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抛丸器的优化设计

文章出处:admin 人气:发表时间:2017-10-12 09:51

          抛丸器是抛丸清理设备抛丸机的关键部件 ,它己经有百余年使用历史 ,已经有了完整的理论体系和多种型号的抛丸器产品 。我国是在由原苏联援建一汽后 ,才有了国产仿苏抛丸器产品的生产与使用 ,抛丸量只有每分钟几十千克,很小。在抛丸器的理论和观念上只接受适用于小抛丸量的阿克肖诺夫的观念(特点是以铁丸作为分析实例,略去其鼓风作用影响 )。进入上世纪七十年未 ,引进一些大批量生产线 ,配带大抛丸量抛丸器,由于以老观念认识它 ,国产化后不但抛丸量大大低于引进的 ,而且寿命很短,短得不可想象。为此国家划拨科研经费对抛丸耐磨材料和抛丸器结构同时开展研究,取得了一定成果 ,首先用于太原钢铁公司第七轧钢厂的轧钢自动生产线上的替换磨耗的进口抛丸器(其特点是采用钢丸,充分利用了其鼓风作用 ),节省外汇支出 。由于商品经济要求各参与单位对核心资料不公布于学术刊物上 。到如今 ,有些单位和有关人员对大抛丸量抛丸器只知道所然,不知道所以然 。历史发展到当今 IT时代,在计算机软件不断发展尤其是强大的三维造型软件建模 ,将模型导入到 ADAM S中 。这样一来对拟要分析研究的机器,只要掌握了其结构参数和施工图纸 ,将其建立的模型输入电脑中 ,就可在电脑里敲打键盘分析各种包括静、动力学在内各种问题了 ,取得应有的结果 、数据和资料 。由于大批丸量抛丸器的核心资料在刊物上难以找到 ,以至目前个别以 IT技术出现研究抛丸器[2 ]和以数理分析抛丸器[3 ]对现代抛丸器工作原理了解比较模糊 ,这不但影响其分析效果 ,也会波及到抛丸器正确的使用和制造 ;有些制造商 (率先的是国外的制造商 )的抛丸器广告上,说明书上 ,将历史上曾使用过而被淘汰 (如前曲叶片 )了的抛丸器结构又捡了回来荣为新技术来吸引用户等等。在抛丸机的设计上也有模糊观念 :在一台抛丸机上采用多台抛丸器时究竟是分散布置还是集中布置好呢 ?抛丸器距离被抛表面究竟远些好还是近一些好等等,没有一个理论上的理由和标准 。还有抛丸器本身一些参数选择上也有些模糊观念存在 。为此撰写本文以阐明诸多问题 ,起一个抛砖引玉作用.
   
      1 分析对象选取
在当今虚拟样机广泛应用时代,抛丸器研究者首先想到应用 IT虚拟技术来研究其优化设计问题。这就要选择分析样机。那么选择的样机就要能较普遍地代表分析对象 ,使分析问题能揭露通用规律 ,不是只优化设计一个产品,而是要用于优化设计系列产品 。由此 ,笔者觉得应将标准抛丸器产品参数 、图纸和资料导入 ADAMS中为好。目前我国各制造厂制造的标准抛丸器有 3 6 0 mm(3 0 0 0 r/ min直联 );4 2 0 mm (2 6 0 r/ min)和 5 0 0 mm (2 2 5 0 r/ min)三个基本规格品种。为满足机械零部件抛丸强化要求,另设置 :3 8 0 m m(配 2 极电机 ), 4 2 0 mm(2 6 0 0r/ min), 5 0 0 mm(2 4 0 0 r/ min)三个型规格产品,前者是直径变大 ,转速不变 ,大多数采用电机直联传动,后两者是直径不变,转速加快,一般采用三角带轮转动。由叶片宽度不同,还有些派生产品 。也还有个别非标无分丸轮单轴双叶片多叶轮串联式抛丸器用于非机械制造行业部门 。这些品种抛丸器符合国际标准。
    2 分丸轮作用
 
