李素燕, 韓志民, 張 丹

(1.黑龍江科技學(xué)院 工程訓(xùn)練與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心,哈爾濱 150027;2.黑龍江科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,哈爾濱 150027)

水平移動(dòng)式拋丸機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)

李素燕1, 韓志民1, 張 丹2

(1.黑龍江科技學(xué)院 工程訓(xùn)練與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心,哈爾濱 150027;2.黑龍江科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,哈爾濱 150027)

針對(duì)移動(dòng)式拋丸機(jī)應(yīng)用中存在的問題,以實(shí)際課題為依托,簡(jiǎn)述一種水平移動(dòng)式拋丸機(jī)的組成及原理,設(shè)計(jì)了拋丸機(jī)的關(guān)鍵部件拋丸器的結(jié)構(gòu)并確定了相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明,該機(jī)在使用中拋打效果好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,性能穩(wěn)定,具有推廣價(jià)值。

拋丸機(jī);拋丸器;定向套開口角;設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)

0 引 言

拋丸機(jī)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(qiáng)化。傳統(tǒng)的固定式拋丸機(jī)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(yīng)用領(lǐng)域。隨著拋丸機(jī)性能不斷地提高和第一臺(tái)水平移動(dòng)式拋丸機(jī)在美國 Blastrac公司誕生,近年來,拋丸工藝進(jìn)入歐美發(fā)達(dá)國家橋梁施工、公路養(yǎng)護(hù)和機(jī)場(chǎng)維護(hù)等領(lǐng)域[1-3]。我國該技術(shù)應(yīng)用起步較晚,目前,在大型橋梁的橋面鋪裝層維護(hù)[4]、公路標(biāo)線去除和提高機(jī)場(chǎng)跑道的表面粗糙度等方面運(yùn)用不多。為更好地應(yīng)用拋丸工藝,筆者研究了一種水平移動(dòng)式拋丸機(jī)。

1 組成及原理

移動(dòng)拋丸機(jī)主要由拋丸器、回收分離裝置、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等組成,如圖 1所示。移動(dòng)式拋丸機(jī)以電力為動(dòng)力,使葉輪高速旋轉(zhuǎn),將彈丸拋向待處理表面,隨后彈丸和雜質(zhì)進(jìn)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(jìn)丸管道重新回到分丸輪,得到循環(huán)利用,雜質(zhì)進(jìn)入除塵系統(tǒng)被分離和回收,避免污染。

圖1 移動(dòng)拋丸機(jī)Fig.1 Horizontalmobile shot blast ing machine

1.1 拋丸器

1.1.1 結(jié)構(gòu)

拋丸器是拋丸機(jī)的核心部件,主要由分丸輪、定向套、葉片、葉輪組成,結(jié)構(gòu)見圖 2。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸使分丸輪高速旋轉(zhuǎn),分丸輪的前部與進(jìn)丸管相連,彈丸由進(jìn)丸管進(jìn)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(jìn)入定向套,再由定向套的開口拋向高速旋轉(zhuǎn)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(xù)運(yùn)動(dòng),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 500～1 000 h[5],而且由于磨損而使零件失效時(shí),這些零件都可以在設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)更換。

設(shè)計(jì)中,選用了單圓盤的葉輪,這樣可以減輕重量,從而減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、震動(dòng)和噪音;輪盤上有八個(gè)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(duì)運(yùn)動(dòng),葉片外端靠輪盤上的定位銷固定,葉輪裝配時(shí)應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。定向套采用了可調(diào)結(jié)構(gòu),根據(jù)不同的清理表面對(duì)開口角的位置進(jìn)行調(diào)整,達(dá)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(jié)構(gòu)緊湊的條件下,加大分丸輪的內(nèi)徑,即加大了分丸輪內(nèi)腔的空間,可容納更多的彈丸,又能減少風(fēng)送的氣流阻力,充分發(fā)揮風(fēng)送的作用[6],保證分丸輪拋出處的彈丸的補(bǔ)充。定向套與分丸輪要有一定的間隙,合適的間隙為(3～5)d[6],鋼丸直徑d為 1mm。

圖2 拋丸器結(jié)構(gòu)Fig.2 Components of blast ing

1.1.2 參數(shù)

葉輪的外徑是影響彈丸拋出速度的重要參數(shù),同時(shí)決定了拋丸機(jī)結(jié)構(gòu)的大小,選定為 330 mm;葉片的寬度有62、80、100、120mm四種標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)中選用 62 mm寬度葉片;我國目前定向套開口角有 55°和 60°兩種,根據(jù)工藝選用了 60°開口角[7]。

拋丸器葉輪轉(zhuǎn)速:

彈丸拋射速度:

