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    螺旋进丸抛丸器的研究与应用

    文章出处:原创 编辑:抛丸机发表时间:2015-4-11 21:45:38 浏览人数:631,1,0
    摘要:提出了一种新型的螺旋进丸抛丸器。在机械进丸抛丸器中,分丸轮的固有结构限制了其最大抛丸量的提高,试验结果显示:该种分丸轮的能量消耗约占抛丸器工作时能量消耗的三分之一。螺旋进丸抛丸器改变了机械进丸抛丸器的离心径向喂丸方式,消除了堵丸现象,分丸轮内的能量消耗减少到了十分之一,抛丸率提高了35%~ 45%,抛丸量可提高一倍以上。另外,由于螺旋分丸轮的特殊结构,在材质相同的情况下,螺旋分丸轮的使用寿命是鼠笼式分丸轮的五倍以上。实际应用表明,这是一种大抛丸量、高效率、使用寿命长的新型抛丸器。

     在对工件的表面进行清理及强化的工艺中,抛丸的方法是最经济最有效的方法之一图2 螺旋分丸轮结构图。目前应用最多的是机械进丸抛丸器,多年来许多研究者在其结构和使用方法方面进行了卓有成效的研究,使其使用性和经济性不断提高。由于机械进丸抛丸器分丸轮的鼠笼式结构,使它具有难以改变的喂丸方式和工作状态,以致难以提高其最大抛丸量,也难以降低或消除分丸轮工作时过大的磨擦损耗。螺旋进丸抛丸器的螺旋分丸轮改变了鼠笼式分丸轮的喂丸方式和工作状态,也克服了鼠笼式分丸轮上述的两个技术难点,抛丸量可成倍提高,分丸轮内的摩擦能量消耗减少了90%,使用寿命提高到五倍以上。

    1、鼠笼式分丸轮的喂丸过程及能量消耗分析:
    1.1、弹丸进入鼠笼式分丸轮窗口的过程:
       一般认为,来自进丸管的弹丸首先进入到鼠笼式分丸轮内孔中,在分丸轮高速旋转的带动下,弹丸沿径向以不同的角速度分布在分丸轮内孔表面上形成一环状弹丸带。当达到一定的临界角速度后,外层弹丸以相同的概率连续不断地沿径向进入分丸轮各个窗口。
    1.2、鼠笼式分丸轮能量消耗分析:
       输入鼠笼式分丸轮内的能量最终能够转化为以下几种形式:弹丸从分丸轮窗口飞出所具有的动能;
       弹丸与分丸轮内腔表面、弹丸与弹丸之间的相互碰撞摩擦所消耗的能量;弹丸在分丸轮和定向套之间的间隙中的摩擦能耗;少部分未能从定向套窗口飞出而打击在定向套上的弹丸所消耗的能量。在这些消耗的能量中,除弹丸从分丸轮窗口飞出所具有的动能为有效能量消耗外,其余均为无效能量消耗,这些无效能量消耗均是由于分丸轮的结构所造成的。若能将这些无效能量消耗减少或分部消除,则抛丸器的抛丸率才有可能得到较大地提高。

    2、螺旋进丸抛丸器的结构及试验:
       受螺旋输送原理的启发,我们设计了一新型的螺旋式分丸轮,以达到增大进丸量、减少无效能耗的目的。
    2.1、螺旋进丸抛丸器的结构:
    2.1.1、总体结构:
       图1为螺旋进丸抛丸器的结构,它实际上是用螺旋分丸轮替代了机械进丸抛丸器的鼠笼式分丸轮。其中,分丸轮的固定方式相同,定向套的长度略有加长。

    图1 螺旋进丸抛丸器结构简图
    图1 螺旋进丸抛丸器结构简图

    2.1.2、螺旋分丸轮结构:
       图2为螺旋分丸轮结构,它是由直叶片段(类似于鼠笼式分丸轮)和螺旋叶片段构成,其数量与抛丸叶片数量相对应。
    图2 螺旋分丸轮结构图
    图2 螺旋分丸轮结构图

    2.2、螺旋分丸轮喂丸过程分析:
    2.2.1、喂丸过程:
       由图3所示,弹丸由进丸管进入到分丸轮内孔后,迅速进入到两螺旋叶片间的间隙内,被松散地沿轴向输送到直叶片段。此时的直叶片已旋转到垂直中心线左侧的位置,距定向套窗口约有三分之一至二分之一圆周。进入直叶片段的弹丸随分丸轮一起旋转,直至从定向套窗口被抛射出去。
    图3 螺旋分丸轮喂丸过程
    图3 螺旋分丸轮喂丸过程

    2.2.2、螺旋分丸轮喂送弹丸过程中的能量消耗:
       螺旋分丸轮工作过程中的能量消耗主要由两部分组成:a)螺旋叶片输送弹丸所消耗的能量。由于弹丸在被输送过程中呈较为松散的状态,且主要分布在分丸轮下部叶片间的间隙内,弹丸被轴向移动需要能量。此时的弹丸与螺旋叶片之间、弹丸与弹丸之间的摩擦能耗较小。b)弹丸进入直叶片段后所消耗的能量。螺旋分丸轮喂送弹丸的过程不同于鼠笼式分丸轮,它是逐片逐片地向直叶片喂送弹丸。载有弹丸的直叶片约占叶片总数的三分之一左右,其余的直叶片上有少量弹丸或没有弹丸(图3)。直叶片上的弹丸随分丸轮一起旋转消耗一部分能量。同时,在分丸轮与定向套的间隙中,只有靠近这三分之一载有弹丸的直叶片的间隙中填有弹丸,且与分丸轮外圆表面及定向套内表面产生摩擦而消耗另一部分能量。
       与鼠笼式分丸轮相比可以看出,螺旋分丸轮在喂送弹丸过程中的能量消耗要小的多。

