架空管道剛?cè)狁詈铣P方法研究

蘭僑 ，戴水文，吳上生

(1.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510640；2.廣東正合智能設(shè)備有限公司，廣東廣州 511442)

0 前言

管道運(yùn)輸是一種用管道作為載體的長途運(yùn)送物資的方式，是當(dāng)今世界五大運(yùn)輸方式之一[1]，在能源、燃料、化工等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用[2-4]。架空敷設(shè)是輸送管道常用的一種安裝方式[5]。架空管道長時(shí)間工作后，其外壁會腐蝕生銹，如果不及時(shí)清理，會影響管道的狀態(tài)、功能和使用壽命，導(dǎo)致管道設(shè)備停運(yùn)維修或更換，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，故需要定期對架空管道進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。而除銹是架空管道維護(hù)保養(yǎng)過程中最常進(jìn)行的，也是其中最為繁重的工作。目前，架空管道的除銹維護(hù)普遍采用工人攀爬到管道上進(jìn)行人工打磨除銹。采用此種除銹方式，工人在除銹過程中存在隨時(shí)掉落的風(fēng)險(xiǎn)，且工人除銹操作困難、勞動強(qiáng)度大、除銹效率低，故急需自動化除銹裝置代替人工除銹。

由于管道外表面缺乏管道內(nèi)表面提供的有利約束，目前關(guān)于架空管道外表面除銹的相關(guān)研究較少。何小琳等[6]提出一種爬行式鋼管外表面打磨器，通過3個(gè)等角度安裝的鋼絲輪打磨頭往復(fù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行打磨，并通過絲杠螺母配合電磁鐵，模擬尺蠖爬行進(jìn)給，但除銹過程中鋼絲輪打磨頭易損壞，存在急停急啟，而且設(shè)計(jì)的C形往復(fù)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)角度大于180°，裝置不便安裝到管道上；WANG等[7]提出一種摩擦驅(qū)動式管道外壁打磨機(jī)器人，利用刀具對管道打磨除銹，同時(shí)利用刀具和管道間的摩擦驅(qū)動機(jī)器人向前移動，但是刀具無法自適應(yīng)保持壓緊在管道上除銹，且此種驅(qū)動方式存在牽引力不足、進(jìn)給速度慢等問題；劉明珠[8]針對現(xiàn)場待鋪設(shè)管道，設(shè)計(jì)了一種管道自動噴砂除銹機(jī)，但此裝置無法對噴出的砂石進(jìn)行回收，在高空管道除銹時(shí)，噴射到管道上的砂石會四散飛射；何彬、趙維眾、陳春等人[9-11]都提出了各自設(shè)計(jì)的高空管道除銹裝置，但是裝置存在結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度低、自適應(yīng)能力弱、缺少理論指導(dǎo)等問題。

因此，研究一種適合于架空管道外壁自動除銹的方法并設(shè)計(jì)架空管道自動化除銹裝置，具有較為重要的學(xué)術(shù)研究價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用前景。本文作者提出一種可用于架空管道在役除銹的剛?cè)狁詈铣P方法，對剛?cè)狁詈铣P過程進(jìn)行力學(xué)分析，建立除銹力數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)剛?cè)狁詈铣P工作原理，設(shè)計(jì)分體式架空管道自動除銹裝置，最后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證剛?cè)狁詈铣P的可行性。

1 架空管道剛?cè)狁詈铣P方法

1.1 除銹方法介紹

架空管道剛?cè)狁詈铣P方法是一種摩擦除銹方法，如圖1所示，磨塊在管道切線方向由滑槽剛性約束，在管道徑向方向采用彈簧進(jìn)行柔性約束。除銹工作原理為：架空管道固定不動，磨塊限制于滑槽內(nèi)，可沿滑槽滑動，在彈簧的作用下，磨塊壓緊在管道表面，使兩者之間產(chǎn)生相互擠壓；當(dāng)滑槽繞管道旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑槽推動磨塊隨其一起繞管道做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使磨塊與管道產(chǎn)生相對運(yùn)動，而在彈簧的作用下，磨塊運(yùn)動過程中始終壓緊在管道上，且磨塊與管道表面都是粗糙的，故磨塊與管道之間會產(chǎn)生摩擦，利用此摩擦來去除管道表面的銹蝕物。