式中:n1、n2——電機(jī)、葉輪轉(zhuǎn)速,r/min;

d1、d2——電機(jī)、拋丸器皮帶輪節(jié)徑,mm; vp——拋丸速度,m/s;

Ry1、Ry2——葉輪外徑、內(nèi)徑,mm。

拋射角度:

經(jīng)計(jì)算基本參數(shù)為:電機(jī)功率 15 kW,葉輪轉(zhuǎn)速2 890 r/min,彈丸拋射速度 78m/s,彈丸拋射角 40°,最大拋丸量 260 kg/min。

1.2 回收分離裝置

回收分離裝置由回丸管、分離室和儲(chǔ)料斗組成。由于該機(jī)為單拋頭拋丸機(jī),為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,采用了風(fēng)選分離室,并在分離室與儲(chǔ)料斗之間設(shè)有網(wǎng)隔篩。彈丸由拋丸頭拋出,拋打被處理表面后,進(jìn)入回丸管,經(jīng)回丸管到達(dá)分離室,體積突然增大,從而導(dǎo)致氣壓減小,風(fēng)速降低,由于彈丸的比重較大,所以此時(shí)受重力的影響較大,水平移動(dòng)速度減小,具有下落的趨勢(shì),進(jìn)入下一次循環(huán);網(wǎng)格篩可防止較大的雜質(zhì)進(jìn)入拋丸輪;灰塵通過風(fēng)選分離出來,進(jìn)入除塵系統(tǒng)。該回收分離裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,分離效果較好,從而保證了良好的拋打質(zhì)量,提高了易損件的壽命。

1.3 其他系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)是由分離器到除塵器的連接管道、離心式高壓風(fēng)機(jī)、濾筒除塵器等組成。拋丸機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的含塵氣體,經(jīng)過連接管道進(jìn)入除塵器(圖 1),由除塵器過濾后,再經(jīng)離心式高壓風(fēng)機(jī)排出,風(fēng)機(jī)風(fēng)量通過計(jì)算確定,并通過蝶閥進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),確保灰塵進(jìn)入灰塵收集器。為降低工作時(shí)的噪音,在風(fēng)機(jī)出口裝設(shè)消音器。

電控系統(tǒng)采用 PLC控制,即可自動(dòng)操作,也可手動(dòng)操作,可進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。行走系統(tǒng)用于控制拋丸機(jī)的行走路線和速度。

2 實(shí) 驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),用拋丸機(jī)來清理布滿嚴(yán)重銹跡的碳鋼,拋打效果見圖 3。

圖3 拋打效果Fig.3 Effect of throw ing hit

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(shí)驗(yàn)時(shí),首先將定心套開口位置調(diào)整到 45°,經(jīng)測(cè)量,拋打位置集中在約 300 mm的范圍內(nèi),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(diào)整定向套開口角的位置,彈丸能夠均勻的拋打 750 mm范圍內(nèi),并且彈丸回收順利,除塵效果好。

3 結(jié)束語

水平移動(dòng)式拋丸機(jī)將拋丸工藝的應(yīng)用從零件表面處理拓展到公路養(yǎng)護(hù)、船體除銹等各種領(lǐng)域。文中研究了水平移動(dòng)式拋丸機(jī)的結(jié)構(gòu),合理選取各個(gè)參數(shù),經(jīng)實(shí)驗(yàn)室初步驗(yàn)證,該設(shè)備能順利回收彈丸進(jìn)行循環(huán),彈丸與雜質(zhì)分離效果較好,被拋打部分均勻一致,拋打效果良好。該機(jī)能滿足實(shí)際需要,適用于機(jī)械行業(yè)和公路、機(jī)場(chǎng)路面的清理等。

[1] 黨 勁,周崎峰.拋丸工藝在公路、橋梁上的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2005(9):1-3.

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Design and test of horizonta lmobile shot blasting machine

LI Suyan1,HAN Zhim in1,ZHANG Dan2
(1.Center for Engineering Training&Basic Experimentation,Heilongjiang Institute of Science&Technology, Harbin 150027,China;2.College ofMechanical Engineering,Heilongjiang Insitute of Science&Technology,Harbin 150027,China)

Aimed at eliminating the problems occurring in the application ofmobile shot blastingmachine,this paper,building on the ongoing research project,features a brief description of the composition and principle about horizonta lmobile shot blastingmachine,design of the structure of its crucial element,and dete rmination of its relevant parameters.The experimental results show that the machine exhibits a more effective throw,simpler and more reliable structure,more stable perfo rmance,and wider application.

shot blastingmachine;blasting;whipostock open angle;design;test

TG234.4

A

1671-0118(2011)02-0150-03

2011-01-18

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(11541306)

李素燕(1972-),女,山東省單縣人,講師,碩士,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)與制造和制冷及低溫工程,E-mail:lisuyan010@sina.com。

(編輯王 冬)