懸鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

摘要：拋丸清理工藝是一種表面處理技術(shù)，它是通過拋丸器葉片的高速運(yùn)動利用離 心力將彈丸高速拋落沖擊在工件或物體表面，達(dá)到清理強(qiáng)化的效果。與其他表面 處理技術(shù)相比來說，它更快、更有效。我國拋丸技術(shù)隨時(shí)間不斷的發(fā)展，拋丸設(shè)備已 經(jīng)廣泛應(yīng)用于零件表面的清理和強(qiáng)化，例如鑄鍛件、部分焊接件、熱處理件的表面清理 和齒輪、彈簧、受到高應(yīng)力的板簧的強(qiáng)化處理。此外，其技術(shù)還可應(yīng)用于車輛、輪船的 表面處理。經(jīng)過不斷地發(fā)展，多年來拋丸裝備越來越完善，技術(shù)也變得更成熟，性能和 效率不斷提高。 目前，國內(nèi)的拋丸裝備與國外相比，差距越來越小，但是一些耐磨件使用時(shí)間相對 較短，易損件更換頻率高，后期維護(hù)費(fèi)用較多。對于懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)來說，室體的維護(hù)和 密封有一些不足，輔助系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也有不足，需要改進(jìn)。 本論文的主要內(nèi)容： （１）研究拋丸器的工作原理，對彈丸清理和強(qiáng)化效果的影響因素進(jìn)行分析，并對 拋丸器基本性能指標(biāo)進(jìn)行了理論數(shù)據(jù)計(jì)算。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工的懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)，對機(jī)器 進(jìn)行整機(jī)研究，獲得拋丸器的各種尺寸數(shù)據(jù)，用ＵＧ軟件建立其拋丸器和室體的三維模 型，為軟件分析提供基礎(chǔ)。 （２）用ＡＤＡＭＳ仿真模型，分析彈丸的運(yùn)動狀態(tài)，結(jié)合文獻(xiàn)中分析彈丸幾種理論， 選擇合適的方法進(jìn)行軟件仿真?？紤]空氣阻力、重力、拋打角度和拋打距離的影響，對 彈丸沖擊過程進(jìn)行分析，并計(jì)算驗(yàn)證。運(yùn)用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ對室體內(nèi)護(hù)板進(jìn)行分析， 得到相應(yīng)的應(yīng)力圖和較大應(yīng)力，對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了改進(jìn)。當(dāng)對拋丸清理機(jī)進(jìn)行方案設(shè) 計(jì)時(shí)，根據(jù)較大工件的外形尺寸來選擇合適的室體結(jié)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)。合理布置拋丸器的 位置，若布置不當(dāng)將會增加彈丸打空的機(jī)會，降低拋打效率，同時(shí)也加快室體護(hù)板和其 他結(jié)構(gòu)的損壞。 （３）對拋丸機(jī)其它系統(tǒng)進(jìn)行簡單的介紹和分析，主要包括丸料循環(huán)分離系統(tǒng)和懸 鏈輸送系統(tǒng)。其中丸料系統(tǒng)分析主要針對螺旋輸送器、提升機(jī)和除塵系統(tǒng)。計(jì)算驗(yàn)證螺 旋輸送器輸送量，并針對螺旋輸送器軸承易磨損問題進(jìn)行了分析和改進(jìn)。調(diào)研噪聲來源， 提出降低噪聲的辦法。
關(guān)鍵詞：懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)；拋打效果；護(hù)板；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

第一章 緒論

１．１表面清理技術(shù)和拋丸機(jī)概述

１．１．１表面清理技術(shù)

