爬行式鋼管外表面打磨器

何小琳，熊健祥，胡慶樂，李克天

（廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，廣東廣州 510006）

0 前言

市面上現(xiàn)有對鋼管進行打磨除銹的方法和工具，最為普遍的是人工使用簡單的砂紙或電動工具除銹。該方法的優(yōu)點是除銹全面，但勞動強度大；拋丸機可用于打磨除銹，但體積較大，操作不便，缺乏靈活性，無法應(yīng)用于已經(jīng)安裝在現(xiàn)場的固定欄桿的除銹；還有高壓噴水除銹，不但耗費水資源，也不方便進行大面積工作，殘留水分易使表面再度生銹[1-2]。還有一種方法就是化學(xué)除銹，這種方法成本高，對環(huán)境影響也很大。針對已經(jīng)固定安裝的欄桿除銹困難的問題，本文設(shè)計開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活、自動化程度高、節(jié)能環(huán)保的除銹打磨器，專用于金屬圓柱外表面欄桿的打磨和除銹。

1 總體結(jié)構(gòu)和原理

如圖1所示，爬行式鋼管外表面打磨器主要由機架部件1、打磨部件2、可伸縮打磨頭3、打磨頭鎖緊機構(gòu)4、導(dǎo)軌部件5、往復(fù)機構(gòu)6、夾緊部件7、進給機構(gòu)8和控制部分等組成。

圖1 爬行式鋼管外表面打磨器總體結(jié)構(gòu)

機架部件1通過夾緊部件7裝夾于所需打磨的鋼管上。兩組夾緊部件7中的電磁鐵39通電夾持，斷電放松；整體呈C字型的結(jié)構(gòu)使打磨器易于在鋼管上裝卸；在導(dǎo)軌部件5中弧形導(dǎo)軌24的作用下，打磨頭可以沿鋼管作旋轉(zhuǎn)運動；三個電機15之間的夾角為120°，電機15帶動鋼絲輪繞著鋼管軸心旋轉(zhuǎn)，每個打磨頭繞鋼管的打磨弧度大于120°；三個打磨頭的打磨弧度連起來，可完成鋼管外表面的完整打磨；可伸縮打磨頭3能自動調(diào)節(jié)鋼絲輪與鋼管的距離，改善打磨效果；貫通軸式直線電機42轉(zhuǎn)子具有內(nèi)螺紋，與絲桿41配合形成絲桿螺母副實現(xiàn)進給直線運動；利用兩套夾緊部件7的交替松緊，驅(qū)動打磨器爬行進給移動。

2 往復(fù)機構(gòu)

打磨器能沿鋼管做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動是通過往復(fù)機構(gòu)實現(xiàn)的，該機構(gòu)如圖2所示。由右鏈輪33、鏈條32、換向爪35、上擋板34、下?lián)醢?0、左扭簧36、右扭簧29、導(dǎo)向槽31和減速電機45等組成；右鏈輪33安裝于減速電機輸出軸上，減速電機固定在圖1的機架上；鏈條32的上段外側(cè)與下段的內(nèi)側(cè)分別與上擋板34和下?lián)醢?0接觸，并環(huán)繞兩端鏈輪；左扭簧36和右扭簧29用螺釘固定，左扭簧36末端固定在下?lián)醢?0上，右扭簧29固定在上擋板34上。

圖2 往復(fù)機構(gòu)原理圖

若換向爪的上鉤腳38鉤住鏈條32上段內(nèi)側(cè)，則導(dǎo)向腳37在下導(dǎo)向槽31中滑動，即換向爪順時針移動。下鉤腳39將懸空，不與鏈條32的下段接觸。導(dǎo)向腳37在下導(dǎo)向槽31中滑動，防止上鉤角38與鏈條32脫離嚙合。當(dāng)換向爪35運行到導(dǎo)向槽31的左端，左扭簧36彎曲變形，貯存能量，導(dǎo)向腳37最后不受導(dǎo)向槽31的制約，上鉤角38與鏈條32脫離嚙合，在左扭簧36的作用下，導(dǎo)向腳37迅速被推向上導(dǎo)向槽31，同時下鉤腳39與鏈條32的下段的外側(cè)嚙合。鏈條32帶動換向爪35逆時針移動。同樣道理，在導(dǎo)向槽31的右端，換向爪35和上下鉤腳完成切換，換向爪35又順時針移動。該機構(gòu)將減速電機45的單方向旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成打磨器所需要的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動。

