爬行式钢管外表面打磨器

2015-05-10何小琳熊健祥胡庆乐李克天

机电工程技术 2015年5期

何小琳，熊健祥，胡庆乐，李克天

（广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006）

0 前言

市面上现有对钢管进行打磨除锈的方法和工具，最为普遍的是人工使用简单的砂纸或电动工具除锈。该方法的优点是除锈全面，但劳动强度大；抛丸机可用于打磨除锈，但体积较大，操作不便，缺乏灵活性，无法应用于已经安装在现场的固定栏杆的除锈；还有高压喷水除锈，不但耗费水资源，也不方便进行大面积工作，残留水分易使表面再度生锈[1-2]。还有一种方法就是化学除锈，这种方法成本高，对环境影响也很大。针对已经固定安装的栏杆除锈困难的问题，本文设计开发了一种结构简单、使用灵活、自动化程度高、节能环保的除锈打磨器，专用于金属圆柱外表面栏杆的打磨和除锈。

1 总体结构和原理

如图1所示，爬行式钢管外表面打磨器主要由机架部件1、打磨部件2、可伸缩打磨头3、打磨头锁紧机构4、导轨部件5、往复机构6、夹紧部件7、进给机构8和控制部分等组成。

图1 爬行式钢管外表面打磨器总体结构

机架部件1通过夹紧部件7装夹于所需打磨的钢管上。两组夹紧部件7中的电磁铁39通电夹持，断电放松；整体呈C字型的结构使打磨器易于在钢管上装卸；在导轨部件5中弧形导轨24的作用下，打磨头可以沿钢管作旋转运动；三个电机15之间的夹角为120°，电机15带动钢丝轮绕着钢管轴心旋转，每个打磨头绕钢管的打磨弧度大于120°；三个打磨头的打磨弧度连起来，可完成钢管外表面的完整打磨；可伸缩打磨头3能自动调节钢丝轮与钢管的距离，改善打磨效果；贯通轴式直线电机42转子具有内螺纹，与丝杆41配合形成丝杆螺母副实现进给直线运动；利用两套夹紧部件7的交替松紧，驱动打磨器爬行进给移动。

2 往复机构

打磨器能沿钢管做往复旋转运动是通过往复机构实现的，该机构如图2所示。由右链轮33、链条32、换向爪35、上挡板34、下挡板30、左扭簧36、右扭簧29、导向槽31和减速电机45等组成；右链轮33安装于减速电机输出轴上，减速电机固定在图1的机架上；链条32的上段外侧与下段的内侧分别与上挡板34和下挡板30接触，并环绕两端链轮；左扭簧36和右扭簧29用螺钉固定，左扭簧36末端固定在下挡板30上，右扭簧29固定在上挡板34上。

图2 往复机构原理图

若换向爪的上钩脚38钩住链条32上段内侧，则导向脚37在下导向槽31中滑动，即换向爪顺时针移动。下钩脚39将悬空，不与链条32的下段接触。导向脚37在下导向槽31中滑动，防止上钩角38与链条32脱离啮合。当换向爪35运行到导向槽31的左端，左扭簧36弯曲变形，贮存能量，导向脚37最后不受导向槽31的制约，上钩角38与链条32脱离啮合，在左扭簧36的作用下，导向脚37迅速被推向上导向槽31，同时下钩脚39与链条32的下段的外侧啮合。链条32带动换向爪35逆时针移动。同样道理，在导向槽31的右端，换向爪35和上下钩脚完成切换，换向爪35又顺时针移动。该机构将减速电机45的单方向旋转运动转换成打磨器所需要的往复旋转运动。

如图3所示的换向爪由上钩脚38、下钩脚39和导向脚37组成。

图3 换向爪结构

导轨结构原理如图4所示。弧形导轨24与固定板9配合实现打磨头在钢管上的整周打磨。

图4 导轨结构原理图

3 可伸缩打磨头

可伸缩打磨头结构如图5所示。该结构由电机15、电机轴套筒16、定位销20、弹簧17、定位套筒18、连接套筒19和钢丝轮14等零件组成；当钢丝轮与钢管存在间隙，弹簧17推动定位套筒18，同时带动套筒19移动，打磨头伸出，消除钢丝轮14与钢管之间的间隙。反之，当钢丝轮与钢管之间间隙过小，弹簧能够压缩变形，使打磨头后退。该结构能自动调节钢丝轮与钢管的距离，以弥补打磨头在钢管安装过程中可能存在的偏心，获得均匀的打磨效果。

图5 可伸缩打磨头结构原理图

4 进给机构

根据仿生学的原理，模仿尺蠖的爬行，设计了自动爬行进给机构。原理如图6所示。该进给机构由丝杆41、直线轴承43、贯通轴式直线电机42、光杆10、固定板9、内夹头固定板40和外夹头固定板34等组成。内夹头固定板40上的电磁铁39通电，夹紧钢管，控制贯通轴式直线电机42正转，转子与丝杆41配合，转子正向旋转，带动外夹头固定板34向前移动一定距离后停止，此时轮到外夹头固定板34上的电磁铁39通电，夹紧钢管，内夹头固定板40上的电磁铁39断电，松开钢管，贯通轴式直线电机42的转子反转，丝杆41带动内夹头固定板40向前移动一定距离。如此循环反复，实现装置的爬行进给功能。