30噸行車吊鉤式拋丸清理機的研發(fā)

某鑄造廠主要生產機床鑄件，鑄件單重較大，較大單重30噸，形狀比較復雜，清理質量和效率要求比較高。經青島吉川機械制造有限公司與該鑄造廠對比項目的多次交流溝通，拋丸清理機鑄件輸送裝置由傳統(tǒng)的臺車式改為行車吊鉤式。經過開發(fā)設計、制造、安裝調試，產品達到協(xié)議和合同要求。

項目簡介

該項目為研制行車吊鉤運行工件的吊鉤式拋丸清理機，簡稱吊鉤式拋丸。在國內*先配用行車吊鉤式清理機對大型工件進行拋丸清理，清理工件較大規(guī)格為(回轉直徑x高)5500mmx5000mm的鑄件，工件經過拋丸清理顯出金屬本色。適用于大中噸位、形狀復雜、規(guī)格繁多的鑄鋼件、鍛件、焊接結構件的表而清理，解決了當前國內清理此類工件的難題。
1、技術難點、總體思路和技術方案：
（1）、技術難點：
1)拋丸器應合理布置設計.以確保不同形狀復雜、規(guī)格繁多的工件都包容在彈丸束之內，滿足清理要求；
2） 吊鉤自轉小車的結構設計；
3） 室體頂部密封、 吊鉤和吊鉤自轉的結構設計， 適應不同直徑工件的承載與清理要求。
（2）、 總體思路：
方案圖設計→用戶及廠內評審→施工圖設計→技術準備→工藝準備→生產制造→產品試制鑒定 （驗收）。 （3）、技術方案： 1） 拋丸器種類及其規(guī)格、 數量及拋丸器布置方案的確定
為達到預期的生產率和清理效果， 考慮到工件的復雜性， 一是主要對拋丸器種類及其規(guī)格精心選擇， 并使數量恰好； 二是拋丸器的布置， 使其處于較佳位置。 通過利用計算機仿真模擬實驗進行方案比較分析， 確定選用七臺 130-2RK 曲線葉片直聯(lián)拋丸器， 在清理室一側較佳位置， 沿垂直方向做直線式布置、 安裝。 此設備使用中可根據工件特點啟用其中的幾臺或全部， 從而保證不同規(guī)格工件的各個部位表面均能被清理到， 且好清理， 并可節(jié)省能耗。 130-2RK 曲線葉片直聯(lián)拋丸器采用引進國外先進技術制造， 拋射速度高、 拋丸量大。
2)承載運行方式的確定 針對被清理工件重量重、外形尺寸大、形狀不規(guī)則等特點.承載運行方式的安全性、可靠性成為突出的問題。 若采用在清理室上面架設導軌和電葫蘆承載運行工件的傳統(tǒng)方式， 勢必對清理室室體和導軌支架的強度和剛度要求高， 且結構復雜， 鋼材消耗量多， 安全風險性大。 經反復推敲， 本設備確定承載運行方式是采用專用行車 （雙樑橋式吊車又稱 “天車”） 和專用吊鉤吊拉運送和回轉工件。 行車可沿著清理室頂部開口運行， 而行車上的 “吊鉤行走小車” 則預先被鎖定在清理室頂部開口中心線位置上不可做相對移動； 在清理室頂部對應拋射區(qū)中心的部位設置新的專門設計的吊鉤自轉機構， 當專用行車吊著工件運行至拋射區(qū)中心后，吊鉤即做自轉， 轉速為 1r/min， 然后開始拋丸清理； 清理完畢， 專用行車運送工件至指定地卸件、 再裝新工件。 這種技術方案成功解決了大噸位工件安全可靠承載運行的難題。
3） 清理室頂部開口處密封結構
為使吊鉤進出清理室， 清理室頂部設開口作為吊鉤運行過道， 但因此帶來了清理進行時的彈丸密封問題， 這也是涉及設備使用安全的一個因素。 由于采用吊鉤尺寸規(guī)格較大， 室頂開口相應比較寬， 采用以往的橡膠板加毛刷的密封結構形式， 達不到應有的密封效果。 該機創(chuàng)新設計， 采用插板密封結構形式， 當吊鉤行走時插板退出，當吊鉤進到拋射區(qū)中心后插板插入， 插板由氣缸帶動， 動作通過PLC自動控制。 另外吊鉤上桿部也設有由鋼板、 橡膠板加毛刷組成的密封結構。 相比較而言， 該機的室頂密封結構是較有效、 較可靠的。

