水平工作台上部的移动槽(5-3)，固定于水平工作台的底部(5-2)，用以支撑エ件的重量，并调节エ件一端的高度，使工作时エ件水平放置；挡圈(10)的底部通过分别穿过隔尘套上的通孔(4-10)和水平工作台上部的移动槽 (5-3)固定于水平工作台的底部(5-2)，在其长度方向的中间位置开有ー圆孔(10-1)，圆孔的正下方留有空隙，并通过一导砂孔(10-2)通至挡圈外部；喷枪固定平台(7)固定于挡圈小孔(10-1)的正前方，其高度及其与小孔的距离分别可以通过伸缩杆(7-3)和位置移动板(7-2)进行调节；隔尘套(4)固定于水平工作台的外部。本发明的工程机械液压缸活塞杆热喷涂的自动修复控制系统，包括自动修复控制软件及单片机控制系统；自动修复控制软件设置绘图区，绘图控制区，数据发送区三部分，绘图控制区的通孔直径D即实际应用中挡圈上圆孔(10-1)的直径，曲面宽度W和曲面长度L的值分别按实际エ件的破损情况进行选择，当绘图控制区设置D、W、L三个值后，将在绘图区W方向画(W/D+1)条直线，L方向画(L/D+1)条直线，从而显示(W/D) X (L/D)个方格，软件建立两个ー维数组X (s)和Y (s)，分别用以存储选中方格的X和Y位置的移动顺序，当完成排序后，将X(s)和Y(S)中的数据发送至单片机，数据发送通过数据发送区完成，数据传送的波特率与所用的单片机一致，连接的COM ロ与电脑设置一致；单片机接收到X(S)和Y(s)数据后，控制水平工作步进电机(3)和旋转工作步进电机(2)分别按X(S)和Y(S)的位置进行运动，从而达到精确自动修复的目的。所述的软件为通用的编程方法即可实现，是常规的控制方法，我们采用VB、C++等
编程语言编写。所述的挡圈，在其长度方向的中间位置开有ー圆孔。其作用是遮挡喷砂或喷涂过程中多余的粒子，让粒子只在所开的圆孔处通过，从而控制喷涂的区域，达到局部修复的目的。为了防止喷砂过程中过多的砂子堆积于圆孔而影响喷砂的实现，在圆孔的正下方留有一定的空隙，并通过一空心圆环通至挡圈外部，从而使多余的砂子可以及时地排到圆孔外，避免其对喷砂过程产生不良影响。所述的喷枪固定平台固定在水平工作台的ー侧。其位置固定，以保证喷枪固定平台的中心线与挡圈圆孔的中心在同ー轴线上。固定平台的高度及喷枪与圆孔之间的距离都可以调节，以便工作时喷枪正对着圆孔中心，并使根据实际的需要调整喷枪与圆孔之间的距离。所述的隔尘套置于水平工作台的外部，其作用是隔离喷砂及喷涂过程中的粒子，以避免其进入水平工作台的空隙中，影响工作台的行走。所述的步进电机数量为2，分别固定于水平工作的上半部及旋转工作台，分别带动水平工作台及旋转工作台运动。本设计的修复装备，由于挡圈(9 )的遮挡作用，使エ件(8 )只有在小孔(10-1)正对的区域可以接受喷砂或喷涂，从而控制了修复的区域，保护了不需要修复的エ件表面不受破坏。本设计的自动修复控制系统，简单易行，可以很方便地确定修复区域，并能对需要修复的区域进行精确控制，现实エ件局部区域的自动化修复。
图I :热喷涂再制造装备组成示意图；、
图2 :装载机ZL-50某液压缸活塞杆实际受损情况；图3 自动修复控制软件工作界面；图4 自动修复控制软件工作流程图；图5 自动修复控制软件生成修复路径时的工作界面；图6 :喷砂工作示意图；图7 :超音速火焰喷涂工作示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进ー步的详细说明图I为实例中工作平台各组成部分的示意图支撑圈(9)与挡圈(10)的底部固定于水平工作台的底部(5-2)，其高度可以通过伸缩杆进行调节，以便工作时エ件(8)的轴心保持水平。挡圈(10)的材料要求具有较高的硬度及強度，且要求具有一定的厚度，以免喷砂时产生加工硬化而使挡圈发生变形，失去遮挡的作用。可以根据实际喷砂的要求对材料进行选择，一般要求材料的硬度不小于HV300。另外，挡圈(10)的大小要于エ件(8)的大小相匹配，挡圈(10)要求与エ件结合尽量紧密，但又要保证エ件在挡圈之间可以在水平及旋转方向上自由运动。