圖1 架空管道剛?cè)狁詈铣P方法示意

1.2 剛?cè)狁詈铣P特性

與無彈簧雙向剛性約束磨塊摩擦除銹方法相比，此除銹方法具有以下2個(gè)方面的特性：

(1)自適應(yīng)柔性壓緊特性。除銹過程中，彈簧可使磨塊始終壓緊在管道表面，而無需人工手動或程序控制調(diào)節(jié)。對于在管道徑向方向剛性約束的磨塊摩擦除銹方法，當(dāng)磨塊去除管道表面一層銹蝕物或磨塊表面磨損后，磨塊無法保持與管道表面接觸，它與管道之間無摩擦產(chǎn)生，則此時(shí)磨塊不能對管道進(jìn)行除銹，需要人工手動或程序控制使磨塊壓緊在管道上，才能繼續(xù)進(jìn)行除銹作業(yè)。而采用剛?cè)狁詈铣P方法進(jìn)行除銹作業(yè)，磨塊在彈簧的壓緊作用下，去除一層管道表面的銹蝕物或磨塊磨損后，彈簧可自適應(yīng)伸長，使磨塊繼續(xù)壓緊在管道上，對下一層銹蝕物產(chǎn)生摩擦而將它去除，可以有效預(yù)防除銹過程中磨塊與管道間“不接觸”的問題。

(2)可越障特性。除銹過程中，磨塊可以越過管道表面的焊縫及其他突起物。當(dāng)管道表面存在焊縫或其他突起時(shí)，如果磨塊在管道徑向方向剛性約束，當(dāng)磨塊經(jīng)過管道上的焊縫或突起物所在位置時(shí)，磨塊與焊縫或突起物間會產(chǎn)生剛性沖擊或強(qiáng)烈擠壓，對管道和磨塊會造成很大的損傷。而剛?cè)狁詈霞s束的磨塊在管道徑向方向是柔性的，當(dāng)磨塊經(jīng)過管道上的焊縫或突起物所在位置時(shí)，不會對焊縫或突起物產(chǎn)生剛性沖擊或強(qiáng)烈擠壓，而是磨塊被突起物頂起，從而越過突起物并對其表面進(jìn)行摩擦去除。越過突起時(shí)，彈簧被壓縮，彈簧壓緊力變大，可以對突起物產(chǎn)生更大的摩擦去除力，磨塊越過突起物之后，在彈簧的作用下，可繼續(xù)壓緊在管道表面除銹，可以有效預(yù)防除銹過程中磨塊與管道間“過接觸”的問題。

由剛?cè)狁詈铣P特性可知，采用此除銹方法，在無人工或程序控制調(diào)節(jié)的情況下，磨塊可自適應(yīng)壓緊在管道上并具備一定的越障能力，故此方法可以用于架空管道外表面自動除銹裝置設(shè)計(jì)，無需復(fù)雜的程序控制就可實(shí)現(xiàn)架空管道在役自動除銹作業(yè)。

2 剛?cè)狁詈铣P過程力學(xué)分析

在剛?cè)狁詈铣P過程中，磨塊繞管道連續(xù)旋轉(zhuǎn)，相對管道的位置不斷變化，取磨塊繞管道旋轉(zhuǎn)θ角后的一般位置進(jìn)行力學(xué)分析，如圖2所示，此時(shí)磨塊與管道的受力情況如圖3所示。

圖2 磨塊與管道一般位置

圖3 磨塊(a)與管道(b)受力情況

假設(shè)磨塊在彈簧的作用下穩(wěn)定地壓緊在管道上，忽略磨塊與滑槽間的摩擦，當(dāng)磨塊在滑槽的推動下繞管道勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，以磨塊為分析對象，在管道徑向方向，由達(dá)朗貝爾原理[12]有：

F1+Gcosθ-FN-F2=0

(1)

式中：F1為彈簧對磨塊的作用力；G為磨塊的重力；θ為磨塊繞管道轉(zhuǎn)過的角度；FN為管道對磨塊的支撐力；F2為磨塊的慣性力。

磨塊繞管道旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性沿徑向遠(yuǎn)離管道，故磨塊的慣性力為磨塊繞管道旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，因此：

F2=man=mω2R=4π2mn2R

(2)

式中：m為磨塊的質(zhì)量；an為磨塊的離心加速度；ω為磨塊繞管道旋轉(zhuǎn)的角速度；R為管道半徑；n為磨塊繞管道旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。

