鋼結(jié)構(gòu)拋丸機的分類和選用及教學(xué)用拋丸機研究

楊 鋒，盧 艷，劉亞飛 （南通理工學(xué)院，江蘇南通 226000）

0 引言

將目前常用的拋丸機與噴砂機相比，前者表面處理效率和，自動化程度更高，可大大節(jié)省人工；缺點是拋丸機的使用有一定限制，對一些體積較大或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行有效的拋丸，而噴砂機幾乎可以對所有類型的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面處理。因此對企業(yè)而言，配備了噴砂機可以不用再配備拋丸機，但配備拋丸機還要配備噴砂機，故我國目前的現(xiàn)狀是大型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)、造船廠幾乎都配有拋丸機；而一些小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，通常只有噴砂機而沒有拋丸機；雖然拋丸機的工作效率很高，但因成本以及可替代性限制使得小型企業(yè)不愿意投入過多的資金購買。拋丸機在使用過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，故拋丸機附近還需要配置必要的除塵設(shè)備，除塵設(shè)備可根據(jù)拋丸機的規(guī)格來選擇。有時鋼結(jié)構(gòu)沒有得到良好的表面處理不是因為拋丸機選擇不當(dāng)，而是拋丸機的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，所以對于拋丸機輥道速度、拋頭電流在拋丸前都應(yīng)進(jìn)行合理的設(shè)置［1］。據(jù)悉，對部分鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)的技術(shù)人員對拋丸機的分類和特點并不十分清楚，在選擇拋丸機時主要向拋丸機供應(yīng)商進(jìn)行了解，所選擇的產(chǎn)品不一定是最適合的。

若干年后，拋丸機在小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)將極有可能得到普及，其原因主要有4個方面：（1）隨著新產(chǎn)品的開發(fā)，市場上的拋丸機種類增多，小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)可根據(jù)自身需求購買適合的小型廉價拋丸機；（2）噴砂工作異常艱苦，我國目前存在“用工荒”和“就業(yè)難”并存的現(xiàn)象［2］，工人寧愿待業(yè)也不愿從事噴砂這種極為艱苦的工作，自動化拋丸機可節(jié)約勞動力，方便招工；（3）拋丸會產(chǎn)生大量的灰塵，對工人的健康有一定的影響，容易誘發(fā)塵肺病等，當(dāng)前我國職業(yè)病認(rèn)定體制還不是特別完善，塵肺病患者維權(quán)艱難［3］，很多職工無法得到賠償，甚至被迫“開胸驗肺”。隨著我國法制的不斷完善，這種現(xiàn)象將得以大大緩解，企業(yè)也將難以逃避責(zé)任。而拋丸機因為是自動作業(yè)，當(dāng)拋丸作業(yè)開始后，操作人員可遠(yuǎn)離現(xiàn)場，從而不易染上塵肺病；（4）拋丸機的一次性投入較大，當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)市場行情較差，企業(yè)考慮更多的是如何度過“寒冬”，隨著市場的好轉(zhuǎn)，企業(yè)逐步將重心轉(zhuǎn)移至企業(yè)的發(fā)展上，就會在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面增加投入，對于業(yè)主，尤其是小型企業(yè)的業(yè)主，根據(jù)需要正確地選用拋丸機十分重要，除了制造特殊產(chǎn)品的企業(yè)外，應(yīng)盡量選擇通用型拋丸機。

1 通用型拋丸機的選用

通用型拋丸機主要用于各種鋼結(jié)構(gòu)的拋丸處理，這類拋丸機應(yīng)用廣泛，同時適用于鋼板、型鋼以及散件等，因產(chǎn)量較高而分?jǐn)偭酥圃旃ぞ咭约把邪l(fā)成本，故價格低廉，但它僅針對某一種鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行拋丸時，不如專用的拋丸機好用，本節(jié)僅討論大中型通用型拋丸機，專用型拋丸機（如專門對管道進(jìn)行拋丸等）不做討論。