表面清理設(shè)備通常用于清除鑄件或零件表面氧化物和表面的粘結(jié)物，并使它們的表 面質(zhì)量達(dá)到一定要求的機(jī)械設(shè)備。其設(shè)備可以分為濕式清理設(shè)備和干式清理設(shè)備兩種類 型。濕式清理設(shè)備是在濕態(tài)下進(jìn)行清理的，一般情況無法使表面達(dá)到一定的粗糙度和清 潔度，也不能清除表面氧化物，而且它投資也較大、環(huán)境污染嚴(yán)重，一般在特定的條件 下才會選用。而有一定的作用使工件表面產(chǎn)生塑性變形帶有沖擊作用的干式清理設(shè)備， 不僅能夠去除工件表面的氧化物和粘結(jié)物，還能使工件表面達(dá)到一定的表面質(zhì)量要求， 且投資較低、污染小，因而已在實(shí)踐中應(yīng)用廣泛【ｌ 干式清理是在無液態(tài)介質(zhì)、干燥條件下進(jìn)行清理的。這種方法是對某些鋼結(jié)構(gòu)件、大部分的鑄件等工件進(jìn)行表面去除殘留的型砂以及氧化皮等粘結(jié)物的主要方法。 按照可以使彈丸產(chǎn)生加速的方式可以把磨料清理分成噴丸清理和拋丸清理兩種。噴 丸清理是以高壓來壓縮空氣作為動力，將彈丸或丸砂加速；拋丸清理是由機(jī)械方法利用 拋丸器通過離心力獲得高速投射到零件表面上的清理方法。 從工藝分類來講，拋丸清理只是限于以清除鑄、鍛、熱處理等工件的表面氧化膜、 黑皮等為目的的一種清理工藝，類似的工藝還有噴丸和噴砂。拋丸的原理是利用高速旋 轉(zhuǎn)的葉片將彈丸加速到一定速度，將具有一定速度的彈丸拋向所要清理的工件表面，用 以去除工件表面的粘砂、氧化皮、毛刺等，得到具有一定表面粗糙度的過程。使工件變 得美觀或者改變工件的焊接拉應(yīng)力，達(dá)到提高工件使用壽命的目的。提高工件表面的粗 糙度，也可以提高工件后續(xù)噴漆的漆膜對工件的附著力。拋丸工藝用于機(jī)械很多領(lǐng)域， 如汽車的零部件、軍工、橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、鋼板型材、橋梁養(yǎng)護(hù)、管道內(nèi)外壁除銹防腐甚 至隧道道路表面等行業(yè)【２Ｊ。 噴丸清理有如下特點(diǎn)： （１）可以根據(jù)實(shí)際要求使用金屬或非金屬丸砂，以適應(yīng)清理不同工件表面的要求。 （２）容易清理復(fù)雜的管壁內(nèi)、外表面，清理的靈活性大并且不受場地的限制，可將設(shè) 備移至大型工件附近進(jìn)行清理【３ｊ。 懸鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化 （３）設(shè)備結(jié)構(gòu)原理較筒單，整機(jī)投資少；易損件少且維修費(fèi)用相對較低。 （４）必須配備大功率的空氣壓縮站，在清理效果相似條件下，能量消耗較大并且所清 理表面易有濕氣，易生銹‘４１。 （５）清理效率低，操作人員多，操作環(huán)境差。 相比噴丸清理方法，

拋丸清理有以下特點(diǎn)：
（１）清理效率高，操作人員少，費(fèi)用低。容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化，適用于工件大批量清 （２）無需壓縮空氣的方法加速彈丸，因而不用設(shè)置功率大的空氣壓縮站，表面清潔，無濕氣，不易生銹。 （３）靈活性差，受限制較多。清理工件時(shí)有些盲目性，在工件內(nèi)表面易產(chǎn)生清理死角， 無法徹底清理干凈。 （４）易損件多，特別是拋丸器葉片、護(hù)板等零件磨損快，維修費(fèi)用高。 （５）一般情況下不能使用輕小型的彈丸或丸砂。通過彈丸沖擊后會使工件表面產(chǎn)生表 面強(qiáng)化現(xiàn)象，工件抗腐蝕能力較大時(shí)可提高一倍，較大情況下可提高約５０％的抗疲勞強(qiáng) 度，表面硬度也將提高【５１。經(jīng)彈丸沖擊后，可以消除鋼材表面焊縫的內(nèi)應(yīng)力，并可顯現(xiàn) 出材料中的隱蔽的裂紋。 目前拋丸清理方法是世界上較可靠和經(jīng)濟(jì)的表面清理方法之一。

