裝配圖滾筒式拋丸清理機的總體和結構設計(1)
裝配圖滾筒式拋丸清理機的總體和結構設計(1),裝配,滾筒,拋丸,清理,清算,總體,整體,以及,結構設計
南昌航空大學科技學院學士學位論文
外文翻譯原文
SHOT BLASTING MACHINES FOR THE BLASTING OF SHEET MILL ROLLS
V. I. Meleshko, A. P. Kachailov, V. G. Boikov,
V. L. Mazur, T. P, Kobka and I. I. Krivolapov
At the present time~ much attention is being devoted to increasing the quality of rolled products, partieularly sheet. To a significant degree this depends upon the preparation of the roll surface. Many plants are engaged in improving the quality of working the roll surface in preparing them for rolling.This article was written by personnel from Zaporozhstal Plant, Magnetogorsk Metallurgical Combine, the Institute for Ferrous Metallurgy, Dnepropetrovsk, and Magnetogorsk Mining and Metallurgical Institute on this very real problem..
The surface microrelief, or roughness, of cold rolled constructional sheet has an influence on the mechanical and production properties of metal, and also on the finish quality of parts made from this sheet. The final surface microrelief of thin sheet steel is formed in a skin pass on work roils which have been given a rough finish with metal shot.
Normally the rough surface finish on the work rolls of skin pass stands is produced in pneumatic and rotor shot blasting machines. Experience in their use has shownthat the pneumatic machines used in the country's steel plants do not fill the need for high quality blasting of roll surfaces.
In 1969 the Institute for Ferrous Metallurgy, Dnepropetrovsk, did work on the SM-2 shot blasting machine in No. 1 Cold Roiling Mill of Zaprozhstal Plant, which revealed a number of shortcomings in its construction.
To provide sheet with the surface roughness required by the specifications of Volga Automobile Plant (R a =0.8-1.6 g),the basic requirements for the design of shot blasting machines were determined, The machine must provide:
1. a constant shot size during operation, in other words, effective removal of shot of the specified size from
worn shot;
2. the possibility of controlling air pressure in the collector of the shot blast machine during stable operations;
3. the handling of work rolls of different diameters (400-500 mm) without special equipment on the machine;;
4. simplicity in control and convenience in maintenance.
Fig.1
The SM-2 machine (Fig. 1) consists of a stationary closed chamber ! with a trolley on wheels aad movab!enozzles 2~ which under the action of compressed air discharge shot on to the roll surface, a worm conveyor 8, an elevator with a separator 4, the shot blast equipment 5, and an exhaust system 6. The equipment is mounted on a special foundation 1905 mm below the floor level The length of the machine withthe trolley out is 15fl00 ram, the height 4070 ram, and the width 4600 mr~ The dimensions of the rolls handled are 400-500 mm in diameter and 2000-4000 mm in length. The total weight of the equipment is 15 tons.
As research has shown, the dynamics of the wear of a working mixture of abrasive and the original condition of the shot changes during operation. During blasting, the shot takes on a wider size range and is worn down, forming many fine particles. The conditions under which the parts are blasted depend upon the size of the shot used. The contamination of the specified size by fine particles disrupts the process, producing a poor quality surface on the rolls and consequently on the sheet. To eliminate these problems it is necessary to either regularly measure the composition of the shot and make appropriate changes in the blasting sequence, which is difficult to do in practice, or to screen the shot during operation of the machine to provide the specified particle size.
Stability in the blasting process is also determined by the quantity of shot delivered to the nozzles. It was experimentally established that supplying 0.3-0.4 kg/sec of shot to the two nozzles in operating with an air pressure of 2.5-4.0 atm provided stable operation. Equipping the machine with screening devices is an effective method for maintaining a constant shot size mix. This is confirmed both by data in the literature and by experience in the operation of SM-1 and TsKb_P-1 shot blast machines at Zaporozhstal Plant.
The shot is delivered to the surface of the roll by the shot blast equipment, the chamber of which is divided by two diaphragms with charging vents into three compartments and is equipped with an electropneumatic control device. The working mixture from the upper compartment of the chamber drops to the lower and then to the collector. During operation of the machine,the vents are closed (turned on). The shot is poured in either after turning off the valves by the electropneumatic control device, or after shutting down the machine by the operator. When it is turned off, the vent descends, and between it and the diaphragm a circular gap 5 mm wide is formed. The vent is a cone with a slope of about 30% The shot drops slowly through this gap but not completely, and therefore it increases to t0 ram. The loading vents are alternately turned on by the control device. The first time the SM-2 machine was repaired, it was discovered that the control device frequently did not operate because of corrosion of the parts. With normal charging of abrasive (375 kg according to the nameplate), blasting must be stopped after each alternate pass of the nozzles, since after another pass the shot in the lower compartment is insufficient, and during blasting, With nonoperation of the control device, it does not drop from the upper compartment to the lower. Delivery of the nextportion of shot must be done only after the operator disconnects the shot blast equipment from the air system. In this case both charging vents are opened, and the abrasive is fed to the lower compartment. Continuous operation of the machine for three or four passes of the nozzles with nonoperation of the control device and the delivery of shot described above became possible after increasing the standard charge to 650 kg. However, the basic solution of this problem is stable operation of the control device.
The used shot is collected by the collecting bunker of the working chamber and drops into the receiving chute of the worm conveyor. The plates parallel to the worm conveyor are at a greater angle, and those perpendicular are at less of an angle, which tends to collect shot on them. Therefore, after blasting one roll it is necessary to shut the machine down to push the accumulated shot on to the screw conveyor. To eliminate this shortcoming, it is possible to lengthen the screw conveyor, which is half the length of the working chamber. In addition, the smaller plate is removed completely,and the parallel plates are elongated to correspond with the length of the worm conveyor.