通用型拋丸機按照進(jìn)料方式的不同主要分為吊鉤式拋丸機、履帶式拋丸機、網(wǎng)帶式拋丸機、輥筒式拋丸機4種。

吊鉤式拋丸機在拋丸過程中不容易產(chǎn)生碰撞，適用于怕碰撞的鋼結(jié)構(gòu)，同時鋼結(jié)構(gòu)完全懸空，拋丸效果較好，但使用時需要保證鋼結(jié)構(gòu)上有便于吊裝的結(jié)構(gòu)，且鋼結(jié)構(gòu)不能太大、太重，否則難以進(jìn)行吊裝。

履帶式拋丸機和網(wǎng)帶式拋丸機因采用傳送帶傳送，故鋼結(jié)構(gòu)可以直接放在傳送帶（履帶/網(wǎng)帶）上，隨著傳送帶進(jìn)入拋丸機進(jìn)行拋丸作業(yè)。拋丸操作方便，但鋼制品在傳輸過程中可能會發(fā)生碰撞，故適合不怕碰撞的鋼結(jié)構(gòu)的拋丸。履帶式拋丸機和網(wǎng)帶式拋丸機的區(qū)別：履帶式拋丸機的履帶中間沒有網(wǎng)格，故履帶式拋丸機無法對鋼制品緊貼履帶的一側(cè)進(jìn)行拋丸處理，鋼結(jié)構(gòu)上因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而沒有拋丸到的部位需用噴砂、打磨等其他方式進(jìn)行處理，或者將鋼結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)后，再進(jìn)行一次拋丸作業(yè)；而網(wǎng)帶式拋丸機網(wǎng)帶上網(wǎng)格的存在使得鋼結(jié)構(gòu)緊貼網(wǎng)帶的一面也能得到一定的拋丸處理，鋼丸/鋼砂可透過網(wǎng)格間隙拋射到鋼制品上，和網(wǎng)帶接觸的區(qū)域則無法得到處理，從而產(chǎn)生網(wǎng)帶觸痕，為防止網(wǎng)帶觸痕的產(chǎn)生，選購的網(wǎng)帶式拋丸機最好帶有工件蠕動機構(gòu)，鋼制品在拋丸的同時不斷在網(wǎng)帶上蠕動，從而消除網(wǎng)帶觸痕，但部分網(wǎng)帶所用的材質(zhì)相對履帶材質(zhì)較軟，在鋼丸/鋼砂的打擊下會受到破壞，使用壽命較短。

輥筒式拋丸機可以將一些簡單的鋼結(jié)構(gòu)，如鋼梁、圓管等放在輥筒上送入拋丸機進(jìn)行拋丸作業(yè)，但對于形狀較為復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，如帶有異形柱牛腿的鋼柱，則無法直接使用這種設(shè)備，因為柱牛腿等伸出物容易卡在輥筒之間，造成無法傳輸；散件也難以適用，會從輥筒之間脫落。在這種情況下，需要使用放置鋼制品的支架。

鋼制品支架的制作：鋼制品支架可以根據(jù)需要做成不同的樣式，圖1是鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)常用的一種支架，這種支架可用于對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)（如建筑鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼柱）進(jìn)行拋丸，它由底部底座、立柱和支撐圓桿組成。底座一般為日字形或田字形，底座下部有4個叉齒孔，方便叉車作業(yè)以轉(zhuǎn)運支架，也可在支架上設(shè)置吊耳，方便用吊機進(jìn)行吊運；立柱上設(shè)有多個圓形孔洞，支撐圓桿可插入圓形孔洞內(nèi)，可根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的外形特點來決定支撐圓桿的分布，以保證鋼結(jié)構(gòu)在支架上的穩(wěn)定放置，放置完畢后即可開始拋丸作業(yè)。此外可以設(shè)置帶有吊架和吊鉤的鋼結(jié)構(gòu)支架，可以通過吊鉤將鋼制品吊在支架上進(jìn)行拋丸作業(yè)；可以設(shè)置網(wǎng)狀支架來對小型零件進(jìn)行拋丸；還可以根據(jù)需要制作其他支架。圖2為經(jīng)過改進(jìn)的吊架式支架，支架上方的10個吊架可以用來懸掛吊鉤，網(wǎng)狀支架也可按此方法進(jìn)行改造。有了這些支架的配合，輥筒式拋丸機可以起到部分替代其他拋丸機的作用。在小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)中，若購買吊鉤式拋丸機或一些專用型拋丸機而無法保證一定的使用頻率的話，僅配置輥筒式拋丸機并配備若干種專用支架是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。

