祁晨宇，李現(xiàn)友

防爆元件全氣動(dòng)噴漆設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

祁晨宇，李現(xiàn)友

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭，014030）

為避免電火花引起安全隱患，通過模型構(gòu)建和仿真分析，針對(duì)一種全氣動(dòng)噴漆設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該設(shè)備能夠?qū)?xì)長(zhǎng)型防爆元件進(jìn)行噴漆作業(yè)。噴漆時(shí)，噴槍沿防爆元件長(zhǎng)度方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，防爆元件自身做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以保證噴槍能夠?qū)Ψ辣M(jìn)行全方位均勻噴涂。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高了噴漆設(shè)備安全性和可靠性。

噴漆設(shè)備；防爆元件；全氣動(dòng)

引言

由于防爆元件具有爆炸的可能，安全問題特別要重視。在設(shè)計(jì)防爆元件的噴漆設(shè)備時(shí)，往往要對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的、安全可控的防爆設(shè)計(jì)，這使得噴漆設(shè)備成本大大提升。設(shè)計(jì)一套不用電氣設(shè)備的噴漆系統(tǒng)，在降低設(shè)備成本的同時(shí)，可提升噴漆設(shè)備安全性和可靠性。

目前，氣動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，氣動(dòng)設(shè)備應(yīng)用也越來越廣泛。因此，提出應(yīng)用全氣動(dòng)方式設(shè)計(jì)防爆元件的噴漆系統(tǒng)，且通過理論上的計(jì)算模擬，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了防爆元件全氣動(dòng)噴漆設(shè)備，可為防爆元件噴漆工作帶來新思路[1-4]。

1　防爆元件全氣動(dòng)噴漆設(shè)備需求

該設(shè)備采用全氣動(dòng)設(shè)計(jì)，整體外觀如圖1所示，設(shè)備結(jié)構(gòu)布局如圖2所示。設(shè)備工作過程中所要實(shí)現(xiàn)的三個(gè)動(dòng)作全部采用無桿氣缸驅(qū)動(dòng)，避免了使用電氣設(shè)備時(shí)由電火花引起的安全隱患。其中，噴槍的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和防爆元件的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互配合，以實(shí)現(xiàn)防爆元件360°全方位無死角噴涂。排風(fēng)口布置在噴漆設(shè)備的后側(cè)，與排風(fēng)系統(tǒng)相連。

圖1　防爆元件全氣動(dòng)噴漆設(shè)備整體外觀圖

圖2　防爆元件全氣動(dòng)噴漆設(shè)備

2　防爆元件全氣動(dòng)噴漆設(shè)備工作過程

設(shè)備采用全氣動(dòng)設(shè)計(jì)，裝卸工位、工位切換、噴漆過程以及與無桿氣缸驅(qū)動(dòng)的密切配合，需要整體設(shè)計(jì)要精準(zhǔn)對(duì)位、自動(dòng)操作，且噴漆質(zhì)量要得到保證。具體設(shè)計(jì)構(gòu)思如下：

（1）在防爆元件裝卸工位，將防爆元件掛接到專用吊具上，如圖3所示。

圖3　噴漆模塊布置圖

（2）由工位切換模塊—3完成防爆元件的工位切換工作。如圖4所示，大安裝板—15在無桿氣缸Ⅲ—18的推動(dòng)下，沿直線滑軌Ⅲ—17水平向右移動(dòng)到達(dá)噴漆工位，防爆元件—5通過專用吊具—19與大安裝板—15相連接。

圖4　防爆元件自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)模塊布置圖

（3）防爆元件—5進(jìn)入噴漆工位后，如圖5所示，噴槍—8正對(duì)防爆元件—5，同時(shí)噴槍—8安裝在噴槍掛架—9上，噴漆掛架—9在無桿氣缸Ⅰ—7的驅(qū)動(dòng)下沿直線滑軌Ⅰ—6做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，完成縱向噴漆。