如圖3所示的換向爪由上鉤腳38、下鉤腳39和導(dǎo)向腳37組成。

圖3 換向爪結(jié)構(gòu)

導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)原理如圖4所示?；⌒螌?dǎo)軌24與固定板9配合實現(xiàn)打磨頭在鋼管上的整周打磨。

圖4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)原理圖

3 可伸縮打磨頭

可伸縮打磨頭結(jié)構(gòu)如圖5所示。該結(jié)構(gòu)由電機15、電機軸套筒16、定位銷20、彈簧17、定位套筒18、連接套筒19和鋼絲輪14等零件組成；當(dāng)鋼絲輪與鋼管存在間隙，彈簧17推動定位套筒18，同時帶動套筒19移動，打磨頭伸出，消除鋼絲輪14與鋼管之間的間隙。反之，當(dāng)鋼絲輪與鋼管之間間隙過小，彈簧能夠壓縮變形，使打磨頭后退。該結(jié)構(gòu)能自動調(diào)節(jié)鋼絲輪與鋼管的距離，以彌補打磨頭在鋼管安裝過程中可能存在的偏心，獲得均勻的打磨效果。

圖5 可伸縮打磨頭結(jié)構(gòu)原理圖

4 進給機構(gòu)

根據(jù)仿生學(xué)的原理，模仿尺蠖的爬行，設(shè)計了自動爬行進給機構(gòu)。原理如圖6所示。該進給機構(gòu)由絲桿41、直線軸承43、貫通軸式直線電機42、光桿10、固定板9、內(nèi)夾頭固定板40和外夾頭固定板34等組成。內(nèi)夾頭固定板40上的電磁鐵39通電，夾緊鋼管，控制貫通軸式直線電機42正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與絲桿41配合，轉(zhuǎn)子正向旋轉(zhuǎn)，帶動外夾頭固定板34向前移動一定距離后停止，此時輪到外夾頭固定板34上的電磁鐵39通電，夾緊鋼管，內(nèi)夾頭固定板40上的電磁鐵39斷電，松開鋼管，貫通軸式直線電機42的轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，絲桿41帶動內(nèi)夾頭固定板40向前移動一定距離。如此循環(huán)反復(fù)，實現(xiàn)裝置的爬行進給功能。

5 結(jié)論

圖6 進給機構(gòu)原理圖

爬行式鋼管外表面打磨器具有方便裝卸、整圓打磨、自動進給和與鋼管自適應(yīng)調(diào)整同心度的功能，可應(yīng)用于懸空架設(shè)的金屬管道外表面和金屬管防護欄桿的除銹打磨工作[3-4]。適當(dāng)調(diào)整夾持距離和鋼絲輪的規(guī)格，可以應(yīng)用于直徑不同的鋼管的打磨拋光，適用范圍較廣，勞動強度降低，市場前景廣闊。

［1］王亞軍，支左.鋼管除銹機設(shè)計與經(jīng)驗［J］.中國化工裝備，2002（04）：43-48.

［2］楊剛.磨料水射流除銹技術(shù)仿真研究［J］.機電工程，2013（8）：929-932.

［3］熊健祥，溫超文，張偉文，等.鋼管外表面除銹打磨裝置：廣東，CN203579369U［P］.2014-05-07.

［4］李奇文，榮連泉.鋼管外表面在線除銹方法［P］.天津：CN101444896，2009-06-03.