此处 R是座标原点 ,本例是抛丸器中心 )02k20
当 R /R足够大时: 由于弹丸团具有散体性质(即其压力传播具有流体力学规律 ),由进丸管进来的弹丸团,依靠风力输送(流体力学)送到抛丸器中获得速度能(具有冲量 )和重力作用使弹丸从供丸阀流出到抛头器中心的位能转变速度能(动能)获得冲量 ,将弹丸送入抛丸器中心,靠 (2 )式关系(机械力学 ),挤入并充满分丸轮中心 f0 和它的叶片间空腔上,并向定向套内壁挤压 ,当分丸轮两叶片间塞得满满的 abcd所包围的又没有任何粘结力的弹丸团,被推到定向套窗口起始边时, ab边的弹丸首先被定向套内壁解除了约束力,b点以 (2 )式(由于现代抛丸器的分丸轮叶片如 Q0 3 3 只有 9 mm长 ,为分析简化, abcd丸团的厚度上只有数颗弹丸 ,可全按 (2 )式计算 )的速度,以切线方向飞向叶轮叶片,在 R点和叶片相遇,接受k叶片上按微分方程式用力对弹丸加速,从叶片叶顶端以 (1 )、 (3 )式关系抛出 。在 b点弹丸抛出后,第二颗弹丸接着跟随其后,直到 ab线上全部跟出后 ,b点(此处 b点是指分丸轮上的点,如是弹丸,是和它重叠的弹丸 ,当离开了 ,就不是了 )还没有越过定向套窗口时,还能够从分丸轮中心 (即 包围的弹丸 )取得弹丸继续跟随其后 (此时跟上的弹丸是按 (1 )、(3 )式所示规律运动),能够使得全窗口基本上得到充分利用 ,达到最大抛丸量 (记住:大抛丸量,要配相应的大功率,如配的功率小 ,用供丸阀控制供丸量,使不超载,这时不需要 f0 中的弹丸补充了),以后重复上述过程,直到 bd边越过定向套窗口为止。如果分丸轮叶片较长 , abcd弹丸群体剩下的弹丸被分丸轮叶片带动旋转并被后来挤入的弹丸推向定向套壁 ,仍旧保持塞得满满的 abcd的弹丸团,在第二圈继续按上描述的过程飞向叶轮叶片上,以后又重复上述过程 ……。由此可见 ,要提高抛丸量 :第一在设牵连速度   Ve= ωR有限分丸轮的体积内,尽量加大中心内腔空间,以聚集更多的弹丸 ,源源不断得到补充到 ab边的弹丸供抛丸之用 ;又能减少风送的气流阻力,充分发挥风送作用 ,使弹丸挤入分丸轮中心及其叶片间空腔内 ,保
证 ab边的延长线上的弹丸补充;第二与之相配匹地加大进丸管通道,使弹丸在风力作用下畅通无阻 ,阻力损失少 。在此要说明的是对大抛丸量抛丸器的进丸管、分丸轮都很大 ,其鼓风作用而产生的风力输送弹丸作用很大 ,而啊克肖诺夫所遇到的是小抛丸量抛丸器,进丸管和分丸轮都较小,抛丸器的鼓风作用 ,被小进丸管 、小分丸轮所挡而忽略了可以理解 。当今国内使用的都是大抛丸量抛丸器 ,还延用 `啊氏'观点分析现代抛丸器,由此得到的结论难以和现代抛丸器真实性能所吻合。文献 [3 ]是依啊克肖诺夫的观念为基础分析问题的 ,从其题目的开头取的 “机械进丸 ”四字 ,想是作者为区别风力进丸而取的 。风力进丸抛丸器在国内外都有产品使用过 (不是试用 ),国内是闫萌槐教授设计的在诸城铸机厂使用较长时为了增加分丸轮内腔中弹丸容积 ,现在生产的抛丸器的分丸轮叶片越来越短 ,如 Q0 3 3型抛丸器的分丸轮叶片只有 9 mm, 也有的厂家制造的抛丸器 ,其分丸轮去掉 8 个叶片, 以四根小柱代替 , 效果很好 ,既增大分丸轮内腔容量 ,又加强了分丸轮耐磨性能 (因每根直径比其叶片 2 倍厚度还大 ), 也畅通了弹丸送进来的通道。上述名种分丸轮结构的抛丸器在用户厂里可以看到 ,而在刊物上介绍的很少 ,笔者借此机会介绍如上所述。进一步对其进行数理分析 。
       3 定向套作用
 
定向套是固定在抛丸器机壳上的零件 , 它的作用是使在分丸轮内初步被加速的弹丸只能从定向套窗口飞出,除窗口以外的弹丸被定向套内壁阻挡住外飞。使弹丸团的径向速度为零 ,在其两者间隙较大条件下 ,接触到定向套壁的弹丸有可能被其壁的粗糙度阻挡使其绝对速度为零 (使定向套和分丸轮不磨损), 也有些被其内层分丸轮带动的弹丸推动依极小的绝对 速度而 滑动 (使定向套和分丸轮少磨损 ),一旦遇到定向套窗口而飞向叶轮, 依此来控制抛丸器的抛出方向。除飞出的弹丸外 ,其余的弹丸又随分丸轮旋转;如果两者间隙很小,若小于一颗弹丸直径时 , 其间隙中就要夹着硬度极高的破碎弹丸(因弹丸数量极多 ,总有机会夹进去)那就像砂轮切割机那样,不是分丸轮 (碎弹丸嵌在分丸轮上 )切割定向套内壁 ,就是定向套(碎弹丸嵌在定向套上)切割分丸轮外圈。而且随着为提高抛丸器抛丸量 (上节己分析)而加大分丸轮直径, 由(2 )式可知 , 其圆周速度也加大 , 磨损也加大。这就是我们以 `啊氏 '
 
 
 
 
 

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