圖5　工位切換模塊布置圖

（4）與（3）同時(shí)進(jìn)行。防爆元件—5進(jìn)入噴漆工位后，如圖4所示，摩擦板—12在無桿氣缸Ⅱ—11的驅(qū)動(dòng)下，沿直線滑軌Ⅱ—10做左右往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，摩擦輪—13與摩擦板—12相接處做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，軸承座—14安裝在大安裝板—15上，摩擦輪—13通過連接軸—16與占用吊具—19相連，摩擦輪—13做往復(fù)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)防爆元件—5做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了防爆元件—5的全方位噴涂，保證了噴漆均勻性。

（5）噴漆結(jié)束后，大安裝板—15在無桿氣缸Ⅲ—18的推動(dòng)下沿直線滑軌Ⅲ—17水平向左移動(dòng)，回到裝卸工位。

3　噴漆設(shè)備理論計(jì)算

（1）工位切換模塊中的無桿氣缸帶動(dòng)大安裝板做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，總行程為2 000 mm，其中勻加速行程200 mm，用時(shí)5 s，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程

根據(jù)式（1）計(jì)算得加速度a1為16 mm/s2。同理，根據(jù)式（3），勻減速200 mm行程S2的用時(shí)t2也為5 s，加速度a3為-16 mm/s2。中間1 600 m勻速直線運(yùn)動(dòng)行程S2的用時(shí)t2為20 s，故總用時(shí)t為30 s。

（2）防爆元件自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)模塊中的無桿氣缸帶動(dòng)摩擦板做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，總行程為320 mm，其中勻加速行程和勻減速行程均為160 mm，用時(shí)均為4 s，按照式（1）～式（3），同理可得總用時(shí)t為40 s。

（3）噴漆模塊中的無桿氣缸帶動(dòng)噴槍掛架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)總行程為1 500 mm，其中勻加速行程和勻減速行程均為225 mm，用時(shí)均為1.5 s；中間1 050 mm為勻速直線運(yùn)動(dòng)。按照式（1）～式（3），同理可得總用時(shí)t為6.5 s。

從上述計(jì)算可知，在摩擦板做一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，噴槍做了6.1次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，表明噴槍能夠?qū)Ψ辣M(jìn)行全方位噴涂。

4　總結(jié)

為了開發(fā)適應(yīng)防爆元件的噴漆設(shè)備，本論文設(shè)計(jì)了一種全氣動(dòng)噴漆設(shè)備。本文解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：利用軟件建立機(jī)架、直線滑軌、無桿氣缸、噴槍以及其他調(diào)整裝置的三維CAD模型，以多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件UGNX運(yùn)動(dòng)仿真，在此基礎(chǔ)上完成其他結(jié)構(gòu)的建模。

本噴漆設(shè)備的有益效果是：可以對(duì)任意細(xì)長(zhǎng)型的防爆元件進(jìn)行噴漆；由于采用全氣動(dòng)設(shè)計(jì)，避免了由電火花引起的安全隱患，提高了設(shè)備安全性和可靠性。

[1]聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

[2]賈雪艷. UG9.0中文版完全自學(xué)手冊(cè)[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2014.

[3]馮立明. 涂裝工藝與設(shè)備[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2013.

[4]吳復(fù)宇. 涂裝工藝與設(shè)備[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

Structure Analysis on Full Pneumatic Spray Printing Device of Explosion-proof Component

QI Chen-yu, LI Xian-you
(Baotou Vocational & Technical College, Baotou, Inner Mongolia, 014330, China)

In order to prevent hidden danger from electric spark, bases on model establishment and simulation analysis, to design the structure of a full pneumatic spray printing device. This device can implement spray printing operation for explosion-proof element of slender type. The spray gun has reciprocation linear motion along lengthwise direction of explosion-proof element, and the explosionproof element itself has reciprocation rotary motion, as to carry out uniform spraying of all orientations, and thus to improve the safety and reliability of spray printing device.

Spray Painting Device; Explosion-proof Component; Full-pneumatic

TH138

A

2095-8412 (2016) 05-960-03工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.035

祁晨宇(1984-)，男，漢族，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，研究生，講師。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

E-mail: qichenyugood@126.com

李現(xiàn)友(1980-)，男，漢族，山東濰坊人，研究生，副教授。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。