軸內孔外圓同步噴砂設備的研制及應用

陳玲， 唐彬

(湖南飛沃新能源科技股份有限公司，湖南常德415701)

0 引 言

目前國內沒有針對內孔、外圓同步噴砂的設備，如果需要對內孔和外圓進行噴砂必須要經過兩次噴砂且需要兩臺獨立的噴砂設備，且軸內孔一般孔徑小、深度深，這種操作效率低下且效果不好，為了提高生產效率，獲得表面粗糙度整體均勻，研制了內孔、外圓同步噴砂設備。

圖1 噴砂機工作流程

1 工作原理及流程

以壓縮空氣為動力，通過壓縮空氣在儲砂壓力罐內建立工作壓力，將砂礫通過砂閥輸送至噴砂管，經噴槍噴出。噴槍固定在噴槍機械臂上，隨著機械臂的上下移動，由噴槍噴射出來的砂礫均勻地噴射在產品表面及內孔上（小轉臺帶動產品做勻速旋轉運動），所噴射出來的砂礫經過螺旋輸送機運輸至垂直提升機，然后由垂直提升機將砂礫運送至砂礫分選系統進行分選。合格的砂礫繼續進入儲砂罐進行下一次噴砂。

2 噴砂機主體結構

如圖2所示，噴砂機主要由砂礫回收系統、砂礫分選系統、噴砂系統、送料系統、除塵系統、控制系統組成，噴砂機構位于送料機構上方，回收機構位于送料機構和篩分機構的下方，篩分機構位于提升機構的下料端處，除塵機構的進風口設置在噴砂機構旁，所有機構都與控制柜電連接，送料機構包括動力機構、皮帶輪、大轉盤、小轉盤、小轉盤驅動輪、張緊輪和分度機構，大轉盤設置在機架上，小轉盤均勻布置在大轉盤圓周面上，小轉盤下連接有皮帶輪，大轉盤圓周外有小轉盤驅動輪和張緊輪布置在機架上，將大轉盤表面均勻分為上下料區、噴砂等待區、下料等待區和噴砂工作區，上下料區與噴砂工作區呈水平180°對稱布置，位于噴砂工作區的小轉盤下的皮帶輪、張緊輪和小轉盤驅動輪始終與皮帶配合，位于上下料區的小轉盤下的皮帶輪始終與皮帶不接觸，小轉盤驅動輪通過動力機構驅動，大轉盤的轉軸頂部連接有分度機構，分度機構固定在機架上并通過動力機構驅動。

圖2 風電葉片預埋螺套自動噴砂機結構示意圖

3 砂礫回收系統

3.1 水平螺旋輸送機

水平螺旋輸送機由減速機、螺旋軸、輸送罩、帶座軸承等組成，其工作原理為：利用帶有螺旋葉片的螺旋軸的旋轉，使砂礫產生沿螺旋面的相互運動，砂礫受到料槽或輸送管壁的摩擦力與螺旋軸一起旋轉，從而將物料向前推進，實現砂礫的輸送。

3.2 垂直提升機構

垂直提升機由減速機、滾筒、傳送帶、料斗、封閉殼體和防松裝置等組成。殼體采用冷軋鋼板焊接成型。其側面設有檢修門，下罩殼的正面及側面均安裝有活動門。離心重力方式落料，輸送帶采用聚酯線芯專用傳動帶，高強度、抗拉伸。皮帶輪采用鼠籠式結構，提升膠帶與帶輪間的摩擦力，延長了使用壽命；同時避免了散落砂礫嵌入皮帶輪與皮帶之間，影響傳動。提升機下部轉動軸上裝有脈沖輪，檢測提升機的工作狀態。能及時將脈沖信號反饋至PLC，如有異常信號時及時報警，保證設備的安全運轉。

4 砂礫分選系統

4.1 砂礫分離器

采用具有散級分選功能的幕簾式結構。當砂礫由提升機提至分選器時，砂礫混合物經幕簾風選器被均勻地送入分選區，形成均勻的砂礫渣流幕，砂礫混合物在下降過程中，受到水平氣流對顆粒的推力，從而形成偏斜的曲線運動軌跡，因顆粒的比重和粒徑的差異，其偏斜程度不盡相同。粉塵被吸入除塵器進行凈化處理[4]，合格砂礫和部分小塊雜物經振動篩分選后進入儲砂罐以供循環使用。

