連續(xù)加砂型噴砂機(jī)的研究與應(yīng)用

蘇娟娟， 呂莉華， 李高進(jìn)， 徐德敏

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

連續(xù)加砂型噴砂機(jī)的研究與應(yīng)用

蘇娟娟， 呂莉華， 李高進(jìn)， 徐德敏

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

分析噴砂機(jī)的工作原理，研究影響噴砂機(jī)工作效率的主要因素，通過(guò)多次研究并進(jìn)行實(shí)際的噴砂試驗(yàn)對(duì)噴砂機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造設(shè)計(jì)出連續(xù)加砂型噴砂機(jī)，可不停機(jī)加料，大幅提高噴砂生產(chǎn)效率，并提出目前使用的連續(xù)加砂型噴砂機(jī)在工作時(shí)待改進(jìn)的不足之處，指出后續(xù)的研究方向。

噴砂機(jī)；間隙加砂；連續(xù)加砂；加料；升級(jí)改造

0 前 言

噴砂機(jī)是船舶分段表面處理最關(guān)鍵的設(shè)備，噴砂機(jī)噴砂效率的高低直接影響著船舶分段的生產(chǎn)效率，如何提高噴砂機(jī)的噴砂效率是各大船企一直致力解決的問(wèn)題。

噴砂機(jī)的工作原理是以壓縮空氣為主要?jiǎng)恿?，將磨料以一定的速度噴向被處理的鋼材表面，以磨料?duì)鋼材表面的沖擊和磨削作用，將鋼材表面的氧化皮、銹蝕產(chǎn)物及其他污物除去[1]。噴砂機(jī)在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的應(yīng)用極其廣泛，在船廠分段涂裝生產(chǎn)線的應(yīng)用最為集中，是分段涂裝生產(chǎn)線最關(guān)鍵的設(shè)備。噴砂機(jī)的技術(shù)水平基本代表當(dāng)代涂裝行業(yè)的發(fā)展水平。

1 噴砂機(jī)的發(fā)展歷程及存在的問(wèn)題

早期涂裝生產(chǎn)線中的噴砂機(jī)主要為間隙加砂型噴砂機(jī)，工作程序?yàn)椋焊左w內(nèi)磨料加滿→噴砂→缸體內(nèi)磨料全部噴完→噴砂機(jī)停機(jī)加料→缸體內(nèi)磨料加滿，具體工作原理如圖1所示。

圖1 間隙加砂型噴砂機(jī)原理

系統(tǒng)按如下動(dòng)作執(zhí)行：當(dāng)缸體磨料滿時(shí)排氣閥關(guān)閉，封閉閥關(guān)閉，進(jìn)氣閥打開(kāi)，磨料閥和吹氣閥打開(kāi)，則噴砂槍可以進(jìn)行噴砂作業(yè)；缸體中磨料噴射完畢后進(jìn)氣閥、吹氣閥、磨料閥關(guān)閉，排氣閥和封閉閥打開(kāi)則開(kāi)始進(jìn)行加料；循環(huán)往復(fù)工作。

在此過(guò)程中噴砂作業(yè)為一個(gè)不連續(xù)的工作狀態(tài)，當(dāng)噴砂機(jī)內(nèi)的磨料噴完后，噴砂工人只能等待設(shè)備加料完畢后才能繼續(xù)工作；噴砂時(shí)不能加料，加料時(shí)不能?chē)娚?，由此影響了涂裝生產(chǎn)線的作業(yè)效率，而且工人在噴砂作業(yè)時(shí)并不能精確知道噴砂機(jī)內(nèi)的用料情況，這也是噴砂作業(yè)中的一個(gè)安全隱患。

2 噴砂機(jī)的升級(jí)改造

為改善噴砂機(jī)的結(jié)構(gòu)缺陷，滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要，急需對(duì)噴砂機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造。

改造的首要目標(biāo)是將噴砂與加料兩個(gè)功能設(shè)計(jì)為兩個(gè)互不干涉的獨(dú)立功能，設(shè)備在進(jìn)行噴砂作業(yè)的同時(shí)也能順利完成加料，且不能影響正常的噴砂作業(yè)。由于不再需要停機(jī)等待加料，因此只要有足夠的磨料，升級(jí)改造后的噴砂機(jī)即可進(jìn)行連續(xù)噴砂作業(yè)，從而可大幅提高生產(chǎn)效率。

設(shè)計(jì)思路如下：將噴砂機(jī)設(shè)計(jì)成上下兩個(gè)獨(dú)立的倉(cāng)室，倉(cāng)室與外部、倉(cāng)室之間由封閉閥封閉和聯(lián)通。每個(gè)倉(cāng)室布置一個(gè)物料傳感器用于檢測(cè)料位狀態(tài)，通過(guò)可編程邏輯控制器(Programmble Logic Controller, PLC)計(jì)算分析并發(fā)出程序信號(hào)控制閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉，相應(yīng)進(jìn)行加料或噴砂作業(yè)，改進(jìn)為連續(xù)加砂型噴砂機(jī)。

