针对喷丸机堵塞问题提出新型开关阀研究解决

潘建宇

摘要：由于喷丸强化工艺在国防工业和民用工业中获得迅速发展。因此针对喷丸强化工艺作业过程中工作效率和安全性存在的问题，本文重点提出了新型开关阀，通过比较常用开关阀的结构，研究如何解决喷丸强化的工艺质量解决喷丸机堵塞的问题。

关键词：机械制造工艺与设备;新型开关阀;阀类分析;喷丸机

0  引言

喷丸强化工艺过程是指弹丸流不断冲击金属材料表层并使表层材料发生塑性变形，从而形成变形强化层的过程。设备类型分为人工控制型喷丸机和远程遥控型喷丸机。两种喷丸机作业停止时都会卸压，长时间的喷丸作业中需要升压和卸压多次，由此就会造成在升压和卸压过程中，磨料和压缩空气白白浪费，而且每次卸压后，喷料软管内就会积聚残余磨料，再次升压作业会出现出料不畅的现象，严重时会造成喷丸机堵塞。因此提出研究新型开关阀来解决出现的问题。本文研究介绍一种新型开关阀来解决喷丸机堵塞不安全问题。

1  两种喷丸机工作原理

1.1 人工控制型喷丸机

喷丸气动系统由控制器、气动进气阀、气动排气阀和控制气管、开关阀等组成。其工作原理：喷丸机接通气源后，敞开气动排气阀，关闭气动进气阀，喷丸机处于待机状态。喷丸人员准备停当，压下控制器上的手柄，堵住排气小孔，压缩空气就顺着另一根控制气管进入气动进气阀和气动排气阀的顶端，打开进气阀，关闭排气阀。封闭阀在压缩空气的顶推下将加料口封闭，磨料桶内压力升高，磨料阀上下两端的压力很快趋于平衡。磨料在重力的作用下进入磨料阀的混合腔，与压缩空气混合后，打开开关阀，喷料经软管送到喷嘴处处理工件表面。喷丸人员需要停止作业时，只要松开控制器的手柄，控制进气阀和排气阀的气信号随即消失，关闭进气阀，打开排气阀，喷丸机卸压，封闭阀下落，作业停止或结束。

1.2 远程遥控型喷丸机

电/气遥控型喷丸机是在气动遥控型喷丸机的基础上发展起来的，电/气遥控系统中的控制部分用电，执行部分用压缩空气。系统中的电气开关由喷丸人员掌握，控制电磁换向阀的切换，实现对气动进气阀和气动排气阀的控制。由于控制系统中的执行机构用压缩空气驱动，因此电/气遥控系统具有气动遥控系统的全部优点。电/气遥控系统的工作效率比气动遥控系统明显提高。

2  列举几种开关阀的优缺点

通过研究比较几种常用开关阀结构，闸阀、蝶阀、球阀、截止阀、翻板阀等优缺点。

闸阀无法调节流量。仅适用于低温低压和高温高压。其流体阻力小;启闭所需力矩小;可以使用在介质双向流动的环网管路上。但是其外形尺寸和开启高度较大，安装空间大;在启闭过程中，密封面磨损较大，高温时易引起擦伤现象，启闭时间长等缺点。

蝶阀是一种可调节流体通道的阀门。其结构简单、体积小、重量轻、耗材省适用于大口径阀门中;启闭迅速，流阻小，可用于带悬浮固体颗粒的介质。但其流量调节范围小，由于其结构和密封材料的限制，不宜用于高温、高压的管路系统中。密封性能相对于球阀、截止阀较差。

球阀主要用于切断、分配和改变介质流动方向。用于腐蚀性介质和低沸点液体中;在较大的压力和温度范围内，能实现完全密封;可实现快速启闭，操作无冲击;在工作时，其结构可防止介质对密封面的侵蚀;适用于低温介质系统;焊接阀体结构可承受来自管道的应力。但是球阀阀座密封圈材料是聚四氟乙烯具有较高的膨胀系数，易造成对冷流的敏感性和不良的热传导性。当密封材料变硬时，密封的可靠性就受到破坏。而且其耐温等级较低易老化，调节性能差。

截止阀是阀瓣沿阀座中心线移动的阀门。该阀门的工作行程相对较短，具有可靠的切断功能;其制造工艺性比较好，便于维修;因填料为石棉与石墨的混合物，耐温等级较高。但是介质通过阀门时流动方向发生了变化，因此截止阀最小流阻也较高于大多数其他类型的阀门;行程较长，开启速度较球阀慢。

