连续加砂型喷砂机的研究与应用

苏娟娟， 吕莉华， 李高进， 徐德敏

(上海船舶工艺研究所， 上海 200032)

连续加砂型喷砂机的研究与应用

苏娟娟， 吕莉华， 李高进， 徐德敏

(上海船舶工艺研究所， 上海 200032)

分析喷砂机的工作原理，研究影响喷砂机工作效率的主要因素，通过多次研究并进行实际的喷砂试验对喷砂机进行升级改造设计出连续加砂型喷砂机，可不停机加料，大幅提高喷砂生产效率，并提出目前使用的连续加砂型喷砂机在工作时待改进的不足之处，指出后续的研究方向。

喷砂机；间隙加砂；连续加砂；加料；升级改造

0 前 言

喷砂机是船舶分段表面处理最关键的设备，喷砂机喷砂效率的高低直接影响着船舶分段的生产效率，如何提高喷砂机的喷砂效率是各大船企一直致力解决的问题。

喷砂机的工作原理是以压缩空气为主要动力，将磨料以一定的速度喷向被处理的钢材表面，以磨料对钢材表面的冲击和磨削作用，将钢材表面的氧化皮、锈蚀产物及其他污物除去[1]。喷砂机在钢结构行业的应用极其广泛，在船厂分段涂装生产线的应用最为集中，是分段涂装生产线最关键的设备。喷砂机的技术水平基本代表当代涂装行业的发展水平。

1 喷砂机的发展历程及存在的问题

早期涂装生产线中的喷砂机主要为间隙加砂型喷砂机，工作程序为：缸体内磨料加满→喷砂→缸体内磨料全部喷完→喷砂机停机加料→缸体内磨料加满，具体工作原理如图1所示。

图1 间隙加砂型喷砂机原理

系统按如下动作执行：当缸体磨料满时排气阀关闭，封闭阀关闭，进气阀打开，磨料阀和吹气阀打开，则喷砂枪可以进行喷砂作业；缸体中磨料喷射完毕后进气阀、吹气阀、磨料阀关闭，排气阀和封闭阀打开则开始进行加料；循环往复工作。

在此过程中喷砂作业为一个不连续的工作状态，当喷砂机内的磨料喷完后，喷砂工人只能等待设备加料完毕后才能继续工作；喷砂时不能加料，加料时不能喷砂，由此影响了涂装生产线的作业效率，而且工人在喷砂作业时并不能精确知道喷砂机内的用料情况，这也是喷砂作业中的一个安全隐患。

2 喷砂机的升级改造

为改善喷砂机的结构缺陷，满足连续生产的需要，急需对喷砂机进行升级改造。

改造的首要目标是将喷砂与加料两个功能设计为两个互不干涉的独立功能，设备在进行喷砂作业的同时也能顺利完成加料，且不能影响正常的喷砂作业。由于不再需要停机等待加料，因此只要有足够的磨料，升级改造后的喷砂机即可进行连续喷砂作业，从而可大幅提高生产效率。

设计思路如下：将喷砂机设计成上下两个独立的仓室，仓室与外部、仓室之间由封闭阀封闭和联通。每个仓室布置一个物料传感器用于检测料位状态，通过可编程逻辑控制器(Programmble Logic Controller, PLC)计算分析并发出程序信号控制阀门的开启与关闭，相应进行加料或喷砂作业，改进为连续加砂型喷砂机。

连续加砂型喷砂机的工作原理如图2和图3所示。

图2 连续加砂型喷砂机喷砂示例

图3 连续加砂型喷砂机上仓加料喷砂示例

喷砂机在初始状态下，关闭下仓排气阀，下仓体通入压缩空气，下仓封闭阀关闭，此时上仓排气阀处于开启状态，进气阀处于关闭状态，上仓室呈无压力状态，上仓封闭阀自动落下。控制程序开启加料阀，磨料储料桶内的磨料落入喷砂机上仓室。当磨料加注到料位仪位置时，上仓料位仪发出信号，程序控制关闭加料阀、关闭上仓排气阀、打开上仓进气阀、关闭上仓封闭阀(见图2)。上仓室呈有压力状态，由于此时上下仓室都呈压力状态，因此下仓封闭阀自动落下，上仓室的磨料在封闭的压力环境中落入到下仓室内。此时，喷砂机可进行喷砂作业。

随着缸体内磨料的喷出，下仓室内磨料不断减少。当下仓室的磨料料位低于下仓料位仪时，下仓料位仪发出信号，程序控制上仓排气阀打开，进气阀关闭，上仓室排气减压，上下两仓产生压差，下仓封闭阀顶起关闭，上仓封闭阀由于上仓室的卸压而自动落下(见图3)。此时，由于下仓室仍然有足够压力，喷枪可以继续喷砂。上仓封闭阀落下后控制程序打开加料阀，磨料储料桶内的磨料再次进入喷砂机上仓室。从理论角度分析，只要磨料储料桶内有足够的磨料，此形式的喷砂机就可以实现周而复始连续工作的目的。