圖1 用于拋丸復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的支架Figure 1 The support for shot-blasting of complicated steel structure

圖2 改造后的吊架式支架Figure 2 Revamped hanger support

2 新型教學(xué)用拋丸機的研究

拋丸是鋼制品的常用工藝，拋丸機的應(yīng)用在鋼制品行業(yè)中極為普遍，但我們在市場調(diào)研中還沒有發(fā)現(xiàn)專門用于教學(xué)的拋丸機。在教學(xué)實驗中，很難直觀明了地觀察到拋丸機工作的實際狀態(tài)。故亟需一種拋丸器的模擬裝置，以方便觀察，同時能進(jìn)行一些參數(shù)調(diào)節(jié)的模擬實驗。故研究了一款教學(xué)專用拋丸機。該技術(shù)已申報發(fā)明專利，目前已獲授權(quán)［4］。

教學(xué)用拋丸機如圖3所示，由支架、儲罐、傳送裝置等組成，支架起到支撐作用，主要用于支撐外殼，另外支架還能用于安裝一些必要的設(shè)備。支架分為大支架和小支架，小支架僅用于安裝外殼（為便于教學(xué)，外殼需采用玻璃板）和小型輔助設(shè)備；大支架上部要架設(shè)磨料罐，所以做比較大，能承載更大的質(zhì)量。儲罐有2種，一種是下部儲罐，用于放置磨料；另一種是上部儲罐，上部儲罐和下部儲罐通過提升設(shè)備進(jìn)行連接，提升設(shè)備將下部儲罐內(nèi)的磨料送往上部儲罐，上部儲罐中的磨料再通過重力作用經(jīng)管路輸送給模擬拋丸器。輸送裝置分為很多種，有輥筒式輸送裝置、傳送帶式輸送裝置、網(wǎng)狀輸送裝置等，用來輸送不同的構(gòu)件。在運行過程中，磨料會落到輥筒式輸送裝置和網(wǎng)狀輸送裝置的下部，清理非常困難，所以可以在輥筒式輸送裝置和網(wǎng)狀輸送裝置下面設(shè)置一個手搖式傳送帶，用傳送帶將磨料移動到磨料收集箱內(nèi)，落到外部的磨料主要靠人工清掃。小支架上安裝模擬拋丸器，上部磨料罐內(nèi)的磨料通過管線輸入模擬拋丸器中，通過模擬拋丸器打到鋼結(jié)構(gòu)模型上。

圖3 教學(xué)用拋丸機示意圖Figure 3 Schematic diagram of shot-blasting machine for teaching

模擬拋丸器如圖4所示，由伸縮桿、進(jìn)料口、磨料噴出口、箱體、電機、連接口，與小支架的連接裝置等組成。與小支架有多種連接方式，如可在小支架上開設(shè)很多等距離分布的孔洞，然后通過螺栓連接，也可以使用夾具連接等其他連接方式。伸縮桿可以實現(xiàn)裝置的伸縮，控制其位置。這種拋丸器可以任意改變其位置、噴口方向等設(shè)置，拋丸機不同位置上可以安裝多個這樣的拋丸器，以模擬市場上各種不同規(guī)格的拋丸機，演示不同拋丸器位置、噴口方向達(dá)到的不同拋丸效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

圖4 模擬拋丸器Figure 4 Simulation shot blaster machine

為模擬拋丸的軌跡，可以使用類似磁性畫板的材料來制作鋼結(jié)構(gòu)模型，使用圓形鋼砂打到磁性板上時就可以留下清晰的顏色帶，從而發(fā)現(xiàn)拋丸的軌跡。該技術(shù)同樣被用于一款噴砂（拋丸和噴砂有一定相似性）模擬裝置上［5］。

3 結(jié)語

拋丸機是鋼結(jié)構(gòu)表面處理中的常用設(shè)備，根據(jù)不同的需要，要選擇不同規(guī)格的拋丸機，上文對拋丸機的分類和選用作出了闡述，對鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)選擇合適的拋丸機有一定的指導(dǎo)作用，文中所涉及的教學(xué)設(shè)備對人才培養(yǎng)也有一定的作用。