由式(1)(2)可得：

FN=F1+Gcosθ-4π2mn2R

(3)

則由庫侖摩擦定律可得磨塊對管道的摩擦力：

f=μFN=μ(F1+Gcosθ-4π2mn2R)

(4)

式中：μ為磨塊與管道之間的摩擦因數(shù)。

由除銹方法工作原理知，磨塊是依靠其對管道的摩擦進(jìn)行除銹的，故除銹力：

F=f=μ(F1+Gcosθ-4π2mn2R)

(5)

由式(5)可知，除銹力影響因素有彈簧彈力、磨塊與管道間的摩擦因數(shù)、磨塊質(zhì)量、磨塊繞管道的轉(zhuǎn)速以及管道半徑等。在這些影響因素中，管道半徑由待除銹管道決定，無法人為更改。磨塊質(zhì)量由磨塊的形狀尺寸及材料等決定，磨塊的質(zhì)量越小，則除銹過程中磨塊的離心力越小，重力對除銹力的影響越小，故在選擇磨塊或設(shè)計(jì)磨塊時(shí)，應(yīng)盡可能使其質(zhì)量小。磨塊與管道間的摩擦因數(shù)主要由磨塊的目數(shù)決定，而對于除銹磨塊，目數(shù)一般選擇30～120目[13]。當(dāng)磨塊被制作出來后，與磨塊相關(guān)的影響因素也不便進(jìn)行更改。因此，所有除銹力影響因素中，易更改、可作為除銹工作參數(shù)的是彈簧彈力和磨塊繞管道的旋轉(zhuǎn)速度，前者可以通過改變彈簧的剛度系數(shù)以及壓縮量進(jìn)行控制，后者可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速或傳動比實(shí)現(xiàn)控制。

當(dāng)所有工作參數(shù)確定后，由于磨塊重力方向豎直向下，在除銹過程中保持不變，故當(dāng)磨塊旋轉(zhuǎn)到管道的不同圓周位置時(shí)，除銹力的大小會發(fā)生變化，如圖4所示。當(dāng)磨塊在管道上半部分時(shí)，重力會使磨塊壓緊在管道上，有利于除銹，磨塊處于正上方位置時(shí)，除銹力最大；而在管道下半部分時(shí)，重力使磨塊脫離管道，使除銹力變小，磨塊處于最下方位置時(shí)，除銹力最小。由式(5)可知，除銹力的波動幅度為2μmg，磨塊的質(zhì)量越大，磨塊表面越粗糙，則除銹力波動變化越劇烈。

圖4 管道表面除銹力分布

磨塊重力會使除銹力在管道外表面呈現(xiàn)正弦波式周期性變化，除銹力周期性變化使除銹過程中管道外表面上不同位置受到的除銹力不同，進(jìn)而導(dǎo)致管道表面除銹不均勻。

為了使除銹力盡可能均勻，將滑槽旋轉(zhuǎn)中心相對固定管道向上偏移一定距離，使滑槽繞管道偏心旋轉(zhuǎn)，則在偏心情況下，彈簧作用在磨塊上的壓緊力將呈現(xiàn)上小下大的特點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 偏心前(a)后(b)彈簧對磨塊的壓緊力分布情況

對比圖4、圖5可知，偏心后彈簧對磨塊的壓緊力分布情況與磨塊重力影響下的除銹力分布情況呈現(xiàn)上下顛倒情況，可見采用滑槽繞管道偏心旋轉(zhuǎn)以彈簧彈力平衡磨塊重力對除銹力波動的影響可行，進(jìn)而使除銹過程中，管道表面的除銹力大小均勻一致，實(shí)現(xiàn)管道均勻除銹。

由圖4知，非均勻分布除銹力最大值在管道最上方，最小值在管道最下方，分別為

(6)

除銹力呈現(xiàn)正弦波式周期性波動，為了使除銹力盡可能均勻，必須使波峰值與波谷值相等，也即除銹力最大值與最小值相等：

μ·(F1-k·e+mg-4π2mn2R)-μ·

(F1+k·e-mg-4π2mn2R)=0

(7)

式中：e為偏心距離；k為彈簧剛度。

求解式(7)可得偏心距離：

(8)

