懸鏈式拋丸清理機（jī）性能分析和結構優（yōu）化（huà）

摘要：拋丸清理工藝是一種表（biǎo）麵處理技術（shù），它是通過拋（pāo）丸器葉（yè）片（piàn）的高速運動利用離 心力（lì）將彈丸高速拋落衝擊（jī）在工件或物體表麵，達到清理強化的效果。與其他表麵 處理技術相比來說，它更快、更有效。我國拋丸技術隨時間不斷的發展，拋丸設備已 經廣泛應（yīng）用於零件表麵的清理和強化，例（lì）如鑄（zhù）鍛件、部分焊接件、熱處理件的表麵清理（lǐ） 和齒輪、彈簧、受到高應力的板簧的強化處（chù）理。此外，其技術還可應用於車輛、輪船的 表麵處理。經過不斷地發展，多年來拋丸裝備越來越完善，技（jì）術也變得（dé）更（gèng）成熟，性能和 效率不斷提高。 目前，國內的拋丸裝備與（yǔ）國（guó）外相比，差距越來越小，但是一些（xiē）耐磨件使用時間相對 較短，易損件更換頻率（lǜ）高（gāo），後期維護費用較多。對於懸鏈式拋丸機來說，室體的維護和 密封有一些不足，輔（fǔ）助係統在實際應用中（zhōng）也（yě）有不足，需要改（gǎi）進。 本論文的主要內容： （１）研究拋丸器的工作原理，對彈丸清理和強化效果的（de）影響因素進（jìn）行（háng）分析，並對 拋丸器基本性能指標進行了理論（lùn）數據（jù）計算。根據實際生產加工的懸鏈式（shì）拋丸機，對（duì）機器 進行整機研究，獲得拋丸（wán）器的各種尺寸（cùn）數（shù）據，用ＵＧ軟件建立其拋丸（wán）器和室體的三維（wéi）模 型，為軟件分析提供基礎。 （２）用（yòng）ＡＤＡＭＳ仿（fǎng）真模型，分析彈丸的運（yùn）動狀態，結（jié）合文（wén）獻中分析彈丸（wán）幾種（zhǒng）理論， 選擇合適的方法進行軟件仿真。考慮空氣阻力、重力、拋打角度和拋打（dǎ）距離的影響，對 彈丸（wán）衝擊過程進行分析，並（bìng）計算（suàn）驗證。運（yùn）用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ對室體內護板進行分析， 得到相應的應力（lì）圖和較大應力，對其（qí）設計（jì）方案進行了改進。當對拋丸清理機進行方案設 計時，根據較大工件的外（wài）形尺寸來選擇合適的室體結構和承載機構。合理布置拋丸器的 位置，若布置不當（dāng）將會增加彈丸打空的機會，降低拋打（dǎ）效（xiào）率，同時也加快室體護板（bǎn）和其 他結構的損壞。 （３）對拋丸機其它係統進行簡（jiǎn）單的介紹和分析，主要包（bāo）括丸料循環分（fèn）離係統和懸 鏈輸送係統。其中丸料係（xì）統（tǒng）分析主要針對螺旋輸送器、提升機和（hé）除塵係統。計算驗證螺（luó） 旋輸送器輸送量，並針對螺旋輸（shū）送器軸（zhóu）承易（yì）磨損問題進行了分析和改進。調研噪聲來源， 提出降低噪聲的辦法。
關鍵詞：懸鏈式拋丸機；拋打效果；護板；結構優化