    2.3、螺旋进丸抛丸器试验:
    2.3.1、螺旋分丸轮的主要试验参数:
       螺旋分丸轮的主要参数有螺旋叶片的螺旋角、螺旋叶片的宽度与断面形状、两螺旋叶片间的法向宽度及螺旋叶片长度。这些参数对抛丸量和抛丸率均有较大影响图3 螺旋分丸轮喂丸过程。实验用螺旋分丸轮外径为96mm,螺旋角56°,螺旋叶片宽度18 mm,断面形状为梯形,两螺旋叶片间的法向间隙为12 mm,螺旋叶片长度70 mm。

    2.3.2、主要性能比较试验:
       为了便于与机械进丸抛丸器进行的结构实验比较,采用国产Q3024型抛丸器作为试验用抛丸器。试验中只更换分丸轮,其它结构和参数不变。试验用抛丸器的主要结构参数如表1。
    表1 试验抛丸器的主要参数
    表1 试验抛丸器的主要参数
    轮内径为60 mm,外径96 mm。
       试验过程中,在机械进丸抛丸器达到最大抛丸量后,继续增加进丸量,出现了堵丸现象;而螺旋进丸抛丸器出现了电机功率不足的现象。对比试验结果如表2所示。从表中可以看出螺旋分丸轮的抛丸量和抛丸率均有较大程度地提高。
    表2 试验结果比较
    表2 试验结果比较

    2.3.3、分丸轮功率消耗试验:
       为了能较为准确的测量两种分丸轮喂送弹丸过程中所消耗的能量,设计了如下的实验方案。试验中采用间接测量的方法,首先测量抛丸器的空载和负载电流,然后拆掉抛丸叶片后再测量其空载和负载电流。显然用后一项的负载电流减去后一项空载电流即是分丸轮喂送弹丸的能耗。试验结果见表3。
       由表3可以看出,机械进丸抛丸器的空载电流、鼠笼式分丸轮喂送弹丸及弹丸在抛丸叶片加速所消耗的电流大约各占负载电流的三分之一。在抛丸量相同的情况下,螺旋进丸抛丸器总的功率消耗为机械进丸抛丸器的74.9%,其中分丸轮喂送弹丸所消耗的能量不足鼠笼式分丸轮送弹丸所消耗能量的
    表3 试验结果记录
    表3 试验结果记录
    三分之一。在相同功率的情况下,螺旋进丸抛丸器的抛丸量比机械进丸抛丸器的抛丸量提高了46%。在相同抛丸量的情况下,螺旋分丸轮喂送弹丸的能量消耗不足机械进丸抛丸器总能量消耗的十分之一,抛丸率比机械进丸抛丸器提高了近34%。
       上述实验结果说明,改变分丸轮的结构,可改变弹丸被喂送的方式,可有效地降低无效能量消耗,较大幅度地提高抛丸量和抛丸率。这是提高机械进丸抛丸器抛丸量和抛丸率的根本途径。
    3、螺旋抛丸器的实际应用:
       为验证螺旋进丸抛丸器的实际应用效果,先后在Q3024及Q3025型抛丸器上进行了生产性应用。为了与机械进丸抛丸器有可比性,采用了材质相同的鼠笼式分丸轮和螺旋分丸轮,应用效果如表4。
       从表4中可以看出,在同一个抛丸器上,螺旋分丸轮比鼠笼式分丸轮降低了25%~ 36%的功率消耗,而其使用寿命却提高了五倍以上。即使在大抛丸量的情况下,螺旋分丸轮的寿命也在400 h以上。这说明,螺旋分丸轮在工作中所产生的摩擦能量损耗远小于鼠笼式分丸轮的摩擦能量损耗,这也是螺旋分丸轮之所以抛丸率高、使用寿命较长的主要原因。从表4中还可以看出,只要加大电动机功率,螺旋进丸抛丸器的抛丸量是机械进丸抛丸器的两倍以上,抛丸率提高50%以上,而且消除了堵丸现象。这主要是因为螺旋分丸轮改变了弹丸被喂送的方式和运动状况,疏通了喂丸通道,使弹丸能够顺利地进入螺旋分丸轮的直叶片段,然后被喂送出去。而鼠笼分丸轮的固有结构,是产生堵丸现象并限制其最大抛丸量的根本原因。
    表4 两种分丸轮的应用效果比较

    表4 两种分丸轮的应用效果比较
     综上所述,螺旋进丸抛丸器是一种大抛丸量、高效率、使用寿命长、综合性能好的新型抛丸器。
    4、结论:
    1)鼠笼式分丸轮在喂送弹丸过程中,由于其与弹丸的多种强烈摩擦,消耗了大量的能量。这部分能量消耗约占总能量消耗的三分之一,因此,降低该部分的能量消耗是提高抛丸器抛丸率的根本途径。
    2)螺旋分丸轮以轴向方式喂送弹丸,疏通了喂丸通道,大幅度降低了摩擦损耗,与鼠笼式分丸轮相比抛丸量提高了一倍以上,消除了堵丸现象,其能量消耗减少到了十分之一,抛丸率提高了35%~50%。分丸轮的寿命提高到机械分丸轮的五倍以上。
    3)通过实际应用表明:螺旋进丸抛丸器是一种大抛丸量、高抛丸率、使用寿命长的新型抛丸器。
    本文来源青岛华盛泰抛丸机://www.krg3.com.cn/jishu/631.html
    关键词:抛丸机 抛丸清理机 青岛抛丸机 路面抛丸机 履带式抛丸机 吊钩式抛丸机
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