一種吊鏈式拋丸清理機的研發與應用

李建亮，王 偉，袁存波，張加溫，李計良

（山東開泰拋丸機械股份有限公司，山東鄒平 256217）

0 引言

拋丸清理機作為鑄造機械設備的一種，目前已被各個行業使用，其應用領域非常廣泛，目前已在工程機械、車輛、船舶、橋梁、航空、電力等行業使用[1]。作為鑄造機械設備，其在鑄造領域[2]是必不可少的一部分，特別是隨著環保要求形勢的嚴峻，對于拋丸清理機的結構及性能要求，也隨之增加。目前常見的拋丸清理設備主要有吊鉤式、履帶式、輥道通過式以及臺車式、輸送鏈式等。對于鑄件的清理，通常有吊鉤式和懸鏈式以及回轉臺車式（大型鑄件）等類型拋丸機，從生產能力與效率上看，懸鏈通過輸送式拋丸機相對性能更佳。懸鏈通過式拋丸清理機從最初的吊掛通過轉變為輕型輸送鏈、重型輸送鏈等，從運行方式上有連續通過式、步進通過式以及節拍積放通過式等多種方式。根據當前市場需求較多的樣式，以及在運行原理上相對較為簡單上分析，本文重點介紹一種雙工位懸鏈步進通過式拋丸清理機設備。

1 基本工況環境及技術要求

工件：鑄件、鍛件。

清理目的：粗拋，清理工件表面鑄造粘砂，展露鑄件原始金屬光澤。

工況環境：電源：380V±0.1V、（50±2）Hz；氣源：壓縮空氣0.5～0.7MPa；溫度：-10～40℃；相對濕度：72%～84%；連續工作時間：16h。

除塵排放標準：≤20mg/m3。

噪聲要求：≤93dB（A）。

占地空間限制：L×W=15m×10m，除塵放置室外，煙囪高度限制：≥15m。

2 雙工位懸鏈步進式拋丸清理機的組成部件及結構特點

雙工位懸鏈步進式拋丸清理機，主要由拋丸清理室、拋丸器總成、螺旋輸送機、提升機、分離器、檢修輔助平臺爬梯、工件自轉系統、工件輸送系統、除塵系統、電氣控制系統等部分組成（圖1）。

圖1 雙工位懸鏈步進式拋丸清理機

2.1 拋丸清理室

拋丸室體由鋼板及型鋼骨架焊接而成，拋丸清理室的鋼結構件均經過噴丸清理后噴防護底漆，同時還具有強化時效功能，保證有足夠的剛度和強度。室體內壁整體內襯耐磨護板進行防護，拋射熱區再懸掛一層高強度耐磨板，以懸掛方式安裝，方便更換，這樣對室體的防護大大加強，保證拋丸清理室體的整體壽命。

拋丸室外部一側安裝多臺高效拋丸器，分為兩個工位；室體形狀、尺寸及拋丸器的安裝位置與方向均需通過三維優化設計及動態仿真后確定，保證工件表面清理最優化。

根據基本工況及技術要求條件計算，設備的清理范圍選擇直徑與高度，單掛工件最大重量確定為1t。根據選擇的清理范圍大小以及拋丸器到工件的最佳拋射距離選定設計室體鋼板輪廓尺寸參數，這樣在滿足工件清理最佳范圍以及最佳拋射距離的前提下，占用更小的空間。

2.2 拋丸器總成

本機在拋丸清理室側壁上安裝了多臺拋丸器總成，分組配置。將拋丸器平均分為兩組，布置成為兩工位，所布置的角度、位置均由計算機設計確定，保證對工件進行全面徹底的清理。

拋丸器總成由拋丸器（圖2）、皮帶輪、三角帶、電機、防護罩等組成。彈丸由導入筒進入分丸輪，經定向套窗口被送到葉片上，在高速離心力的作用下，形成扇狀彈丸束，拋射到工件上，將工件表面的氧化皮等附著物進行剝離，從而達到清理工件的目的。調整定向套窗口的角度，可以改變拋射帶的位置。