第一章 緒論

１．１表（biǎo）麵清（qīng）理（lǐ）技術和拋丸機概述

１．１．１表麵清理技（jì）術

表麵清理設備通常用（yòng）於清除鑄件或零件表麵氧化物和表麵的（de）粘結物，並使它們的表 麵質量達到一（yī）定要求的機械設備。其設備可以（yǐ）分（fèn）為濕式（shì）清理設備和幹式清（qīng）理設（shè）備兩種類 型。濕式（shì）清理設（shè）備是在濕態下進行清理的，一般情況無法（fǎ）使表麵達到（dào）一定的粗糙（cāo）度和清 潔度，也不能清（qīng）除表麵（miàn）氧化（huà）物，而且它投資也（yě）較大、環境汙染嚴重，一般在特定的條件（jiàn） 下（xià）才會選（xuǎn）用。而有一定的作用使工件表麵產生塑性變形帶（dài）有衝擊作用的幹式清理（lǐ）設備， 不僅能夠去除工件表麵（miàn）的氧化物和粘結物，還能使工件表麵達到一定的表（biǎo）麵質量要求， 且投（tóu）資較低、汙染（rǎn）小，因而已在實踐中應用廣泛【ｌ 幹式清理是在無液態介（jiè）質、幹燥條件下進行清理的。這種方法是對某些鋼結構件、大部分的鑄件等工件進行（háng）表麵去除殘留的型（xíng）砂（shā）以及氧化皮等粘結物的主要方法。 按照可以使彈丸產生加速的方（fāng）式可以把（bǎ）磨料清理分成噴丸清理和拋丸清理兩種。噴（pēn） 丸清理是以高壓來壓縮空氣作為（wéi）動力，將彈丸或丸砂加速；拋丸清理是由機械方法利用 拋丸器通過離心（xīn）力獲得高速投射到零件表麵上的清理方法。 從工藝分類來講，拋（pāo）丸清理隻是限於以清除鑄、鍛（duàn）、熱處理（lǐ）等（děng）工件的表麵（miàn）氧化膜、 黑（hēi）皮等為目的的（de）一種清理工藝，類似（sì）的工藝還有噴丸和噴砂。拋丸（wán）的原理是利用高速旋 轉的葉片（piàn）將彈丸加速到一定速度，將具有一定速度的彈丸拋向所要清理的（de）工件表麵，用 以去除工件表麵的粘砂、氧化皮、毛刺等，得到具有一（yī）定表麵粗糙度的過程。使工件變 得美（měi）觀或者改變工件的焊接拉應力，達到提（tí）高工件使用壽命的目的。提高（gāo）工件表麵的粗 糙（cāo）度，也可以（yǐ）提高工（gōng）件後續噴漆的漆膜對工件的附著力。拋丸工藝（yì）用於機械很多領域， 如汽車的零部件、軍工、橋梁、鋼結構、鋼板（bǎn）型材、橋梁養（yǎng）護、管道內外壁除鏽防腐甚 至隧道道路表麵等行業【２Ｊ。 噴丸清（qīng）理有如下特點： （１）可以根據實際要求使用（yòng）金（jīn）屬或（huò）非金屬丸砂，以適應清理不同工件表（biǎo）麵的要求。 （２）容易清理複雜的管壁內、外表麵，清理的靈活性大並且不受（shòu）場地的限製，可將設 備移至大型工件附近進行清理【３ｊ。 懸鏈（liàn）式拋丸清理（lǐ）機性能分析和結構優化 （３）設備結構（gòu）原理（lǐ）較筒單，整機投資少；易損件少且維修費用相對較低（dī）。 （４）必須配備大功率的空氣壓縮站，在清理效果相似條件下，能量消耗較大並且所清 理表麵易有濕氣，易生鏽‘４１。 （５）清理效率低，操作人員多，操作環境（jìng）差。 相比（bǐ）噴丸清理方法，

拋丸（wán）清理有以（yǐ）下特點：
（１）清理效率高，操（cāo）作人員少，費用低。容易實現機械自（zì）動化，適用（yòng）於工件大批量清（qīng） （２）無（wú）需壓縮空（kōng）氣的方（fāng）法加速彈丸，因而不用設（shè）置功率大的空氣壓縮站，表麵清潔（jié），無濕氣，不易生鏽。 （３）靈活性差，受限製較多。清理工件時有些盲目性，在工件內表麵（miàn）易產生清理死角（jiǎo）， 無法徹底（dǐ）清理幹淨。 （４）易損件多，特別是拋（pāo）丸器葉片、護板等零件磨損快（kuài），維修費用（yòng）高（gāo）。 （５）一般（bān）情況下（xià）不（bú）能使用（yòng）輕小型的彈丸或（huò）丸砂。通過彈丸衝擊（jī）後會使（shǐ）工件表麵產生表（biǎo） 麵強化現（xiàn）象，工件抗腐（fǔ）蝕能力較大時可提高一倍，較大情況下可提高約５０％的抗疲勞強 度，表麵硬度也將提高【５１。經彈（dàn）丸（wán）衝擊後，可以消除（chú）鋼材表麵焊縫的內應力，並可顯現 出材料（liào）中的隱蔽（bì）的裂紋。 目前拋丸清理方法是世（shì）界上較可靠（kào）和（hé）經濟的（de）表麵（miàn）清理（lǐ）方法之一。