即只需要使偏心產(chǎn)生的彈簧壓緊力大小變化等于磨塊重力，就可使得除銹力分布更加均勻。

下面以一個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證：假設(shè)磨塊質(zhì)量為m=1 kg，彈簧剛度k=5 N/mm，彈簧預(yù)壓緊力F=50 N，管道半徑R=200 mm，滑槽轉(zhuǎn)速n=2 r/s，摩擦因數(shù)μ=0.5，則由式(8)可得偏心距離e=2 mm。分別繪制在不考慮重力情況、考慮重力情況以及偏心情況下除銹力大小變化及其波動情況，如圖6、圖7所示，可知：采取滑塊繞管道偏心旋轉(zhuǎn)的方式可以有效降低磨塊重力對除銹力的影響。

圖6 不同情況下除銹力

圖7 不同情況下除銹力波動情況

3 剛?cè)狁詈铣P方法應(yīng)用研究

根據(jù)架空管道剛?cè)狁詈铣P方法工作原理，設(shè)計(jì)了一種可快速拆裝的分體式架空管道自動除銹裝置，如圖8所示。裝置由旋轉(zhuǎn)除銹部件、軸向移動部件、連接部件和傳動部件等組成，可直接安裝到架空管道上進(jìn)行在役除銹作業(yè)。

圖8 架空管道自動除銹裝置三維結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)除銹部件由4個(gè)剛?cè)狁詈铣P頭、剖分式齒輪及防塵罩等組成，如圖9所示。

圖9 旋轉(zhuǎn)除銹部件結(jié)構(gòu)

剛?cè)狁詈铣P頭通過螺栓連接固定在剖分式齒輪上，在齒輪的帶動下繞著架空管道旋轉(zhuǎn)摩擦除銹。剛?cè)狁詈铣P頭結(jié)構(gòu)如圖10所示，由磨塊、滑槽、滑塊、彈簧、承壓件和旋壓螺釘?shù)冉M成。磨塊嵌在滑塊內(nèi)，使它在裝置安裝過程中不會掉落出去，工作過程中可跟隨滑塊一起沿滑槽滑動?；瑝K承受彈簧的作用力，將彈簧壓緊力傳遞給磨塊，使它壓緊在管道上。旋壓螺釘可將旋轉(zhuǎn)除銹部件安裝在管道上后調(diào)節(jié)彈簧對磨塊的壓緊力。根據(jù)需要可在旋壓螺釘和承壓件間添加壓力傳感器，用于檢測彈簧壓緊力，方便準(zhǔn)確控制除銹預(yù)壓緊力。預(yù)壓緊力調(diào)試完畢后，安裝防塵罩，可防止除銹過程中產(chǎn)生的大量鐵銹、灰塵等擴(kuò)散到空氣中。

圖10 剛?cè)狁詈铣P頭結(jié)構(gòu)

軸向移動部件結(jié)構(gòu)如圖11所示，采用滾輪移動方式，由上下兩部分組成，通過螺栓連接固定安裝到架空管道上。為防止移動部件側(cè)偏和增大驅(qū)動力，移動輪采用磁輪，使移動部件吸附壓緊在管道上。磁輪采用錐形輪結(jié)構(gòu)，可減小其與管道之間的距離，增大吸附力，同時(shí)錐形輪結(jié)構(gòu)具備一定的定心功能。上移動支架上安裝有軸承座，用于支撐驅(qū)動軸。主動輪在電機(jī)驅(qū)動下移動，從而帶動其他3組從動輪運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)除銹裝置沿管道軸向進(jìn)給。

圖11 軸向移動部件結(jié)構(gòu)

連接部件結(jié)構(gòu)如圖12所示，由2個(gè)凹形連接件組成，外凹形連接件與內(nèi)凹形連接件組成一個(gè)環(huán)形導(dǎo)軌。外凹形連接件通過螺栓與旋轉(zhuǎn)除銹部件固定連接，其左端面的兩端都安裝有鋼珠滾輪，此端面卡在內(nèi)凹形連接件的凹槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)軸向約束，在它隨旋轉(zhuǎn)除銹部件一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上的鋼珠滾輪以內(nèi)凹形連接件的端面作為旋轉(zhuǎn)支撐面。內(nèi)凹形連接件通過L形連接件以螺栓與軸向移動部件固定連接，在除銹過程中跟隨軸向移動部件一起沿管道軸向移動，同時(shí)推動外凹形連接件，進(jìn)而帶動旋轉(zhuǎn)除銹部件一起沿管道軸向移動。

圖12 連接部件結(jié)構(gòu)

