面向圓管及多邊鋼管內壁的噴砂機的設計與應用

劉志強

（江蘇全成機械制造有限公司，江蘇鹽城224100）

隨著我國工業的不斷發展壯大，對各種金屬工件的防腐質量以及金屬件的使用壽命要求越來越高，防腐方式使用頻率較高的是噴涂，但是噴涂效果的好壞很大程度上取決于涂裝前工件表面質量和表面粗糙度。提高工件表面質量和表面粗糙度一般都是通過拋丸清理和噴砂實現的[1]，對于內接圓直徑介于100mm～500mm管型工件內腔清理只有噴砂才可以實現。鑒于此，研制一種能夠專門對圓管及多邊鋼管內壁噴砂機，專門用于對內接圓直徑介于100mm～500mm管型工件內腔除銹增加內腔附著力，將有著廣泛的應用市場。根據國內市場的需求，本文設計了一款圓管及多邊鋼管內壁噴砂機，并成功地將該設備應用在高速路柵欄產品上。圓管及多邊鋼管內壁噴砂機的一大優勢是一機多用，并且清理效率高，可以清理截面為圓形、方形、菱形、多邊型的工件，一臺設備可以同時清理多件工件，噴槍自動旋轉，使得工件內壁清理更加均勻。

1 噴砂機功能簡介

本文設計的噴砂機是面向鋼管及多變管內壁清理使用的，依據工件的長度設計該設備的噴槍槍桿的長度，基于最佳切削角度和對工件對稱作用力的原則設計噴槍的出砂口的角度和數量，噴槍的旋轉速度和噴槍行走速度相互配合達到工件不漏噴和不重復噴的效果。工作時工件水平放置在V型板鏈上[2]，板鏈將工件輸送到噴丸室內，板鏈停止運行時，噴丸室進出口關閉，噴槍旋轉和沿工件軸向前進噴砂，對丸料形成螺旋狀覆蓋，噴到工件頂端，噴砂罐停止出砂，只進行吹氣，噴槍快速退出工件，并對工件內殘余的鋼丸或灰塵進行吹掃清理，噴砂室上設計有抽風除塵裝置，對在清理過程中產生的灰塵進行處理，最終能保證工業廢氣達到國家環保要求。

2 設計思路和技術方案

2.1 總體思路

本文在設計研究過程中，依據多年的設計生產經驗，大量搜集國內外相關的技術資料，在傳統管道內壁噴砂清理的基礎上，確定了主要的創新攻關難點，包括連接旋轉噴槍桿與固定輸砂管相連的旋轉連接裝置、雙孔槍頭、雙層高強度槍桿、V型板鏈輸送多型截面工件、密封安全防護裝置，工件自動上下料裝置，并且確定了該項目新材料的使用，通過這些新結構可以提高整機的自動化程度及安全環保性能。本文采用先進的微機模擬系統對設備的整個工作過程進行仿真測試，進一步確保設備整體性能的可靠性和穩定性。該設備的仿真模型如圖1所示。

圖1 噴砂機的虛擬仿真模型

2.2 主要技術指標

本文在設計該設備時各部件的詳細清單及技術參數見表1。

2.3 主要功能部件的設計

該設備主要有以下幾部組成：自動上下料裝置、V型板鏈輸送裝置、噴砂機、噴槍系統、噴砂室、丸料輸送系統、除塵系統、電控系統。

2.3.1 自動上下料裝置

自動上料裝置采用氣動機械手臂抓取工件，然后在升降氣缸的作用下升起，橫移小車在伺服電機的驅動下快速到達V型板鏈的上方，升降氣缸下降，氣動機械手臂松開工件，升降氣缸快速升起，橫移小車快速回到取料位置完成取料。

自動下料裝置比較簡單，只在板鏈頂頭制作一個收料槽，工件在板鏈的換向輪處自動落入收料槽中，完成下料。注：下料機構可以采用輸送機構替代，直接輸送到涂裝工位。

2.3.2 V型板鏈輸送裝置

本設備使用的板鏈設計為特殊結構，板鏈節與節之間形成V字形，工件可以剛好放在里面。這樣的設計無論是輸送圓形工件或其他多邊形工件都可以很好的架在板鏈上，最重要的是這樣的設計可以在頂端下料時，工件順利的脫離板鏈。板鏈的驅動采用伺服電機驅動，保證工件輸送時的準確性，V型板鏈輸送裝置如圖2所示。

表1 噴砂機的構件及技術參數

圖2 自動上下料裝置

圖3 V型板鏈輸送裝置

2.3.3 噴砂機

本噴砂機由噴丸罐、料斗、閥箱、空氣截止閥、加料閥、加濃噴丸閥、截止換向閥、氣源處理系統、微型電磁閥及管路等主要部分組成。

噴砂罐為雙倉罐體，可以連續加砂，不必向單倉噴砂罐一樣，噴砂罐內丸料噴完之后需要停機，泄壓之后再進行加砂、加壓之后才能繼續工作，本噴砂機可以邊工作邊加砂，保證工作的連續性，加砂時間是由噴砂罐上的上下料位儀控制。本噴砂罐可以同時三把噴槍工作，而且每把噴槍的工作狀況不會影響其它噴槍的工作狀態。