連續(xù)加砂型噴砂機(jī)的工作原理如圖2和圖3所示。

圖2 連續(xù)加砂型噴砂機(jī)噴砂示例

圖3 連續(xù)加砂型噴砂機(jī)上倉(cāng)加料噴砂示例

噴砂機(jī)在初始狀態(tài)下，關(guān)閉下倉(cāng)排氣閥，下倉(cāng)體通入壓縮空氣，下倉(cāng)封閉閥關(guān)閉，此時(shí)上倉(cāng)排氣閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，進(jìn)氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)，上倉(cāng)室呈無(wú)壓力狀態(tài)，上倉(cāng)封閉閥自動(dòng)落下。控制程序開(kāi)啟加料閥，磨料儲(chǔ)料桶內(nèi)的磨料落入噴砂機(jī)上倉(cāng)室。當(dāng)磨料加注到料位儀位置時(shí)，上倉(cāng)料位儀發(fā)出信號(hào)，程序控制關(guān)閉加料閥、關(guān)閉上倉(cāng)排氣閥、打開(kāi)上倉(cāng)進(jìn)氣閥、關(guān)閉上倉(cāng)封閉閥(見(jiàn)圖2)。上倉(cāng)室呈有壓力狀態(tài)，由于此時(shí)上下倉(cāng)室都呈壓力狀態(tài)，因此下倉(cāng)封閉閥自動(dòng)落下，上倉(cāng)室的磨料在封閉的壓力環(huán)境中落入到下倉(cāng)室內(nèi)。此時(shí)，噴砂機(jī)可進(jìn)行噴砂作業(yè)。

隨著缸體內(nèi)磨料的噴出，下倉(cāng)室內(nèi)磨料不斷減少。當(dāng)下倉(cāng)室的磨料料位低于下倉(cāng)料位儀時(shí)，下倉(cāng)料位儀發(fā)出信號(hào)，程序控制上倉(cāng)排氣閥打開(kāi)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，上倉(cāng)室排氣減壓，上下兩倉(cāng)產(chǎn)生壓差，下倉(cāng)封閉閥頂起關(guān)閉，上倉(cāng)封閉閥由于上倉(cāng)室的卸壓而自動(dòng)落下(見(jiàn)圖3)。此時(shí)，由于下倉(cāng)室仍然有足夠壓力，噴槍可以繼續(xù)噴砂。上倉(cāng)封閉閥落下后控制程序打開(kāi)加料閥，磨料儲(chǔ)料桶內(nèi)的磨料再次進(jìn)入噴砂機(jī)上倉(cāng)室。從理論角度分析，只要磨料儲(chǔ)料桶內(nèi)有足夠的磨料，此形式的噴砂機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)周而復(fù)始連續(xù)工作的目的。

3 噴砂機(jī)改造后的效果分析

以一個(gè)0.6 m3噴砂機(jī)為載體進(jìn)行試驗(yàn)，改造前間隙型噴砂機(jī)的有效磨料容量為2 400 kg，直徑10 mm的噴嘴每分鐘的噴砂量為30 kg，當(dāng)磨料滿倉(cāng)時(shí)，1機(jī)2槍型的連續(xù)噴砂時(shí)間為

式中：t為連續(xù)噴砂時(shí)間，min；G為磨料容量，2 400 kg；a為噴槍數(shù)量，2個(gè)；g為單支噴砂槍噴砂量，30 kg/min。

經(jīng)計(jì)算，t= 40 min。

在實(shí)際使用中加滿一缸磨料需要5 min，所以該形式噴砂機(jī)的理論工作效率為

式中：η為噴砂機(jī)的理論工作效率；t為連續(xù)噴砂時(shí)間，min；t1為加砂時(shí)間，min。

經(jīng)計(jì)算，η=89%。

升級(jí)改造后的連續(xù)加砂型噴砂機(jī)，由于可以不停機(jī)工作，則噴砂機(jī)的理論工作效率為100%，因此連續(xù)加砂型噴砂機(jī)的工作效率比間隙加砂型噴砂機(jī)的工作效率提高了11個(gè)百分點(diǎn)。

4 連續(xù)加砂型噴砂機(jī)存在的問(wèn)題

升級(jí)改造后的連續(xù)加砂型噴砂機(jī)雖然工作效率比間隙加砂型噴砂機(jī)提高了很多，但是在使用過(guò)程中也存在問(wèn)題，主要是連接上下兩個(gè)倉(cāng)式的上下封閉閥容易出現(xiàn)故障，通過(guò)實(shí)地考察研究分析，除了加工精度和安裝精度的問(wèn)題外，上下兩個(gè)倉(cāng)式體積的分配比例也可能是影響封閉閥使用壽命的因素，于是設(shè)計(jì)了兩種形式的連續(xù)加砂型噴砂機(jī)。