The compressed air supplied to the collector of the shot blast equipment is dried by an oil moisture separator. However, this method of drying is inadequate. Water vapor condenses in the main line and in the shot blast equipment, and as a result shot sticks together in the lower compartment and forms a solid mass. The solid mass clogs the vertical channels along which the abrasive is transported to the collector and disrupts the optimum ratio of shot to air in the blast. This has a detrimental effect on the blasting process and the quality of the roll surface. The presence of moisture in the air causes corrosion of the equipment and causes operation of the pneumatic equipment of the machine to be poorer. Therefore, in designing shot blast equipment,it is necessary to specify equipment for drying the air. Foreign firms, for example, use special drying equipment utilizing water absorbing substances such as silica gel and activated alumina for drying compressed air.
The mechanism for moving the nozzle has a number of shortcomings. Application of the jet of abrasive material on to the roll is through a nozzle mounted in an elbow shaped gun (Fig. 2). A shortcoming of the gun is the throttling of the mixture of compressed air and shot where the vertical and horizontal channels join. The junction is a right angle, which causes quick wearing away of the elbow. The cross sections of the channels and nozzle was increased. However, with an increase in the nozzle diameter from 10 to 12 mm (the allowable maximum) the consumption
of air increased from 13 to 19 mS/h, which changed the ratio of shot to air in the blast. However, thisratio must be kept constant. Since during blasting it is difficult to make corrections, it was necessary ~o improve the design and increase the wear resistance of the parts.
Fig.2
For this purpose a new design of blast guns, in which the diameter of the channels was increased (Fig. 2 b) and the shape of the transition from the channel to the channel and nozzle was changed, was proposed and tested, The new nozzle design is much more effective. After five months of operation,noticeable signs of wear in the elbowand nozzle have not been found, while the old design elbows wore out in a month.
The blast guns are moved along the roll by a conveyor belt. Under the action of the weight of the troJ.ley and oscillations caused by its movement along the guides on which shot falling from the surface of the rolls accumulates, the belt gets out of alignment. As a result, the impact of the stream of shot on the surface is not at a right angle, but glancing, which produces a poorer surface quality. Placing a strip under the gun eliminated this problem, and the roll surface quality became satisfactory.
In the first period of operation the compressed air tn the SM-2 machine was obtained from the shop main i',ine, which has a pressure of 6 atm. According to readings on a manometer placed before the collector of the shot btaat unit, the air pressure in it did not exceed 4.0 aim. With this pressure, even with the use of the finest shot (DChK-0.8), the roughness of the rolls is at the upper limit (R a = 2.7 #).
Therefore, it was necessary to reduce the working pressure of the air. An air valve was used to control the pressure, but it was very sensitive to changes in air pressure, and operation of the shot blast machine was unstaSle. As a result, a reducing valve was placed between the oil moisture separator and the shot blast equipment. This made it possible to control the air pressure in the collector from 4.0 to 2.0 atm with an accuracy of 0.1 atrr. The use of this valve provides stable operation of the shot blast equipment.
To blast rolls of different diameters it is necessary each time to change the position of the blast gun, which is not provided for in the design of the SM-2 machine. For example, at the present time to blast a 400 mm diameter roll after a 500 mm roll the machine must be shut down for adjustment. In designing new shot blast machines the possibility of changing the height of the gun must be specified.
To observe the blasting process, special observation windows were cut in the long wal! of the lighted working chamber. Nonetheless, observation of the surface of the roll being blasted was difficult. Therefore, three additional 500 W lights, protected by louvers, were placed on the ceiling of the working chamber.
Fig .3
Control of the machine (Fig. 3) is from the control panel 2, the valve 5 at the air line, the rheostats for con. trolling the speed of rotation of the roll and the movement of the nozzles, and the push bu~on for starting up the exhaust fan motor, which is behind the machine.
Such an arrangement of the SM-2 shot blast machine equipment is not convenient for control The rheostats for controlling the speeds do not have graduated scales, which makes choice of the correct speed difficuR. Actual: 15 for each new position of the control handle it is necessary to determine the speed. These disadvantages must be eliminated in the design of new machines, It is also necessary to improve removal of accumulated metal dust from the horizontal portion of the exhaust line, which is in a difficult to reach location about 4 m above the floor tevel.
To provide more convenient placement of the individual units of the shot blast machine and simplify i~maintenance, the Institute of Ferrous Metallurgy has developed and turned over to Zaporozhstal Plant recommendations which have been partially put into use on the existing machine and will be studied in designing similar new machines.
The improvement in the SM-2 pneumatic shot blasting machine has made it easily possible to controt and maintain the specified sequence for blasting work rolls for cold rolling and skin pass sheet stands. As a result, Zaporozhstal Plant is mass producing cold roiled constructional sheet with a surface roughness meeting Ferrous Metallurgy Technical Specifications 1-683-69 and 1-686-69.
