一種吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)的研發(fā)與應(yīng)用

李建亮，王 偉，袁存波，張加溫，李計(jì)良

（山東開泰拋丸機(jī)械股份有限公司，山東鄒平 256217）

0 引言

拋丸清理機(jī)作為鑄造機(jī)械設(shè)備的一種，目前已被各個行業(yè)使用，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，目前已在工程機(jī)械、車輛、船舶、橋梁、航空、電力等行業(yè)使用[1]。作為鑄造機(jī)械設(shè)備，其在鑄造領(lǐng)域[2]是必不可少的一部分，特別是隨著環(huán)保要求形勢的嚴(yán)峻，對于拋丸清理機(jī)的結(jié)構(gòu)及性能要求，也隨之增加。目前常見的拋丸清理設(shè)備主要有吊鉤式、履帶式、輥道通過式以及臺車式、輸送鏈?zhǔn)降?。對于鑄件的清理，通常有吊鉤式和懸鏈?zhǔn)揭约盎剞D(zhuǎn)臺車式（大型鑄件）等類型拋丸機(jī)，從生產(chǎn)能力與效率上看，懸鏈通過輸送式拋丸機(jī)相對性能更佳。懸鏈通過式拋丸清理機(jī)從最初的吊掛通過轉(zhuǎn)變?yōu)檩p型輸送鏈、重型輸送鏈等，從運(yùn)行方式上有連續(xù)通過式、步進(jìn)通過式以及節(jié)拍積放通過式等多種方式。根據(jù)當(dāng)前市場需求較多的樣式，以及在運(yùn)行原理上相對較為簡單上分析，本文重點(diǎn)介紹一種雙工位懸鏈步進(jìn)通過式拋丸清理機(jī)設(shè)備。

1 基本工況環(huán)境及技術(shù)要求

工件：鑄件、鍛件。

清理目的：粗拋，清理工件表面鑄造粘砂，展露鑄件原始金屬光澤。

工況環(huán)境：電源：380V±0.1V、（50±2）Hz；氣源：壓縮空氣0.5～0.7MPa；溫度：-10～40℃；相對濕度：72%～84%；連續(xù)工作時間：16h。

除塵排放標(biāo)準(zhǔn)：≤20mg/m3。

噪聲要求：≤93dB（A）。

占地空間限制：L×W=15m×10m，除塵放置室外，煙囪高度限制：≥15m。

2 雙工位懸鏈步進(jìn)式拋丸清理機(jī)的組成部件及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙工位懸鏈步進(jìn)式拋丸清理機(jī)，主要由拋丸清理室、拋丸器總成、螺旋輸送機(jī)、提升機(jī)、分離器、檢修輔助平臺爬梯、工件自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、工件輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成（圖1）。

圖1 雙工位懸鏈步進(jìn)式拋丸清理機(jī)

2.1 拋丸清理室

拋丸室體由鋼板及型鋼骨架焊接而成，拋丸清理室的鋼結(jié)構(gòu)件均經(jīng)過噴丸清理后噴防護(hù)底漆，同時還具有強(qiáng)化時效功能，保證有足夠的剛度和強(qiáng)度。室體內(nèi)壁整體內(nèi)襯耐磨護(hù)板進(jìn)行防護(hù)，拋射熱區(qū)再懸掛一層高強(qiáng)度耐磨板，以懸掛方式安裝，方便更換，這樣對室體的防護(hù)大大加強(qiáng)，保證拋丸清理室體的整體壽命。

拋丸室外部一側(cè)安裝多臺高效拋丸器，分為兩個工位；室體形狀、尺寸及拋丸器的安裝位置與方向均需通過三維優(yōu)化設(shè)計(jì)及動態(tài)仿真后確定，保證工件表面清理最優(yōu)化。

根據(jù)基本工況及技術(shù)要求條件計(jì)算，設(shè)備的清理范圍選擇直徑與高度，單掛工件最大重量確定為1t。根據(jù)選擇的清理范圍大小以及拋丸器到工件的最佳拋射距離選定設(shè)計(jì)室體鋼板輪廓尺寸參數(shù)，這樣在滿足工件清理最佳范圍以及最佳拋射距離的前提下，占用更小的空間。