拋丸清理技術與其 它清理技術相比，具有下述的優點：
（１）提高機械產（chǎn）品或工（gōng）件的抗疲勞性能。 （２）延長（zhǎng）工件使用壽命。 （３）消除其（qí）應力集中（zhōng）。 （４）極大的減輕環境汙染（rǎn）。 （５）提高清理的（de）效（xiào）率。 （６）減輕清理工作的勞動（dòng）強度。 （７）優化工件的表麵工藝狀態。
１．１．２拋丸清理設備的類型（xíng）
拋丸機（jī）按工件承載體的結構不同，可分為轉台式、滾筒式、吊鉤式（shì）、台車式、鼠籠 式（shì）和懸鏈式等，每種拋丸機特點不同，適合處理的工件也不同【６１。轉台式拋丸機是將工 件放在可以轉動的工作台上，以轉台的轉動來改變工件被清理的位置；翻滾式拋丸機是將工件放入具有一定操作空間的室體內部，由運動的室壁帶動工件作翻滾運（yùn）動，達到全 麵清理的（de）目的；台車式設（shè）備是工件放在可以移動和旋轉（zhuǎn）的車式承載台上，使工（gōng）件做平移 運動或旋（xuán）轉運動。懸鏈式拋丸機主要適用於大批量中小型工件的拋丸處理。從結構形式 上，一般可分為Ｑ４８係列普通懸鏈步進通過式、Ｑ５８係列積放鏈式等類別（bié）。其工作（zuò）原理 是工件隨吊鏈可（kě）以進行連續運行（háng）、步進運行或采用先進的積放式懸鏈運輸工件，使工件 在裝卸處以及拋丸（wán）區處於停止狀態，達到定點裝卸和定點拋丸工序的目的。根據工（gōng）件不 同，可吊重５０－－－２０００ｋｇ的工件，且運行可靠，生產率高，對各類易吊掛（guà）類零件的大批 量清理非常適用【＿７１。它可以實（shí）現工件靜態裝卸、快速輸送與定位，工件旋轉拋丸清理。適 合於大批量、鑄鐵、鑄剛、及焊接（jiē）件的全（quán）方位（wèi）拋丸清理，用於各種形式的可吊掛式（shì）工件， 如轉向（xiàng）架組件、發（fā）動機缸體缸蓋、電（diàn）機的殼體、齒輪、機車鉤尾框組（zǔ）件、五金工具殼體、 水泵等清理效果尤佳，一般可按照用戶產品的特（tè）點和（hé）要（yào）求設計製作瞵Ｊ。