翻板阀的密封效果不佳，可靠性差。

综上列举阀门的平均寿命短（连续工作在1800～2200h之间），导致工人的劳动强度大，成本高。不能解决喷丸机出料口堵塞问题，因此提出一种新型开关阀。新型密封结构开关阀具有在工作时可以减小摩擦，防止密封面磨损，延长使用寿命。密封性能较其它开关阀性能更优越，适用于各种工况的环境，启闭时间短，减少工作人员等待时间等优点。下面就该开关阀的结构进行研究分析。

3  新型开关阀的结构及其特点

新型开关阀在原有开关阀的基础上加以改进，设计槽轮间歇机构，改进密封形式以此在工作过程中形成气固分离，减少磨料和压缩空气的浪费，避免磨料的堆积和出料不畅现象，提出的新型开关阀，其特殊的密封结构和气动逻辑控制系统可以防系统防卡死、喷料软管防堵塞的效果。进而可以实现自动连续的喷丸，达到性能可靠，运行稳定的效果。

3.1 新型开关阀的结构

新型开关阀（如图1所示），在原有圆顶阀的基础上加以改进，增加槽轮间歇机构，改进密封形式以此在工作过程中形成气固分离。将开关阀装置在储料罐出口。当喷丸机工作时，无需在喷丸机升压/卸压过程中浪费等待时间，只需要将该开关阀打开或关闭就可以决定喷丸机是否开始工作，在固体隔离后使用气源进行鼓吹，可将使用后残留的弹丸吹净，保证密封精度和使用寿命。

组成结构：如图1所示，新型开关阀是由阀体、阀门、阀门控制运动机构以及进气口6组成，其中，阀门控制运动机构是由槽轮轴1、主动销轮轴3、手柄4、槽轮轴2组成。

3.2 新型开关阀的使用特点

新型开关阀特点在于进阀门、出阀门分别设计独立结构，阀门可单独控制两阀门开关。

开阀过程：

①当主动销轮轴顺时针旋转，柱销带动槽轮2旋转90°，即此时进阀门开启，出阀门保持关闭。

②当主动销轮轴从位置2旋转到位置3时，属于空转状态，阀门保持不动。

③主动销轮轴从位置3旋转到位置4时，柱销带动槽轮1旋转90°，所有阀门开启。

关阀过程：

①当主动销逆时针旋转从位置4到3，出阀门关闭，进阀门保持开启。

②此时气体从进阀门进入阀体内部，可将阀体内部的弹丸吹净，防止残留弹丸将阀门卡死。

③当主动销轮轴从位置2运动到位置1时，柱销带动槽轮2旋转90°进出口阀门都关闭。

4  新型开关阀在噴丸机上的优点

该开关阀由双阀门组成，一端阀门密封处留有1毫米间隙保证磨料输送时关闭阀门不卡死密封处，减少密封副磨损;根据槽轮间歇运动的特点，主动销轮轴作等速连续转动，从动槽轮轴1和2作间歇转动，其结构简单、工作可靠、机械效率高、能平稳、间歇地进行转位。从而带动进阀门和出阀门完成不同步开启关闭动作。设计出阀门处密封副不完全密封，留有空隙，防止弹丸卡死在密封副，进阀门处密封副密封，不留空隙，由于在进阀门关闭前增加进气工作，通过气源将阀体内腔余料清理干净，既保证了开关阀的密封条件，又延长了密封副的使用寿命，消除了喷丸机出料不畅的现象，避免了喷料软管的堵塞。

在不适合人工操作的环境下也可安装气动控制元件，利用PLC编程可以实现逻辑顺序控制开关阀工作。

5  结论

通过本文提出的结构设计，采用这种开关阀作为喷丸机的出料阀门，保证了喷丸工作人员的人身安全，降低了喷丸机升压/卸压过程的等待时间，减少了磨料和压缩空气的浪费。使用该开关阀也可在喷丸设备上安装多个喷料设备，可以多线程控制喷丸开启关闭互不影响，并保证气固快速分离。该开关阀可以用于喷丸机，还适用于煤粉、煤灰、含尘气体、沙子废渣等大颗粒物料输送，开关阀开关轻便，扭矩小，转动灵活。

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