2.2 拋丸器總成

本機(jī)在拋丸清理室側(cè)壁上安裝了多臺拋丸器總成，分組配置。將拋丸器平均分為兩組，布置成為兩工位，所布置的角度、位置均由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)確定，保證對工件進(jìn)行全面徹底的清理。

拋丸器總成由拋丸器（圖2）、皮帶輪、三角帶、電機(jī)、防護(hù)罩等組成。彈丸由導(dǎo)入筒進(jìn)入分丸輪，經(jīng)定向套窗口被送到葉片上，在高速離心力的作用下，形成扇狀彈丸束，拋射到工件上，將工件表面的氧化皮等附著物進(jìn)行剝離，從而達(dá)到清理工件的目的。調(diào)整定向套窗口的角度，可以改變拋射帶的位置。

圖2 拋丸器結(jié)構(gòu)圖

本機(jī)所選用的QY360 型拋丸器，是采用日本新東技術(shù)生產(chǎn)的雙圓盤直線葉片高效拋丸器，并在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，使用中最大限度做到節(jié)能、環(huán)保、高效，殼體焊接采用機(jī)器手一次成型焊接。采用整體加工工藝，保證裝配與動平衡精度。拋丸器整體流水線組裝，工藝成熟，質(zhì)量穩(wěn)定。耐磨葉片、分丸輪、定向套為熔模精鑄生產(chǎn)線生產(chǎn)的高鉻產(chǎn)品，顯著提高其使用壽命，避免經(jīng)常停機(jī)更換，降低生產(chǎn)成本。拋丸清理機(jī)的核心部件就是拋丸器，其核心組件性能及特點(diǎn)如下：

（1）拋丸清理機(jī)的重要裝置是拋丸器。

（2）投射材進(jìn)入分丸輪，由定向套拋出，再由葉片加速投射出。

（3）重要部件：分丸輪、定向套、葉片，蠟?zāi)＞T工藝生產(chǎn)。

（4）分丸輪：分丸輪的作用是將投射材通過離心力定量送給葉片。

（5）定向套：定向套的作用是決定分丸輪過來的投射材的投射方向；全封閉刻度盤式，可方便地調(diào)節(jié)拋射角度和拋出方向，選用高鉻特種耐磨鑄鐵制成。

（6）葉片：從分丸輪、定向套過來的投射材由高速旋轉(zhuǎn)的葉片加速投射。選用高鉻特種耐磨鑄鐵精鑄制成，有較高的耐磨性和使用壽命；所有的葉片鑄造后均需經(jīng)過嚴(yán)格地修整打磨，通過天平稱重配對，每臺拋丸器葉片重量差≤3g。

2.3 螺旋輸送器

本機(jī)配備兩臺螺旋輸送器，橫縱各一套，主要由殼體、擺線針輪減速機(jī)、螺旋軸、葉片、帶座軸承等組成。工作時，螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)，將清理室底部漏斗所收集的丸料輸送至卸料口，然后由卸料口流入斗式提升機(jī)。整個螺旋軸采用焊后整體加工，從而保證了螺旋軸兩端的同軸度。螺旋葉片采用Q345（16Mn）耐磨板制作，內(nèi)外圓均經(jīng)特殊工藝進(jìn)行加工后拉伸而成，節(jié)距、外圓尺寸均十分精確，提高了螺旋的壽命。軸承的密封采用迷宮盤、密封圈、軸承墊板等，從而更好地保護(hù)軸承不會因進(jìn)丸砂而損壞，最大限度的延長了軸承的使用壽命，減少了設(shè)備的維護(hù)成本。螺旋輸送器的一端軸頭上裝有脈沖輪，可檢測跟蹤螺旋輸送器的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)卡阻等故障，可及時將信號反饋至電控系統(tǒng)進(jìn)行處理，保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 提升機(jī)