圖2 拋丸器結構圖

本機所選用的QY360 型拋丸器，是采用日本新東技術生產的雙圓盤直線葉片高效拋丸器，并在原有基礎上進行改進和創新，使用中最大限度做到節能、環保、高效，殼體焊接采用機器手一次成型焊接。采用整體加工工藝，保證裝配與動平衡精度。拋丸器整體流水線組裝，工藝成熟，質量穩定。耐磨葉片、分丸輪、定向套為熔模精鑄生產線生產的高鉻產品，顯著提高其使用壽命，避免經常停機更換，降低生產成本。拋丸清理機的核心部件就是拋丸器，其核心組件性能及特點如下：

（1）拋丸清理機的重要裝置是拋丸器。

（2）投射材進入分丸輪，由定向套拋出，再由葉片加速投射出。

（3）重要部件：分丸輪、定向套、葉片，蠟模精鑄工藝生產。

（4）分丸輪：分丸輪的作用是將投射材通過離心力定量送給葉片。

（5）定向套：定向套的作用是決定分丸輪過來的投射材的投射方向；全封閉刻度盤式，可方便地調節拋射角度和拋出方向，選用高鉻特種耐磨鑄鐵制成。

（6）葉片：從分丸輪、定向套過來的投射材由高速旋轉的葉片加速投射。選用高鉻特種耐磨鑄鐵精鑄制成，有較高的耐磨性和使用壽命；所有的葉片鑄造后均需經過嚴格地修整打磨，通過天平稱重配對，每臺拋丸器葉片重量差≤3g。

2.3 螺旋輸送器

本機配備兩臺螺旋輸送器，橫縱各一套，主要由殼體、擺線針輪減速機、螺旋軸、葉片、帶座軸承等組成。工作時，螺旋輸送器旋轉，將清理室底部漏斗所收集的丸料輸送至卸料口，然后由卸料口流入斗式提升機。整個螺旋軸采用焊后整體加工，從而保證了螺旋軸兩端的同軸度。螺旋葉片采用Q345（16Mn）耐磨板制作，內外圓均經特殊工藝進行加工后拉伸而成，節距、外圓尺寸均十分精確，提高了螺旋的壽命。軸承的密封采用迷宮盤、密封圈、軸承墊板等，從而更好地保護軸承不會因進丸砂而損壞，最大限度的延長了軸承的使用壽命，減少了設備的維護成本。螺旋輸送器的一端軸頭上裝有脈沖輪，可檢測跟蹤螺旋輸送器的工作狀態，一旦出現卡阻等故障，可及時將信號反饋至電控系統進行處理，保證設備的安全運轉。

2.4 提升機

磨料的循環使用是通過斗式提升機進行提升實現循環利用的，其由擺線針輪減速機、上下滾筒、輸送膠帶、料斗、封閉料筒和漲緊裝置等組成。提升機的下端進料口與螺旋輸送器相連，上端出料口與分離器相連。罩殼采用折彎成型焊接結構。側面設有檢修門，以維修、更換料斗。下罩殼的正面及側面均安裝有活動門，以維修下部傳動，排除底部彈丸堵塞。

提升機的結構性能如下：

（1）提升機靠離心重力方式落料。工作時，固定在輸送帶上的料斗將底部的丸料刮起，并將丸料送至頂部，然后以離心重力方式，將彈丸落至分離器的螺旋內。

（2）提升機卸料罩的斜壁，采用高錳鋼板制作。因為每次落料時，彈丸總會沖刷該處，久之，該處就會被磨穿，所以應采用耐磨的材料。

（3）采用聚脂線芯專用傳動帶，具有很高的強度及抗拉伸性能。

（4）采用唇口加厚耐磨料斗以進一步增加提升機的穩定性，并降低能耗。

（5）采用鼠籠型滾筒，中間略突起。這樣既提高了提升膠帶與帶輪間的摩擦力，避免了老式光皮帶輪的打滑現象，又降低了提升皮帶的預緊力，延長了使用壽命。并且，能夠防止彈丸卡在下部皮帶輪與皮帶之間令皮帶跑偏的現象。彈丸從輪輻與皮帶之間流出。