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南昌航空大學科技學院學士學位論文
滾筒式拋丸清理機的總體和結構設計
1 前言
課題來源于指導老師自選課題，本滾筒式拋丸清理機的工作原理是利用高速回轉(zhuǎn)的葉輪將彈丸拋向滾筒內(nèi)不斷翻轉(zhuǎn)的錐鑄件或者鍛件，來清除其表面的殘余型砂或者氧化鐵皮、清理均勻、生產(chǎn)效率高，適宜于中、小型鑄鍛車間清理小件使用，解決了小批量零件的清理工作。
設計過程中，利用一級鏈傳動減速帶動滾筒和提升斗的回轉(zhuǎn)和實驗彈丸的循環(huán)使用。
為了清除鑄件或鍛件表面的殘余型砂或氧化鐵皮利用高速回轉(zhuǎn)的葉輪將彈丸拋向滾筒內(nèi)不斷翻轉(zhuǎn)的零件。要求達到如下目的：a綜合運用機械和電器知識；b彈丸循環(huán)及分離裝置設計；c除塵器設計；d彈丸循環(huán)及分離裝置、集塵器零件的設計。
采用一級齒輪傳動帶動的拋丸器滾筒的拋丸工作，同時，運用干式旋風型除塵裝置進行塵土分離工作。彈丸循環(huán)裝置由滾筒護板于殼體之間的螺旋帶提升斗及分離篩組成。由葉輪拋出的彈丸射擊工件之后，從滾筒護板上的格子孔進入護板與筒殼體之間得空隙內(nèi)，借助螺旋作用流到旋轉(zhuǎn)的提升斗內(nèi)。提升到上部，經(jīng)過分離篩去毛刺、釘子、芯骨、砂、粒等。完整的彈丸經(jīng)導入管再送入拋丸器內(nèi)。
設計針對小批量零件的清理工作，是有較好的實用價值和經(jīng)濟效益。
設計對象為總裝、彈丸循環(huán)及分離裝置、除塵器設計、提升斗。
我們通過和指導老師的一起現(xiàn)場測量，得出了一些基本數(shù)值供設計參考使用。
本機利用帶有獨特的集塵裝置安裝地點不受車間同風管路的限制衛(wèi)生條件好，本機設有自動停車裝置，操作簡便。
2 總體方案論證
本型號拋丸機是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使彈丸拋出碰撞零件表面。工件都放在滾筒內(nèi)部，滾筒以一定的速度旋轉(zhuǎn)，可以用來翻轉(zhuǎn)零件是除塵效率提高。綜合考慮有3種布局方式。
A． 方案滾筒由4個小摩擦輪帶動，小摩擦輪由電機帶動。電機和除塵器一起安裝在滾筒后面。
圖2-1 拋丸機布局形式
B． 方案滾筒的傳動為帶傳動，使用帶傳動結構形式也不是比較復雜。結構也比較合理。
C． 方案除塵器和電機分別安裝在滾筒2側。綜合考慮Q3110拋丸機使用場合，使用方便，降低成本。該機采用方案A.如圖(2-1)
2.1 方案一 摩擦傳動
A摩擦傳動的優(yōu)點：a.制造簡單、操縱方便b.維護方便、節(jié)省材料。
B摩擦傳動的缺點:a.效率低b.穩(wěn)定性差。利用兩個或兩個以上互相壓緊的輪子之間的摩擦力傳遞動力和運動的機械運動。摩擦輪傳動可分為定傳動比和變傳動比的傳動兩類。工作時，摩擦輪之間必須有足夠的壓緊力，以免產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，損壞摩擦輪，影響正常傳動。
圖2-2摩擦傳動簡圖
2.2 方案二 帶傳動
A．帶傳動的主要優(yōu)點：a.緩沖和吸振，傳動平穩(wěn)、噪聲?。籦.帶傳動靠摩擦力傳動，過載時帶與帶輪接觸面間發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件；c.適用于兩軸中心矩較大的場合；d.結構簡單，制造、安裝和維護等均較為方便，成本低廉。
B.帶傳動的缺點：a.不能保證準確的傳動比；b.需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力；c.整個傳動裝置的外廓尺寸較大，不夠緊湊；d.帶的壽命較短，傳動效率較低。
鑒于上述特點，帶傳動主要適用于：a.速度較高的場合，多用于原動機輸出的第一級傳動。b.中小功率傳動，通常不超過50kw。c.傳動比一般不超過7，最大用到10。d.傳動比不要求十分準確。
2.3 方案三 齒輪傳動
A.齒輪傳動的主要優(yōu)點是：a.瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)，傳動準確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力；b.適用于功率和速度范圍廣，功率從接近于零的微小值到數(shù)萬千瓦，圓周速度從很低到300 m/s；c.傳動效率高，η=0.92～0.98，在常用的機械傳動中，齒輪的傳動效率較高；d工作可靠，使用壽命長；外廓尺寸小，結構緊湊。
B.齒輪傳動的主要缺點：制造和安裝精度要求較高，需專門設備制造，成本較高，不宜用于較遠距離兩軸之間的傳動。
2.4 方案四、蝸桿傳動
A.蝸桿傳動的主要優(yōu)點有：a.傳動比大，結構緊湊。傳遞動力時，一般i=8～100；b.蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、振動小、噪聲低；c.當蝸桿的導程角小于當量摩擦角時，可實現(xiàn)反向自鎖，即具有自鎖性。