磨料的循環(huán)使用是通過斗式提升機(jī)進(jìn)行提升實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的，其由擺線針輪減速機(jī)、上下滾筒、輸送膠帶、料斗、封閉料筒和漲緊裝置等組成。提升機(jī)的下端進(jìn)料口與螺旋輸送器相連，上端出料口與分離器相連。罩殼采用折彎成型焊接結(jié)構(gòu)。側(cè)面設(shè)有檢修門，以維修、更換料斗。下罩殼的正面及側(cè)面均安裝有活動門，以維修下部傳動，排除底部彈丸堵塞。

提升機(jī)的結(jié)構(gòu)性能如下：

（1）提升機(jī)靠離心重力方式落料。工作時，固定在輸送帶上的料斗將底部的丸料刮起，并將丸料送至頂部，然后以離心重力方式，將彈丸落至分離器的螺旋內(nèi)。

（2）提升機(jī)卸料罩的斜壁，采用高錳鋼板制作。因?yàn)槊看温淞蠒r，彈丸總會沖刷該處，久之，該處就會被磨穿，所以應(yīng)采用耐磨的材料。

（3）采用聚脂線芯專用傳動帶，具有很高的強(qiáng)度及抗拉伸性能。

（4）采用唇口加厚耐磨料斗以進(jìn)一步增加提升機(jī)的穩(wěn)定性，并降低能耗。

（5）采用鼠籠型滾筒，中間略突起。這樣既提高了提升膠帶與帶輪間的摩擦力，避免了老式光皮帶輪的打滑現(xiàn)象，又降低了提升皮帶的預(yù)緊力，延長了使用壽命。并且，能夠防止彈丸卡在下部皮帶輪與皮帶之間令皮帶跑偏的現(xiàn)象。彈丸從輪輻與皮帶之間流出。

（6）提升機(jī)設(shè)有皮帶漲緊裝置。

（7）提升機(jī)減速機(jī)裝有制動機(jī)構(gòu)，防止因停電等事故引起皮帶逆轉(zhuǎn)而導(dǎo)致提升機(jī)下部堵塞。

（8）提升機(jī)下部軸上裝有脈沖輪，可檢測提升機(jī)的工作狀態(tài)。如果在2.5s 內(nèi)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而下部軸不轉(zhuǎn)，PLC 將立即得到故障信號，停止設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)并產(chǎn)生報(bào)警輸出，以保證設(shè)備的安全。

2.5 磁選分離器

對于鑄件的拋丸清理[3]，磨料與清理掉的鑄造粘砂分離是一項(xiàng)重要的過程，因此對于分離器的性能要求也比較高。本機(jī)配備的分離器為磁選分離器，其主要由螺旋布料器、磁選系統(tǒng)和風(fēng)選系統(tǒng)和儲丸斗四大部分組成。其運(yùn)行原理為：（1）丸料和砂由斗式提升機(jī)提至滾筒篩中，經(jīng)滾筒篩的推送，使其沿分選區(qū)均勻布料，并形成流幕，通過調(diào)整重錘的位置，可以保證使整個分選區(qū)長度上形成滿幕簾，均勻的丸料流幕再進(jìn)入磁選滾筒中。（2）丸料和砂進(jìn)入磁選系統(tǒng)，直接在主磁選進(jìn)行丸/砂分離。因主磁選分離后，砂中仍含有丸料，因此再由副磁選將丸料徹底分離出來（磁選滾筒有一個固定的磁心和一旋轉(zhuǎn)的防磁殼，在磁性區(qū)，丸料吸附在旋轉(zhuǎn)筒殼上，筒殼旋轉(zhuǎn)到非磁區(qū)，丸料掉落并進(jìn)入風(fēng)選系統(tǒng)，而砂則直接落入螺旋給料機(jī)進(jìn)入副磁選并最終落入砂箱）。（3）丸渣混合物進(jìn)入風(fēng)選系統(tǒng)，直接經(jīng)過均衡器進(jìn)入步梯系統(tǒng)，由于混合物通過步梯系統(tǒng)，逆流的空氣流將丸料中的砂分離。丸渣混合物在下降過程中，受到水平氣流對顆粒的推力，從而形成偏斜的曲線運(yùn)動軌跡，因顆粒的比重和粒徑的差異，其偏斜程度而不相同，從而使丸渣得以分離，粉塵被吸入除塵器進(jìn)行凈化處理，碎丸、氧化皮等進(jìn)入廢料管排出，合格彈丸進(jìn)入儲丸斗以供循環(huán)使用（風(fēng)選系統(tǒng)由重力式阻砂板、導(dǎo)流板、一級撇濾板、二級撇濾板、吸風(fēng)口、殼體、篩網(wǎng)、貯丸斗和風(fēng)量調(diào)節(jié)閥組成。儲丸斗由鋼板及型鋼焊接而成，箱式結(jié)構(gòu)，其下方安裝供丸閥）。

