面向圓管及多邊鋼管內(nèi)壁的噴砂機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉志強(qiáng)

（江蘇全成機(jī)械制造有限公司，江蘇鹽城224100）

隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，對(duì)各種金屬工件的防腐質(zhì)量以及金屬件的使用壽命要求越來(lái)越高，防腐方式使用頻率較高的是噴涂，但是噴涂效果的好壞很大程度上取決于涂裝前工件表面質(zhì)量和表面粗糙度。提高工件表面質(zhì)量和表面粗糙度一般都是通過(guò)拋丸清理和噴砂實(shí)現(xiàn)的[1]，對(duì)于內(nèi)接圓直徑介于100mm～500mm管型工件內(nèi)腔清理只有噴砂才可以實(shí)現(xiàn)。鑒于此，研制一種能夠?qū)ｉT(mén)對(duì)圓管及多邊鋼管內(nèi)壁噴砂機(jī)，專(zhuān)門(mén)用于對(duì)內(nèi)接圓直徑介于100mm～500mm管型工件內(nèi)腔除銹增加內(nèi)腔附著力，將有著廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。根據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，本文設(shè)計(jì)了一款圓管及多邊鋼管內(nèi)壁噴砂機(jī)，并成功地將該設(shè)備應(yīng)用在高速路柵欄產(chǎn)品上。圓管及多邊鋼管內(nèi)壁噴砂機(jī)的一大優(yōu)勢(shì)是一機(jī)多用，并且清理效率高，可以清理截面為圓形、方形、菱形、多邊型的工件，一臺(tái)設(shè)備可以同時(shí)清理多件工件，噴槍自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使得工件內(nèi)壁清理更加均勻。

1 噴砂機(jī)功能簡(jiǎn)介

本文設(shè)計(jì)的噴砂機(jī)是面向鋼管及多變管內(nèi)壁清理使用的，依據(jù)工件的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)該設(shè)備的噴槍槍桿的長(zhǎng)度，基于最佳切削角度和對(duì)工件對(duì)稱(chēng)作用力的原則設(shè)計(jì)噴槍的出砂口的角度和數(shù)量，噴槍的旋轉(zhuǎn)速度和噴槍行走速度相互配合達(dá)到工件不漏噴和不重復(fù)噴的效果。工作時(shí)工件水平放置在V型板鏈上[2]，板鏈將工件輸送到噴丸室內(nèi)，板鏈停止運(yùn)行時(shí)，噴丸室進(jìn)出口關(guān)閉，噴槍旋轉(zhuǎn)和沿工件軸向前進(jìn)噴砂，對(duì)丸料形成螺旋狀覆蓋，噴到工件頂端，噴砂罐停止出砂，只進(jìn)行吹氣，噴槍快速退出工件，并對(duì)工件內(nèi)殘余的鋼丸或灰塵進(jìn)行吹掃清理，噴砂室上設(shè)計(jì)有抽風(fēng)除塵裝置，對(duì)在清理過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵進(jìn)行處理，最終能保證工業(yè)廢氣達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求。

2 設(shè)計(jì)思路和技術(shù)方案

2.1 總體思路

本文在設(shè)計(jì)研究過(guò)程中，依據(jù)多年的設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，大量搜集國(guó)內(nèi)外相關(guān)的技術(shù)資料，在傳統(tǒng)管道內(nèi)壁噴砂清理的基礎(chǔ)上，確定了主要的創(chuàng)新攻關(guān)難點(diǎn)，包括連接旋轉(zhuǎn)噴槍桿與固定輸砂管相連的旋轉(zhuǎn)連接裝置、雙孔槍頭、雙層高強(qiáng)度槍桿、V型板鏈輸送多型截面工件、密封安全防護(hù)裝置，工件自動(dòng)上下料裝置，并且確定了該項(xiàng)目新材料的使用，通過(guò)這些新結(jié)構(gòu)可以提高整機(jī)的自動(dòng)化程度及安全環(huán)保性能。本文采用先進(jìn)的微機(jī)模擬系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的整個(gè)工作過(guò)程進(jìn)行仿真測(cè)試，進(jìn)一步確保設(shè)備整體性能的可靠性和穩(wěn)定性。該設(shè)備的仿真模型如圖1所示。

圖1 噴砂機(jī)的虛擬仿真模型

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

本文在設(shè)計(jì)該設(shè)備時(shí)各部件的詳細(xì)清單及技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.3 主要功能部件的設(shè)計(jì)

該設(shè)備主要有以下幾部組成：自動(dòng)上下料裝置、V型板鏈輸送裝置、噴砂機(jī)、噴槍系統(tǒng)、噴砂室、丸料輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。