驅(qū)動部件及傳動部件結(jié)構(gòu)如圖8所示，采用電機(jī)驅(qū)動的方式，電機(jī)以軸向移動部件為機(jī)架。軸向移動驅(qū)動電機(jī)通過鏈傳動方式將動力傳遞給軸向移動部件驅(qū)動輪，使其帶動其他3組從動輪，實(shí)現(xiàn)裝置整體沿管道軸向移動。除銹驅(qū)動電機(jī)通過齒輪傳動方式帶動旋轉(zhuǎn)除銹部件中的剖分式齒輪轉(zhuǎn)動，給剛?cè)狁詈铣P頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力，使其相對管道旋轉(zhuǎn)摩擦除銹。

除銹裝置整體采用分體式結(jié)構(gòu)，可以分為4個(gè)模塊：上旋轉(zhuǎn)除銹模塊、下旋轉(zhuǎn)除銹模塊、上移動部件模塊以及下移動部件模塊，如圖13所示，每個(gè)模塊的零部件間都通過螺栓連接固連成一個(gè)整體，故每個(gè)模塊可以看作是一個(gè)單一零件。

圖13 除銹裝置模塊化

在進(jìn)行除銹作業(yè)時(shí)，除銹裝置拆裝過程如圖14所示。首先將上、下旋轉(zhuǎn)除銹模塊通過螺栓連接方式安裝到管道上，然后將上、下移動部件模塊上的內(nèi)凹形連接件卡進(jìn)上、下旋轉(zhuǎn)除銹部件上的外凹形連接件的凹槽內(nèi)，再使用螺栓連接將上、下移動部件模塊進(jìn)行固定，就可以實(shí)現(xiàn)除銹裝置的安裝。除銹裝置整體采用分體式模塊化設(shè)計(jì)，只需兩步就可以實(shí)現(xiàn)安裝或拆卸，除銹工作時(shí)可以快速拆裝，使用方便。

圖14 除銹裝置拆裝過程

當(dāng)除銹裝置安裝到管道上后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)除銹部件旋轉(zhuǎn)，軸向移動驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動軸向移動部件帶動除銹裝置整體一起沿管道軸向移動，對管道進(jìn)行全覆蓋除銹作業(yè)。

4 剛?cè)狁詈铣P方法實(shí)驗(yàn)研究

4.1 除銹實(shí)驗(yàn)平臺搭建

架空管道剛?cè)狁詈铣P方法的工作原理是剛?cè)狁詈铣P頭對固定管道進(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦除銹，由于剛?cè)狁詈铣P頭自身相對管道進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)不易，故采用相對運(yùn)動原理，將剛?cè)狁詈铣P頭固定不動，使管道相對剛?cè)狁詈铣P頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。搭建的除銹實(shí)驗(yàn)平臺如圖15所示：使用車床三爪卡盤夾緊銹蝕管道，帶動其旋轉(zhuǎn)，而剛?cè)狁詈铣P頭固定安裝在車刀位置，在剛?cè)狁詈铣P頭末端放置壓力傳感器，用于檢測彈簧施加給磨塊的壓緊力，通過PC機(jī)接收壓力數(shù)據(jù)。

圖15 除銹平臺示意

4.2 除銹實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)3組實(shí)驗(yàn)：

(1)架空管道剛?cè)狁詈铣P方法除銹可行性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。除銹實(shí)驗(yàn)平臺搭建好后，將剛?cè)狁詈铣P頭壓緊在銹蝕管道上，控制彈簧預(yù)壓緊力F=100 N、車床轉(zhuǎn)速n=180 r/min，觀察除銹前后銹蝕管道表面銹蝕物的去除情況；

(2)無彈簧雙向剛性摩擦除銹與有彈簧剛?cè)狁詈夏Σ脸P對比實(shí)驗(yàn)。分別將單一磨塊和剛?cè)狁詈铣P頭安裝在車刀位置，控制彈簧預(yù)壓緊力F=100 N、車床轉(zhuǎn)速n=180 r/min，分析對比2種情況下銹蝕管道表面銹蝕物的去除情況；

(3)彈簧壓緊力與相對運(yùn)動速度除銹影響實(shí)驗(yàn)。首先保持車床轉(zhuǎn)速n=180 r/min不變，依次改變彈簧壓緊力為F=50、100、150、200 N，分析彈簧壓緊力對除銹的影響；然后保持彈簧壓緊力F=200 N不變，依次改變車床轉(zhuǎn)速為n=50、130、180、360 r/min，分析相對運(yùn)動速度對除銹的影響。