4.1 上倉(cāng)大、下倉(cāng)小形式

圖4為上倉(cāng)大、下倉(cāng)小連續(xù)加砂型噴砂機(jī)原理圖。這種形式的噴砂機(jī)噴砂時(shí)，上倉(cāng)封閉閥關(guān)閉，下倉(cāng)封閉閥呈開(kāi)啟狀態(tài)，上、下倉(cāng)排氣閥同時(shí)關(guān)閉，上倉(cāng)和下倉(cāng)聯(lián)通成為一個(gè)壓力容器進(jìn)行噴砂作業(yè)。當(dāng)噴砂至下倉(cāng)料位儀，其檢測(cè)到?jīng)]有砂時(shí)，上倉(cāng)排氣閥打開(kāi)，下倉(cāng)封閉閥關(guān)閉，下倉(cāng)則成為一個(gè)壓力容器繼續(xù)噴剩余的磨料，上倉(cāng)進(jìn)行加砂。由于加砂比噴砂快，當(dāng)上倉(cāng)砂加滿時(shí)，上倉(cāng)排氣閥關(guān)閉，上倉(cāng)封閉閥關(guān)閉，則下倉(cāng)封閉閥自動(dòng)打開(kāi)，上、下倉(cāng)再次成為一個(gè)壓力容器，上倉(cāng)的磨料流入下倉(cāng)繼續(xù)噴砂。當(dāng)下倉(cāng)磨料快噴完時(shí)，下倉(cāng)封閉閥向上關(guān)閉，此時(shí)上倉(cāng)是空倉(cāng)，下倉(cāng)磨料閥關(guān)閉時(shí)阻力較小，但是在上倉(cāng)加滿砂后，上倉(cāng)封閉閥關(guān)閉，下倉(cāng)封閉閥打開(kāi)，上倉(cāng)較大，噴砂過(guò)程中磨料一直在磨損下倉(cāng)封閉閥密封圈，密封圈較易損壞，且由于流砂不均勻，也易導(dǎo)致下倉(cāng)封閉閥跑偏而損壞。

圖4 上倉(cāng)大、下倉(cāng)小連續(xù)加砂型噴砂機(jī)原理圖

4.2 上倉(cāng)小、下倉(cāng)大形式

圖5為上倉(cāng)小、下倉(cāng)大連續(xù)加砂型噴砂機(jī)原理圖。這種形式的噴砂機(jī)噴砂時(shí)，下倉(cāng)封閉閥關(guān)閉，下倉(cāng)排氣閥關(guān)閉，下倉(cāng)成為一個(gè)壓力容器進(jìn)行噴砂。當(dāng)下倉(cāng)料位儀檢測(cè)到?jīng)]砂時(shí)，上倉(cāng)封閉閥關(guān)閉，下倉(cāng)封閉閥打開(kāi)進(jìn)行加砂。當(dāng)上倉(cāng)的磨料全部加到下倉(cāng)時(shí)，下倉(cāng)封閉閥關(guān)閉后再進(jìn)行噴砂，大部分噴砂過(guò)程中下倉(cāng)封閉閥是關(guān)閉狀態(tài)。這種形式下倉(cāng)封閉閥磨損小，噴砂機(jī)故障率大幅降低。

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圖5 上倉(cāng)小、下倉(cāng)大連續(xù)加砂型噴砂機(jī)原理圖

5 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析、討論、試驗(yàn)和調(diào)試，研制的連續(xù)加砂型噴砂機(jī)明顯提高了工作效率，得到廣大船企的熱烈歡迎。連續(xù)加砂型噴砂機(jī)在使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，經(jīng)反復(fù)分析討論、試驗(yàn)，已經(jīng)基本得到解決，經(jīng)過(guò)船廠的實(shí)際使用，性能穩(wěn)定可靠，可以滿足船廠連續(xù)噴砂作業(yè)的需求，后續(xù)還需在封閉閥的安裝和加工精度上不斷完善，提高封閉閥的質(zhì)量和設(shè)備的可靠性。

[1] 沈國(guó)良.鋼材噴丸清理質(zhì)量及其控制[J].防腐蝕工程，1995(1)：42-45.

Research and Appliction of Continuous Sand-Feeding Sand Blaster

SU Juanjuan， LYU Lihua， LI Gaojin， XU Demin

(Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute， Shanghai 200032, China)

The working principle of sand blaster is analyzed and the main factors affecting the efficiency of sand blaster are studied. A continuous sand-feeding sand blaster is designed by a great number of studies and sand blaster tests. This sand blaster need not to close down to charging and can greatly increase productivity. The shortcomings of the continuous sand-feeding sand blaster are put forward and the future research direction is pointed out.

sand blaster； intermittent sand-feeding； continuous sandblasting； sandfeeding； retrofitting

蘇娟娟(1978-)，女，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橥垦b工場(chǎng)工藝與設(shè)備

1000-3878(2017)04-0065-03

U673

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