王瑞國，袁存波，劉旭東，王礫灃，張成勛，李計良，牛玉亮，劉金杯

（山東開泰拋丸機械股份有限公司，山東濱州 256217）

0 前言

Q69 式鋼板預(yù)處理線是我司生產(chǎn)的拋丸清理設(shè)備，常用于鋼板、型材的拋丸、噴漆及烘干，拋丸清理是指利用拋丸器將一定粒度的彈丸高速拋射到需要處理的工件表面上，拋出的彈丸形成一定的扇型流束, 直接沖擊需要清理的表面，使表面殘留物脫落，從而達到表面清理的目的[1]。通過拋丸處理的工件，不但可以去除其表面的銹蝕、氧化皮、鑄造后的型砂等，還可以降低工件的內(nèi)應(yīng)力，提高其耐腐蝕性、抗疲勞強度以及噴漆表面附著力等[2]。滾刷清掃系統(tǒng)是我公司生產(chǎn)的Q69 式拋丸清理設(shè)備的部件[3]，它適合用于鋼板、型材表面的磨料清掃，將拋丸之后留存在鋼板、型材表面的磨料清掃干凈為后續(xù)的噴漆和烘干做好準(zhǔn)備工作。清掃提升機構(gòu)有手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)兩種方式，手動調(diào)節(jié)方式為人工操作按鈕驅(qū)動清掃提升機構(gòu)的減速機，根據(jù)指針位置確定停止和升降；自動升降需在鋼板和型材進入拋丸室之前設(shè)置測高機構(gòu)，由測高結(jié)構(gòu)反饋至PLC 系統(tǒng)，由PLC 控制清掃提升機構(gòu)的升降及停止位置。本次優(yōu)化與改進主要體現(xiàn)在提升機構(gòu)動力系統(tǒng)，將之前的擺線減速機加鏈條傳動的方式改進為采用蝸輪絲桿減速機加鋼絲繩[4]傳動的方式，蝸輪絲桿減速機的使用改善了舊提升機構(gòu)停止位置不精確的問題，新的方式也降低了整體部件的制作和外購成本。

1 鋼板線設(shè)備工作原理、組成及技術(shù)參數(shù)

1.1 設(shè)備組成

設(shè)備組成包括送進輥道、鋼材測寬測高裝置、拋丸清理室、丸料清掃室、中間輥道、噴漆室、烘干室、送出輥道、拋丸除塵系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。

1.2 設(shè)備工作原理

將工件放在送進輥道上，并順序啟動輸出輥道、板鏈、中間過渡輥道、拋丸室內(nèi)輥道、輸入輥道；拋丸室前壓輥檢測開關(guān)檢測到工件前端；檢測工件高度，自動調(diào)整吹掃系統(tǒng)高度；拋丸室感應(yīng)開關(guān)計數(shù)延時，開啟拋丸器供丸閘，對工件進行清理；拋丸室前壓輥檢測開關(guān)檢測到工件尾端；拋丸室感應(yīng)開關(guān)計數(shù)延時，關(guān)閉拋丸器供丸閘；工件離開拋丸清掃系統(tǒng)；噴漆室前壓輥檢測開關(guān)檢測到工件前端；噴漆測寬裝置開始檢測工件[5]；噴槍根據(jù)噴漆測寬裝置測得的數(shù)據(jù)而往復(fù)運行；噴漆室前壓輥檢測開關(guān)檢測到工件尾端；噴漆室感應(yīng)開關(guān)計數(shù)，噴槍根據(jù)最后一次噴漆位置數(shù)據(jù)繼續(xù)噴漆一段時間后停止；噴漆室前壓輥檢測開關(guān)檢測到工件尾端；噴漆室感應(yīng)開關(guān)計數(shù)，噴槍根據(jù)最后一次噴漆位置數(shù)據(jù)繼續(xù)噴漆一段時間后停止；工件離開噴漆系統(tǒng)；工件進入烘干室，漆膜被烘干；工件進入輸出輥道，行走至下件工位；下件工人吊走工件（工件進入尾端光電開關(guān)檢測范圍，則執(zhí)行暫停程序），工作流程圖如圖1 所示。

圖1 工作流程圖

1.3 技術(shù)參數(shù)

表1 和表2 分別是輥道系統(tǒng)和拋丸、清掃系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)。

