一种吊链式抛丸清理机的研发与应用

李建亮，王 伟，袁存波，张加温，李计良

（山东开泰抛丸机械股份有限公司，山东邹平 256217）

0 引言

抛丸清理机作为铸造机械设备的一种，目前已被各个行业使用，其应用领域非常广泛，目前已在工程机械、车辆、船舶、桥梁、航空、电力等行业使用[1]。作为铸造机械设备，其在铸造领域[2]是必不可少的一部分，特别是随着环保要求形势的严峻，对于抛丸清理机的结构及性能要求，也随之增加。目前常见的抛丸清理设备主要有吊钩式、履带式、辊道通过式以及台车式、输送链式等。对于铸件的清理，通常有吊钩式和悬链式以及回转台车式（大型铸件）等类型抛丸机，从生产能力与效率上看，悬链通过输送式抛丸机相对性能更佳。悬链通过式抛丸清理机从最初的吊挂通过转变为轻型输送链、重型输送链等，从运行方式上有连续通过式、步进通过式以及节拍积放通过式等多种方式。根据当前市场需求较多的样式，以及在运行原理上相对较为简单上分析，本文重点介绍一种双工位悬链步进通过式抛丸清理机设备。

1 基本工况环境及技术要求

工件：铸件、锻件。

清理目的：粗抛，清理工件表面铸造粘砂，展露铸件原始金属光泽。

工况环境：电源：380V±0.1V、（50±2）Hz；气源：压缩空气0.5～0.7MPa；温度：-10～40℃；相对湿度：72%～84%；连续工作时间：16h。

除尘排放标准：≤20mg/m3。

噪声要求：≤93dB（A）。

占地空间限制：L×W=15m×10m，除尘放置室外，烟囱高度限制：≥15m。

2 双工位悬链步进式抛丸清理机的组成部件及结构特点

双工位悬链步进式抛丸清理机，主要由抛丸清理室、抛丸器总成、螺旋输送机、提升机、分离器、检修辅助平台爬梯、工件自转系统、工件输送系统、除尘系统、电气控制系统等部分组成（图1）。

图1 双工位悬链步进式抛丸清理机

2.1 抛丸清理室

抛丸室体由钢板及型钢骨架焊接而成，抛丸清理室的钢结构件均经过喷丸清理后喷防护底漆，同时还具有强化时效功能，保证有足够的刚度和强度。室体内壁整体内衬耐磨护板进行防护，抛射热区再悬挂一层高强度耐磨板，以悬挂方式安装，方便更换，这样对室体的防护大大加强，保证抛丸清理室体的整体寿命。

抛丸室外部一侧安装多台高效抛丸器，分为两个工位；室体形状、尺寸及抛丸器的安装位置与方向均需通过三维优化设计及动态仿真后确定，保证工件表面清理最优化。

根据基本工况及技术要求条件计算，设备的清理范围选择直径与高度，单挂工件最大重量确定为1t。根据选择的清理范围大小以及抛丸器到工件的最佳抛射距离选定设计室体钢板轮廓尺寸参数，这样在满足工件清理最佳范围以及最佳抛射距离的前提下，占用更小的空间。

2.2 抛丸器总成

本机在抛丸清理室侧壁上安装了多台抛丸器总成，分组配置。将抛丸器平均分为两组，布置成为两工位，所布置的角度、位置均由计算机设计确定，保证对工件进行全面彻底的清理。

抛丸器总成由抛丸器（图2）、皮带轮、三角带、电机、防护罩等组成。弹丸由导入筒进入分丸轮，经定向套窗口被送到叶片上，在高速离心力的作用下，形成扇状弹丸束，抛射到工件上，将工件表面的氧化皮等附着物进行剥离，从而达到清理工件的目的。调整定向套窗口的角度，可以改变抛射带的位置。

图2 抛丸器结构图

本机所选用的QY360 型抛丸器，是采用日本新东技术生产的双圆盘直线叶片高效抛丸器，并在原有基础上进行改进和创新，使用中最大限度做到节能、环保、高效，壳体焊接采用机器手一次成型焊接。采用整体加工工艺，保证装配与动平衡精度。抛丸器整体流水线组装，工艺成熟，质量稳定。耐磨叶片、分丸轮、定向套为熔模精铸生产线生产的高铬产品，显著提高其使用寿命，避免经常停机更换，降低生产成本。抛丸清理机的核心部件就是抛丸器，其核心组件性能及特点如下：

（1）抛丸清理机的重要装置是抛丸器。

（2）投射材进入分丸轮，由定向套抛出，再由叶片加速投射出。

（3）重要部件：分丸轮、定向套、叶片，蜡模精铸工艺生产。

（4）分丸轮：分丸轮的作用是将投射材通过离心力定量送给叶片。

（5）定向套：定向套的作用是决定分丸轮过来的投射材的投射方向；全封闭刻度盘式，可方便地调节抛射角度和抛出方向，选用高铬特种耐磨铸铁制成。

（6）叶片：从分丸轮、定向套过来的投射材由高速旋转的叶片加速投射。选用高铬特种耐磨铸铁精铸制成，有较高的耐磨性和使用寿命；所有的叶片铸造后均需经过严格地修整打磨，通过天平称重配对，每台抛丸器叶片重量差≤3g。

