針對噴丸機(jī)堵塞問題提出新型開關(guān)閥研究解決

潘建宇

摘要：由于噴丸強(qiáng)化工藝在國防工業(yè)和民用工業(yè)中獲得迅速發(fā)展。因此針對噴丸強(qiáng)化工藝作業(yè)過程中工作效率和安全性存在的問題，本文重點提出了新型開關(guān)閥，通過比較常用開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)，研究如何解決噴丸強(qiáng)化的工藝質(zhì)量解決噴丸機(jī)堵塞的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造工藝與設(shè)備;新型開關(guān)閥;閥類分析;噴丸機(jī)

0 ?引言

噴丸強(qiáng)化工藝過程是指彈丸流不斷沖擊金屬材料表層并使表層材料發(fā)生塑性變形，從而形成變形強(qiáng)化層的過程。設(shè)備類型分為人工控制型噴丸機(jī)和遠(yuǎn)程遙控型噴丸機(jī)。兩種噴丸機(jī)作業(yè)停止時都會卸壓，長時間的噴丸作業(yè)中需要升壓和卸壓多次，由此就會造成在升壓和卸壓過程中，磨料和壓縮空氣白白浪費(fèi)，而且每次卸壓后，噴料軟管內(nèi)就會積聚殘余磨料，再次升壓作業(yè)會出現(xiàn)出料不暢的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會造成噴丸機(jī)堵塞。因此提出研究新型開關(guān)閥來解決出現(xiàn)的問題。本文研究介紹一種新型開關(guān)閥來解決噴丸機(jī)堵塞不安全問題。

1 ?兩種噴丸機(jī)工作原理

1.1 人工控制型噴丸機(jī)

噴丸氣動系統(tǒng)由控制器、氣動進(jìn)氣閥、氣動排氣閥和控制氣管、開關(guān)閥等組成。其工作原理：噴丸機(jī)接通氣源后，敞開氣動排氣閥，關(guān)閉氣動進(jìn)氣閥，噴丸機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。噴丸人員準(zhǔn)備停當(dāng)，壓下控制器上的手柄，堵住排氣小孔，壓縮空氣就順著另一根控制氣管進(jìn)入氣動進(jìn)氣閥和氣動排氣閥的頂端，打開進(jìn)氣閥，關(guān)閉排氣閥。封閉閥在壓縮空氣的頂推下將加料口封閉，磨料桶內(nèi)壓力升高，磨料閥上下兩端的壓力很快趨于平衡。磨料在重力的作用下進(jìn)入磨料閥的混合腔，與壓縮空氣混合后，打開開關(guān)閥，噴料經(jīng)軟管送到噴嘴處處理工件表面。噴丸人員需要停止作業(yè)時，只要松開控制器的手柄，控制進(jìn)氣閥和排氣閥的氣信號隨即消失，關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開排氣閥，噴丸機(jī)卸壓，封閉閥下落，作業(yè)停止或結(jié)束。

1.2 遠(yuǎn)程遙控型噴丸機(jī)

電/氣遙控型噴丸機(jī)是在氣動遙控型噴丸機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，電/氣遙控系統(tǒng)中的控制部分用電，執(zhí)行部分用壓縮空氣。系統(tǒng)中的電氣開關(guān)由噴丸人員掌握，控制電磁換向閥的切換，實現(xiàn)對氣動進(jìn)氣閥和氣動排氣閥的控制。由于控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用壓縮空氣驅(qū)動，因此電/氣遙控系統(tǒng)具有氣動遙控系統(tǒng)的全部優(yōu)點。電/氣遙控系統(tǒng)的工作效率比氣動遙控系統(tǒng)明顯提高。

2 ?列舉幾種開關(guān)閥的優(yōu)缺點

通過研究比較幾種常用開關(guān)閥結(jié)構(gòu)，閘閥、蝶閥、球閥、截止閥、翻板閥等優(yōu)缺點。

閘閥無法調(diào)節(jié)流量。僅適用于低溫低壓和高溫高壓。其流體阻力小;啟閉所需力矩小;可以使用在介質(zhì)雙向流動的環(huán)網(wǎng)管路上。但是其外形尺寸和開啟高度較大，安裝空間大;在啟閉過程中，密封面磨損較大，高溫時易引起擦傷現(xiàn)象，啟閉時間長等缺點。

蝶閥是一種可調(diào)節(jié)流體通道的閥門。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗材省適用于大口徑閥門中;啟閉迅速，流阻小，可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)。但其流量調(diào)節(jié)范圍小，由于其結(jié)構(gòu)和密封材料的限制，不宜用于高溫、高壓的管路系統(tǒng)中。密封性能相對于球閥、截止閥較差。

球閥主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流動方向。用于腐蝕性介質(zhì)和低沸點液體中;在較大的壓力和溫度范圍內(nèi)，能實現(xiàn)完全密封;可實現(xiàn)快速啟閉，操作無沖擊;在工作時，其結(jié)構(gòu)可防止介質(zhì)對密封面的侵蝕;適用于低溫介質(zhì)系統(tǒng);焊接閥體結(jié)構(gòu)可承受來自管道的應(yīng)力。但是球閥閥座密封圈材料是聚四氟乙烯具有較高的膨脹系數(shù)，易造成對冷流的敏感性和不良的熱傳導(dǎo)性。當(dāng)密封材料變硬時，密封的可靠性就受到破壞。而且其耐溫等級較低易老化，調(diào)節(jié)性能差。

截止閥是閥瓣沿閥座中心線移動的閥門。該閥門的工作行程相對較短，具有可靠的切斷功能;其制造工藝性比較好，便于維修;因填料為石棉與石墨的混合物，耐溫等級較高。但是介質(zhì)通過閥門時流動方向發(fā)生了變化，因此截止閥最小流阻也較高于大多數(shù)其他類型的閥門;行程較長，開啟速度較球閥慢。