（6）提升機設有皮帶漲緊裝置。

（7）提升機減速機裝有制動機構，防止因停電等事故引起皮帶逆轉而導致提升機下部堵塞。

（8）提升機下部軸上裝有脈沖輪，可檢測提升機的工作狀態。如果在2.5s 內電機運轉而下部軸不轉，PLC 將立即得到故障信號，停止設備的運轉并產生報警輸出，以保證設備的安全。

2.5 磁選分離器

對于鑄件的拋丸清理[3]，磨料與清理掉的鑄造粘砂分離是一項重要的過程，因此對于分離器的性能要求也比較高。本機配備的分離器為磁選分離器，其主要由螺旋布料器、磁選系統和風選系統和儲丸斗四大部分組成。其運行原理為：（1）丸料和砂由斗式提升機提至滾筒篩中，經滾筒篩的推送，使其沿分選區均勻布料，并形成流幕，通過調整重錘的位置，可以保證使整個分選區長度上形成滿幕簾，均勻的丸料流幕再進入磁選滾筒中。（2）丸料和砂進入磁選系統，直接在主磁選進行丸/砂分離。因主磁選分離后，砂中仍含有丸料，因此再由副磁選將丸料徹底分離出來（磁選滾筒有一個固定的磁心和一旋轉的防磁殼，在磁性區，丸料吸附在旋轉筒殼上，筒殼旋轉到非磁區，丸料掉落并進入風選系統，而砂則直接落入螺旋給料機進入副磁選并最終落入砂箱）。（3）丸渣混合物進入風選系統，直接經過均衡器進入步梯系統，由于混合物通過步梯系統，逆流的空氣流將丸料中的砂分離。丸渣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，其偏斜程度而不相同，從而使丸渣得以分離，粉塵被吸入除塵器進行凈化處理，碎丸、氧化皮等進入廢料管排出，合格彈丸進入儲丸斗以供循環使用（風選系統由重力式阻砂板、導流板、一級撇濾板、二級撇濾板、吸風口、殼體、篩網、貯丸斗和風量調節閥組成。儲丸斗由鋼板及型鋼焊接而成，箱式結構，其下方安裝供丸閥）。

2.6 彈丸控制閘門

本機配備的磨料控制閘門采用氣動控制，在閘門的上部設有手動調節流量的閥板，在調試及檢修閘門過程中起著重要的作用。閘門的開關通過一氣缸控制開合。閘門的配備數量與拋丸器數量一一對應，實現獨立控制。

2.7 檢修平臺及爬梯

設備配備輔助檢修平臺及護欄和爬梯，方便人工檢修過程的安全及操作，人性化的設計有助于設備的維護與保養。平臺護欄及爬梯具有足夠的強度及牢固度，符合國家標準及職業健康管理標準。

2.8 工件自轉機構

待處理工件在進入設備相應的拋丸區域，停止后進行自轉，自轉機構采用鏈條與鏈輪嚙合的方式進行配合運轉，運行平穩；自轉機構的鏈條采用寬式非標鏈，同時設有張緊機構，對非標鏈進行張緊；自轉機構也可實現工件吊掛系統正反轉，以便對工件的各個角度進行全面化清理。

2.9 工件輸送系統

工件輸送系統是整個設備運行節拍控制的根本，本機選用的懸鏈為重型沖壓可拆鏈，承載每個吊鉤的負載滑架為兩個。吊掛在吊鉤上的清理工件，由驅動鏈輪通過鏈條拖動，沿軌道依次通過式地行進。輪架在工字鋼下翼上運行，導輪用來防止吊鉤進入拋丸器工作區時產生擺動現象。