１．２國內外技術發展狀況

懸鏈式拋丸清理機適用於批量生產的中、小型工件的拋丸清理（lǐ）和處理。老式的（de）連續 式懸鏈拋丸清理（lǐ）機，在上個世紀的六、七十年代、直到八十年（nián）代初，一（yī）直是發動機生產 廠（chǎng）家清理工（gōng）件的*選產品。但其存在著以下較大的缺陷： （１）對於（yú）某些小型件的（de）行進拋丸清理，由於吊鏈是連續運行的，而工（gōng）件之間具有一定 的間隔或距離，在工作過程中拋（pāo）丸器在不停地拋丸，有些彈丸並沒有拋（pāo）打在工件（jiàn）上，所 以其彈（dàn）丸利用率（lǜ）較低，同時造成拋（pāo）丸器對麵護板的（de）損壞加劇【９Ｊ。 （２）由於吊鏈在不停地運行或停止，致使拋（pāo）丸室進（jìn）、出１２１處無法加裝防護門，而隻能 用橡（xiàng）膠簾或其他（tā）措施密（mì）封，彈丸或灰塵不宜被徹底（dǐ）密封住，導致彈丸（wán）四處飛濺或者灰塵 較多，對生（shēng）產環境造成了汙染。許多生產廠（chǎng）家先後對該係列拋丸機作了許多方麵的改進（jìn） 設計，但始（shǐ）終（zhōng）未能完全（quán）克服以上缺吲１０】。 二十世紀八十年（nián）代（dài）初（chū），國內企業相（xiàng）繼開發了（le）Ｑ４８係列、Ｑ５８係列（liè）、ＱＬ２０係列步（bù）進式 懸鏈（liàn）式拋丸清理機。采（cǎi）用普通懸鏈“步進”輸送工件，可使工件在加卸料地點以及拋丸處理 區都（dōu）處於（yú）靜止（zhǐ）狀態，以方便加卸料（liào）和提高彈丸拋射效率【１１。２１。吊鉤自轉（zhuǎn）可視工件要求被 處理情況實現調（diào）速和正反轉。拋（pāo）丸室采用全封閉的結構，在拋丸室（shì）兩側設有密封室，使 彈丸不再飛（fēi）濺出來，同時在拋（pāo）丸室（shì）項部及拋丸器開口處（chù）均采取特殊方式（shì）密封和吸塵裝置。 在拋丸室內襯（chèn）有快換式高高合金耐磨或含猛量高（gāo）的襯板（bǎn），使用壽命增長而且（qiě）更換方便【１３】。 根據生產率相應要求（qiú），可設置１個或多個拋丸工位。單鉤吊重可達１２００公斤，生產率（lǜ）可 懸鏈式拋丸清理機性能分析和結構優化 高達８０鉤每小（xiǎo）時【１４Ｊ。 對於不同的工件（jiàn）和相應的拋（pāo）丸要求，可以（yǐ）設計不同的拋（pāo）丸機，其相應內部係統的配 合和優化變得尤（yóu）為重要，許多（duō）係統都可以（yǐ）進一步改進（jìn）和優化。 對於分丸輪中彈丸在拋丸葉（yè）片上的加速運動，有很多人對此（cǐ）進（jìn）行了研（yán）究，並取得了 一定的成果，然而實際生產中所觀察到的拋丸葉片（piàn）損壞形式（shì）不能（néng）很好（hǎo）地解釋，於茂（mào）旺等 人提出了“多次碰（pèng）撞”的理論，拋丸（wán）葉片的破壞形式得到了很好的解釋【ｌ ５１。張丹等人應用 ＡＤＡＭＳ軟件進行仿真，仿真了彈丸在拋頭器中的運動（dòng）加速過（guò）程（chéng）。主（zhǔ）要考（kǎo）慮了重力（lì）、空氣 阻（zǔ）力、摩擦力等（děng）因素（sù）對彈丸的（de）方向和速度的影響【ｌ ６１。運用了計算機軟件仿真的方法模擬 鋼丸從定向套窗口拋出至拋出拋丸器這一過程（chéng）中彈（dàn）丸的速度變化情況，並分析了空氣阻 力和摩擦力的變化（huà）情況，對於（yú）彈丸速度的理論研（yán）究及現實計算具有一定的參考（kǎo）意義。王（wáng） 守仁等通過相互對比的方式介紹了幾種國內外拋丸器高鉻鑄鐵葉片的力學性能與微觀組 織結構。經過（guò）試驗與分析，而且組織結（jié）構合（hé）理，並被合理的熱處理（lǐ）後葉片的硬度達到（dào） ＨＲＣ６４．２，具有優良耐磨性，為拋丸機的葉片材料分析提供了相應的依據【ｌ。７１。經複合精密 鑄造工（gōng）藝生產的葉（yè）片和拋頭軸承是拋丸器（qì）內部的關鍵部件，也（yě）是（shì）較易損壞被更換的部件（jiàn）， 實（shí）際中生產（chǎn）中，拋丸器拋頭采（cǎi）用２３１３調心滾（gǔn）子軸承，轉速可達３５００ｒ／ｍｉｎ，較大輸入功率 為１５ｋＷ〔博Ｊ。徑向軸和拋頭采用直（zhí）接配（pèi）合，可以無調節裝置；軸向雙端固定，預緊量（liàng）可（kě）以 調節。由於振動相對較大，載荷（hé）變化劇烈。孫永豪等人通過大量的失效實驗和實際觀察， 認為軸承主要（yào）的失效類（lèi）型有：滾動體受到剝落引起的失效、外圈的變形過量失效、保持架 斷裂失效、外圈的磨損過量（liàng）失效、滾動體的變形過量（liàng）失效、內（nèi）圈的點蝕造成的失效【ｌ ９１。 引（yǐn）起失效的主要原因有：機（jī）械振動、潤滑劑高溫下失（shī）效產生的堅硬的燒結物和進入的灰 塵和碎彈丸引起的（de）磨（mó）粒磨損【２０１。現在某（mǒu）些企業通過對拋丸器軸（zhóu）端結構改進，在拋丸器拋 頭長（zhǎng）時間工作（zuò）後，可（kě）以快捷容易地更換分丸輪聯接座和分丸輪，這樣就不需更換拋（pāo）丸器 的（de）傳動軸。由於分丸（wán）輪連接座的製造較為容易且便於更換，從而更換拋丸器傳動軸所帶 來（lái）的工時和維修費用損失可以得到一（yī）定的避免，所以有效地提高了拋丸機的生產效率。 為了提高拋（pāo）丸器前曲葉片在使用中的（de）壽（shòu）命，一些文獻中運（yùn）用ＡＮＳＹＳ軟件，建立了拋丸 機相應的葉片的（de）有限元模型，采用加載方式是節點載荷加載的方式。其（qí）結果顯示：雖然葉 片總體應力比較低，但存在應力集中（zhōng）點明顯存在。葉片彈（dàn）丸葉片邊緣受（shòu）到正壓力的較（jiào）大值。 葉（yè）片的失效形（xíng）式是過大的正壓（yā）力引起的表麵磨損和應力（lì）相對集（jí）中引起的疲勞斷（duàn）裂。提高（gāo） 葉片的使用壽命，除選用合適的材（cái）料提高葉片的耐磨性外，還（hái）需要設計適（shì）合的葉片形狀，以（yǐ） 降低較大正壓力的影響１２。