也可以根据实际的情况，在挡圈内部加ー层高分子材料(如聚四氟こ烯)，用以增加挡圈(10)与エ件(8)之间结合的紧密度，同时又可以起到润滑的作用。在挡圈(10)的中心开有圆孔(10-1)，其下部开有ー个导砂孔(10-2)，以便砂子可以从中排到外边，避免堵塞圆孔，影响喷砂或喷涂。在水平工作台的底部(5-2)开有ー排齿轮(11)，可以与水平工作步进电机(3)上的齿轮发生啮合，进而带动水平工作台运动。水平工作台置于隔尘套(4)中，以避免工作中的粒子进入水平工作台内部，影响工作台的行动精度。旋转エ作台(I)固定于水平工作台(5)的上表面，由旋转工作步进电机(2)带动其旋转。喷枪固定平台(7)固定于水平工作台(5)的ー侧，其位置与挡圈中心圆孔(10-1)固定在同一水平线上，其高度以及其与挡圈(10)之间的距离都可以通过伸缩杆(7-3)和位置移动板(7-2)调节，以便工作时使喷砂枪或热喷涂喷枪可以正对着挡圈的中心圆孔(10-1)。图2所示的是装载机ZL-50上的某液压缸活塞杆的受陨部位照片，图中所示的方框是根据实际受损情况所确定的受损区域，最左端的方格代表(13-1)的是修复时的工作原点。图3所示的是自动修复控制软件的工作界面。本实例采用VB编写。软件主要包涵绘图区、绘图控制区及数据发送控制区三部分组成。绘图区可以显示软件生成的网格，并可以通过绘图区选择网格选取需要修复的曲面区域。绘图控制区主要用以设置绘图及选取区域时的參数。数据发送控制区主要用以发送数据以及设置数据发送所需要的參数。图4所示的是自动修复控制软件的工作流程图。软件的工作主要分为6歩。首先在绘图控制区设置绘图所需要參数，主要有以下三个參数圆孔直径D，曲面宽度W，曲面长度し圆孔的直径即挡圈上的圆孔的直径。完成设置后，单击控制按钮，在绘图区就会显示ー个(W/D)X(L/D)的网格，网格中每个方格为边长为设置的圆孔直径大小的正方形，即绘图区显示的每个方格是设计的挡圈圆孔的外切正方形。当完成网格绘制后，就可以用鼠标选取需要修复的位置。每单击一下鼠标，被单击的方格区域就会以另ー种颜色显示，表面该区域被选中。重复方格选取，直到所有需要修复的区域都被选中。完成网格区域选择之后，单击控制按钮，软件会自动将选中区域的左上端方格设为工作的原点，并按程序自动生成修复的路径。当完成路径后，在数据发送控制区设置数据设置连接COM ロ、波特率、每个位置停留的时间的參数设置后，单击数据发送按钮，软件便自动将生成的修复路径数据发 送给控制系统的单片机进行下一歩的处理。图5所示的是自动修复控制软件根据图2中的活塞杆的实际受损情况所选取的修复区域。图中绘图区中的黒色区域为被选择的需要经喷砂或热喷涂エ艺进行修复的区域。图中最左端的方格(13-2)为软件默认设定的工作原点，代表的是实际エ件中的工作原点(13-1)。完成修复路径生成后，在绘图区及绘图控制区转变为非工作状态，以避免对之前生成的路径产生干扰。完成路径生成后，右下方的数据发送区变为工作状态，可以进行參数设置及数据发送。如上所述，绘图控制区的通孔直径D即实际应用中挡圈上圆孔(10-1)的直径，曲面宽度W和曲面长度L的值分别按实际エ件的破损情况进行选择，如图2所示。本实例采用VB编写，绘图区的大小单位采用VB默认单位Ο-User，绘图区大小为147X228。当绘图控制区设置D、W、L三个值后，点击绘图按钮，将在绘图区W方向画(W/D+1)条直线，L方向画(L/D+1)条直线，从而显示(W/D) X (L/D)个方格,每个方格的大小代表实际中挡圈通孔(10-1)的大小。当绘图区显示出方格后，软件会建立ー个大小为(L/D) X (ff/D)的ニ维数组location(W/D，L/D)，用以记录每个方格的位置值，位置值默认为0，当某方格被选中时，则位置值为I。如图5中最左边浅灰色方格被选中，则location(l，8)=