根據輸送及設備操作最佳工位配置，選擇設置吊鉤共10 個，每2 個一組，共5 組，分別為上件工位、待處理工位、在處理工位、待卸件工位、卸件工位等五個工位。吊鉤組采用密封導向吊鉤。由一層耐磨板與吊鉤組合而成，與清理室頂部吊鉤行走槽處一層Mn13 高耐磨護板、多層耐磨膠板和尼龍毛刷共同組成迷宮式密封帶，結構精巧，有效防止彈丸反彈至室體外。

漲緊裝置由接頭活動軌、鏈輪組、小車框架及重錘拉緊裝置等部分組成。用來補償鏈長和軌道長的制造誤差，有利于鏈條的安裝并補償在運轉過程中因磨損使鏈條節距增長的影響，以保持鏈條的漲緊狀態。本機漲緊裝置靠配重體的重力作用使小車框架上的滾輪滾動，帶動滾輪組移動，達到自動漲緊之目的。

輸送懸鏈的選擇根據實際工況及技術要求，承載能力為單掛工件1t，雙點吊掛式結構，因此單點承載能力≥500kg，選擇合適的輸送鏈型號有助于工件運行輸送的平穩及安全。在輸送過程中，?？窟\行穩定準確，同時承載能力強，實現長時間的輸送工作，對于環境惡劣的使用現場，其輸送性能有著更加突出的表現。

2.10 除塵系統

本設備采用三級除塵，包括脈沖布袋除塵器、旋風除塵器、慣性沉降箱、管路、風機、煙囪等。粉塵首先經沉降箱進行第一次粗除塵，將較大顆粒予以沉降，再經旋風除塵器進行第二次過濾，最后經脈沖反吹布袋除塵器進行精過濾。

隨著環保要求的日趨嚴謹，拋丸清理機除塵系統中的除塵器性能也要求更加嚴格，本機選擇的脈沖布袋式除塵器，是當前除塵設施中的潮流樣式。脈沖布袋除塵器包括室體、風機、管路等。該除塵器屬過濾性裝置，采用織物捕集灰塵，濾袋采用優質針刺氈布料，灰塵捕捉效果好，對亞微米級粉塵的除塵效率可達99%以上。工作過程是粉塵由風機吸送至袋式除塵器內，經過布袋過濾，清潔空氣排入大氣；而布袋上的灰塵由脈沖閥控制間歇式地吹入壓縮空氣，使布袋內的負壓瞬時產生正壓而使灰塵脫落。同時，該除塵器維護成本低，過程效果好，為目前市場最看好的性價比高的除塵器結構之一。

2.11 電氣控制系統

本機采用西門子可編程控制器（PLC）控制，PLC、變頻器選用西門子公司產品，其他主要電器元件均采用正泰產品；操作系統采用西門子觸摸屏控制。整套系統設有自動/手動切換開關，可自動操作，設備各部件按預先編好的程序進行順序運行；也可手動控制，便于調試人員對設備進行調整；同時，電控系統中設有電氣互鎖、自鎖及安全防護功能，以保證設備的安全運行。

3 結束語

雙工位懸鏈步進式拋丸清理機是鑄造件表面清理設備的優選機型之一，目前已在多個行業中成熟應用[4]，其輸送平穩、工件不落地、清理效果良好、是粗拋的最佳選擇之一。其優點體現在：

（1）懸掛式輸送，工件不落地，避免因為毛坯鑄造件落地轉移造成的車間環境惡劣，避免了雜亂差的工況環境。

（2）多工位的設置，充分利用了工作時間，人工上下料與拋丸清理時間不沖突，效率更高，產能更大。

（3）懸鏈的布局走向靈活，可根據實際車間物料布局規劃制定合適上下料位置，長期的經濟效益更高，人工成本更低。

（4）良好的環保性能及低排放減輕了環保壓力，對于環境的保護更加合理，固廢處理成本低，降低潛在的企業隱性成本，增加效益。