在（zài）拋丸過程（chéng）之中，工件與彈丸之間的接觸情況十（shí）分複雜，具有高度非線性，用理（lǐ）論公式 很難直接（jiē）分（fèn）析，因此目（mù）前的分析拋噴（pēn）丸工藝的主要實施理論方法是數（shù）值模擬的方法。 Ｓ．Ａ．Ｍｅｇｕｉｄ等開發了單彈丸拋丸模型、多彈丸拋丸模型用來模擬實際的拋丸工藝【２２－２５１。 同（tóng）時拋丸室體整體製造技術逐步（bù）更新，優化了室體內外的結構和內襯材料；室內護板（bǎn） 采用了新型（xíng）的材（cái）料；懸鏈軌道的密封（fēng）是采用的（de）迷宮密封形式（shì），從而（ér）有效地防（fáng）止丸砂外溢。 對於懸（xuán）鏈式拋丸機來說，懸鏈釣（diào）鉤（gōu）係統總成得到優化，結構得（dé）到更新；而且，可（kě）以通過鑄 件拋丸後的效果，來適（shì）當地調（diào）整懸鏈行走的速度。軋製（zhì）高錳鋼護板在清理（lǐ）室內部得到應 用，有效提升了防護等*；室壁采用了壓嵌式的結構，接縫部位出現漏洞的幾率減少了， 提高相應的使用壽命（mìng）。現（xiàn）在某些廠家開始把機械手用於清理鑄件工件的清理。從總（zǒng）體講， 該拋丸機對發動機缸體和缸（gāng）蓋等難清理鑄（zhù）件的背麵和內腔清理效果較好，同時操作簡單， 生（shēng）產效率提（tí）高，因此公司的清理質（zhì）量和（hé）效率（lǜ）得到了顯著提高【２ 不同規格鑄管和鋼管在拋丸室內需（xū）在一定的位置旋轉。為保證各種規格管（guǎn）的拋丸質量和效率，安誌平等人通過把拋丸機夾持裝置和夾頭結構進行了創新改進，實現了鑄管 自動升降和旋轉【２ ７１。解決（jué）了（le）傳統鑄管和鋼（gāng）管拋丸機升降裝（zhuāng）置設備備件消耗量大、故障頻 繁、生產率低的難題，達到了備件消耗少、投資省、生產（chǎn）效率（lǜ）高的目的。