2.6 彈丸控制閘門

本機(jī)配備的磨料控制閘門采用氣動控制，在閘門的上部設(shè)有手動調(diào)節(jié)流量的閥板，在調(diào)試及檢修閘門過程中起著重要的作用。閘門的開關(guān)通過一氣缸控制開合。閘門的配備數(shù)量與拋丸器數(shù)量一一對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。

2.7 檢修平臺及爬梯

設(shè)備配備輔助檢修平臺及護(hù)欄和爬梯，方便人工檢修過程的安全及操作，人性化的設(shè)計(jì)有助于設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)。平臺護(hù)欄及爬梯具有足夠的強(qiáng)度及牢固度，符合國家標(biāo)準(zhǔn)及職業(yè)健康管理標(biāo)準(zhǔn)。

2.8 工件自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

待處理工件在進(jìn)入設(shè)備相應(yīng)的拋丸區(qū)域，停止后進(jìn)行自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用鏈條與鏈輪嚙合的方式進(jìn)行配合運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行平穩(wěn)；自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的鏈條采用寬式非標(biāo)鏈，同時設(shè)有張緊機(jī)構(gòu)，對非標(biāo)鏈進(jìn)行張緊；自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也可實(shí)現(xiàn)工件吊掛系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)，以便對工件的各個角度進(jìn)行全面化清理。

2.9 工件輸送系統(tǒng)

工件輸送系統(tǒng)是整個設(shè)備運(yùn)行節(jié)拍控制的根本，本機(jī)選用的懸鏈為重型沖壓可拆鏈，承載每個吊鉤的負(fù)載滑架為兩個。吊掛在吊鉤上的清理工件，由驅(qū)動鏈輪通過鏈條拖動，沿軌道依次通過式地行進(jìn)。輪架在工字鋼下翼上運(yùn)行，導(dǎo)輪用來防止吊鉤進(jìn)入拋丸器工作區(qū)時產(chǎn)生擺動現(xiàn)象。

根據(jù)輸送及設(shè)備操作最佳工位配置，選擇設(shè)置吊鉤共10 個，每2 個一組，共5 組，分別為上件工位、待處理工位、在處理工位、待卸件工位、卸件工位等五個工位。吊鉤組采用密封導(dǎo)向吊鉤。由一層耐磨板與吊鉤組合而成，與清理室頂部吊鉤行走槽處一層Mn13 高耐磨護(hù)板、多層耐磨膠板和尼龍毛刷共同組成迷宮式密封帶，結(jié)構(gòu)精巧，有效防止彈丸反彈至室體外。

漲緊裝置由接頭活動軌、鏈輪組、小車框架及重錘拉緊裝置等部分組成。用來補(bǔ)償鏈長和軌道長的制造誤差，有利于鏈條的安裝并補(bǔ)償在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中因磨損使鏈條節(jié)距增長的影響，以保持鏈條的漲緊狀態(tài)。本機(jī)漲緊裝置靠配重體的重力作用使小車框架上的滾輪滾動，帶動滾輪組移動，達(dá)到自動漲緊之目的。