B.蝸桿傳動主要缺點有：a.因傳動時嚙合齒面間相對滑動速度大，故摩擦損失大，效率低。一般效率為η=0.7～0.9；具有自鎖性時η＜0.5。所以不宜用于大功率傳動；b.為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸桿一般使用貴重的減摩材料制造，故成本高；c.對制造和安裝誤差很敏感，安裝時對中心矩的尺寸精度要求很高。
綜合分析上述四種方案，從傳動效率、傳動比范圍、傳動速度、制造成本和安裝精度、傳動裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，知本設計課題的傳動方案采用方案一，即采用摩擦傳動。滾筒直接由小滾輪摩擦帶動。傳動方式示意簡圖如下(圖2-3);
圖2-3滾筒傳動方式簡圖
3提升斗的設計分析
該拋丸機設計有16個提升斗
每個提升斗可近視看作為一個長方體，其體積為
V=122×147×2790/16=0.5L
3.1 旋風除塵器的特點
Q3110拋丸機提升斗和滾筒連成一體，提升斗隨滾筒一起旋轉(zhuǎn)。
除塵器的選擇：除塵器有旋風型除塵器和電除塵器幾類?？紤]本性能、使用場合、制造成本，本機采用離心式旋風除塵器。該除塵器總體設計方案圖(3-1)：
圖3-1 除塵器
A.優(yōu)點
旋風除塵器沒有運動部件，制作、管理十分方便；處里相同的風量情況下體積小，價格便宜：作為除塵器器使用時，可以立式安裝，也可以臥式安裝，使用方便；處理大風量便于多臺并聯(lián)使用，效率阻力不受影響。
B.缺點
卸灰閥漏同時會嚴重影響除塵效率；磨損嚴重，特別是處理高濃度或琢磨性大的粉塵時，入口處和錐體部位容易磨壞；除塵效率不高，單獨使用有時滿足不了含塵氣體排放濃度的要求。
3.2 粉塵的概念
粉塵的來源：
在粉塵的來源中，自然過程產(chǎn)生的粉塵一般靠大氣的自凈作用，而人類活動產(chǎn)生的粉塵要靠除塵措施來完成，例如工業(yè)產(chǎn)生粉塵就要靠除塵設備來完成。Q3110拋丸機的除塵器主要就是用來排除拋丸過程中所產(chǎn)生的粉塵。
粉塵的定義為：
由自然力或機械力產(chǎn)生的，能夠懸浮于空氣中的固體微小顆粒。國際下，使粉塵或霧滴從靜比狀態(tài)變?yōu)閼腋∮诳諝庵械默F(xiàn)象稱作塵化作用，從靜比狀態(tài)變?yōu)閼腋∮诳諝庵械默F(xiàn)象稱作塵化作用。
按粉塵粒徑大小可以把粉塵分為：
A.可見粉塵；可見粉塵是指用肉眼可見，粒徑大于10um以上的粉塵。
B.顯微粉塵；顯微粉塵是指粒徑為0．25—10um可用一般光學顯微鏡觀察的粉塵，
C.超顯微粉塵；超顯微粉塵是指粒徑小于0．25um．只有在超顯微鏡或電子顯微鏡下可以觀察到的粉塵。
Q3110拋丸機主要的粉塵是7um以上的塵土。本機可以將7um以上的塵土完全分離，但7um以下的粉塵是與排氣一起排出的，所以按設管道將排氣導出室外。
粉塵有多種多樣的性質(zhì)．按粉塵的物性分為：
A.親水性粉塵、疏水性粉塵；
B.不粘粉塵、微粘粉塵、中粘粉塵；
C.可燃性粉塵、不燃粉塵；
D.高比電阻粉塵、一般比電阻值粉塵、導電性粉塵；
E.纖維性粉塵、顆粒性粉塵。
上將粒徑小于75Lun的固體懸浮物定義為粉塵。在通風除塵技術中，一般將1至200乃至更大的粒徑的固體懸浮物作為粉塵。
向空氣中放散粉塵的地點或設備稱作塵源。Q3110拋丸機產(chǎn)生的粉塵主要是由鍛件或鑄件被高速的鋼珠碰撞后掉下的殘余型殺或者氧化鐵皮。在自然力或機械力作用
粒徑大于1um，小于20um的塵粒隨運載它的氣體運動，大于20um的顆粒具有明顯的沉降速度，因此在空間停留時間很短。密度為1g/cm的塵粒的沉降速度由表可以查表[3]得:
d=0.1um v=cm/s
d=1um v=cm/s
d=10um v=0.3cm/s
Q3110型除塵器主要灰塵粒徑為7um以上的塵粒，故取d=10um；v=0.3cm/s
3.3 粉塵的計算
測量得到的粉塵顆粒大小與顆粒的面積或體積之間的關系則稱為形系數(shù)。形狀系數(shù)反映了塵粒偏離球體的程度。
體積形狀系數(shù)和表面積形狀系數(shù)
比表面系數(shù)。對于一個塵粒，單位體積的表面積與單位質(zhì)量的表面積分別是：
粉塵的分散度
粉塵的粉徑分布稱為分散度。是指粉塵中各種粒徑所占的百分數(shù)。它是評價粉塵危害程度，除塵器性能和選擇除塵器的基本條件之一。
查表[5]可得平均粒徑 d=0.8um；顆粒數(shù) N=370個；
質(zhì)量；質(zhì)量分數(shù)；相對頻率f=0.58
3.4 粉塵的粘著性
塵粒之間由于互相的粘著性而形成團聚，有有利于分離的。顆粒與器壁間會產(chǎn)生粘著效應，這對除塵器設計十分重要。
A分子力。這是作用在分子間或原子間的作用力，也稱為范得華力，實際上是一種吸附力。球體與平面間的分子力:
=
式中: - 球體和平面間的分子力，N
h-范得華力，對于金屬半導體，=(3.2-17.60)取4
-球體粉塵直徑
L-兩粘著體間距離，um；一般??；當L>0.01um時，可忽略不計。
B毛細粘著力。粉塵顆粒含有水分時，互相吸著的顆粒間由于毛細管作用而產(chǎn)生“液橋“，產(chǎn)生使顆?；ハ嗾持牧Γ?
式中:-毛細粘著力，N；
r-水的表面張力，一般為0.072N/m；
-粉塵直徑
4 離心除塵技術
氣流在做旋轉(zhuǎn)運動時，氣流中的粉塵顆粒會因受離心力的作用從氣流中分離出來。利用離心力進行除塵的技術稱離心除塵技術。利用離心力進行除塵的設備稱為旋風除塵器.
