钢结构抛丸机的分类和选用及教学用抛丸机研究

2021-03-12刘亚飞南通理工学院江苏南通226000

上海涂料 2021年1期

杨锋，卢艳，刘亚飞（南通理工学院，江苏南通 226000）

0 引言

将目前常用的抛丸机与喷砂机相比，前者表面处理效率和，自动化程度更高，可大大节省人工；缺点是抛丸机的使用有一定限制，对一些体积较大或者结构复杂的钢结构无法进行有效的抛丸，而喷砂机几乎可以对所有类型的钢结构进行表面处理。因此对企业而言，配备了喷砂机可以不用再配备抛丸机，但配备抛丸机还要配备喷砂机，故我国目前的现状是大型钢结构企业、造船厂几乎都配有抛丸机；而一些小型钢结构企业尤其是乡镇企业，通常只有喷砂机而没有抛丸机；虽然抛丸机的工作效率很高，但因成本以及可替代性限制使得小型企业不愿意投入过多的资金购买。抛丸机在使用过程中会产生大量的粉尘，故抛丸机附近还需要配置必要的除尘设备，除尘设备可根据抛丸机的规格来选择。有时钢结构没有得到良好的表面处理不是因为抛丸机选择不当，而是抛丸机的参数设置不当，所以对于抛丸机辊道速度、抛头电流在抛丸前都应进行合理的设置［1］。据悉，对部分钢结构施工企业的技术人员对抛丸机的分类和特点并不十分清楚，在选择抛丸机时主要向抛丸机供应商进行了解，所选择的产品不一定是最适合的。

若干年后，抛丸机在小型钢结构企业将极有可能得到普及，其原因主要有4个方面：（1）随着新产品的开发，市场上的抛丸机种类增多，小型钢结构企业可根据自身需求购买适合的小型廉价抛丸机；（2）喷砂工作异常艰苦，我国目前存在“用工荒”和“就业难”并存的现象［2］，工人宁愿待业也不愿从事喷砂这种极为艰苦的工作，自动化抛丸机可节约劳动力，方便招工；（3）抛丸会产生大量的灰尘，对工人的健康有一定的影响，容易诱发尘肺病等，当前我国职业病认定体制还不是特别完善，尘肺病患者维权艰难［3］，很多职工无法得到赔偿，甚至被迫“开胸验肺”。随着我国法制的不断完善，这种现象将得以大大缓解，企业也将难以逃避责任。而抛丸机因为是自动作业，当抛丸作业开始后，操作人员可远离现场，从而不易染上尘肺病；（4）抛丸机的一次性投入较大，当前钢结构市场行情较差，企业考虑更多的是如何度过“寒冬”，随着市场的好转，企业逐步将重心转移至企业的发展上，就会在基础设施建设方面增加投入，对于业主，尤其是小型企业的业主，根据需要正确地选用抛丸机十分重要，除了制造特殊产品的企业外，应尽量选择通用型抛丸机。

1 通用型抛丸机的选用

通用型抛丸机主要用于各种钢结构的抛丸处理，这类抛丸机应用广泛，同时适用于钢板、型钢以及散件等，因产量较高而分摊了制造工具以及研发成本，故价格低廉，但它仅针对某一种钢结构进行抛丸时，不如专用的抛丸机好用，本节仅讨论大中型通用型抛丸机，专用型抛丸机（如专门对管道进行抛丸等）不做讨论。

通用型抛丸机按照进料方式的不同主要分为吊钩式抛丸机、履带式抛丸机、网带式抛丸机、辊筒式抛丸机4种。

吊钩式抛丸机在抛丸过程中不容易产生碰撞，适用于怕碰撞的钢结构，同时钢结构完全悬空，抛丸效果较好，但使用时需要保证钢结构上有便于吊装的结构，且钢结构不能太大、太重，否则难以进行吊装。

履带式抛丸机和网带式抛丸机因采用传送带传送，故钢结构可以直接放在传送带（履带/网带）上，随着传送带进入抛丸机进行抛丸作业。抛丸操作方便，但钢制品在传输过程中可能会发生碰撞，故适合不怕碰撞的钢结构的抛丸。履带式抛丸机和网带式抛丸机的区别：履带式抛丸机的履带中间没有网格，故履带式抛丸机无法对钢制品紧贴履带的一侧进行抛丸处理，钢结构上因结构复杂而没有抛丸到的部位需用喷砂、打磨等其他方式进行处理，或者将钢结构翻转后，再进行一次抛丸作业；而网带式抛丸机网带上网格的存在使得钢结构紧贴网带的一面也能得到一定的抛丸处理，钢丸/钢砂可透过网格间隙抛射到钢制品上，和网带接触的区域则无法得到处理，从而产生网带触痕，为防止网带触痕的产生，选购的网带式抛丸机最好带有工件蠕动机构，钢制品在抛丸的同时不断在网带上蠕动，从而消除网带触痕，但部分网带所用的材质相对履带材质较软，在钢丸/钢砂的打击下会受到破坏，使用寿命较短。

