針對噴丸機堵塞問題提出新型開關(guān)閥研究解決

潘建宇

摘要：由于噴丸強化工藝在國防工業(yè)和民用工業(yè)中獲得迅速發(fā)展。因此針對噴丸強化工藝作業(yè)過程中工作效率和安全性存在的問題，本文重點提出了新型開關(guān)閥，通過比較常用開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)，研究如何解決噴丸強化的工藝質(zhì)量解決噴丸機堵塞的問題。

關(guān)鍵詞：機械制造工藝與設(shè)備;新型開關(guān)閥;閥類分析;噴丸機

0 ?引言

噴丸強化工藝過程是指彈丸流不斷沖擊金屬材料表層并使表層材料發(fā)生塑性變形，從而形成變形強化層的過程。設(shè)備類型分為人工控制型噴丸機和遠程遙控型噴丸機。兩種噴丸機作業(yè)停止時都會卸壓，長時間的噴丸作業(yè)中需要升壓和卸壓多次，由此就會造成在升壓和卸壓過程中，磨料和壓縮空氣白白浪費，而且每次卸壓后，噴料軟管內(nèi)就會積聚殘余磨料，再次升壓作業(yè)會出現(xiàn)出料不暢的現(xiàn)象，嚴重時會造成噴丸機堵塞。因此提出研究新型開關(guān)閥來解決出現(xiàn)的問題。本文研究介紹一種新型開關(guān)閥來解決噴丸機堵塞不安全問題。

1 ?兩種噴丸機工作原理

1.1 人工控制型噴丸機

噴丸氣動系統(tǒng)由控制器、氣動進氣閥、氣動排氣閥和控制氣管、開關(guān)閥等組成。其工作原理：噴丸機接通氣源后，敞開氣動排氣閥，關(guān)閉氣動進氣閥，噴丸機處于待機狀態(tài)。噴丸人員準備停當，壓下控制器上的手柄，堵住排氣小孔，壓縮空氣就順著另一根控制氣管進入氣動進氣閥和氣動排氣閥的頂端，打開進氣閥，關(guān)閉排氣閥。封閉閥在壓縮空氣的頂推下將加料口封閉，磨料桶內(nèi)壓力升高，磨料閥上下兩端的壓力很快趨于平衡。磨料在重力的作用下進入磨料閥的混合腔，與壓縮空氣混合后，打開開關(guān)閥，噴料經(jīng)軟管送到噴嘴處處理工件表面。噴丸人員需要停止作業(yè)時，只要松開控制器的手柄，控制進氣閥和排氣閥的氣信號隨即消失，關(guān)閉進氣閥，打開排氣閥，噴丸機卸壓，封閉閥下落，作業(yè)停止或結(jié)束。

1.2 遠程遙控型噴丸機

電/氣遙控型噴丸機是在氣動遙控型噴丸機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，電/氣遙控系統(tǒng)中的控制部分用電，執(zhí)行部分用壓縮空氣。系統(tǒng)中的電氣開關(guān)由噴丸人員掌握，控制電磁換向閥的切換，實現(xiàn)對氣動進氣閥和氣動排氣閥的控制。由于控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)用壓縮空氣驅(qū)動，因此電/氣遙控系統(tǒng)具有氣動遙控系統(tǒng)的全部優(yōu)點。電/氣遙控系統(tǒng)的工作效率比氣動遙控系統(tǒng)明顯提高。

2 ?列舉幾種開關(guān)閥的優(yōu)缺點

通過研究比較幾種常用開關(guān)閥結(jié)構(gòu)，閘閥、蝶閥、球閥、截止閥、翻板閥等優(yōu)缺點。

閘閥無法調(diào)節(jié)流量。僅適用于低溫低壓和高溫高壓。其流體阻力小;啟閉所需力矩小;可以使用在介質(zhì)雙向流動的環(huán)網(wǎng)管路上。但是其外形尺寸和開啟高度較大，安裝空間大;在啟閉過程中，密封面磨損較大，高溫時易引起擦傷現(xiàn)象，啟閉時間長等缺點。

蝶閥是一種可調(diào)節(jié)流體通道的閥門。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗材省適用于大口徑閥門中;啟閉迅速，流阻小，可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)。但其流量調(diào)節(jié)范圍小，由于其結(jié)構(gòu)和密封材料的限制，不宜用于高溫、高壓的管路系統(tǒng)中。密封性能相對于球閥、截止閥較差。

球閥主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流動方向。用于腐蝕性介質(zhì)和低沸點液體中;在較大的壓力和溫度范圍內(nèi)，能實現(xiàn)完全密封;可實現(xiàn)快速啟閉，操作無沖擊;在工作時，其結(jié)構(gòu)可防止介質(zhì)對密封面的侵蝕;適用于低溫介質(zhì)系統(tǒng);焊接閥體結(jié)構(gòu)可承受來自管道的應(yīng)力。但是球閥閥座密封圈材料是聚四氟乙烯具有較高的膨脹系數(shù)，易造成對冷流的敏感性和不良的熱傳導性。當密封材料變硬時，密封的可靠性就受到破壞。而且其耐溫等級較低易老化，調(diào)節(jié)性能差。

截止閥是閥瓣沿閥座中心線移動的閥門。該閥門的工作行程相對較短，具有可靠的切斷功能;其制造工藝性比較好，便于維修;因填料為石棉與石墨的混合物，耐溫等級較高。但是介質(zhì)通過閥門時流動方向發(fā)生了變化，因此截止閥最小流阻也較高于大多數(shù)其他類型的閥門;行程較長，開啟速度較球閥慢。