4.1 離心式除塵工作原理
旋風除塵器由帶錐形底的外圓筒、進氣管、排氣管(內(nèi)圓筒)，圓錐筒和貯灰箱排灰閥等五部分組成。排氣管插入外圓筒形成內(nèi)圓筒，進氣管與外圓相切，外圓筒下部是圓錐筒，圓錐筒下部是貯灰箱
含塵氣流以14—24m/s的高速度從進氣口進入后，由于受到外圓筒上蓋及內(nèi)圓筒壁的限流，迫使氣流做自上而下的旋轉(zhuǎn)運動，通常把這種運動稱為外旋流。在氣流旋轉(zhuǎn)過程中形成很大的離心力：塵粒在離心力的作用下．逐漸被甩向外壁，井在重力的作用下沿外壁面旋轉(zhuǎn)下落，直至貯灰箱。旋轉(zhuǎn)下降的外旋流因受到錐體收縮的影響漸漸向中心匯集．下降到一定程度時，開始返回上升．形成一股自下而上的旋轉(zhuǎn)運動．一般把這種運動稱為內(nèi)旋流。內(nèi)旋流不含大顆粒粉塵，所以比較干凈，可以經(jīng)內(nèi)筒排向大氣。但是，由于內(nèi)．外兩旋轉(zhuǎn)氣流的互相干擾和滲透，容易把沉于底部的塵粉帶起，其中一部分細小的粒子又被帶走，這就是除塵器內(nèi)的二次飛揚現(xiàn)象。為減少二次飛揚．提高除塵效率，在圓錐體下部往往設置阻氣排塵裝置。查資料得出，塵粒在旋風除塵器內(nèi)的運動是很復雜的。它不僅有圓周運動．徑向運動和軸向運動，而且在塵粒沉降過程中還有線速度的變化和離心加速度的變化．因此．不應把旋風除塵器的工作原理看得過于簡單，在旋風除塵器內(nèi)．外旋流逐漸向下旋轉(zhuǎn)，內(nèi)旋流逐漸向上旋轉(zhuǎn)，向上與向下旋轉(zhuǎn)氣流分界面上各點的軸向速度為零，分界面以外的氣流切線速度隨其與軸心距離的減小而增大，越接近軸心，切線速度越大；分界面以內(nèi)的氣流切向速度隨其與軸心距離的減小而降低；值得注意的是．旋風防塵器內(nèi)氣流徑向速度方向與塵粒的徑向速度方向相反．粉塵粒子由內(nèi)向外運動．氣體則由外向軸心流動。由于氣流旋轉(zhuǎn)的原因，旋風除塵器內(nèi)壓強越接近軸心處越低，即使設備在正壓操作下．軸心處仍處在負壓狀態(tài)。因此，在排氣管至貯灰箱之間有任何漏風，都會導致除塵效率的明顯降低。
旋風除塵器內(nèi)的氣流及顆粒運動十分復雜．對于顆粒的分離捕集機理做出許多簡化假設后，形成各種不同的分離機理模型．主要有轉(zhuǎn)圈理論．平衡軌道理論及邊界層分離理論等；
4.2 轉(zhuǎn)圈理論(沉降分離理論)
轉(zhuǎn)圈理論是由重力沉降室的沉降原理發(fā)展起來的：其原理是．粉塵顆粒受離心力作用，沉降到旋風除塵器壁面所需要的時間和顆粒在分離區(qū)間氣體停留時間的相平衡．從而計算出粉塵完全被分離的最小極限粒徑，即分離效率為100％的粉塵顆粒最小粒。設進入旋風除塵器內(nèi)氣流假定為等速流(速度分布指數(shù)n=o)，即氣體嚴格地按照螺旋途徑，始終保持與進入時相同的速度流動，而顆粒隨氣體以恒定的切向速度(與位置變化無關)。由內(nèi)向外克服氣流對它的阻力，穿過整個氣流寬度，流經(jīng)一個最大的凈水平距離，最后到達器壁被分離。
4.3 平街軌道理論 (假象圓筒學說)
一定直徑的粉塵顆粒，因旋轉(zhuǎn)氣流而產(chǎn)生的離心力F，將會在平衡軌道上與向心氣流對它作用的stokes貼阻力P達到平衡，而平街軌道往往看作是排氣管下端由最大切向速度的各點連接起來的一個假想圓筒-這種處于平衡狀態(tài)的顆粒，由于種種原因，平衡將隨時都會遭到破壞：有時離心力F大干阻力P，有時則P大于F。兩者出現(xiàn)的幾率是相等的-因此．在假想圓筒上的顆粒具有50％的分離效率，工程應用中．常把此顆粒直徑稱為切割粒徑．切割粒徑表示粉塵有50％被捕集．另外50％的幾率不被捕集。
4.4 邊界層分離理論
平街軌道理論沒有考慮紊流擴散等影響．而這種影響對于粉塵細顆粒是不可忽視的，20世紀70年代有人提出橫向滲混模型．認為在旋風除塵器的任一橫截面上，顆粒難度的分布是均勻的，但在近壁處的邊界層內(nèi)，是層流流動．只要顆粒在離心效應下浮游進入此邊界層內(nèi)，就可以被捕集分離下來，這就是邊界分離理論。
4.5 計算比傳速
葉片的綜合分析與計算
通風機的結構簡單，制造方便，葉輪一般采用鋼板制成, 通常采用焊接，有時也用鉚接。本機采用焊接制成。通風機可以做成右旋和左旋兩種。本機采用最普通的右旋方向，即順時針方向旋轉(zhuǎn)。
風機的傳動方式，該設計中采用電機和葉輪之間聯(lián)結，把葉輪直接安裝在電機軸上。結構緊湊、制作方便、降低成本。
葉輪是除塵器的心臟部分，他的尺寸和幾個形狀對除塵器的特性有著重大的影響。
采用直間傳動，選用2825r/min的電動機，通風機比轉(zhuǎn)速為：
速度系數(shù)
查表[3]得通風機全效率
查表[3]得通風機的內(nèi)部效率
比轉(zhuǎn)速介于40至76之間，決定采用圖(4-1)葉輪
圖4-1 葉輪
葉輪圓周速度的計算