I。当某方格被选中后，还将在此方格上画1000不同颜色的直线，这样可以使被选中的方格以另ー种颜色显示出来。当全部区域选完后，软件将自动将选中区域的左上端方格用第二种不同的颜色显示出来，表示将此点作为工作的起始点。然后软件将选中的方格位置进行排序，从而形成修复路径。为完成此操作，软件建立两个ー维数组X(s)和Y(s)，分别用以存储选中方格的X和Y位置的移动顺序，其中s为选中的方格的个数。移动顺序设定为从上至下，再从下至上，如此从左至右交替进行。如图5中选中的区域，经排序后X(I)=I1X(2) =2，X(3) =2，X(4) =2……，对应的 Y(I) =8，Y(2) =7，Y(3) =8，Y(4) =9……。当完成排序后，便可以将X(S)和Y(S)中的数据发送至单片机，数据发送通过数据发送区完成，数据传送的波特率与所用的单片机一致，连接的COM ロ与电脑设置一致。单片机接收到X(S)和Y (S)数据后，控制水平工作步进电机(3)和旋转工作步进电机(2)分别按X (S)和Y(S)的位置进行运动，从而达到精确自动修复的目的。);软件可以采用VB、C++等编程语言编写。在软件的绘图控制区输入相关參数后，便可在绘图区显示ー个由方格组成的区域，通过选择方格，用户可以选择需要修复的区域；软件按用户选择的区域自动生成修复路径并可通过数据发送区将路径数据发送至单片机。本实例采用了 51系列的单片机，串ロ通讯采用查讯的方式接收数据。接收的第一个数据为软件设定的圆孔直径，第二个数为被选定点的个数，用以确定数组X与Y的大小，第三个数为设定的每个点的停留时间。从第四个数开始接收X的位置数据，当接收完η个数据后，即完成X位置数据的接收后，开始接收Y位置的数据。单片机根据接收到的数组X和Y的数据分别控制水平工作步进电机(3)及旋转工作步进电机(2)使エ件的修复区域按软件(12)所生成的修复路径进行运动，最終达到局部修复的目的。图6所示的是エ件在喷砂工作时的示意图。图中所示的エ件(8)是装载机ZL-50上的液压缸活塞杆的示意图。工作时，将エ件经过支撑圈(9)，先由旋转工作台(I)上的夹紧装置，将エ件固定，再调整支撑圈的高度，使エ件在水平方向上轴心一致。然后安装并调 整挡圈(10)的高度，并调节挡圈与エ件之间紧密度，使エ件与挡圈结合尽量紧密又保证エ件在挡圈之中可以进行水平及旋转方向上可以按照软件(12)生成的修复路径自由运动。最后安装喷砂枪(6)于喷枪固定平台(7)之上，调整平台的高度，使喷枪ロ正对挡圈的中心圆孔(10-1)，再调整喷枪与圆孔间的距离至合适的位置。喷砂时，砂子只有经过圆孔才能作用于エ件表面，多余的砂子则由于挡圈遮挡而不会对不需喷砂的区域造成破坏。由于喷砂时同时喷出的砂子较多，而圆孔也径又较小，多余的砂子有可能会堆积在圆孔表面而使后继的砂子不能喷到表面，影响正常的喷砂操作。为此，本发明在圆孔的下部设计了ー个导砂孔，使多余的砂子可以经导砂孔(10-2)由出口(10-3)处排出，从而保证了喷砂的正常进行。图7所示的是エ件在超音速火焰喷涂时的示意图。其工作方式与喷砂基本类似，只需要将喷砂枪换下，换上超音速火焰喷涂喷枪(6)即可。因为超音速火焰喷涂的工作距离一般都比喷砂的距离大，所以，在喷涂之前还调整固定平台(7)，使喷枪(6)与圆孔(11)之间的距离达到喷涂时的要求。如上所述，本发明，采用挡圈控制，使液压缸活塞杆及此类エ件的外曲面局部可以进行喷涂修复，并采用自主编写的图像输入软件，对需要修复的区域进行人为选定，最后通过单片机控制，使得喷涂的区域得到较为精确的控制，不仅解决了热喷涂对局部曲面修复的难题，且在一定程度上实现了热喷涂再制造的自动化，为热喷涂在工程机械以及相关领域的推广应用提供了更大的便利。通过对附图的说明及相应的具体实施方式
描述本发明。但应理解的是，其中在实例中关于工作平台的具体结构、软件的具体实现形式及单片机控制系统的实现的描述并不意味着将本发明限定在所公开的特定形式。同时，本发明是针对工程机械液压缸活塞杆的热喷涂再制造修复而设计的，但其使用并不仅仅局限于工程机械液压缸活塞杆的热喷涂修复，对于其他类似エ件的外曲面及相关的修复方法同样适用。另外，本发明的热喷涂エ装平台及自动修复控制系统，并不局限于两者的结合使用，其各自都可以作为ー个独立的系统完成相关的工作。上述的实例仅仅是以示例的方式公开，除非另有特别说明。