2.3.1 自動(dòng)上下料裝置

自動(dòng)上料裝置采用氣動(dòng)機(jī)械手臂抓取工件，然后在升降氣缸的作用下升起，橫移小車(chē)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下快速到達(dá)V型板鏈的上方，升降氣缸下降，氣動(dòng)機(jī)械手臂松開(kāi)工件，升降氣缸快速升起，橫移小車(chē)快速回到取料位置完成取料。

自動(dòng)下料裝置比較簡(jiǎn)單，只在板鏈頂頭制作一個(gè)收料槽，工件在板鏈的換向輪處自動(dòng)落入收料槽中，完成下料。注：下料機(jī)構(gòu)可以采用輸送機(jī)構(gòu)替代，直接輸送到涂裝工位。

2.3.2 V型板鏈輸送裝置

本設(shè)備使用的板鏈設(shè)計(jì)為特殊結(jié)構(gòu)，板鏈節(jié)與節(jié)之間形成V字形，工件可以剛好放在里面。這樣的設(shè)計(jì)無(wú)論是輸送圓形工件或其他多邊形工件都可以很好的架在板鏈上，最重要的是這樣的設(shè)計(jì)可以在頂端下料時(shí)，工件順利的脫離板鏈。板鏈的驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證工件輸送時(shí)的準(zhǔn)確性，V型板鏈輸送裝置如圖2所示。

表1 噴砂機(jī)的構(gòu)件及技術(shù)參數(shù)

圖2 自動(dòng)上下料裝置

圖3 V型板鏈輸送裝置

2.3.3 噴砂機(jī)

本噴砂機(jī)由噴丸罐、料斗、閥箱、空氣截止閥、加料閥、加濃噴丸閥、截止換向閥、氣源處理系統(tǒng)、微型電磁閥及管路等主要部分組成。

噴砂罐為雙倉(cāng)罐體，可以連續(xù)加砂，不必向單倉(cāng)噴砂罐一樣，噴砂罐內(nèi)丸料噴完之后需要停機(jī)，泄壓之后再進(jìn)行加砂、加壓之后才能繼續(xù)工作，本噴砂機(jī)可以邊工作邊加砂，保證工作的連續(xù)性，加砂時(shí)間是由噴砂罐上的上下料位儀控制。本噴砂罐可以同時(shí)三把噴槍工作，而且每把噴槍的工作狀況不會(huì)影響其它噴槍的工作狀態(tài)。

2.3.4 噴槍系統(tǒng)

噴槍系統(tǒng)如圖4所示：（1）噴槍頭、（2）噴槍桿、（3）軸承、（4）噴槍移動(dòng)小車(chē)、（5）鏈輪、（6）驅(qū)動(dòng)電機(jī)、（7）連接旋轉(zhuǎn)噴槍桿與固定輸砂管相連的旋轉(zhuǎn)連接裝置等幾部分組成[3]。

噴槍桿和噴槍自轉(zhuǎn)裝置都安裝在噴槍移動(dòng)小車(chē)上，小車(chē)前后移動(dòng)帶動(dòng)噴槍在工件內(nèi)慢進(jìn)和快退；小車(chē)在噴砂時(shí)移動(dòng)的速度一般在0.8m/min～2m/min之間，而非噴砂狀態(tài)移動(dòng)時(shí)可以達(dá)到8m/min，這樣可以提高生產(chǎn)效率。

噴槍自轉(zhuǎn)裝置采用擺線(xiàn)針減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪，鏈輪通過(guò)鏈條帶動(dòng)噴槍桿旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度通過(guò)變頻器控制。

噴槍桿采用內(nèi)孔直徑30mm的壓力容器管穿入外徑為60mm的無(wú)縫管內(nèi)焊接制作而成，這樣不但保證了槍桿的強(qiáng)度，同時(shí)也起到安全保護(hù)的作用。在槍桿的后端安裝有多個(gè)軸承和一個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈輪，使槍的前端形成懸臂裝，這樣可以使槍桿進(jìn)入鋼管內(nèi)腔并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

噴槍頭采用高耐磨性模具鋼加工制作，噴槍頭有兩個(gè)噴砂孔，兩個(gè)噴砂孔沿噴槍頭圓周均布，使其噴砂過(guò)程對(duì)噴槍形成的徑向作用力完全抵消；噴砂孔與噴槍軸線(xiàn)成45度夾角，對(duì)工件達(dá)到最佳切削力。

連接旋轉(zhuǎn)噴槍桿與固定輸砂管的旋轉(zhuǎn)連接裝置是本設(shè)備的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，本旋轉(zhuǎn)裝置采用迷宮式密封和高耐磨性橡膠密封解決密封問(wèn)題，采用模具鋼解決耐磨性問(wèn)題。