2、工作原理和主要部件的設計：
（1） 設備的工作原理：
設備的清理室頂部設有一臺 30t 行車吊鉤，吊鉤可以升降裝卸工件， 吊鉤回轉由吊鉤自轉裝置驅動， 工作時吊鉤運載工件進入清理室。 利用布置在清理室側壁的七臺拋丸器對工件表面清理，經拋丸器高速旋轉加速的彈丸擊打到工件表面上，將其表面上的氧化皮、 粘砂等雜物迅速被清理掉，使工件顯出金屬本色， 一次性即可達到理想清理效果。 彈丸回收是通過振動輸送器， 將彈丸輸送到提升機底部， 由提升機將彈丸提升到分離器內，分離器將彈丸與混合物分開， 合格彈丸進入拋丸器繼續(xù)使用， 破碎彈丸及氧化皮粘砂排進廢料箱?；覊m及細小顆粒由除塵器回收。 全機電氣系統(tǒng)采用PLC控制， 對不同工件可用不同時間清理， 較后將清理好的工件退出清理室外， 吊鉤在清理室外進行裝卸， 并準備完成下個循環(huán)。
（2） 設備開啟的操作順序：
開啟除塵系統(tǒng)→提升機→振動輸送器→室體頂部密封門關閉→吊鉤自轉小車進到位→氣動大門關閉→吊鉤旋轉→依次啟動拋丸器→各相應彈丸閘門打開 （工件清理計時） →清理時間到→彈丸閘門關閉→拋丸器關閉→室體頂部密封門打開→吊鉤自轉小車退到位→氣動大門打開。
按開機順序的逆向操作啟動相應的停止按鈕， 使整個系統(tǒng)停止。
（3） 設備的主要部件設計:
該設備主要包括： 拋丸器、 清理室、 氣動大門、 彈丸循環(huán)系統(tǒng) （包括提升機、 分離器、 彈丸閘門、 輸丸系統(tǒng)、 振動輸送器）、 吊鉤自轉裝置、平臺、 氣動系統(tǒng)、 電氣系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)等部分組成 （見圖 1）。

1） 清理室及頂部密封:
清理室體系焊接組裝結構， 由左右側壁、 頂板等部分組成。
清理室為焊接結構， 清理室鋼板厚度為12mm。 室內主拋射區(qū)， 即拋丸器面和拋丸器對面及頂面的 1.5m 范圍內采用 ZGMn13 耐磨鋼護板防護。 其余防護采用 65Mn 彈簧鋼護板防護。 氣動大門由氣缸開啟， 并裝有行程開關與拋丸器聯(lián)鎖， 只有大門關閉后， 拋丸器方能開啟。大門的內側面采用 65Mn 彈簧鋼護板防護。
圖1 設備總圖
2） 振動輸送器：
振動輸送器由篩體、 激振電機、 橡膠彈簧等組成。 它主要用來輸送和篩選彈丸， 通過調整激振電機上的激振塊的位置可以獲得不同的激振力。

3） 吊鉤：
吊鉤主要由固定式吊鉤、 鏈輪等部分組成。吊鉤在進入清理室和上升到位時均由行程開關自動控制， 以確保工件處在被清理位置。

4)吊鉤自轉裝置： 見圖2。 吊鉤自轉裝置由渦輪蝸桿減速器、 鏈輪、 鏈條、 鏈條漲緊機構等部分組成。 當工件進入清理室的拋丸區(qū)中間進行定位拋丸清理時， 工件將進行旋轉， 從而保證清理效果。

5)氣動大門： 氣動大門由門體、活頁、密封膠條、氣缸驅動等部分組成，有開啟靈活、密封可靠等特點。氣動大門由氣缸控制開與關。門的周邊設有密封裝置，以防丸塵溢出。為安全起見大門上方裝一限位開關， 必須將大門關閉后， 方能啟動拋丸器。
6)電氣控制系統(tǒng)：

設備主回路采用 3V~380V、 50HZ 供電， 控制回路采用由控制變壓器輸出的單相 AC20V 供電。 工件清理過程選用三菱 PLC 自動控制， 具有互鎖和手動單動功能， 以便設備的連續(xù)工作和方便檢修