拋丸清理技術(shù)與其 它清理技術(shù)相比，具有下述的優(yōu)點(diǎn)：
（１）提高機(jī)械產(chǎn)品或工件的抗疲勞性能。 （２）延長工件使用壽命。 （３）消除其應(yīng)力集中。 （４）極大的減輕環(huán)境污染。 （５）提高清理的效率。 （６）減輕清理工作的勞動強(qiáng)度。 （７）優(yōu)化工件的表面工藝狀態(tài)。
１．１．２拋丸清理設(shè)備的類型
拋丸機(jī)按工件承載體的結(jié)構(gòu)不同，可分為轉(zhuǎn)臺式、滾筒式、吊鉤式、臺車式、鼠籠 式和懸鏈?zhǔn)降?，每種拋丸機(jī)特點(diǎn)不同，適合處理的工件也不同【６１。轉(zhuǎn)臺式拋丸機(jī)是將工 件放在可以轉(zhuǎn)動的工作臺上，以轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動來改變工件被清理的位置；翻滾式拋丸機(jī)是將工件放入具有一定操作空間的室體內(nèi)部，由運(yùn)動的室壁帶動工件作翻滾運(yùn)動，達(dá)到全 面清理的目的；臺車式設(shè)備是工件放在可以移動和旋轉(zhuǎn)的車式承載臺上，使工件做平移 運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)主要適用于大批量中小型工件的拋丸處理。從結(jié)構(gòu)形式 上，一般可分為Ｑ４８系列普通懸鏈步進(jìn)通過式、Ｑ５８系列積放鏈?zhǔn)降阮悇e。其工作原理 是工件隨吊鏈可以進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行、步進(jìn)運(yùn)行或采用先進(jìn)的積放式懸鏈運(yùn)輸工件，使工件 在裝卸處以及拋丸區(qū)處于停止?fàn)顟B(tài)，達(dá)到定點(diǎn)裝卸和定點(diǎn)拋丸工序的目的。根據(jù)工件不 同，可吊重５０－－－２０００ｋｇ的工件，且運(yùn)行可靠，生產(chǎn)率高，對各類易吊掛類零件的大批 量清理非常適用【＿７１。它可以實(shí)現(xiàn)工件靜態(tài)裝卸、快速輸送與定位，工件旋轉(zhuǎn)拋丸清理。適 合于大批量、鑄鐵、鑄剛、及焊接件的全方位拋丸清理，用于各種形式的可吊掛式工件， 如轉(zhuǎn)向架組件、發(fā)動機(jī)缸體缸蓋、電機(jī)的殼體、齒輪、機(jī)車鉤尾框組件、五金工具殼體、 水泵等清理效果尤佳，一般可按照用戶產(chǎn)品的特點(diǎn)和要求設(shè)計(jì)制作瞵Ｊ。