取容積效率,于是計算流量為：
采用錐弧形集流器，。 可得葉輪入口速度:
葉片入口角度的計算
葉片數(shù)目Z的確定
葉片數(shù)為
取葉柵密度，于是
取葉片數(shù) Z=10
4.6計算最大彎曲應力
圖4-2 彎曲應力圖
當?shù)醐h(huán)作用A點時，彎矩為a,當作用在A、B兩點之間的C點，彎矩為b，當正的最大值和負的最大值撓度力矩有一個最小值時，將發(fā)生最小彎曲應力，這就是當兩者相等時，將發(fā)生最小的彎曲應力，這就是當兩者相等()，會引起最大正彎矩或負彎矩的增加，使最大的正負彎矩相等。
因而
彎矩=
彎曲應力
4.7 旋風除塵器構造對性能的影響
4.7.1除塵器的直徑及高度
除塵器的直徑及高度對其性能有直接影響，理論上講，旋風除塵器簡體越小，氣流運動給予粉塵粒子的離心力越大．能夠獲得的除塵效率高，相應的流體阻力也越大。因此，外形細長的旋風除塵器比短相的除塵器效率高．且能夠捕集較細的塵粒，但流體阻力較大．對于筒體高度的取值．一般認為，性能較好的旋風除塵器直筒部分的高度為其直徑的1—2倍，錐體部分的高度為直徑的1—3倍，錐體底角為25度—40度。Q3110型拋丸機的除塵設備采用了這種設計方案。
4.7.2 進口和出口形式
旋風除塵器的進口形式有4種：a最普通的入口形式．是氣流外緣與除塵器簡體相切；b入口外緣殼體為漸開線形或?qū)?shù)螺線形：c入口外殼類似三角形，下部與簡體相切，上部為螺旋面形；d氣流從軸向進入．在螺旋力的作用下。旋轉(zhuǎn)進入筒體
不同的進口形式有著不同的性能．特點和用途．對小型旋風除塵器，如旋流子多用第四種形式。 就性能而言。以蝸殼行結構的入口性能較好，蝸殼與簡體相切面角度以氣流旋轉(zhuǎn)180后簡體外緣相切為宜：
除塵器入口斷面的寬高之比也很重要。寬高比越小，進口氣流在徑向方向越薄，越有利于粉塵在圓筒內(nèi)分離和沉降，除塵效率就越高。因此，進口斷面多采用矩形，高寬之比值為2左右．
排氣筒的插入深度與除塵效率有直接關系：插入加深，效率提高，加大；插入變淺，效率降低， 阻力減小：這是因為短淺的排氣筒容易形成短路現(xiàn)象．造成部分塵粒，來不及分離便從排氣筒排走。因此，本機的旋風除塵器排氣筒下端與進氣管的下緣平齊。
圖4-3除塵器常見入口形式簡圖
本機采用切向進口的型式如圖（4-4）。切向進口是最好的進口方式，它可以最大限度的避免進入氣體與旋轉(zhuǎn)氣流之間的干擾，以提高效率。
圖4-4除塵器入口形式
4.8 卸灰裝置
卸灰裝置兼有卸灰和密封兩種功能．是影響除塵器性能的關鍵部位之一。假如卸灰裝置處有漏氣現(xiàn)象，非但影響除塵器的正常排灰，而且嚴重影響除塵效率、因此，理想的卸灰裝置應該具有結構簡單，動作靈活．排灰及時和嚴密不漏風等特點。
不管哪一種卸灰裝置，查表可得，如果漏風量占到總風量的1％時．則除塵效率降低5％：漏風量占5％時，除塵效率降低約50％；漏風量占15％時．除塵效率會降低到很低的數(shù)值。故本機在卸灰斗門上可以加一層橡膠用來起密封作用，可以提高除塵器性能。
排氣管常見的排氣管有兩種形式：一是下端收縮式；另一種是直筒式。在設計分離較細粉塵的旋風除塵器時，可考慮設計為排氣管下端收縮式。排氣管直徑越小，則旋風型除塵效率越高，壓力損失也教大：反之，除塵器效率越低，壓力損失也越小。排氣管直徑對效率和阻力影響如圖（4-5）
圖4-5排氣管直徑對除塵效率與阻力系數(shù)的影響
由于本機主要灰塵粒徑在7um以上，故應采用直筒式排氣裝置，可提高除塵起性能，還可降低該機成本。
4.9 灰斗
灰斗是旋風除塵器設計中不容忽視的部分。因為在除塵的錐度處氣流處于湍流狀態(tài)，而粉塵也由此排出容易出現(xiàn)二次夾帶的機會，如果設計不當，造成灰斗漏氣，就會使粉塵的二次飛揚加劇，影響除塵效率。比較好的解決方案是設置阻氣裝置，減少氣體進入灰斗，降低二次飛揚，提高該機除塵器效率。Q3110型號拋丸機除塵器采用圖4-6形式灰斗。
圖4-6 灰斗形式
5 旋風除塵器的計算
旋風除塵器的基本計算是確定主要尺寸：但是在工業(yè)生產(chǎn)應用除塵器時設備，只要恰當?shù)剡x型就可以。
5.1 流體阻力計算
旋風除塵器的流體阻力，用氣體進口到出口的壓力損失表示，當忽略進口和出口管中的流體動壓差時，由式汁算：
=
式中
-流體阻力，pa；
-阻力系數(shù)
v-除塵器進氣口氣流速度，m/s
-含塵氣體密度，kg/m
阻力系數(shù)值按下面經(jīng)驗公式求出：
=
式中 A-除塵器入口斷面積，
-除塵器外圓筒的內(nèi)徑，m；
-除塵器內(nèi)筒的內(nèi)徑，m；
-除塵器圓筒部分高，m；
-除塵器圓錐部分高，m。
除塵器的壓力損失一般控制在500至 1500pa之間，過大的壓力損失雖然能換取較高的除塵效率，但能耗太大，顯然是不可取的。常規(guī)旋風除塵器內(nèi)務部分的壓力損失對總壓力損失所占的比例中．入口損失占7％，出口損失占20％，本體內(nèi)動壓損失占30％，灰斗損失占33％．邊壁摩擦損失占10％。