2.3 螺旋输送器

本机配备两台螺旋输送器，横纵各一套，主要由壳体、摆线针轮减速机、螺旋轴、叶片、带座轴承等组成。工作时，螺旋输送器旋转，将清理室底部漏斗所收集的丸料输送至卸料口，然后由卸料口流入斗式提升机。整个螺旋轴采用焊后整体加工，从而保证了螺旋轴两端的同轴度。螺旋叶片采用Q345（16Mn）耐磨板制作，内外圆均经特殊工艺进行加工后拉伸而成，节距、外圆尺寸均十分精确，提高了螺旋的寿命。轴承的密封采用迷宫盘、密封圈、轴承垫板等，从而更好地保护轴承不会因进丸砂而损坏，最大限度的延长了轴承的使用寿命，减少了设备的维护成本。螺旋输送器的一端轴头上装有脉冲轮，可检测跟踪螺旋输送器的工作状态，一旦出现卡阻等故障，可及时将信号反馈至电控系统进行处理，保证设备的安全运转。

2.4 提升机

磨料的循环使用是通过斗式提升机进行提升实现循环利用的，其由摆线针轮减速机、上下滚筒、输送胶带、料斗、封闭料筒和涨紧装置等组成。提升机的下端进料口与螺旋输送器相连，上端出料口与分离器相连。罩壳采用折弯成型焊接结构。侧面设有检修门，以维修、更换料斗。下罩壳的正面及侧面均安装有活动门，以维修下部传动，排除底部弹丸堵塞。

提升机的结构性能如下：

（1）提升机靠离心重力方式落料。工作时，固定在输送带上的料斗将底部的丸料刮起，并将丸料送至顶部，然后以离心重力方式，将弹丸落至分离器的螺旋内。

（2）提升机卸料罩的斜壁，采用高锰钢板制作。因为每次落料时，弹丸总会冲刷该处，久之，该处就会被磨穿，所以应采用耐磨的材料。

（3）采用聚脂线芯专用传动带，具有很高的强度及抗拉伸性能。

（4）采用唇口加厚耐磨料斗以进一步增加提升机的稳定性，并降低能耗。

（5）采用鼠笼型滚筒，中间略突起。这样既提高了提升胶带与带轮间的摩擦力，避免了老式光皮带轮的打滑现象，又降低了提升皮带的预紧力，延长了使用寿命。并且，能够防止弹丸卡在下部皮带轮与皮带之间令皮带跑偏的现象。弹丸从轮辐与皮带之间流出。

（6）提升机设有皮带涨紧装置。

（7）提升机减速机装有制动机构，防止因停电等事故引起皮带逆转而导致提升机下部堵塞。

（8）提升机下部轴上装有脉冲轮，可检测提升机的工作状态。如果在2.5s 内电机运转而下部轴不转，PLC 将立即得到故障信号，停止设备的运转并产生报警输出，以保证设备的安全。

2.5 磁选分离器

对于铸件的抛丸清理[3]，磨料与清理掉的铸造粘砂分离是一项重要的过程，因此对于分离器的性能要求也比较高。本机配备的分离器为磁选分离器，其主要由螺旋布料器、磁选系统和风选系统和储丸斗四大部分组成。其运行原理为：（1）丸料和砂由斗式提升机提至滚筒筛中，经滚筒筛的推送，使其沿分选区均匀布料，并形成流幕，通过调整重锤的位置，可以保证使整个分选区长度上形成满幕帘，均匀的丸料流幕再进入磁选滚筒中。（2）丸料和砂进入磁选系统，直接在主磁选进行丸/砂分离。因主磁选分离后，砂中仍含有丸料，因此再由副磁选将丸料彻底分离出来（磁选滚筒有一个固定的磁心和一旋转的防磁壳，在磁性区，丸料吸附在旋转筒壳上，筒壳旋转到非磁区，丸料掉落并进入风选系统，而砂则直接落入螺旋给料机进入副磁选并最终落入砂箱）。（3）丸渣混合物进入风选系统，直接经过均衡器进入步梯系统，由于混合物通过步梯系统，逆流的空气流将丸料中的砂分离。丸渣混合物在下降过程中，受到水平气流对颗粒的推力，从而形成偏斜的曲线运动轨迹，因颗粒的比重和粒径的差异，其偏斜程度而不相同，从而使丸渣得以分离，粉尘被吸入除尘器进行净化处理，碎丸、氧化皮等进入废料管排出，合格弹丸进入储丸斗以供循环使用（风选系统由重力式阻砂板、导流板、一级撇滤板、二级撇滤板、吸风口、壳体、筛网、贮丸斗和风量调节阀组成。储丸斗由钢板及型钢焊接而成，箱式结构，其下方安装供丸阀）。