輸送懸鏈的選擇根據(jù)實(shí)際工況及技術(shù)要求，承載能力為單掛工件1t，雙點(diǎn)吊掛式結(jié)構(gòu)，因此單點(diǎn)承載能力≥500kg，選擇合適的輸送鏈型號有助于工件運(yùn)行輸送的平穩(wěn)及安全。在輸送過程中，?？窟\(yùn)行穩(wěn)定準(zhǔn)確，同時承載能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)長時間的輸送工作，對于環(huán)境惡劣的使用現(xiàn)場，其輸送性能有著更加突出的表現(xiàn)。

2.10 除塵系統(tǒng)

本設(shè)備采用三級除塵，包括脈沖布袋除塵器、旋風(fēng)除塵器、慣性沉降箱、管路、風(fēng)機(jī)、煙囪等。粉塵首先經(jīng)沉降箱進(jìn)行第一次粗除塵，將較大顆粒予以沉降，再經(jīng)旋風(fēng)除塵器進(jìn)行第二次過濾，最后經(jīng)脈沖反吹布袋除塵器進(jìn)行精過濾。

隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)謹(jǐn)，拋丸清理機(jī)除塵系統(tǒng)中的除塵器性能也要求更加嚴(yán)格，本機(jī)選擇的脈沖布袋式除塵器，是當(dāng)前除塵設(shè)施中的潮流樣式。脈沖布袋除塵器包括室體、風(fēng)機(jī)、管路等。該除塵器屬過濾性裝置，采用織物捕集灰塵，濾袋采用優(yōu)質(zhì)針刺氈布料，灰塵捕捉效果好，對亞微米級粉塵的除塵效率可達(dá)99%以上。工作過程是粉塵由風(fēng)機(jī)吸送至袋式除塵器內(nèi)，經(jīng)過布袋過濾，清潔空氣排入大氣；而布袋上的灰塵由脈沖閥控制間歇式地吹入壓縮空氣，使布袋內(nèi)的負(fù)壓瞬時產(chǎn)生正壓而使灰塵脫落。同時，該除塵器維護(hù)成本低，過程效果好，為目前市場最看好的性價比高的除塵器結(jié)構(gòu)之一。

2.11 電氣控制系統(tǒng)

本機(jī)采用西門子可編程控制器（PLC）控制，PLC、變頻器選用西門子公司產(chǎn)品，其他主要電器元件均采用正泰產(chǎn)品；操作系統(tǒng)采用西門子觸摸屏控制。整套系統(tǒng)設(shè)有自動/手動切換開關(guān)，可自動操作，設(shè)備各部件按預(yù)先編好的程序進(jìn)行順序運(yùn)行；也可手動控制，便于調(diào)試人員對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整；同時，電控系統(tǒng)中設(shè)有電氣互鎖、自鎖及安全防護(hù)功能，以保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 結(jié)束語

雙工位懸鏈步進(jìn)式拋丸清理機(jī)是鑄造件表面清理設(shè)備的優(yōu)選機(jī)型之一，目前已在多個行業(yè)中成熟應(yīng)用[4]，其輸送平穩(wěn)、工件不落地、清理效果良好、是粗拋的最佳選擇之一。其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：

（1）懸掛式輸送，工件不落地，避免因?yàn)槊麒T造件落地轉(zhuǎn)移造成的車間環(huán)境惡劣，避免了雜亂差的工況環(huán)境。

（2）多工位的設(shè)置，充分利用了工作時間，人工上下料與拋丸清理時間不沖突，效率更高，產(chǎn)能更大。

（3）懸鏈的布局走向靈活，可根據(jù)實(shí)際車間物料布局規(guī)劃制定合適上下料位置，長期的經(jīng)濟(jì)效益更高，人工成本更低。

（4）良好的環(huán)保性能及低排放減輕了環(huán)保壓力，對于環(huán)境的保護(hù)更加合理，固廢處理成本低，降低潛在的企業(yè)隱性成本，增加效益。