摘要：拋丸清理工藝是一種表面處理技術(shù)，它是通過(guò)拋丸器葉片的高速運(yùn)動(dòng)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(lái)說(shuō)，它更快、更有效。我國(guó)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(guò)不斷地發(fā)展，多年來(lái)拋丸裝備越來(lái)越完善，技術(shù)也變得更成熟，性能和 效率不斷提高。 目前，國(guó)內(nèi)的拋丸裝備與國(guó)外相比，差距越來(lái)越小，但是一些耐磨件使用時(shí)間相對(duì) 較短，易損件更換頻率高，后期維護(hù)費(fèi)用較多。對(duì)于懸鏈?zhǔn)?a href="http://www.twunite.com">拋丸機(jī)來(lái)說(shuō)，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(duì)彈丸清理和強(qiáng)化效果的影響因素進(jìn)行分析，并對(duì) 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(duì)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(dòng)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(duì) 彈丸沖擊過(guò)程進(jìn)行分析，并計(jì)算驗(yàn)證。運(yùn)用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ對(duì)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(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了改進(jìn)。當(dāng)對(duì)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(lái)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(huì)增加彈丸打空的機(jī)會(huì)，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(duì)拋丸機(jī)其它系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)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(duì)螺旋輸送器軸承易磨損問(wèn)題進(jìn)行了分析和改進(jìn)。調(diào)研噪聲來(lái)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(wú)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(huì)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(wú)液態(tài)介質(zhì)、干燥條件下進(jìn)行清理的。這種方法是對(duì)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(lái)壓縮空氣作為動(dòng)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(guò)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(lái)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(guò)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(dòng)化，適用于工件大批量清 （２）無(wú)需壓縮空氣的方法加速?gòu)椡瑁蚨挥迷O(shè)置功率大的空氣壓縮站，表面清潔，無(wú)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(wú)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(guò)彈丸沖擊后會(huì)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(zhǎng)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(dòng)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(tái)式、滾筒式、吊鉤式、臺(tái)車式、鼠籠 式和懸鏈?zhǔn)降龋糠N拋丸機(jī)特點(diǎn)不同，適合處理的工件也不同【６１。轉(zhuǎn)臺(tái)式拋丸機(jī)是將工 件放在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)上，以轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)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(dòng)的室壁帶動(dòng)工件作翻滾運(yùn)動(dòng)，達(dá)到全 面清理的目的；臺(tái)車式設(shè)備是工件放在可以移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的車式承載臺(tái)上，使工件做平移 運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(guò)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(duì)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(dòng)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(guó)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(dòng)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(duì)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(guò)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(duì)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(wú)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(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成了污染。許多生產(chǎn)廠家先后對(duì)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(guó)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(lái)，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(zhǎng)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(duì)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(duì)于分丸輪中彈丸在拋丸葉片上的加速運(yùn)動(dòng)，有很多人對(duì)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(dòng)加速過(guò)程。主要考慮了重力、空氣 阻力、摩擦力等因素對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)相互對(duì)比的方式介紹了幾種國(guó)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(guò)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(wú)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(dòng)相對(duì)較大，載荷變化劇烈。孫永豪等人通過(guò)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(dòng)體受到剝落引起的失效、外圈的變形過(guò)量失效、保持架 斷裂失效、外圈的磨損過(guò)量失效、滾動(dòng)體的變形過(guò)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(dòng)、潤(rùn)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。現(xiàn)在某些企業(yè)通過(guò)對(duì)拋丸器軸端結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在拋丸器拋 頭長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)軸所帶 來(lái)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(guò)大的正壓力引起的表面磨損和應(yīng)力相對(duì)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(guò)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(lái)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(duì)于懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)來(lái)說(shuō)，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(guò)鑄 件拋丸后的效果，來(lái)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。現(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(duì)發(fā)動(dòng)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(jiǎn)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(guò)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(dòng)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(guò)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(lái)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(zhǎng) 了螺旋輸送器葉片的使用壽命。而且采用電弧焊，設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，費(fèi)用較低，節(jié) 省了大量購(gòu)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(duì)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(duì)氣源進(jìn)行進(jìn)一步的 凈化處理，以利于氣動(dòng)元件運(yùn)行正常。 經(jīng)過(guò)六十多年的不斷發(fā)展，我國(guó)清理裝備和技術(shù)同其他行業(yè)設(shè)備一樣走過(guò)了從開始 的仿制到現(xiàn)在的自主開發(fā)，一個(gè)從無(wú)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(duì)占用了大部分的比例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看其比例接近８０％。國(guó)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(zhǎng)，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(guó)內(nèi)外維護(hù)投入對(duì)比
１．２．１小結(jié)
同日美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)產(chǎn)品的智能控制、自動(dòng)化的水平和自動(dòng)監(jiān)測(cè)等技術(shù)與國(guó)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(duì)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(dòng)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(dòng)到多個(gè)方向移動(dòng)。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(lái)了很大便利。多年來(lái)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?jī)?nèi)容
通過(guò)論述懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)的原理和性能，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用， 經(jīng)過(guò)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(guó)內(nèi)外 對(duì)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(duì)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(duì) 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(duì)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(lái)源并針對(duì)相應(yīng)的問(wèn)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(duì)彈丸清理和強(qiáng)化效果進(jìn)行分析，并對(duì)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(dòng)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(duì) 彈丸沖擊過(guò)程進(jìn)行分析，并計(jì)算驗(yàn)證。 （４）運(yùn)用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ對(duì)室體內(nèi)對(duì)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(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了改進(jìn)。 （５）對(duì)拋丸器其他部分進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)部分工件進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)分析噪聲來(lái)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(jiǎn)介

拋丸清理設(shè)備是以電力帶動(dòng)電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)葉片產(chǎn)生離心力加速?gòu)椡瑁矒舯磺?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(guò)程如下：拋丸器是 用電機(jī)驅(qū)動(dòng)拋丸輪和葉片在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)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(lái)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(guò) 分丸輪窗口拋出，然后進(jìn)入定向套，再由定向套窗口（用來(lái)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(zhǎng)度方向做加速運(yùn)動(dòng)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(guò)輸送機(jī) 構(gòu)運(yùn)到儲(chǔ)料斗的上方。進(jìn)入位于儲(chǔ)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(guò)連接管 道進(jìn)入除塵器。經(jīng)過(guò)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(chǔ)灰斗中。 通過(guò)壓縮機(jī)提供的壓縮空氣，除塵器可以在自動(dòng)時(shí)間間隔內(nèi)清理濾芯。較后在內(nèi)部通過(guò) 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(wú)塵和無(wú)污染情況下施工，保護(hù)了工人工作的環(huán)境，也利于 環(huán)保【３１１。

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?gòu)椡璐驌艋蚺鰮簦蛊渚植慨a(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(duì)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(dòng)， 來(lái)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。基體與塑性區(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(dòng)，彈丸不斷的沿著葉片獲得動(dòng)能，彈丸大部分 的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成對(duì)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(dòng)能轉(zhuǎn)化為對(duì)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(duì)懸鏈?zhǔn)綊佂铏C(jī)性能的分析，也主要就是對(duì)其拋丸器和彈丸運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn) 行分析，本文主要是對(duì)部分拋丸器數(shù)據(jù)和彈丸運(yùn)動(dòng)過(guò)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(hào)是Ｑ３６０。