2.6 弹丸控制闸门

本机配备的磨料控制闸门采用气动控制，在闸门的上部设有手动调节流量的阀板，在调试及检修闸门过程中起着重要的作用。闸门的开关通过一气缸控制开合。闸门的配备数量与抛丸器数量一一对应，实现独立控制。

2.7 检修平台及爬梯

设备配备辅助检修平台及护栏和爬梯，方便人工检修过程的安全及操作，人性化的设计有助于设备的维护与保养。平台护栏及爬梯具有足够的强度及牢固度，符合国家标准及职业健康管理标准。

2.8 工件自转机构

待处理工件在进入设备相应的抛丸区域，停止后进行自转，自转机构采用链条与链轮啮合的方式进行配合运转，运行平稳；自转机构的链条采用宽式非标链，同时设有张紧机构，对非标链进行张紧；自转机构也可实现工件吊挂系统正反转，以便对工件的各个角度进行全面化清理。

2.9 工件输送系统

工件输送系统是整个设备运行节拍控制的根本，本机选用的悬链为重型冲压可拆链，承载每个吊钩的负载滑架为两个。吊挂在吊钩上的清理工件，由驱动链轮通过链条拖动，沿轨道依次通过式地行进。轮架在工字钢下翼上运行，导轮用来防止吊钩进入抛丸器工作区时产生摆动现象。

根据输送及设备操作最佳工位配置，选择设置吊钩共10 个，每2 个一组，共5 组，分别为上件工位、待处理工位、在处理工位、待卸件工位、卸件工位等五个工位。吊钩组采用密封导向吊钩。由一层耐磨板与吊钩组合而成，与清理室顶部吊钩行走槽处一层Mn13 高耐磨护板、多层耐磨胶板和尼龙毛刷共同组成迷宫式密封带，结构精巧，有效防止弹丸反弹至室体外。

涨紧装置由接头活动轨、链轮组、小车框架及重锤拉紧装置等部分组成。用来补偿链长和轨道长的制造误差，有利于链条的安装并补偿在运转过程中因磨损使链条节距增长的影响，以保持链条的涨紧状态。本机涨紧装置靠配重体的重力作用使小车框架上的滚轮滚动，带动滚轮组移动，达到自动涨紧之目的。

输送悬链的选择根据实际工况及技术要求，承载能力为单挂工件1t，双点吊挂式结构，因此单点承载能力≥500kg，选择合适的输送链型号有助于工件运行输送的平稳及安全。在输送过程中，停靠运行稳定准确，同时承载能力强，实现长时间的输送工作，对于环境恶劣的使用现场，其输送性能有着更加突出的表现。

2.10 除尘系统

本设备采用三级除尘，包括脉冲布袋除尘器、旋风除尘器、惯性沉降箱、管路、风机、烟囱等。粉尘首先经沉降箱进行第一次粗除尘，将较大颗粒予以沉降，再经旋风除尘器进行第二次过滤，最后经脉冲反吹布袋除尘器进行精过滤。

随着环保要求的日趋严谨，抛丸清理机除尘系统中的除尘器性能也要求更加严格，本机选择的脉冲布袋式除尘器，是当前除尘设施中的潮流样式。脉冲布袋除尘器包括室体、风机、管路等。该除尘器属过滤性装置，采用织物捕集灰尘，滤袋采用优质针刺毡布料，灰尘捕捉效果好，对亚微米级粉尘的除尘效率可达99%以上。工作过程是粉尘由风机吸送至袋式除尘器内，经过布袋过滤，清洁空气排入大气；而布袋上的灰尘由脉冲阀控制间歇式地吹入压缩空气，使布袋内的负压瞬时产生正压而使灰尘脱落。同时，该除尘器维护成本低，过程效果好，为目前市场最看好的性价比高的除尘器结构之一。

2.11 电气控制系统

本机采用西门子可编程控制器（PLC）控制，PLC、变频器选用西门子公司产品，其他主要电器元件均采用正泰产品；操作系统采用西门子触摸屏控制。整套系统设有自动/手动切换开关，可自动操作，设备各部件按预先编好的程序进行顺序运行；也可手动控制，便于调试人员对设备进行调整；同时，电控系统中设有电气互锁、自锁及安全防护功能，以保证设备的安全运行。

3 结束语

双工位悬链步进式抛丸清理机是铸造件表面清理设备的优选机型之一，目前已在多个行业中成熟应用[4]，其输送平稳、工件不落地、清理效果良好、是粗抛的最佳选择之一。其优点体现在：

（1）悬挂式输送，工件不落地，避免因为毛坯铸造件落地转移造成的车间环境恶劣，避免了杂乱差的工况环境。

（2）多工位的设置，充分利用了工作时间，人工上下料与抛丸清理时间不冲突，效率更高，产能更大。

（3）悬链的布局走向灵活，可根据实际车间物料布局规划制定合适上下料位置，长期的经济效益更高，人工成本更低。

（4）良好的环保性能及低排放减轻了环保压力，对于环境的保护更加合理，固废处理成本低，降低潜在的企业隐性成本，增加效益。