重新裝配（pèi）使用的螺旋葉片經過耐磨堆焊後，有效地提高了螺（luó）旋輸送器葉片的耐磨性， 降低了螺旋軸和（hé）軸承的更換頻率。原來需要每（měi）半年更換（huàn）一次，現在（zài）使用一年（nián）後，葉片表 麵仍（réng）沒有明顯磨損，降低了更換費用，減少維修（xiū）工時【２引。同時在同樣工況條件下，選用 性能優異的焊接材料可以使產品（pǐn）磨損程度更小，生產效率得到一定程度的提高，可以滿 足（zú）了生產實際（jì）中的需要。螺旋軸在拋丸機上拆裝非常的不（bú）便，葉片耐磨處理和修複延長 了螺（luó）旋輸送器葉片的使用壽命。而且采（cǎi）用電弧焊，設備簡單（dān），容易操作，費用較低，節 省了大量購置配件的投資，為（wéi）企（qǐ）業節省了設備維護費用具有一定的推廣使用價值。 在不（bú）改變（biàn）丸砂分離器（qì）的（de）丸砂分離結構和原（yuán）理的（de）基礎上，根據螺旋給料係統中給料彈丸 量的增加，對給料螺旋加以設計並重新（xīn）製造；在氣路上加接相應組件，對氣源進行進一步的 淨化處理，以利於氣（qì）動元件運行正常（cháng）。 經過六十多（duō）年的不斷發展，我國清理裝備（bèi）和（hé）技術同其他行業設備一樣走過了從（cóng）開始 的仿製到現在的自主開發，一個從無到有慢慢發展的道路，到目前已經發展成了品種齊 全並且具有一定生產能力的清理行業，出現了一些優秀企業。 由於清理設備製造廠家能力（lì）和水平有（yǒu）差（chà）異，在使用中投入的維護（hù）差別也很大，如表 １．１所（suǒ）示。在拋丸設備的維護使用費用中（zhōng）易損件相對占用了大部分的比例，根據經驗來看其比（bǐ）例（lì）接近８０％。國產拋丸清理設備（bèi）在使（shǐ）用中後期的時候，拋丸室的飛濺拋丸現象較為 嚴重，主（zhǔ）要包括拋丸室室壁護板的破損引起的漏洞，連續式拋丸機軌（guǐ）道的間（jiān）隙也（yě）是（shì）鋼丸 漏出的一個原因，造成了後期維護的工作量較（jiào）大，維修工時時間長（zhǎng），所以提（tí）高拋丸機磨 損件的壽命變得非常重要【２９】。
表１－１拋丸設備國內外維護（hù）投入對比
１．２．１小結
同日美（měi）國、歐洲（zhōu）等發達國家相比，從產品使用壽命、加工水平，還是產品的可靠性、 控製水平等都存在著一（yī）定的差距。具體主要表現在如下： （１）材料及加工裝備 拋丸器和拋丸室之（zhī）中用的耐磨件、易損（sǔn）件的使用壽命等與國相比存在著一定的距離， 加工製造水平等還需要進一步的提高（gāo）。 （２）設（shè）計水平 現（xiàn）在我國設計人員的自主開發能力仍然還不夠，大多數企（qǐ）業仍處於（yú）仿製的階段（duàn），同 時（shí）其試驗條件及設計條件均不夠適（shì）宜和理想。 （３）控製水平 我國產品的智能控（kòng）製、自動化（huà）的水（shuǐ）平和自動監測等技術與國外先進水（shuǐ）平相比（bǐ）仍（réng）有一 定的差距。 隨著技術的不斷發（fā）展和實際要求（qiú）對工件表麵質量要求的不斷提高，工件表麵清理已 成為生產活動中必不可少的工藝處理手段（duàn），所以要求清理（lǐ）設備與技術的進一步提高和發（fā）展。

１．３選題的背景及意義

拋丸工藝自從產生以後（hòu），得到了廣泛的應用，因為其生產率高、清理效果好、能耗 低。拋丸機械已經從較為單一的機（jī）械種類（lèi）發展成一個（gè）領（lǐng）域，從單一的（de）生產程序（xù）發展到整 濟南大學碩士學位論文（wén）個（gè）生產工（gōng）藝中的（de）一個不可缺少的部分。曆經幾十年的發展，拋丸機從傳（chuán）統的單一種類到（dào） 現在的多種類發展，從水平移動到多個方向（xiàng）移動。拋丸機正在慢慢地延伸到每個行業中， 給各個行業生產和工藝帶來了很大便利（lì）。多年來拋丸技術與設（shè）備日臻完（wán）善，性能不斷得 到（dào）提高，應用範圍亦從鑄造業表麵清（qīng）理擴大（dà）到路麵清理、機械

