第2章 剪式伸缩回转喷砂除锈机设计

第2章剪式伸缩回转喷砂除锈机设计

2.1 剪式伸缩回转喷砂除锈机简述

2.1.1 剪式伸缩回转喷砂除锈机简介

2.1.2优点与特性

自动喷砂除锈机的优点：（1）结构简易：自动喷砂除锈机作为一种表面清理工具，其主要作用是对金属的表面进行清理、除锈和强化。因此，讲话了各个工厂为了加工不同管道而附加的特殊结构，喷砂除锈机具有一般性的特点。（2）成本廉价：自动喷砂除锈机不是用来进行精密仪器加工的设备，其结构较为简单。普遍的，每提高一个机床精度，所需要的加工成本都要有很大的增加，这对工厂的利润的提高是不利的，工厂应该在满足精度要求的前提下寻求成本最低化。（3）维修简便：由于自动喷砂除锈机在使用的过程中机器内部零件磨损量很大，尤其是旋转喷头处受到砂流的切削最严重，因此，为了使维修及更换耗材更加便捷，应尽可能简化设备的结构。

本设计具有足够的适应能力，可对某范围内不同规格的管道进行强化除锈作业。

2.2剪式伸缩回转喷砂除锈机结构设计

2.2.1结构简介

剪式伸缩回转喷砂除锈机主要由喷砂头部分、推进部分、高速砂流供应部分和控制部分四部分组成。喷砂头可旋转部分可利用砂流的反推作用形成转矩供其转动并密封砂流通路；喷砂头支架可剪式伸缩以适应不同内径的管道，实现喷砂头的自定心；推进部分的步进电机由控制部分控制，将具有一定硬度的软管推进待清理管道并拉出；高速砂流供应部分采用现有已公开的优秀专利设计，在此不另作改进；控制部分采用单片机技术，控制步进电机根据需要换向以及通断。四部分协同工作，只需要一名工人提前设定，即可完成管道内壁自动喷砂除锈作业。

剪式伸缩回转喷砂除锈机的结构示意如下图：

旋转喷砂头可以对软管内的高速砂流起导向的作用，使砂流不仅以一个合适的角度喷射到管道内壁表面，而且使砂流保持一个高的速度，从而适应管径较大的管道内壁除锈工作。

通过旋转调节套可使喷砂头支架张开合适的角度，以适应不同管径的管道，从而使喷砂头实现自定心，每个方向均匀地向管道内壁喷射砂流。

推进以及拉回供砂软管的导轮，上方为被动轮，下方为径向车有半圆槽的主动轮。

推进部分的支架具有高度调节机构，并通过定位螺栓定位。

推进部分结构简单，适应能力强，大大减小了设备的体积，提高了喷砂作业的灵活性。

2.2.2喷砂机设计参数

2.2.2.1 剪式伸缩回转喷砂除锈机的基本参数

设备工作状态最小长度：3000mm；

最大加工长度：15000mm；

可加工管道的直径范围：500~1000mm；

供砂管道内径：80mm；

供砂管道外径：100mm；

软管长度：20000mm；

喷砂头出砂口直径：30mm；

砂流喷射方向与水平面夹角：45°；

2.2.2.2 剪式伸缩回转喷砂除锈机清理等级选择

喷砂清理是一种使用压缩空气作为驱动力的清理清洁作业。喷砂清理工作涉及的问题包括磨料、喷头、输砂管、驱动电机、空压机等的正确选择与使用。在喷砂技术使用的早期时代，石英砂是使用最普遍的磨料，故此项作业称为喷砂作业。随着经济的不断发展，为满足不同的行业对比表面处理等级的要求，进而衍生出许多种不同的磨料，喷砂清理作业就改名叫做磨料投射清理，又叫做喷丸处理。喷丸处理的磨料来源很广泛，有天然、人造、工业副产品制造而成，煤渣、铜炉渣以及砂是现代工业应用较为广泛的喷砂清理磨料。磨料选用一般取决于对表面清理质量的需求，比如，钢材表面喷砂处理后的质量等级分为sa3、sa2.5、sa2、sa1这四个等级。