5.2除塵效率計算
除塵效率的高低取決于多種因素，其中粉塵顆粒的大小有著重要影響，在一般情況下效率按下式計算：
96%
式中：-旋轉(zhuǎn)除塵器的除塵效率；
-粒子的密度，kg/m；
Q-處理風量，；
d-粒子直徑，m；
-旋轉(zhuǎn)角度，rad；
-空氣的動力粘度，；
W-流體旋轉(zhuǎn)螺距，m；
r-流體內(nèi)側半徑，m；
r-流體外側半徑，m。
5.3 運行各數(shù)對性能的影響
運行參數(shù)對性能的影響有以下幾方面：
A.氣體流量 氣體流量或者說除塵器人口氣體流速．對除塵器壓力損失,除塵效率部有很大影響.從理論上來說,旋風除塵器的壓力損失與氣體流量的平方成正比，因而也和人口風速的平方成正比(與實際有一定偏差)。
入口流速增加，能增加塵粒在運動中的離心力，塵粒易于分離，除塵效率提高。除塵效率隨人口流速平方根而變化、但是當人口速度超過臨界值時．絮流的影響就比分離作用增加得更快，以致除塵效率隨人口風速增加的指數(shù)小于1。若流速進一步增加，除塵效率反而降低。因此，旋風除塵器的人口風速宜選取18—23m/s
B.含塵氣體的物理性質(zhì) 旋風除塵器的阻力受氣體的溫度和壓力影響，因溫度提高除塵器阻力下降，效率也降低。
旋風除塵器的效率隨氣體粘度的增加而降低。當氣體溫度增加時．氣體粘度也就增加。所以在人口風速一定時．除塵效率隨氣體溫度增加而下降。
C.粉塵的粒徑和密度-粉塵的粒徑分布是影響旋風除塵器的重要因素。大粒子要比小粒子更容易分離，除塵效率隨塵粒密度的增大而提高；
D.含塵濃度 氣體的含塵濃度耐旋風除塵器的陳塵效率和莊力損失也有影響。試驗結果表明，壓力損失隨含塵負荷增加而減少，這是因為徑向運動的大量塵粒拖曳了大量空氣；粉塵從速度較高帥氣流向外運動到速度較低的氣流中時．把能量傳遞給蝸旋氣流的外層，減少其需要的壓力，從而降低壓力降。
由于含塵濃度的提高，粉塵的凝聚與團聚性能提高。因而凈化效率有明顯提高。但是提高的速度比含塵濃度增加的速度要慢得多，因此，排山氣體的含塵濃度總是隨著入口處的含塵濃度的增加而增加。
E.含濕量。氣體的含濕量對旋風除塵器工況有較大影響。如分散度很高而粘著性很小的粉塵(小于10um的顆粒含量在30%—40％，含濕量為l％)氣體在旋風除塵器中凈化不好。若細顆粒量不變，濕度量增加5％-I0％時，那么顆粒在旋風除塵器內(nèi)互相粘結成比較大的顆粒，這些大顆粒被猛烈沖擊在器壁上、氣體凈化將大有改善．所以有往除塵器內(nèi)放些蒸汽來提高效率的做法，但是注意氣體中的水蒸氣在除塵器內(nèi)壁的凝結．使塵?？赡苷掣皆谄鞅谏隙档筒僮鞯目煽砍潭?。
F.漏風率。除塵器的漏風對凈化效率有顯著影響，尤其以除塵器排灰口的漏風更為嚴。
6 旋風除塵器的注意事項
A.旋風除塵器凈化氣體量應與實際需要處理的含塵氣體量一致。
B.旋風除塵器入口風速要保持l8—23m/s。低于18m/s時，其除塵效率下降；高于23m/s時，除塵效率提高不明顯，但阻力損失增加，耗電量增高很多。
C.旋風除塵器能捕集到的最小塵粒應等于或稍小于詖處理氣體的粉塵粒度。
D.當含塵氣體溫度很高時，要注意保溫，避免吸收水分，露點為30—50℃時，除塵器的強度最少應高出30℃左右，假如粉塵吸水性較強(如水泥、石膏和含堿粉塵等)，露點為30—50℃時．除塵器的溫度應高出露點強度40一50℃。
E.旋風除塵器結構的密閉要好，確保不漏風。尤其是負壓操作，更應注意卸料鎖風裝置的可靠性。
F.易燃易爆粉塵，應設有防爆裝置，防爆裝置的通常做法是在入口管道上加一個安全防爆閥門：
G.當粉塵粘性較小時，最大允許含塵量濃度與旋風筒直徑有關，即直徑越大其允許含塵量濃度也越大。
7旋風除塵器的防磨損措施
由于高速含塵氣體對除塵設備內(nèi)壁的強烈沖刷，除塵器的殼體閥門或官道就被磨損，特別是旋風除塵器的蝸殼和錐體的部分的磨損更為重。因此，解決好除塵器的設備磨損問題是保證除塵正常工作的重要環(huán)節(jié)。
解決磨損問題的途徑，既可以采用耐磨損材料(如花崗巖、陶瓷等制作除塵本體(如麻石水膜除塵器或陶瓷多管旋風除塵器等)，也可以采取在除塵器的易損總部位敷設耐磨材料或采用磨損內(nèi)襯(如鑄石或瓷磚等)的方法解決。考慮到本機性能和成本節(jié)省，該拋丸機除塵器采用在除塵器的易損總部位敷設耐磨材料以減少磨損。水分在除塵器內(nèi)凝結。假如粉塵不
8總結
A.本機械適合一些精密鑄件或不規(guī)則工件的表面清理，可以多角度有效清除工件表面的氧化皮、鐵銹、型砂等表面附著物，增加被處理工件表面光潔度。被處理工件在處理過程中不斷旋轉(zhuǎn)。
B. 除塵效果高，適合多種工況情況下的使用
C.該設備具有結構緊湊，占地面積小、濾袋壽命長、運行穩(wěn)定可靠維護保養(yǎng)方便等優(yōu)點。
D.適用于小型型材的拋丸處理。安裝時無需地坑，節(jié)省場地。