4.2 振動篩分機

通過斗提機出口的粉塵分離后，砂礫進入振動篩分機，能重新使用的砂礫進入振動篩網分離器中進行尺寸分離。振動篩網分離器配置有兩層篩網，上層篩網能將較粗的雜質分離出來送入廢料斗，下層篩網能將小于尺寸要求的不合格砂礫分離出來送入廢料斗。

第二層篩網上面是符合尺寸要求的砂礫，被送入一一儲砂罐繼續循環使用，儲砂罐通過氣動控制的放料閥與自動噴砂機相連接。當自動噴砂機上層罐體缺少砂礫時，放料閥自動打開將儲砂罐內儲存的砂礫加入噴砂機。

5 噴砂系統

整體為框架式拼裝結構，驅動內外壁噴槍上下垂直運動，根據零件外壁的高度不同而進行外壁噴槍高度的調整，往復運動采用SIEMENS伺服電動機驅動精密滾珠絲杠運動，利用直線圓軌道支撐和導向。

6 送料系統

6.1 大轉臺間歇回轉結構

大轉臺是通過減速機驅動分度器旋轉90°進出噴砂室體，精確到位后，氣缸門同時密封噴砂室體，此時噴砂和裝卸工件同時進行，提高工作效率。回轉臺的臺面采用20 mm厚鋼板制成，在轉臺表面固定有高耐磨橡膠保護層，可有效提高臺面的使用壽命。大轉臺上配置高精度的分割器和減速電動機，大轉臺回轉工位重復定位精度≤±0.05°。

6.2 小轉臺結構

大轉臺上共裝有8只旋轉臺，呈對稱布置，噴砂區的小轉臺由三角皮帶帶動轉動。轉臺表面有中心定位孔，可實現工裝夾具的中心定位。

7 除塵系統

噴砂機備的除塵設備為三級除塵，分別為一級旋風除塵、二級濾筒除塵、三級HEPA高效過濾。除塵系統均在噴砂設備外部，通過除塵管道和噴砂室體的吸塵口和幕簾分離器的抽風口相連接。粉塵通過一級旋風除塵器的除塵效率可達到90%，降低后道除塵器負擔，延長濾芯的使用壽命，降低設備的運行成本。

8 控制系統

設備的電氣控制系統采用可編程控制器，并配置伺服電動機實現旋轉門的精確定位，通過程序控制實現整個系統動作（開關量、模擬量及脈沖計數等）的檢測和控制。系統設置聲光報警功能，機械運行裝置出現誤差或電氣線路系統出現故障時，系統會自動報警并停止噴砂作業，電動機的運行控制具有過熱、打滑、超載、反向等保護功能。

9 試驗及分析

9.1 試驗過程

1）將足量的砂礫加入到設備中，在未接通氣源的情況下進行設備的空轉運行，在正常的工作狀態下運行一段時間，運行正常后進行載荷試驗；2）將噴砂氣管與空壓機氣管接通，檢查氣管路是否通暢；3）啟動噴砂程序，運行過程中記錄運行參數及表面粗糙度。

9.2 試驗結果

通過反復試驗，在保證表面粗糙度均勻且到達預期效果的前提下得到設備運行數據：工作時壓力為1 MPa，氣流量為10 m3/min，大轉臺頻率為50 Hz，小轉臺頻率為（25±5）Hz，砂量為20 kg/min，噴槍速度為（25±5）Hz。噴砂后粗糙度檢測值如圖3所示，測量點的選擇為同一圓周界面選取4點呈90°進行測量。

10 結 語

本設備投入運行后，產品表面噴砂后的表面粗糙度、安全防護、效率都完全滿足產品的技術、生產需求。這種噴砂機能對不同砂礫、不同規格的產品進行噴砂，能實現對噴砂后表面粗糙度的精準控制，提高生產效率，降低勞動強度，增加企業效益，有非常廣闊的應用前景。盡管如此，依然存在一些問題，如振動分篩機的濾網破損、砂礫輸送管的磨損情況都不能提前進行預防，以及設備長時間使用后的密封性，這些問題都將是后期的研究方向。

圖3 產品表面噴砂后表面粗糙度Rsm、Rz、Ra檢測值