权利要求
1.ー种工程机械液压缸活塞杆热喷涂再制造方法，其特征是将エ件(8)穿过挡圈(9)，先在旋转工作台(I)上固定，然后调节挡圈(9)的高度，使エ件(8)水平放置，然后固定挡圈(10)，最后将喷枪(6)固定于喷枪固定平台(7)上，并调节喷枪的高度和距离；开动喷枪和电机，进行喷砂和喷涂工作。
2.权利要求I的工程机械液压缸活塞杆热喷涂再制造装备，包括水平工作台(5)、旋转工作台(I)、喷枪固定平台(7)、隔尘套(4)、挡圈(10)、支撑圈(9)、水平工作步进电机(3)及旋转工作步进电机(2);水平工作台(5)分由上下两部分组成；旋转工作台(I)固定在水平工作台的上部(5-1)，由旋转工作步进电机(2)带动其旋转；底部(5-2)开有ー行走排齿(11)，水平工作步进电机(3)上的齿轮通过与其啮合而带动水平工作台运动；支撑圈(9)的底部分别穿过隔尘套上的通孔(4-9)和水平工作台上部的移动槽(5-3)，固定于水平工作台的底部(5-2)，用以支撑エ件的重量，并调节エ件一端的高度，使工作时エ件水平放置；挡圈(10)的底部分别穿过隔尘套上的通孔(4-10)和水平工作台上部的移动槽(5-3)固定于水平工作台的底部(5-2)，在其长度方向的中间位置开有ー圆孔(10-1)，圆孔的正下方留有空隙，并通过一导砂孔(10-2)通至挡圈外部；喷枪固定平台(7)固定于挡圈小孔(10-1)的正前方，其高度及其与小孔的距离分别可以通过伸缩杆(7-3)和位置移动板(7-2)进行调节；隔尘套(4)固定于水平工作台的外部。
3.权利要求I的工程机械液压缸活塞杆热喷涂的自动修复控制系统，包括自动修复控制软件及单片机控制系统；其特征是自动修复控制软件设置绘图区，绘图控制区，数据发送区三部分，绘图控制区的通孔直径D即实际应用中挡圈上圆孔(10-1)的直径，曲面宽度W和曲面长度L的值分别按实际エ件的破损情况进行选择，当绘图控制区设置D、W、L三个值后，将在绘图区W方向画(W/D+1)条直线，L方向画(L/D+1)条直线，从而显示(W/D) X CL/D)个方格，软件建立两个ー维数组X (s)和Y (s)，分别用以存储选中方格的X和Y位置的移动顺序，当完成排序后，将X(s)和Y(S)中的数据发送至单片机，数据发送通过数据发送区完成，数据传送的波特率与所用的单片机一致，连接的COM ロ与电脑设置一致；单片机接收到X(S)和Y(S)数据后，分别控制水平工作步进电机(3)和旋转工作步进电机(2)按X (s)和Y(S)的位置进行运动，从而达到精确自动修复的目的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的软件采用VB、C++等编程语言编写。
全文摘要
本发明是一种工程机械液压缸活塞杆热喷涂再制造装备及自动修复控制系统，由工作平台、图像输入系统、控制系统三部分组成。工作平台主要由旋转工作台、水平工作台、喷枪固定平台、隔尘套、支撑圈、挡圈及步进电机组成。控制系统主要采用单片机对步进电机的运动进行控制。通过图像输入软件，选择需要修复的区域。根据用户所选择的区域，程序自动生成修复的运动路径，并将数据发送至单片机。单片机则控制步进电机按软件所发送的路径带动工件进行运动。由于挡圈的遮挡作用，只有中间小孔处可以对工件进行喷砂和喷涂，而小孔相对工件的位置由上述的图像输入系统和单片机控制系统精确控制，从而实现对工件外曲面局部区域的精确喷涂。
文档编号B24C3/02GK102719780SQ201210213389
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者乌焕涛, 叶福兴, 陈宝庆, 陈源, 马宁 申请人:天津大学