2.3.5 噴砂室

噴砂室設(shè)計(jì)成上部為正方體，下部為錐體。正方體可以使腔體內(nèi)容積較大，使其在噴砂過(guò)程中產(chǎn)生的壓縮空氣可以得到釋放，且不會(huì)溢出室體外。錐體設(shè)計(jì)可以很好的收集噴出的鋼丸，同時(shí)減小出砂口的尺寸，避免灰塵外溢。噴砂室內(nèi)壁安裝有Mn13耐磨護(hù)板，避免室體被噴出的丸砂擊穿。進(jìn)出口設(shè)計(jì)有氣動(dòng)密封門(mén)簾和氣動(dòng)密封大門(mén)，保證丸砂或灰塵不會(huì)飛出噴砂室，使其整個(gè)噴砂過(guò)程都在密閉的空間內(nèi)進(jìn)行，保證設(shè)備周?chē)h(huán)境的安全、清潔。

圖4 噴槍系統(tǒng)

2.3.6 丸料輸送系統(tǒng)

丸料輸送系統(tǒng)由皮帶輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、分離器、儲(chǔ)料倉(cāng)、供丸閥等幾部分組成。噴槍噴出的丸砂進(jìn)入噴砂室內(nèi)，經(jīng)過(guò)噴砂室下倉(cāng)的收集，最終通過(guò)下倉(cāng)底部的出砂口落到皮帶輸送機(jī)上，皮帶輸送機(jī)輸送丸料到斗式提升機(jī)，提升機(jī)落入分離器內(nèi)，分離器使落入的丸料形成幕簾下落，在下落的過(guò)程中灰塵或雜質(zhì)通過(guò)風(fēng)力分離出去，丸料落入儲(chǔ)料倉(cāng)積存。當(dāng)噴砂罐料位儀發(fā)出加料信號(hào)后，氣動(dòng)供丸閥迅速打開(kāi)將儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的丸料加入噴砂罐內(nèi)，噴砂罐加滿(mǎn)后供丸閥關(guān)閉。

2.3.7 除塵系統(tǒng)

合理的通風(fēng)除塵系統(tǒng)確保了設(shè)備運(yùn)行時(shí)處于負(fù)壓狀態(tài)下，使工作時(shí)產(chǎn)生的粉塵不向清理室體外飄溢，從而使設(shè)備周?chē)姆蹓m濃度不大于10mg/m3，除塵效率達(dá)99.8%以上，達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的環(huán)保要求。本機(jī)除塵系統(tǒng)采用沉降除塵+脈沖反吹濾筒除塵[4]。該系統(tǒng)由：風(fēng)管、沉降除塵器+脈沖反吹濾筒除塵器、除塵風(fēng)機(jī)、煙囪等。噴砂室體內(nèi)噴丸過(guò)程產(chǎn)生的灰塵、氣體和分離器除塵產(chǎn)生的灰塵和空氣經(jīng)過(guò)風(fēng)管進(jìn)入沉降除塵器，除去大顆粒的灰塵丸料等物質(zhì)，經(jīng)過(guò)初步除塵的氣體進(jìn)入脈沖反吹濾筒除塵器內(nèi)，空氣在風(fēng)機(jī)引力的作用下要通過(guò)濾筒進(jìn)入風(fēng)機(jī)離心機(jī)，粉塵在此將被濾筒阻擋在外，進(jìn)入風(fēng)機(jī)的潔凈空氣通過(guò)煙囪排到高空（15米以上）。

2.3.8 電控系統(tǒng)

該系統(tǒng)使用西門(mén)子公司生產(chǎn)的可編程序控制器+西門(mén)子觸摸屏控制，具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，在控制系統(tǒng)中還采用了光電檢測(cè)元件，能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行故障診斷及報(bào)警。同時(shí)系統(tǒng)具有良好的互鎖、自鎖及安全保護(hù)措施，確保了設(shè)備和操作人員的安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

圓管及多邊鋼管內(nèi)壁噴砂機(jī)，解決了不易或不可旋轉(zhuǎn)工件內(nèi)腔清理難、清理不均勻的現(xiàn)象，為今后管型工件內(nèi)腔清理、內(nèi)壁噴丸強(qiáng)化提供了更優(yōu)的方法和設(shè)備。該設(shè)備自研制成功后，已在用戶(hù)處安裝使用，用戶(hù)反映清理效果很好，經(jīng)過(guò)清理后的工件增強(qiáng)了涂裝附著力，提高了內(nèi)壁表面質(zhì)量，延長(zhǎng)了工件的使用壽命。