翻板閥的密封效果不佳，可靠性差。

綜上列舉閥門的平均壽命短（連續(xù)工作在1800～2200h之間），導(dǎo)致工人的勞動強(qiáng)度大，成本高。不能解決噴丸機(jī)出料口堵塞問題，因此提出一種新型開關(guān)閥。新型密封結(jié)構(gòu)開關(guān)閥具有在工作時可以減小摩擦，防止密封面磨損，延長使用壽命。密封性能較其它開關(guān)閥性能更優(yōu)越，適用于各種工況的環(huán)境，啟閉時間短，減少工作人員等待時間等優(yōu)點。下面就該開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析。

3 ?新型開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)及其特點

新型開關(guān)閥在原有開關(guān)閥的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，設(shè)計槽輪間歇機(jī)構(gòu)，改進(jìn)密封形式以此在工作過程中形成氣固分離，減少磨料和壓縮空氣的浪費(fèi)，避免磨料的堆積和出料不暢現(xiàn)象，提出的新型開關(guān)閥，其特殊的密封結(jié)構(gòu)和氣動邏輯控制系統(tǒng)可以防系統(tǒng)防卡死、噴料軟管防堵塞的效果。進(jìn)而可以實現(xiàn)自動連續(xù)的噴丸，達(dá)到性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定的效果。

3.1 新型開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)

新型開關(guān)閥（如圖1所示），在原有圓頂閥的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，增加槽輪間歇機(jī)構(gòu)，改進(jìn)密封形式以此在工作過程中形成氣固分離。將開關(guān)閥裝置在儲料罐出口。當(dāng)噴丸機(jī)工作時，無需在噴丸機(jī)升壓/卸壓過程中浪費(fèi)等待時間，只需要將該開關(guān)閥打開或關(guān)閉就可以決定噴丸機(jī)是否開始工作，在固體隔離后使用氣源進(jìn)行鼓吹，可將使用后殘留的彈丸吹凈，保證密封精度和使用壽命。

組成結(jié)構(gòu)：如圖1所示，新型開關(guān)閥是由閥體、閥門、閥門控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)以及進(jìn)氣口6組成，其中，閥門控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)是由槽輪軸1、主動銷輪軸3、手柄4、槽輪軸2組成。

3.2 新型開關(guān)閥的使用特點

新型開關(guān)閥特點在于進(jìn)閥門、出閥門分別設(shè)計獨(dú)立結(jié)構(gòu)，閥門可單獨(dú)控制兩閥門開關(guān)。

開閥過程：

①當(dāng)主動銷輪軸順時針旋轉(zhuǎn)，柱銷帶動槽輪2旋轉(zhuǎn)90°，即此時進(jìn)閥門開啟，出閥門保持關(guān)閉。

②當(dāng)主動銷輪軸從位置2旋轉(zhuǎn)到位置3時，屬于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，閥門保持不動。

③主動銷輪軸從位置3旋轉(zhuǎn)到位置4時，柱銷帶動槽輪1旋轉(zhuǎn)90°，所有閥門開啟。

關(guān)閥過程：

①當(dāng)主動銷逆時針旋轉(zhuǎn)從位置4到3，出閥門關(guān)閉，進(jìn)閥門保持開啟。

②此時氣體從進(jìn)閥門進(jìn)入閥體內(nèi)部，可將閥體內(nèi)部的彈丸吹凈，防止殘留彈丸將閥門卡死。

③當(dāng)主動銷輪軸從位置2運(yùn)動到位置1時，柱銷帶動槽輪2旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)出口閥門都關(guān)閉。

4 ?新型開關(guān)閥在噴丸機(jī)上的優(yōu)點

該開關(guān)閥由雙閥門組成，一端閥門密封處留有1毫米間隙保證磨料輸送時關(guān)閉閥門不卡死密封處，減少密封副磨損;根據(jù)槽輪間歇運(yùn)動的特點，主動銷輪軸作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動槽輪軸1和2作間歇轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、機(jī)械效率高、能平穩(wěn)、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。從而帶動進(jìn)閥門和出閥門完成不同步開啟關(guān)閉動作。設(shè)計出閥門處密封副不完全密封，留有空隙，防止彈丸卡死在密封副，進(jìn)閥門處密封副密封，不留空隙，由于在進(jìn)閥門關(guān)閉前增加進(jìn)氣工作，通過氣源將閥體內(nèi)腔余料清理干凈，既保證了開關(guān)閥的密封條件，又延長了密封副的使用壽命，消除了噴丸機(jī)出料不暢的現(xiàn)象，避免了噴料軟管的堵塞。

在不適合人工操作的環(huán)境下也可安裝氣動控制元件，利用PLC編程可以實現(xiàn)邏輯順序控制開關(guān)閥工作。

5 ?結(jié)論

通過本文提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用這種開關(guān)閥作為噴丸機(jī)的出料閥門，保證了噴丸工作人員的人身安全，降低了噴丸機(jī)升壓/卸壓過程的等待時間，減少了磨料和壓縮空氣的浪費(fèi)。使用該開關(guān)閥也可在噴丸設(shè)備上安裝多個噴料設(shè)備，可以多線程控制噴丸開啟關(guān)閉互不影響，并保證氣固快速分離。該開關(guān)閥可以用于噴丸機(jī)，還適用于煤粉、煤灰、含塵氣體、沙子廢渣等大顆粒物料輸送，開關(guān)閥開關(guān)輕便，扭矩小，轉(zhuǎn)動靈活。

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