(1)Sa3为最彻底清理等级。

表面呈现一致的灰白颜色，具有一定的粗糙度从而提高表面涂层的附着能力。而表面上的污垢、油脂、氧化皮、氧化物、腐蚀物、锈以及其他杂质全被彻底的清理干净。

(2)Sa2.5为很彻底清理等级。

表面附着的污垢，油脂，锈，氧化皮，旧漆，腐蚀物以及其他杂质可被清理掉，但是允许由于清理并不彻底而造成的色差或阴影，但是要求有百分之九十五以上的表面要达到上一级的水平，剩余表面只可出现轻微色差。

(3)Sa2为较彻底清理等级。

要求件表面所有的污垢，油脂，锈皮以及其他杂质清除掉，氧化皮和锈以及旧漆应被清除，但是允许由于氧化皮和锈清除不彻底而造成的色差和阴影。如果钢材的表面已经发生点蚀，那么允许蚀点深处留有少量的旧漆或者锈。

(4)Sa1为非彻底清理等级。

表面经过全面清理，污垢，油脂，松动的氧化皮，松动的锈皮以及松动的漆皮应被清理掉，而与基材结合很牢固的锈，氧化皮，涂层以及漆允许在喷砂处理之后留在基材表面，从而使表面形成大量分布均匀的斑点。

2.2.2.3 确定喷砂清理设备

喷砂清理效率用m2 /h计。很显然，喷砂清理所需要的时间由清理等级要求

来决定，最彻底清理等级需要消耗的时间为较彻底清理等级时间的两倍。另外一个影响喷砂清理所需时间的因素是基材表面的初始状态，氧化皮较松动的新的钢材表面的清理要比涂了很多层油漆的表面容易得多。

对喷砂清理效率有影响的因素：

（1）喷头出砂口的影响。之前的实验数据证明，选用大口径的喷砂头可以获得相对高的表面清理效率。在工作气压不变的情况下，喷头直

径因为磨损而变大可以使喷砂清理的效率慢慢提高。同时也会增加所使用磨料的消耗速度。而提高工作气压可以降低清理相同面积基材所需要的磨料的使用量。

（2）磨料和高压空气的混合比。高压空气压力提高，所需高压空气与磨料的使用量也会相应的增加。高速撞击被处理表面的磨料越多，清

理的效率也就越高。但是，磨料本身物理特性以及磨料和高压空气的混合

比也会对处理效率产生极大的影响。压力值超过690kPa以后，高速混合物的流量慢慢变小，喷砂清理的效率和表面粗糙度也会相应降低，原因是

煤渣等磨料的抗碎能力差。而对于同一直径的喷头，提高气体的压力会导

致消耗磨料的增加。在试验中，针对不同的气压条件，需要认真调节不同磨料的流量，从而使喷砂清理的效率叨叨最大。由于许多工人对影响喷砂

效率的知识缺乏认识，在一些工作现场，往往未能将末了流量控制在最理

想的状态。在试验中，除了用煤渣作为磨料之外，随着工作气压的提高，磨料的消耗量是随之增加的。但是同时使清理的效率提高的程度要高于磨料增加的消耗量，所以，应适当提高工作气压。

（3）喷砂处理的费用及效率。选用不同的磨料所花费的费用是喷砂清理所需要考虑的重点。计算清理费用可利用以下公式：

处理费用=(A+B+CD)/M

其中A ——设备费用

B ——人工费用

C——磨料流量

D ——磨料成本

M——清理效率

喷砂处理的费用与工作的场所、零件特征、工件表面状态以及其他的因素相关。

喷砂清理设备根据所要加工处理的工件尺寸决定，小型的喷砂机械适合在狭窄的区域或者管道内进行喷砂作业。

2.2.2.4 选择磨料

非金属材料的磨料在非固定作业的场合可以进行回收再利用，所以，适当提高工作气压可以有效减小清理的成本。影响磨料清理作用的要素有四个：硬度、形状、力度和密度。煤渣、铜炉渣和石英砂磨料的来源较为丰富，且价格低廉，清理的效果相对较好，因此在喷砂清理中使用较为广泛。

石英砂向来是喷砂作业中使用最广泛的磨料。但是石英砂具有很高的硅含量，而逐渐被其他磨料所替代。

2.2.2.5 喷头的设计

喷头的直径直接影响了喷砂清理的效率，一般的喷头直径为20至65毫米。相应提高喷头出砂口直径有助于提高喷砂清理的效率。