１．４論文研（yán）究內容
通過論述懸鏈式拋丸機的原理和性能，結合國（guó）內外（wài）研究現狀和（hé）實際生產中的應用， 經過理論計算（suàn）分析與實際應用（yòng）調查，提出懸鏈式拋丸機在今後的發展方向和在實際應用 中改進（jìn），達到減少生產成本、減少維修工時、提高（gāo）產品工作效率（lǜ）的目標。在總結國內外 對懸鏈式拋丸機研（yán）究的基礎上，結合拋丸機（jī）工作原理，對拋（pāo）丸機某些性能進行了分析（xī）計（jì） 算和驗證。根（gēn）據實際生產狀況，建立懸（xuán）鏈式拋丸機拋丸器和室體的三維（wéi）模型。以（yǐ）計（jì）算機 作為輔助工具，選用合適的工程軟件（jiàn）進（jìn）行仿真和分析，提出了相應的改進方案（àn）。同時對 懸鏈（liàn）式（shì）拋丸機的某些輔（fǔ）助係統進行了研究驗（yàn）算，對（duì）一些零件進行了改進。調查了實（shí）際生 產中噪聲的（de）來源並（bìng）針對相應的問題進行改進，優化了員工工（gōng）作環境。 本課題的研究為以後的（de）設計創（chuàng）新打下一個良（liáng）好的基礎，進一步提高拋丸機的（de）性（xìng）能。

本文主要（yào）做了（le）如下工作： （１）研究拋丸器的工作（zuò）原理，對彈丸清理和強化效果進行分析，並對拋（pāo）丸器基本性 能指標進行了理論數據計算。 （２）根據實際生產加工的懸鏈式拋丸機（jī），建立（lì）其拋丸器和室體的三維模型，為軟件 分析提供基礎。 （３）用ＡＤＡＭＳ仿真模型，分（fèn）析彈丸的運動狀態，結合文獻中分析彈丸（wán）幾種理（lǐ）論， 選擇合適的方法進行軟件（jiàn）仿真。考慮空氣阻力、重力、拋打角度和拋打距離的影（yǐng）響，對 彈丸衝（chōng）擊過程進行分析，並計（jì）算驗證。 （４）運用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ對室體內（nèi）對護板進行分析，得到相應的應力圖和較大 應力，對其設計方案進（jìn）行了改（gǎi）進。 （５）對拋丸器其他部分進行簡單的介紹和分析，主要包括丸料分離係統和懸鏈輸送 係統。對部（bù）分工（gōng）件進行改進。同時分析噪聲來源，提出降低噪聲方案。

第二章拋丸機工作原理和數據計算及其三維建模

２．１拋丸機械結構與工作機理簡介

拋丸清理設備是以電力帶動（dòng）電機為動力，通過葉片產生離心力加速彈丸，撞擊被清（qīng） 理平麵。它是（shì）一種一定距（jù）離內投射（shè）的非接觸（chù）式清（qīng）理設備。它（tā）的工作過程如下：拋丸器是 用電機驅動拋丸輪（lún）和葉片在高速旋轉過（guò）程（chéng）中產生離心力，一定流量的彈丸流入進流丸（wán）管 時（shí）（用來控製彈丸流量）進入高速（sù）度回轉的分丸輪（lún）中被加速，經離心（xīn）力的作用，彈丸（wán）通（tōng）過 分丸輪窗口（kǒu）拋出，然後進入（rù）定（dìng）向套，再由定向（xiàng）套窗口（用來控製丸料拋打方向）拋出，被 高速回轉的葉（yè）片碰到，並且沿著葉片的長度方向做加速運動直至被拋出，拋出彈丸形成 的扇型流束衝擊在被清（qīng）理平麵（miàn），起到了清理和強化的作用。然後彈丸與灰塵（chén）經過輸（shū）送機 構（gòu）運到儲料鬥的上方。進入位於儲料鬥上方的分離裝（zhuāng）置內部，用功率（lǜ）大的除塵器根據風（fēng） 選原理將丸料和灰塵等混合物分離，丸料進（jìn）入料鬥內繼續循環使用，灰塵則通過連接管 道進入除塵器。經過濾芯的分離，進（jìn）入除塵器後的灰塵停留在濾芯的表麵和儲灰鬥（dòu）中。 通過壓縮機提（tí）供的壓縮空（kōng）氣，除塵器可以在自動時間間隔內清理濾芯。較後在內部通過（guò） 相應吸塵器的氣流進一步清洗，將清理下的雜質和丸料（liào）分（fèn）別回收，並且將丸料再次利用。 拋丸機配有除塵器，可做到無塵和（hé）無汙染（rǎn）情況下施工（gōng），保護了工人工作的環境，也利於 環保【３１１。