１．２國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

懸鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)適用于批量生產(chǎn)的中、小型工件的拋丸清理和處理。老式的連續(xù) 式懸鏈拋丸清理機(jī)，在上個(gè)世紀(jì)的六、七十年代、直到八十年代初，一直是發(fā)動機(jī)生產(chǎn) 廠家清理工件的*選產(chǎn)品。但其存在著以下較大的缺陷： （１）對于某些小型件的行進(jìn)拋丸清理，由于吊鏈?zhǔn)沁B續(xù)運(yùn)行的，而工件之間具有一定 的間隔或距離，在工作過程中拋丸器在不停地拋丸，有些彈丸并沒有拋打在工件上，所 以其彈丸利用率較低，同時(shí)造成拋丸器對面護(hù)板的損壞加劇【９Ｊ。 （２）由于吊鏈在不停地運(yùn)行或停止，致使拋丸室進(jìn)、出１２１處無法加裝防護(hù)門，而只能 用橡膠簾或其他措施密封，彈丸或灰塵不宜被徹底密封住，導(dǎo)致彈丸四處飛濺或者灰塵 較多，對生產(chǎn)環(huán)境造成了污染。許多生產(chǎn)廠家先后對該系列拋丸機(jī)作了許多方面的改進(jìn) 設(shè)計(jì)，但始終未能完全克服以上缺吲１０】。 二十世紀(jì)八十年代初，國內(nèi)企業(yè)相繼開發(fā)了Ｑ４８系列、Ｑ５８系列、ＱＬ２０系列步進(jìn)式 懸鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)。采用普通懸鏈“步進(jìn)”輸送工件，可使工件在加卸料地點(diǎn)以及拋丸處理 區(qū)都處于靜止?fàn)顟B(tài)，以方便加卸料和提高彈丸拋射效率【１１。２１。吊鉤自轉(zhuǎn)可視工件要求被 處理情況實(shí)現(xiàn)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)。拋丸室采用全封閉的結(jié)構(gòu)，在拋丸室兩側(cè)設(shè)有密封室，使 彈丸不再飛濺出來，同時(shí)在拋丸室項(xiàng)部及拋丸器開口處均采取特殊方式密封和吸塵裝置。 在拋丸室內(nèi)襯有快換式高高合金耐磨或含猛量高的襯板，使用壽命增長而且更換方便【１３】。 根據(jù)生產(chǎn)率相應(yīng)要求，可設(shè)置１個(gè)或多個(gè)拋丸工位。單鉤吊重可達(dá)１２００公斤，生產(chǎn)率可 懸鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化 高達(dá)８０鉤每小時(shí)【１４Ｊ。 對于不同的工件和相應(yīng)的拋丸要求，可以設(shè)計(jì)不同的拋丸機(jī)，其相應(yīng)內(nèi)部系統(tǒng)的配 合和優(yōu)化變得尤為重要，許多系統(tǒng)都可以進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。 對于分丸輪中彈丸在拋丸葉片上的加速運(yùn)動，有很多人對此進(jìn)行了研究，并取得了 一定的成果，然而實(shí)際生產(chǎn)中所觀察到的拋丸葉片損壞形式不能很好地解釋，于茂旺等 人提出了“多次碰撞”的理論，拋丸葉片的破壞形式得到了很好的解釋【ｌ ５１。張丹等人應(yīng)用 ＡＤＡＭＳ軟件進(jìn)行仿真，仿真了彈丸在拋頭器中的運(yùn)動加速過程。主要考慮了重力、空氣 阻力、摩擦力等因素對彈丸的方向和速度的影響【ｌ ６１。運(yùn)用了計(jì)算機(jī)軟件仿真的方法模擬 鋼丸從定向套窗口拋出至拋出拋丸器這一過程中彈丸的速度變化情況，并分析了空氣阻 力和摩擦力的變化情況，對于彈丸速度的理論研究及現(xiàn)實(shí)計(jì)算具有一定的參考意義。王 守仁等通過相互對比的方式介紹了幾種國內(nèi)外拋丸器高鉻鑄鐵葉片的力學(xué)性能與微觀組 織結(jié)構(gòu)。經(jīng)過試驗(yàn)與分析，而且組織結(jié)構(gòu)合理，并被合理的熱處理后葉片的硬度達(dá)到 ＨＲＣ６４．２，具有優(yōu)良耐磨性，為拋丸機(jī)的葉片材料分析提供了相應(yīng)的依據(jù)【ｌ。７１。經(jīng)復(fù)合精密 鑄造工藝生產(chǎn)的葉片和拋頭軸承是拋丸器內(nèi)部的關(guān)鍵部件，也是較易損壞被更換的部件， 實(shí)際中生產(chǎn)中，拋丸器拋頭采用２３１３調(diào)心滾子軸承，轉(zhuǎn)速可達(dá)３５００ｒ／ｍｉｎ，較大輸入功率 為１５ｋＷ〔博Ｊ。徑向軸和拋頭采用直接配合，可以無調(diào)節(jié)裝置；軸向雙端固定，預(yù)緊量可以 調(diào)節(jié)。由于振動相對較大，載荷變化劇烈。孫永豪等人通過大量的失效實(shí)驗(yàn)和實(shí)際觀察， 認(rèn)為軸承主要的失效類型有：滾動體受到剝落引起的失效、外圈的變形過量失效、保持架 斷裂失效、外圈的磨損過量失效、滾動體的變形過量失效、內(nèi)圈的點(diǎn)蝕造成的失效【ｌ ９１。 引起失效的主要原因有：機(jī)械振動、潤滑劑高溫下失效產(chǎn)生的堅(jiān)硬的燒結(jié)物和進(jìn)入的灰 塵和碎彈丸引起的磨粒磨損【２０１?，F(xiàn)在某些企業(yè)通過對拋丸器軸端結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在拋丸器拋 頭長時(shí)間工作后，可以快捷容易地更換分丸輪聯(lián)接座和分丸輪，這樣就不需更換拋丸器 的傳動軸。由于分丸輪連接座的制造較為容易且便于更換，從而更換拋丸器傳動軸所帶 來的工時(shí)和維修費(fèi)用損失可以得到一定的避免，所以有效地提高了拋丸機(jī)的生產(chǎn)效率。 為了提高拋丸器前曲葉片在使用中的壽命，一些文獻(xiàn)中運(yùn)用ＡＮＳＹＳ軟件，建立了拋丸 機(jī)相應(yīng)的葉片的有限元模型，采用加載方式是節(jié)點(diǎn)載荷加載的方式。其結(jié)果顯示：雖然葉 片總體應(yīng)力比較低，但存在應(yīng)力集中點(diǎn)明顯存在。葉片彈丸葉片邊緣受到正壓力的較大值。 葉片的失效形式是過大的正壓力引起的表面磨損和應(yīng)力相對集中引起的疲勞斷裂。提高 葉片的使用壽命，除選用合適的材料提高葉片的耐磨性外，還需要設(shè)計(jì)適合的葉片形狀，以 降低較大正壓力的影響１２。