E. 本拋丸機用鏈輪減速傳動帶動滾筒和提升斗的回轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了彈丸的循環(huán)使用；采用齒輪減速傳動拋丸器的拋丸工作；另外，運用干式旋風型除塵裝置進行塵丸分離工作；彈丸循環(huán)裝置有滾筒護板與殼體間的螺旋帶提升機構及分離篩組。
參 考 文 獻
[1] 周謨?nèi)手骶? 流體力學泵與風機[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.
[2] 嵇敬文編. 除塵器[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981.
[3] 商景泰主編. 通風機實用技術手冊[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2004.12
[4] 張殿印編. 除塵工程設計手冊[M]. 北京：環(huán)境科學、安全科學圖書館， 2003.9
[5] 金國淼主編. 除塵設備[M]. 北京：工業(yè)技術圖書館， 2002.
[6] 胡家秀主編. 機械零件設計實用手冊[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 1999.
[7] 黃西謀主編. 除塵裝置與運行管理[M]. 北京：工業(yè)技術圖書館， 1999.1.
[8] 梁鳳珍主編. 工業(yè)通風除塵技術[M]. 北京：工業(yè)技術圖書館， 1984.8
[9] 向曉東主編．現(xiàn)代除塵理論與技術[M]．北京：環(huán)境科學、安全科學圖書館，2002.6
[10] 成大龍．機械設計手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2004.1．
[11] 朱炳麒．理論力學[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001.7．
[12] 王浩明等．水泥工業(yè)袋式除塵技術及應用[M]．北京：工業(yè)技術圖書館：2000
[13] 陳秀寧主編.機械優(yōu)化設計[M]．浙江：浙江大學出版社.1991
[14] Jensen P.W.Classical and Modern Mechanisms for Engineers and Inventors.New York:Marcel Dekker Inc.1991
致 謝
為期三個月的畢業(yè)設計業(yè)已經(jīng)結束?；仡櫿麄€畢業(yè)設計過程，雖然充滿了困難與曲折，但我感到受益匪淺。本次畢業(yè)設計課題是Q3110滾筒式拋丸清理機的設計(總裝、彈丸循環(huán)及分離裝置、集塵器設計)。本設計是學完所有大學期間本專業(yè)應修的課程以后所進行的，
本次畢業(yè)設計，我綜合運用機械課程及其他有關所修課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行設計，從而對這些知識有了加深和擴展。我同時學習和掌握通用機械零部件、及一般機械設計的基本方法與步驟，培養(yǎng)了我自身的獨立思考問題的能力，以及分析問題、解決問題的能力，同時我也懂得如何與人一起協(xié)調(diào)工作。提高了我在計算、制圖、運用設計資料、進行經(jīng)驗估算、考慮機械設計方面的基本技能以及工程CAD技術。
通過這次畢業(yè)設計，我基本上掌握了Q3110型拋丸機的原理，整體性能，以及設計時應注意的問題等，另外還更加熟悉運用查閱各種相關手冊，選擇使用工藝裝備等。
總的來說，這次設計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛煉，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設計的能力，縮短了我與工廠工程技術人員的差距，為我以后從事實際工程技術工作奠定了一個堅實的基礎。
本次設計任務業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一些遺憾，在此懇請各位專家、老師及同學不吝賜教。
此次畢業(yè)設計是在張老師的認真指導下進行的。張曉榮老師經(jīng)常為我解答一系列的疑難問題，以及指導我的思想，引導我的設計思路。在歷經(jīng)三個多月的設計過程中，一直熱心的輔導,在此表示感謝。
附 錄
1 拋丸機總裝圖 YT-00-01 A0
2 除塵器裝配圖 YT-00-02 A0
3 鼓風輪 YT-00-04 A2
4電氣結合盤 YT-00-03 A3
5 接管 YT-00-05 A3
6 門框 YT-00-06 A3
7 罩蓋 YT-00-07 A3
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