２．２影響彈丸（wán）清理與強（qiáng）化效果的理論（lùn）分析

拋（pāo）丸設備原理是基於被（bèi）清（qīng）理表麵被高速彈丸打擊或碰（pèng）擊，使其局部（bù）產生彈丸壓痕和（hé） 變形，每一個彈丸壓痕或變形有三層明顯區別的結構層１３引（yǐn）。如圖２．１所示（shì），即：零件（jiàn）表 麵的脆性（xìng）變形層；位於零件中間的基體塑性的變形區；和位於較深層的彈性變形區。在 彈丸打擊以後，彈性變形區（qū）幾乎同時（shí）產生以下三個作用：對中間層塑性（xìng）區周圍，從各 個方向產生瞬間壓縮應力；使中層瞬間產生相應的壓縮變形，並在瞬間（jiān）向表麵推動， 來使已經開始有破裂線的脆性層脫落；幾（jǐ）乎在同時給彈丸一個反彈力，使其產生反彈 速度而被反彈出去。在具有彈（dàn）丸壓（yā）痕的（de）地方，三個區域幾乎是同時存在和發生的。 要使脆性破裂，必（bì）須要達（dá）到（dào）破壞變形量，因此（cǐ）壓（yā）痕深度要有（yǒu）適當的要求，即必須（xū）塑 性變形區要適量。基體與塑性區之間有一定厚度的彈性區中間（jiān）狀態，三者的厚（hòu）薄是不同 懸鏈式拋丸清理機性能分析和結構優化的，隨拋丸不同而有一（yī）定的差異（yì）吲。一般拋丸（wán）設備（bèi）清理其表（biǎo）麵附屬物即可，使其能夠脫 落就可以（yǐ），脆性基（jī）體盡量少一些。因（yīn）此需（xū）要選取工藝參數（shù）要合理。

ｌ－表麵脆性層破裂（liè）線；２一表麵脆（cuì）性變形（xíng）層； ３．基體塑性變形區域；４．基體（tǐ）彈性變形區域；
圖２．１被拋打（dǎ）表麵的局部變形（xíng）
拋丸機的核心工作裝置是拋丸器，。把其安裝在（zài）拋丸室上（shàng），拋丸室帶（dài）有可 更換的保（bǎo）護襯板。其中（zhōng）拋丸器由電（diàn）機（jī）驅動，彈丸不（bú）斷的沿著葉（yè）片獲得動能（néng），彈（dàn）丸大部分 的動能轉變成對工件被清（qīng）理表麵上（shàng）的衝（chōng）量，達到了清理工件（jiàn）表（biǎo）麵的目的。拋丸清理的工 作原理就是將彈丸的動能轉化為對工（gōng）件表麵的（de）衝擊力。拋彈丸的大小、數量（liàng）、速度、衝 擊方向決定了彈丸的拋丸效（xiào）率【３４１。所以拋丸清理機的技術（shù）和經（jīng）濟指（zhǐ）標主要取決於拋丸器 的性能，所以要對懸鏈式拋（pāo）丸機性（xìng）能（néng）的分析，也主要就是對其拋（pāo）丸器和（hé）彈丸運動過（guò）程進 行（háng）分析，本文主（zhǔ）要是對（duì）部（bù）分拋丸器數據和彈丸運（yùn）動過（guò）程進行進一步（bù）分析，選擇的拋丸（wán）機 是Ｑ４８５懸鏈式拋丸機（jī），其拋丸器（qì）型號是Ｑ３６０。