在拋丸過程之中，工件與彈丸之間的接觸情況十分復(fù)雜，具有高度非線性，用理論公式 很難直接分析，因此目前的分析拋噴丸工藝的主要實(shí)施理論方法是數(shù)值模擬的方法。 Ｓ．Ａ．Ｍｅｇｕｉｄ等開發(fā)了單彈丸拋丸模型、多彈丸拋丸模型用來模擬實(shí)際的拋丸工藝【２２－２５１。 同時(shí)拋丸室體整體制造技術(shù)逐步更新，優(yōu)化了室體內(nèi)外的結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯材料；室內(nèi)護(hù)板 采用了新型的材料；懸鏈軌道的密封是采用的迷宮密封形式，從而有效地防止丸砂外溢。 對于懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)來說，懸鏈釣鉤系統(tǒng)總成得到優(yōu)化，結(jié)構(gòu)得到更新；而且，可以通過鑄 件拋丸后的效果，來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整懸鏈行走的速度。軋制高錳鋼護(hù)板在清理室內(nèi)部得到應(yīng) 用，有效提升了防護(hù)等*；室壁采用了壓嵌式的結(jié)構(gòu)，接縫部位出現(xiàn)漏洞的幾率減少了， 提高相應(yīng)的使用壽命?，F(xiàn)在某些廠家開始把機(jī)械手用于清理鑄件工件的清理。從總體講， 該拋丸機(jī)對發(fā)動機(jī)缸體和缸蓋等難清理鑄件的背面和內(nèi)腔清理效果較好，同時(shí)操作簡單， 生產(chǎn)效率提高，因此公司的清理質(zhì)量和效率得到了顯著提高【２ 不同規(guī)格鑄管和鋼管在拋丸室內(nèi)需在一定的位置旋轉(zhuǎn)。為保證各種規(guī)格管的拋丸質(zhì)量和效率，安志平等人通過把拋丸機(jī)夾持裝置和夾頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了鑄管 自動升降和旋轉(zhuǎn)【２ ７１。解決了傳統(tǒng)鑄管和鋼管拋丸機(jī)升降裝置設(shè)備備件消耗量大、故障頻 繁、生產(chǎn)率低的難題，達(dá)到了備件消耗少、投資省、生產(chǎn)效率高的目的。