2.3.4 噴槍系統

噴槍系統如圖4所示：（1）噴槍頭、（2）噴槍桿、（3）軸承、（4）噴槍移動小車、（5）鏈輪、（6）驅動電機、（7）連接旋轉噴槍桿與固定輸砂管相連的旋轉連接裝置等幾部分組成[3]。

噴槍桿和噴槍自轉裝置都安裝在噴槍移動小車上，小車前后移動帶動噴槍在工件內慢進和快退；小車在噴砂時移動的速度一般在0.8m/min～2m/min之間，而非噴砂狀態移動時可以達到8m/min，這樣可以提高生產效率。

噴槍自轉裝置采用擺線針減速電機驅動鏈輪，鏈輪通過鏈條帶動噴槍桿旋轉，其旋轉速度通過變頻器控制。

噴槍桿采用內孔直徑30mm的壓力容器管穿入外徑為60mm的無縫管內焊接制作而成，這樣不但保證了槍桿的強度，同時也起到安全保護的作用。在槍桿的后端安裝有多個軸承和一個驅動鏈輪，使槍的前端形成懸臂裝，這樣可以使槍桿進入鋼管內腔并進行旋轉。

噴槍頭采用高耐磨性模具鋼加工制作，噴槍頭有兩個噴砂孔，兩個噴砂孔沿噴槍頭圓周均布，使其噴砂過程對噴槍形成的徑向作用力完全抵消；噴砂孔與噴槍軸線成45度夾角，對工件達到最佳切削力。

連接旋轉噴槍桿與固定輸砂管的旋轉連接裝置是本設備的難點和關鍵點，本旋轉裝置采用迷宮式密封和高耐磨性橡膠密封解決密封問題，采用模具鋼解決耐磨性問題。

2.3.5 噴砂室

噴砂室設計成上部為正方體，下部為錐體。正方體可以使腔體內容積較大，使其在噴砂過程中產生的壓縮空氣可以得到釋放，且不會溢出室體外。錐體設計可以很好的收集噴出的鋼丸，同時減小出砂口的尺寸，避免灰塵外溢。噴砂室內壁安裝有Mn13耐磨護板，避免室體被噴出的丸砂擊穿。進出口設計有氣動密封門簾和氣動密封大門，保證丸砂或灰塵不會飛出噴砂室，使其整個噴砂過程都在密閉的空間內進行，保證設備周圍環境的安全、清潔。

圖4 噴槍系統

2.3.6 丸料輸送系統

丸料輸送系統由皮帶輸送機、斗式提升機、分離器、儲料倉、供丸閥等幾部分組成。噴槍噴出的丸砂進入噴砂室內，經過噴砂室下倉的收集，最終通過下倉底部的出砂口落到皮帶輸送機上，皮帶輸送機輸送丸料到斗式提升機，提升機落入分離器內，分離器使落入的丸料形成幕簾下落，在下落的過程中灰塵或雜質通過風力分離出去，丸料落入儲料倉積存。當噴砂罐料位儀發出加料信號后，氣動供丸閥迅速打開將儲料倉內的丸料加入噴砂罐內，噴砂罐加滿后供丸閥關閉。

2.3.7 除塵系統

合理的通風除塵系統確保了設備運行時處于負壓狀態下，使工作時產生的粉塵不向清理室體外飄溢，從而使設備周圍的粉塵濃度不大于10mg/m3，除塵效率達99.8%以上，達到了國家規定的環保要求。本機除塵系統采用沉降除塵+脈沖反吹濾筒除塵[4]。該系統由：風管、沉降除塵器+脈沖反吹濾筒除塵器、除塵風機、煙囪等。噴砂室體內噴丸過程產生的灰塵、氣體和分離器除塵產生的灰塵和空氣經過風管進入沉降除塵器，除去大顆粒的灰塵丸料等物質，經過初步除塵的氣體進入脈沖反吹濾筒除塵器內，空氣在風機引力的作用下要通過濾筒進入風機離心機，粉塵在此將被濾筒阻擋在外，進入風機的潔凈空氣通過煙囪排到高空（15米以上）。

2.3.8 電控系統

該系統使用西門子公司生產的可編程序控制器+西門子觸摸屏控制，具有手動和自動兩種控制方式，在控制系統中還采用了光電檢測元件，能夠根據實際情況進行故障診斷及報警。同時系統具有良好的互鎖、自鎖及安全保護措施，確保了設備和操作人員的安全。

3 結束語

圓管及多邊鋼管內壁噴砂機，解決了不易或不可旋轉工件內腔清理難、清理不均勻的現象，為今后管型工件內腔清理、內壁噴丸強化提供了更優的方法和設備。該設備自研制成功后，已在用戶處安裝使用，用戶反映清理效果很好，經過清理后的工件增強了涂裝附著力，提高了內壁表面質量，延長了工件的使用壽命。