翻板閥的密封效果不佳，可靠性差。

綜上列舉閥門的平均壽命短（連續(xù)工作在1800～2200h之間），導致工人的勞動強度大，成本高。不能解決噴丸機出料口堵塞問題，因此提出一種新型開關(guān)閥。新型密封結(jié)構(gòu)開關(guān)閥具有在工作時可以減小摩擦，防止密封面磨損，延長使用壽命。密封性能較其它開關(guān)閥性能更優(yōu)越，適用于各種工況的環(huán)境，啟閉時間短，減少工作人員等待時間等優(yōu)點。下面就該開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)進行研究分析。

3 ?新型開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)及其特點

新型開關(guān)閥在原有開關(guān)閥的基礎(chǔ)上加以改進，設(shè)計槽輪間歇機構(gòu)，改進密封形式以此在工作過程中形成氣固分離，減少磨料和壓縮空氣的浪費，避免磨料的堆積和出料不暢現(xiàn)象，提出的新型開關(guān)閥，其特殊的密封結(jié)構(gòu)和氣動邏輯控制系統(tǒng)可以防系統(tǒng)防卡死、噴料軟管防堵塞的效果。進而可以實現(xiàn)自動連續(xù)的噴丸，達到性能可靠，運行穩(wěn)定的效果。

3.1 新型開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)

新型開關(guān)閥（如圖1所示），在原有圓頂閥的基礎(chǔ)上加以改進，增加槽輪間歇機構(gòu)，改進密封形式以此在工作過程中形成氣固分離。將開關(guān)閥裝置在儲料罐出口。當噴丸機工作時，無需在噴丸機升壓/卸壓過程中浪費等待時間，只需要將該開關(guān)閥打開或關(guān)閉就可以決定噴丸機是否開始工作，在固體隔離后使用氣源進行鼓吹，可將使用后殘留的彈丸吹凈，保證密封精度和使用壽命。

組成結(jié)構(gòu)：如圖1所示，新型開關(guān)閥是由閥體、閥門、閥門控制運動機構(gòu)以及進氣口6組成，其中，閥門控制運動機構(gòu)是由槽輪軸1、主動銷輪軸3、手柄4、槽輪軸2組成。

3.2 新型開關(guān)閥的使用特點

新型開關(guān)閥特點在于進閥門、出閥門分別設(shè)計獨立結(jié)構(gòu)，閥門可單獨控制兩閥門開關(guān)。

開閥過程：

①當主動銷輪軸順時針旋轉(zhuǎn)，柱銷帶動槽輪2旋轉(zhuǎn)90°，即此時進閥門開啟，出閥門保持關(guān)閉。

②當主動銷輪軸從位置2旋轉(zhuǎn)到位置3時，屬于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，閥門保持不動。

③主動銷輪軸從位置3旋轉(zhuǎn)到位置4時，柱銷帶動槽輪1旋轉(zhuǎn)90°，所有閥門開啟。

關(guān)閥過程：

①當主動銷逆時針旋轉(zhuǎn)從位置4到3，出閥門關(guān)閉，進閥門保持開啟。

②此時氣體從進閥門進入閥體內(nèi)部，可將閥體內(nèi)部的彈丸吹凈，防止殘留彈丸將閥門卡死。

③當主動銷輪軸從位置2運動到位置1時，柱銷帶動槽輪2旋轉(zhuǎn)90°進出口閥門都關(guān)閉。

4 ?新型開關(guān)閥在噴丸機上的優(yōu)點

該開關(guān)閥由雙閥門組成，一端閥門密封處留有1毫米間隙保證磨料輸送時關(guān)閉閥門不卡死密封處，減少密封副磨損;根據(jù)槽輪間歇運動的特點，主動銷輪軸作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動槽輪軸1和2作間歇轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、機械效率高、能平穩(wěn)、間歇地進行轉(zhuǎn)位。從而帶動進閥門和出閥門完成不同步開啟關(guān)閉動作。設(shè)計出閥門處密封副不完全密封，留有空隙，防止彈丸卡死在密封副，進閥門處密封副密封，不留空隙，由于在進閥門關(guān)閉前增加進氣工作，通過氣源將閥體內(nèi)腔余料清理干凈，既保證了開關(guān)閥的密封條件，又延長了密封副的使用壽命，消除了噴丸機出料不暢的現(xiàn)象，避免了噴料軟管的堵塞。

在不適合人工操作的環(huán)境下也可安裝氣動控制元件，利用PLC編程可以實現(xiàn)邏輯順序控制開關(guān)閥工作。

5 ?結(jié)論

通過本文提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用這種開關(guān)閥作為噴丸機的出料閥門，保證了噴丸工作人員的人身安全，降低了噴丸機升壓/卸壓過程的等待時間，減少了磨料和壓縮空氣的浪費。使用該開關(guān)閥也可在噴丸設(shè)備上安裝多個噴料設(shè)備，可以多線程控制噴丸開啟關(guān)閉互不影響，并保證氣固快速分離。該開關(guān)閥可以用于噴丸機，還適用于煤粉、煤灰、含塵氣體、沙子廢渣等大顆粒物料輸送，開關(guān)閥開關(guān)輕便，扭矩小，轉(zhuǎn)動靈活。

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