辊筒式抛丸机可以将一些简单的钢结构，如钢梁、圆管等放在辊筒上送入抛丸机进行抛丸作业，但对于形状较为复杂的钢结构，如带有异形柱牛腿的钢柱，则无法直接使用这种设备，因为柱牛腿等伸出物容易卡在辊筒之间，造成无法传输；散件也难以适用，会从辊筒之间脱落。在这种情况下，需要使用放置钢制品的支架。

钢制品支架的制作：钢制品支架可以根据需要做成不同的样式，图1是钢结构企业常用的一种支架，这种支架可用于对结构复杂的钢结构（如建筑钢结构所用的钢柱）进行抛丸，它由底部底座、立柱和支撑圆杆组成。底座一般为日字形或田字形，底座下部有4个叉齿孔，方便叉车作业以转运支架，也可在支架上设置吊耳，方便用吊机进行吊运；立柱上设有多个圆形孔洞，支撑圆杆可插入圆形孔洞内，可根据钢结构的外形特点来决定支撑圆杆的分布，以保证钢结构在支架上的稳定放置，放置完毕后即可开始抛丸作业。此外可以设置带有吊架和吊钩的钢结构支架，可以通过吊钩将钢制品吊在支架上进行抛丸作业；可以设置网状支架来对小型零件进行抛丸；还可以根据需要制作其他支架。图2为经过改进的吊架式支架，支架上方的10个吊架可以用来悬挂吊钩，网状支架也可按此方法进行改造。有了这些支架的配合，辊筒式抛丸机可以起到部分替代其他抛丸机的作用。在小型钢结构企业中，若购买吊钩式抛丸机或一些专用型抛丸机而无法保证一定的使用频率的话，仅配置辊筒式抛丸机并配备若干种专用支架是比较经济的选择。

图1 用于抛丸复杂钢结构的支架Figure 1 The support for shot-blasting of complicated steel structure

图2 改造后的吊架式支架Figure 2 Revamped hanger support

2 新型教学用抛丸机的研究

抛丸是钢制品的常用工艺，抛丸机的应用在钢制品行业中极为普遍，但我们在市场调研中还没有发现专门用于教学的抛丸机。在教学实验中，很难直观明了地观察到抛丸机工作的实际状态。故亟需一种抛丸器的模拟装置，以方便观察，同时能进行一些参数调节的模拟实验。故研究了一款教学专用抛丸机。该技术已申报发明专利，目前已获授权［4］。

教学用抛丸机如图3所示，由支架、储罐、传送装置等组成，支架起到支撑作用，主要用于支撑外壳，另外支架还能用于安装一些必要的设备。支架分为大支架和小支架，小支架仅用于安装外壳（为便于教学，外壳需采用玻璃板）和小型辅助设备；大支架上部要架设磨料罐，所以做比较大，能承载更大的质量。储罐有2种，一种是下部储罐，用于放置磨料；另一种是上部储罐，上部储罐和下部储罐通过提升设备进行连接，提升设备将下部储罐内的磨料送往上部储罐，上部储罐中的磨料再通过重力作用经管路输送给模拟抛丸器。输送装置分为很多种，有辊筒式输送装置、传送带式输送装置、网状输送装置等，用来输送不同的构件。在运行过程中，磨料会落到辊筒式输送装置和网状输送装置的下部，清理非常困难，所以可以在辊筒式输送装置和网状输送装置下面设置一个手摇式传送带，用传送带将磨料移动到磨料收集箱内，落到外部的磨料主要靠人工清扫。小支架上安装模拟抛丸器，上部磨料罐内的磨料通过管线输入模拟抛丸器中，通过模拟抛丸器打到钢结构模型上。

图3 教学用抛丸机示意图Figure 3 Schematic diagram of shot-blasting machine for teaching

模拟抛丸器如图4所示，由伸缩杆、进料口、磨料喷出口、箱体、电机、连接口，与小支架的连接装置等组成。与小支架有多种连接方式，如可在小支架上开设很多等距离分布的孔洞，然后通过螺栓连接，也可以使用夹具连接等其他连接方式。伸缩杆可以实现装置的伸缩，控制其位置。这种抛丸器可以任意改变其位置、喷口方向等设置，抛丸机不同位置上可以安装多个这样的抛丸器，以模拟市场上各种不同规格的抛丸机，演示不同抛丸器位置、喷口方向达到的不同抛丸效果，提高教学质量。