重新裝配使用的螺旋葉片經(jīng)過耐磨堆焊后，有效地提高了螺旋輸送器葉片的耐磨性， 降低了螺旋軸和軸承的更換頻率。原來需要每半年更換一次，現(xiàn)在使用一年后，葉片表 面仍沒有明顯磨損，降低了更換費(fèi)用，減少維修工時(shí)【２引。同時(shí)在同樣工況條件下，選用 性能優(yōu)異的焊接材料可以使產(chǎn)品磨損程度更小，生產(chǎn)效率得到一定程度的提高，可以滿 足了生產(chǎn)實(shí)際中的需要。螺旋軸在拋丸機(jī)上拆裝非常的不便，葉片耐磨處理和修復(fù)延長 了螺旋輸送器葉片的使用壽命。而且采用電弧焊，設(shè)備簡單，容易操作，費(fèi)用較低，節(jié) 省了大量購置配件的投資，為企業(yè)節(jié)省了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用具有一定的推廣使用價(jià)值。 在不改變丸砂分離器的丸砂分離結(jié)構(gòu)和原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)螺旋給料系統(tǒng)中給料彈丸 量的增加，對給料螺旋加以設(shè)計(jì)并重新制造；在氣路上加接相應(yīng)組件，對氣源進(jìn)行進(jìn)一步的 凈化處理，以利于氣動元件運(yùn)行正常。 經(jīng)過六十多年的不斷發(fā)展，我國清理裝備和技術(shù)同其他行業(yè)設(shè)備一樣走過了從開始 的仿制到現(xiàn)在的自主開發(fā)，一個(gè)從無到有慢慢發(fā)展的道路，到目前已經(jīng)發(fā)展成了品種齊 全并且具有一定生產(chǎn)能力的清理行業(yè)，出現(xiàn)了一些優(yōu)秀企業(yè)。 由于清理設(shè)備制造廠家能力和水平有差異，在使用中投入的維護(hù)差別也很大，如表 １．１所示。在拋丸設(shè)備的維護(hù)使用費(fèi)用中易損件相對占用了大部分的比例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來看其比例接近８０％。國產(chǎn)拋丸清理設(shè)備在使用中后期的時(shí)候，拋丸室的飛濺拋丸現(xiàn)象較為 嚴(yán)重，主要包括拋丸室室壁護(hù)板的破損引起的漏洞，連續(xù)式拋丸機(jī)軌道的間隙也是鋼丸 漏出的一個(gè)原因，造成了后期維護(hù)的工作量較大，維修工時(shí)時(shí)間長，所以提高拋丸機(jī)磨 損件的壽命變得非常重要【２９】。
表１－１拋丸設(shè)備國內(nèi)外維護(hù)投入對比
１．２．１小結(jié)
同日美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家相比，從產(chǎn)品使用壽命、加工水平，還是產(chǎn)品的可靠性、 控制水平等都存在著一定的差距。具體主要表現(xiàn)在如下： （１）材料及加工裝備 拋丸器和拋丸室之中用的耐磨件、易損件的使用壽命等與國相比存在著一定的距離， 加工制造水平等還需要進(jìn)一步的提高。 （２）設(shè)計(jì)水平 現(xiàn)在我國設(shè)計(jì)人員的自主開發(fā)能力仍然還不夠，大多數(shù)企業(yè)仍處于仿制的階段，同 時(shí)其試驗(yàn)條件及設(shè)計(jì)條件均不夠適宜和理想。 （３）控制水平 我國產(chǎn)品的智能控制、自動化的水平和自動監(jiān)測等技術(shù)與國外先進(jìn)水平相比仍有一 定的差距。 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和實(shí)際要求對工件表面質(zhì)量要求的不斷提高，工件表面清理已 成為生產(chǎn)活動中必不可少的工藝處理手段，所以要求清理設(shè)備與技術(shù)的進(jìn)一步提高和發(fā)展。