3、CAD設計驗證：
*先根據用戶的工藝要求和設計方案做了設計流程圖，見圖3。
圖2吊鉤自轉裝置示意圖
在建立流程圖后， 將工件尺寸、 生產綱領、用戶要求等各類數據輸入計算機中。 根據計算結果， 對 5500mm×5000mm 的鑄件進行工件模擬示意， 并按所選的拋丸器型號和臺數進行了拋丸器拋射帶的仿真， 確定拋丸器臺數為七臺， 這樣才能全部包容整個鑄件長度 （見圖 4）。 確定出關鍵部件清理室的外形尺寸及在其上布置七臺拋丸器的相互位置尺寸， 較后確定出其他各主要部件吊鉤自轉裝置、 氣動大門、 室體頂部密封裝置、 平臺、 輸丸系統(tǒng)、 提升機、 分離器、 振動輸送器、 氣動系統(tǒng)、 電氣系統(tǒng)、 除塵系統(tǒng)等的規(guī)格、 尺寸范圍和相對于清理室的位置， 并對各部分結構加以確定， 較后完成總圖設計。
圖4拋丸器拋射區(qū)域小意簡圖
總圖完成后， 各主要部件依照總圖的要求及其在總圖中的位置， 其中拋丸器、 提升機、 分離器、 振動輸送器等部件， 依據所需的規(guī)格對其進行參數化模塊設計， 提高設計的可靠性。
4、主要典型部件(吊鉤自轉裝置)參數計算：
根據主要技術規(guī)格： 被清理工件較大重量為30000kg， 選用行車 （外購， 專業(yè)廠家） 吊鉤來完成工件的運行和起升、 降落。
由蝸輪蝸桿減速器驅動鏈條傳動，完成吊鉤在清理室內的旋轉(鉤自轉)。
已知:吊鉤起重:30000kg;起升速度:
5m/min； 運 行 速 度 ： 10m/min； 鏈 條 速 度 ：1.5m/min； Z1=Z2=25。
（1） 鏈條的運行速度根據渦輪蝸桿減速器 （FCEDO80-135-1/800-1.5） 中：n 入=1500r/m， p=1.5kW， T=540N·M，i=800， η=0.62可得 n1=n 入/i=1500/800=1.875r/m
（2） 吊鉤自轉速度設： n吊=1.05r/minio=n1/n 吊=1.875/1.05=1.786∴ Z3=i0×Z1=1.786×25=44.65取 Z3=45查表可得 P=31.75， D3=455.15n3=n1/i1.3=1.875/1.8=1.0416r/min∴V 吊 = D3πn3= 455.15 × π × 1.0416 =1488.6245mm/min取 V吊=1.5m/min。

5、設備制作、 安裝遇到的問題及解決方法：
由于大清理室體不便于運輸， 所以需在現場制作并安裝。 在制作過程中清理室側壁和清理室的頂部搭接處的接縫給制作安裝工作帶來難度，為此對清理室的側壁上部做了一個斜面和水平面組合的切面， 在室體頂部端面做一個斜的切面，兩者結合給安裝時帶來極大的方便， 提高了連接部分的受力強度， 使型鋼骨架切面全部看不到，有了很好的外觀度。 這種新穎結構已被推廣到其他產品中。 見圖 5。
圖5
在調試過程中，發(fā)現室體頂部吊鉤運行通道和吊鉤開口處大量的彈丸飛出，室體頂部密封存在嚴重的漏丸問題。因為吊鉤尺寸規(guī)格較大，室體頂部開口相應比較寬，采用的橡膠板加毛刷的密封結構形式密封效果差。筆者根據現場情況創(chuàng)新設計一種密封箱密封結構形式，它由鋼板、聚氨醋板等部分組成。見圖6。通過改進，杜絕了彈丸從室體頂部開口飛出，大大增強了密封效果，這種密封結構已推廣到10噸以上的吊鉤拋丸清理產品中。
圖6
這樣機制造安裝完成后， 先進行了空負荷試車和整機性能指標檢測， 驗證結果各項指標均滿足設計要求。 然后進行了全線聯(lián)動負荷試車， 再次對整機性能指標檢測， 結果仍是各項技術指標完全符合設計和使用要求， 順利通過了用戶驗收。用戶經過試用， 運行情況良好， 無論是吊鉤的吊拉、 運行、 自轉， 還是彈丸密封狀況， 均保持理想狀態(tài)。 拋丸清理效果、 生產率、 電氣控制等均滿足使用要求， 用戶十分滿意。