4.3 除銹實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1)剛?cè)狁詈铣P方法除銹可行性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

銹蝕管道除銹前后狀態(tài)如圖16所示，可知：采用架空管道剛?cè)狁詈铣P方法可以去除銹蝕管道表面的銹蝕物，即架空管道剛?cè)狁詈铣P方法可行。

圖16 銹蝕管道除銹前(a)后(b)狀態(tài)

(2)無彈簧雙向剛性摩擦除銹與有彈簧剛?cè)狁詈夏Σ脸P對比實(shí)驗(yàn)

有彈簧剛?cè)狁詈锨闆r和無彈簧雙向剛性情況下磨塊的除銹效果如圖17所示。可知：剛?cè)狁詈锨闆r下的除銹效果要比雙向剛性情況下的更好。這是因?yàn)槟K表面的磨粒高度是隨機(jī)分布的，無彈簧雙向剛性情況下，磨塊上只有部分磨粒與銹蝕管道接觸除銹，未接觸的部分無法進(jìn)行除銹作業(yè)，故存在局部未除銹區(qū)域；而有彈簧剛?cè)狁詈锨闆r下，當(dāng)接觸的磨粒除去管道表面的銹蝕后，彈簧壓緊力將磨塊進(jìn)一步壓緊在銹蝕管道上，使之前未接觸的磨粒開始與銹蝕管道接觸除銹，銹蝕管道表面的鐵銹被去除得更多、更徹底，故有彈簧剛?cè)狁詈锨闆r下的除銹效果更好。

圖17 磨塊除銹效果

(3)彈簧壓緊力與相對運(yùn)動速度除銹影響實(shí)驗(yàn)

彈簧壓緊力變化對除銹的影響如圖18所示，可知：當(dāng)彈簧壓緊力較小時(shí)，磨塊只能去除銹蝕管道表層的銹蝕物，無法將管道表面的銹蝕物完全去除，隨著彈簧壓緊力增大，磨塊的除銹深度增大，管道表面的銹蝕物被去除得越多。針對實(shí)驗(yàn)用銹蝕管道，當(dāng)彈簧壓緊力為200 N時(shí)，可以將銹蝕管道表面的銹蝕物全部去除，管道表面顯露管材的金屬本色，沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹等，可以達(dá)到St3級動力工具表面清理等級，滿足管道除銹的要求。

圖18 彈簧壓緊力對除銹的影響

相對運(yùn)動速度變化對除銹的影響如圖19所示，可知：相對運(yùn)動速度的變化對除銹效果的影響較小。因?yàn)閺椈蓧壕o力一定時(shí)，磨塊上磨?？蓧喝脘P蝕管道的深度不變，故除銹深度不變，除銹效果無較大的差別。

圖19 相對運(yùn)動速度對除銹的影響

5 結(jié)論

針對架空管道除銹現(xiàn)狀，提出了一種可用于架空管道在役除銹的剛?cè)狁詈铣P方法，分析了其除銹特性；對其剛?cè)狁詈铣P過程進(jìn)行了力學(xué)分析，建立了除銹力數(shù)學(xué)模型，確定了除銹力影響因素，為除銹工作參數(shù)設(shè)定提供了理論依據(jù)，并提出了一種偏心旋轉(zhuǎn)方式，可有效降低磨塊重力對除銹力波動的影響。根據(jù)剛?cè)狁詈铣P工作原理，設(shè)計(jì)了可快速拆裝的分體式架空管道自動除銹裝置，其可直接安裝到架空管道上進(jìn)行管道在役除銹作業(yè)。最后采用相對運(yùn)動原理搭建了除銹實(shí)驗(yàn)平臺，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了3組實(shí)驗(yàn)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知：架空管道剛?cè)狁詈铣P方法是可行的，可以達(dá)到St3級除銹等級，滿足管道除銹的要求；與無彈簧雙向剛性摩擦除銹相比，有彈簧剛?cè)狁詈夏Σ脸P的除銹效果更好；彈簧壓緊力越大，除銹效果越好，而相對運(yùn)動速度對除銹效果的影響較小。文中提出的剛?cè)狁詈铣P方法以及設(shè)計(jì)的分體式除銹裝置為架空管道在役除銹提供了一種新的思路和方法。