１．３選題的背景及意義

拋丸工藝自從產(chǎn)生以后，得到了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槠渖a(chǎn)率高、清理效果好、能耗 低。拋丸機(jī)械已經(jīng)從較為單一的機(jī)械種類發(fā)展成一個(gè)領(lǐng)域，從單一的生產(chǎn)程序發(fā)展到整 濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文個(gè)生產(chǎn)工藝中的一個(gè)不可缺少的部分。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，拋丸機(jī)從傳統(tǒng)的單一種類到 現(xiàn)在的多種類發(fā)展，從水平移動到多個(gè)方向移動。拋丸機(jī)正在慢慢地延伸到每個(gè)行業(yè)中， 給各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)和工藝帶來了很大便利。多年來拋丸技術(shù)與設(shè)備日臻完善，性能不斷得 到提高，應(yīng)用范圍亦從鑄造業(yè)表面清理擴(kuò)大到路面清理、機(jī)械

１．４論文研究內(nèi)容
通過論述懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)的原理和性能，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用， 經(jīng)過理論計(jì)算分析與實(shí)際應(yīng)用調(diào)查，提出懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)在今后的發(fā)展方向和在實(shí)際應(yīng)用 中改進(jìn)，達(dá)到減少生產(chǎn)成本、減少維修工時(shí)、提高產(chǎn)品工作效率的目標(biāo)。在總結(jié)國內(nèi)外 對懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合拋丸機(jī)工作原理，對拋丸機(jī)某些性能進(jìn)行了分析計(jì) 算和驗(yàn)證。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，建立懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)拋丸器和室體的三維模型。以計(jì)算機(jī) 作為輔助工具，選用合適的工程軟件進(jìn)行仿真和分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。同時(shí)對 懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)的某些輔助系統(tǒng)進(jìn)行了研究驗(yàn)算，對一些零件進(jìn)行了改進(jìn)。調(diào)查了實(shí)際生 產(chǎn)中噪聲的來源并針對相應(yīng)的問題進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化了員工工作環(huán)境。 本課題的研究為以后的設(shè)計(jì)創(chuàng)新打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高拋丸機(jī)的性能。

本文主要做了如下工作： （１）研究拋丸器的工作原理，對彈丸清理和強(qiáng)化效果進(jìn)行分析，并對拋丸器基本性 能指標(biāo)進(jìn)行了理論數(shù)據(jù)計(jì)算。 （２）根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工的懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)，建立其拋丸器和室體的三維模型，為軟件 分析提供基礎(chǔ)。 （３）用ＡＤＡＭＳ仿真模型，分析彈丸的運(yùn)動狀態(tài)，結(jié)合文獻(xiàn)中分析彈丸幾種理論， 選擇合適的方法進(jìn)行軟件仿真。考慮空氣阻力、重力、拋打角度和拋打距離的影響，對 彈丸沖擊過程進(jìn)行分析，并計(jì)算驗(yàn)證。 （４）運(yùn)用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ對室體內(nèi)對護(hù)板進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的應(yīng)力圖和較大 應(yīng)力，對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了改進(jìn)。 （５）對拋丸器其他部分進(jìn)行簡單的介紹和分析，主要包括丸料分離系統(tǒng)和懸鏈輸送 系統(tǒng)。對部分工件進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)分析噪聲來源，提出降低噪聲方案。

