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        水平移動式拋丸機設計與實驗

        文章出處:青島華盛泰 編輯:admin 發表時間::2015-05-31
        摘要:針對移動式拋丸機應用中存在的問題,以實際課題為依托,簡述一種水平移動式拋丸機的組成及原理,設計了拋丸機的關鍵部件拋丸器的結構并確定了相關參數。實驗證明,該機在使用中拋打效果好,結構簡單可靠,性能穩定,具有推廣價值。

        0、引言:
           拋丸機利用高速拋出的彈丸,以一定的角度撞擊需處理的零件表面,使零件表面得以清理或強化。傳統的固定式拋丸機主要用于鑄造、鍛造件等粘砂和氧化皮等的去除,其固定性限制了拋丸工藝的應用領域。隨著拋丸機性能不斷地提高和第一臺水平移動式拋丸機在美國Blastrac公司誕生,近年來,拋丸工藝進入歐美發達國家橋梁施工、公路養護和機場維護等領域。我國該技術應用起步較晚,目前,在大型橋梁的橋面鋪裝層維護、公路標線去除和提高機場跑道的表面粗糙度等方面運用不多。為更好地應用拋丸工藝,筆者研究了一種水平移動式拋丸機。

        1、組成及原理:
           移動拋丸機主要由拋丸器、回收分離裝置、除塵系統、電控系統和行走系統等組成,如圖1所示。移動式拋丸機以電力為動力,使葉輪高速旋轉,將彈丸拋向待處理表面,隨后彈丸和雜質進入回收管道,被高速的氣流攜帶至分離室分離,彈丸通過與分離室相連的進丸管道重新回到分丸輪,得到循環利用,雜質進入除塵系統被分離和回收,避免污染。
        圖1 移動拋丸機
        圖1 移動拋丸機

        1.1、拋丸器:
        1.1.1、結構:
           拋丸器是拋丸機的核心部件,主要由分丸輪、定向套、葉片、葉輪組成,結構見圖2。電動機帶動主軸使分丸輪高速旋轉,分丸輪的前部與進丸管相連,彈丸由進丸管進入分丸輪的空腔中,在離心力的作用下,分丸輪中的彈丸獲得了一定的速度,由分丸輪開口進入定向套,再由定向套的開口拋向高速旋轉的葉片,定向套的開口決定了丸料的拋打方向。彈丸隨著葉片繼續運動,最后從葉片邊緣拋出,拋打待處理表面。分丸輪、定向套、葉片等在工作過程中要受到彈丸的沖擊與磨損,是一類易損件,所以這些零件選擇了耐磨性很高的高鉻特種鑄鐵作為材料,這種鑄鐵的使用壽命是500~ 1 000h[5],而且由于磨損而使零件失效時,這些零件都可以在設備進行檢修時更換。
           設計中,選用了單圓盤的葉輪,這樣可以減輕重量,從而減小轉動慣量、震動和噪音;輪盤上有八個燕尾槽,用來固定直葉片,燕尾槽的位置必須保證直葉片工作平面在葉輪的直徑方向上,葉片的底部與燕尾槽之間放有彈簧,它的擠壓力可以保證輪盤與葉片沒有相對運動,葉片外端靠輪盤上的定位銷固定,葉輪裝配時應進行動平衡實驗。定向套采用了可調結構,根據不同的清理表面對開口角的位置進行調整,達到較好的清理效果。分丸輪采用效率較高的薄壁四窗口形式,這樣可以在結構緊湊的條件下,加大分丸輪的內徑,即加大了分丸輪內腔的空間,可容納更多的彈丸,又能減少風送的氣流阻力,充分發揮風送的作用[6],保證分丸輪拋出處的彈丸的補充。定向套與分丸輪要有一定的間隙,合適的間隙為(3~ 5)d,鋼丸直徑d為1mm。
        圖2 拋丸器結構

        1.1.2、參數:
           葉輪的外徑是影響彈丸拋出速度的重要參數,同時決定了拋丸機結構的大小,選定為330mm;葉片的寬度有62、80、100、120mm四種標準,設計中選用62mm寬度葉片;我國目前定向套開口角有55°和60°兩種,根據工藝選用了60°開口角[7]。
        拋丸器等計算公式
        經計算基本參數為:電機功率15kW,葉輪轉速2 890r/min,彈丸拋射速度78m/s,彈丸拋射角40°,最大拋丸量260kg/min。

        1.2、回收分離裝置:
           回收分離裝置由回丸管、分離室和儲料斗組成。由于該機為單拋頭拋丸機,為使結構簡單緊湊,采用了風選分離室,并在分離室與儲料斗之間設有網隔篩。彈丸由拋丸頭拋出,拋打被處理表面后,進入回丸管,經回丸管到達分離室,體積突然增大,從而導致氣壓減小,風速降低,由于彈丸的比重較大,所以此時受重力的影響較大,水平移動速度減小,具有下落的趨勢,進入下一次循環;網格篩可防止較大的雜質進入拋丸輪;灰塵通過風選分離出來,進入除塵系統。該回收分離裝置,結構簡單,分離效果較好,從而保證了良好的拋打質量,提高了易損件的壽命。

        1.3、其他系統:
           除塵系統是由分離器到除塵器的連接管道、離心式高壓風機、濾筒除塵器等組成。拋丸機工作時產生的含塵氣體,經過連接管道進入除塵器(圖1),由除塵器過濾后,再經離心式高壓風機排出,風機風量通過計算確定,并通過蝶閥進行風量調節,確;覊m進入灰塵收集器。為降低工作時的噪音,在風機出口裝設消音器。
           電控系統采用PLC控制,即可自動操作,也可手動操作,可進行故障診斷和報警。行走系統用于控制拋丸機的行走路線和速度。

        2、實驗:
           在實驗室內,用拋丸機來清理布滿嚴重銹跡的碳鋼,拋打效果見圖3。
        圖3 拋打效果

        圖3 拋打效果

           為更直觀地看到拋打效果,用粉筆在材料表面涂一層顏色。實驗時,首先將定心套開口位置調整到45°,經測量,拋打位置集中在約300mm的范圍內,被拋打處的銹跡已被較好的清除,而且沒有損壞材料表面,拋打效果良好(圖3)。通過調整定向套開口角的位置,彈丸能夠均勻的拋打750mm范圍內,并且彈丸回收順利,除塵效果好。

        3、結束語:
           水平移動式拋丸機將拋丸工藝的應用從零件表面處理拓展到公路養護、船體除銹等各種領域。文中研究了水平移動式拋丸機的結構,合理選取各個參數,經實驗室初步驗證,該設備能順利回收彈丸進行循環,彈丸與雜質分離效果較好,被拋打部分均勻一致,拋打效果良好。該機能滿足實際需要,適用于機械行業和公路、機場路面的清理等。
         
        此文關鍵字:水平移動式拋丸機設計與實驗

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