3 喷砂机改造后的效果分析

以一个0.6 m3喷砂机为载体进行试验，改造前间隙型喷砂机的有效磨料容量为2 400 kg，直径10 mm的喷嘴每分钟的喷砂量为30 kg，当磨料满仓时，1机2枪型的连续喷砂时间为

式中：t为连续喷砂时间，min；G为磨料容量，2 400 kg；a为喷枪数量，2个；g为单支喷砂枪喷砂量，30 kg/min。

经计算，t= 40 min。

在实际使用中加满一缸磨料需要5 min，所以该形式喷砂机的理论工作效率为

式中：η为喷砂机的理论工作效率；t为连续喷砂时间，min；t1为加砂时间，min。

经计算，η=89%。

升级改造后的连续加砂型喷砂机，由于可以不停机工作，则喷砂机的理论工作效率为100%，因此连续加砂型喷砂机的工作效率比间隙加砂型喷砂机的工作效率提高了11个百分点。

4 连续加砂型喷砂机存在的问题

升级改造后的连续加砂型喷砂机虽然工作效率比间隙加砂型喷砂机提高了很多，但是在使用过程中也存在问题，主要是连接上下两个仓式的上下封闭阀容易出现故障，通过实地考察研究分析，除了加工精度和安装精度的问题外，上下两个仓式体积的分配比例也可能是影响封闭阀使用寿命的因素，于是设计了两种形式的连续加砂型喷砂机。

4.1 上仓大、下仓小形式

图4为上仓大、下仓小连续加砂型喷砂机原理图。这种形式的喷砂机喷砂时，上仓封闭阀关闭，下仓封闭阀呈开启状态，上、下仓排气阀同时关闭，上仓和下仓联通成为一个压力容器进行喷砂作业。当喷砂至下仓料位仪，其检测到没有砂时，上仓排气阀打开，下仓封闭阀关闭，下仓则成为一个压力容器继续喷剩余的磨料，上仓进行加砂。由于加砂比喷砂快，当上仓砂加满时，上仓排气阀关闭，上仓封闭阀关闭，则下仓封闭阀自动打开，上、下仓再次成为一个压力容器，上仓的磨料流入下仓继续喷砂。当下仓磨料快喷完时，下仓封闭阀向上关闭，此时上仓是空仓，下仓磨料阀关闭时阻力较小，但是在上仓加满砂后，上仓封闭阀关闭，下仓封闭阀打开，上仓较大，喷砂过程中磨料一直在磨损下仓封闭阀密封圈，密封圈较易损坏，且由于流砂不均匀，也易导致下仓封闭阀跑偏而损坏。

图4 上仓大、下仓小连续加砂型喷砂机原理图

4.2 上仓小、下仓大形式

图5为上仓小、下仓大连续加砂型喷砂机原理图。这种形式的喷砂机喷砂时，下仓封闭阀关闭，下仓排气阀关闭，下仓成为一个压力容器进行喷砂。当下仓料位仪检测到没砂时，上仓封闭阀关闭，下仓封闭阀打开进行加砂。当上仓的磨料全部加到下仓时，下仓封闭阀关闭后再进行喷砂，大部分喷砂过程中下仓封闭阀是关闭状态。这种形式下仓封闭阀磨损小，喷砂机故障率大幅降低。

[][]

图5 上仓小、下仓大连续加砂型喷砂机原理图

5 结 论

经过认真分析、讨论、试验和调试，研制的连续加砂型喷砂机明显提高了工作效率，得到广大船企的热烈欢迎。连续加砂型喷砂机在使用过程中遇到的问题，经反复分析讨论、试验，已经基本得到解决，经过船厂的实际使用，性能稳定可靠，可以满足船厂连续喷砂作业的需求，后续还需在封闭阀的安装和加工精度上不断完善，提高封闭阀的质量和设备的可靠性。

[1] 沈国良.钢材喷丸清理质量及其控制[J].防腐蚀工程，1995(1)：42-45.

Research and Appliction of Continuous Sand-Feeding Sand Blaster

SU Juanjuan， LYU Lihua， LI Gaojin， XU Demin

(Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute， Shanghai 200032, China)

The working principle of sand blaster is analyzed and the main factors affecting the efficiency of sand blaster are studied. A continuous sand-feeding sand blaster is designed by a great number of studies and sand blaster tests. This sand blaster need not to close down to charging and can greatly increase productivity. The shortcomings of the continuous sand-feeding sand blaster are put forward and the future research direction is pointed out.

sand blaster； intermittent sand-feeding； continuous sandblasting； sandfeeding； retrofitting

苏娟娟(1978-)，女，高级工程师，研究方向为涂装工场工艺与设备

1000-3878(2017)04-0065-03

U673

A