第二章拋丸機(jī)工作原理和數(shù)據(jù)計(jì)算及其三維建模

２．１拋丸機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理簡介

拋丸清理設(shè)備是以電力帶動電機(jī)為動力，通過葉片產(chǎn)生離心力加速彈丸，撞擊被清 理平面。它是一種一定距離內(nèi)投射的非接觸式清理設(shè)備。它的工作過程如下：拋丸器是 用電機(jī)驅(qū)動拋丸輪和葉片在高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，一定流量的彈丸流入進(jìn)流丸管 時(shí)（用來控制彈丸流量）進(jìn)入高速度回轉(zhuǎn)的分丸輪中被加速，經(jīng)離心力的作用，彈丸通過 分丸輪窗口拋出，然后進(jìn)入定向套，再由定向套窗口（用來控制丸料拋打方向）拋出，被 高速回轉(zhuǎn)的葉片碰到，并且沿著葉片的長度方向做加速運(yùn)動直至被拋出，拋出彈丸形成 的扇型流束沖擊在被清理平面，起到了清理和強(qiáng)化的作用。然后彈丸與灰塵經(jīng)過輸送機(jī) 構(gòu)運(yùn)到儲料斗的上方。進(jìn)入位于儲料斗上方的分離裝置內(nèi)部，用功率大的除塵器根據(jù)風(fēng) 選原理將丸料和灰塵等混合物分離，丸料進(jìn)入料斗內(nèi)繼續(xù)循環(huán)使用，灰塵則通過連接管 道進(jìn)入除塵器。經(jīng)過濾芯的分離，進(jìn)入除塵器后的灰塵停留在濾芯的表面和儲灰斗中。 通過壓縮機(jī)提供的壓縮空氣，除塵器可以在自動時(shí)間間隔內(nèi)清理濾芯。較后在內(nèi)部通過 相應(yīng)吸塵器的氣流進(jìn)一步清洗，將清理下的雜質(zhì)和丸料分別回收，并且將丸料再次利用。 拋丸機(jī)配有除塵器，可做到無塵和無污染情況下施工，保護(hù)了工人工作的環(huán)境，也利于 環(huán)?！荆常保薄?br />
２．２影響彈丸清理與強(qiáng)化效果的理論分析

拋丸設(shè)備原理是基于被清理表面被高速彈丸打擊或碰擊，使其局部產(chǎn)生彈丸壓痕和 變形，每一個(gè)彈丸壓痕或變形有三層明顯區(qū)別的結(jié)構(gòu)層１３引。如圖２．１所示，即：零件表 面的脆性變形層；位于零件中間的基體塑性的變形區(qū)；和位于較深層的彈性變形區(qū)。在 彈丸打擊以后，彈性變形區(qū)幾乎同時(shí)產(chǎn)生以下三個(gè)作用：對中間層塑性區(qū)周圍，從各 個(gè)方向產(chǎn)生瞬間壓縮應(yīng)力；使中層瞬間產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮變形，并在瞬間向表面推動， 來使已經(jīng)開始有破裂線的脆性層脫落；幾乎在同時(shí)給彈丸一個(gè)反彈力，使其產(chǎn)生反彈 速度而被反彈出去。在具有彈丸壓痕的地方，三個(gè)區(qū)域幾乎是同時(shí)存在和發(fā)生的。 要使脆性破裂，必須要達(dá)到破壞變形量，因此壓痕深度要有適當(dāng)?shù)囊螅幢仨毸?性變形區(qū)要適量?；w與塑性區(qū)之間有一定厚度的彈性區(qū)中間狀態(tài)，三者的厚薄是不同 懸鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的，隨拋丸不同而有一定的差異吲。一般拋丸設(shè)備清理其表面附屬物即可，使其能夠脫 落就可以，脆性基體盡量少一些。因此需要選取工藝參數(shù)要合理。

ｌ－表面脆性層破裂線；２一表面脆性變形層； ３．基體塑性變形區(qū)域；４．基體彈性變形區(qū)域；
圖２．１被拋打表面的局部變形
拋丸機(jī)的核心工作裝置是拋丸器，。把其安裝在拋丸室上，拋丸室?guī)в锌?更換的保護(hù)襯板。其中拋丸器由電機(jī)驅(qū)動，彈丸不斷的沿著葉片獲得動能，彈丸大部分 的動能轉(zhuǎn)變成對工件被清理表面上的沖量，達(dá)到了清理工件表面的目的。拋丸清理的工 作原理就是將彈丸的動能轉(zhuǎn)化為對工件表面的沖擊力。拋彈丸的大小、數(shù)量、速度、沖 擊方向決定了彈丸的拋丸效率【３４１。所以拋丸清理機(jī)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要取決于拋丸器 的性能，所以要對懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)性能的分析，也主要就是對其拋丸器和彈丸運(yùn)動過程進(jìn) 行分析，本文主要是對部分拋丸器數(shù)據(jù)和彈丸運(yùn)動過程進(jìn)行進(jìn)一步分析，選擇的拋丸機(jī) 是Ｑ４８５懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)，其拋丸器型號是Ｑ３６０。