表1 輥道系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

表2 拋丸、清掃系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

2 清掃提升系統(tǒng)工作原理及組成

2.1 清掃提升系統(tǒng)工作原理

本機構(gòu)主要有滾刷機構(gòu)、收丸螺旋、高壓吹掃機構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)等部分組成。滾刷機構(gòu)由滾刷、滾刷罩、導(dǎo)向滾輪等組成，滾刷與工件表面接觸將留存在工件（鋼板、型材）表面的磨料掃起來；收丸螺旋由螺旋軸、螺旋殼、防護罩、導(dǎo)向滾輪等組成，收丸螺旋負(fù)責(zé)將滾刷機構(gòu)掃起來的磨料收集起來并通過螺旋軸及螺旋殼從螺旋殼的兩側(cè)預(yù)留通道將磨料流入室體底部，通過室體底部的丸料回收系統(tǒng)讓磨料繼續(xù)參與拋丸清理；高壓吹掃機構(gòu)采用高壓風(fēng)機吹風(fēng)通過可調(diào)節(jié)的吹管將滾刷清掃之后殘留在工件表面的磨料吹掉并落入室體下部的丸料循環(huán)系統(tǒng)，高壓吹掃和收丸螺旋一起升降，而不是跟滾刷一起，因為滾刷在使用過程中會磨損，因此，它的高度是不確定的。

2.2 清掃提升系統(tǒng)組成

2.2.1 清掃室

清掃室由鋼板、型材骨架、室體輥道、底部漏斗及室體頂部的驅(qū)動支撐架組成，內(nèi)部采用5 mm橡膠板防護，室體進出料口設(shè)置橡膠密封簾防止磨料及粉塵外溢。

2.2.2 清掃提升裝置

清掃裝置由滾刷清掃系統(tǒng)、收丸螺旋、高壓吹掃裝置組成，結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 清掃提升機構(gòu)外觀圖

2.2.2.1 滾刷清掃系統(tǒng)

滾刷清掃系統(tǒng)，采用高強度尼龍滾刷+收丸螺旋的方式進行清理。人工將滾刷清掃系統(tǒng)提前提升至合適位置（滾刷與工件相接觸），工件通過清掃室時，滾刷旋轉(zhuǎn)將工件上表面的積丸清掃至收丸螺旋內(nèi)，收丸螺旋將丸料輸送到室內(nèi)，落入底部螺旋繼續(xù)參與循環(huán)，清掃動作見圖3。其中1 為指針，用于觀察滾刷的升降高度；2 為滾刷，用于清掃鋼板上的磨料；3 為收丸螺旋，用于收集滾刷清掃起來的磨料。關(guān)鍵部件尼龍滾刷具有下述優(yōu)點：

圖3 清掃工作原理圖

（1）采用高彈性、?3mm 的復(fù)合尼龍材料，硬度適中、彈性大、耐磨性好。

（2）刷毛裝夾牢固，采用專用工裝將刷毛沖壓成塊，工作中無掉刷毛現(xiàn)象。

（3）刷塊結(jié)構(gòu)半圓式組合，安裝、更換極為方便。

（4）整個尼龍滾刷裝好后精車軸頭保證了同軸度，動平衡性好，工作平穩(wěn)。

2.2.2.2 收丸螺旋

收丸螺旋由螺旋軸、螺旋殼及驅(qū)動螺旋組成，用于收集滾刷清掃起來的磨料并送回清掃室底部漏斗，讓磨料繼續(xù)參與拋丸循環(huán)系統(tǒng)。

2.2.2.3 高壓吹掃裝置

高壓吹丸系統(tǒng)采用高壓風(fēng)機在清掃室內(nèi)上部布置前后兩道吹管而實現(xiàn)兩次吹丸，將滾刷遺漏的丸料和浮塵進行二次清理。

3 部件優(yōu)化及改進項

3.1 改進背景及應(yīng)用場合

Q69 拋丸機針對鋼板拋丸的情況，有一套收丸滾刷和吹掃系統(tǒng)，這一套系統(tǒng)需要根據(jù)鋼板的不同厚度及時調(diào)節(jié)其高度。一般國內(nèi)都是采用大減速比減速機帶動兩套鏈輪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)升降來調(diào)節(jié)高度，這一種結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)高度位置不精確。隨著客戶對于自動化拋丸及清掃[6]的需求，這種結(jié)構(gòu)滿足不了高端客戶要求的調(diào)節(jié)精度。而且，這種調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)成本比較高。在此背景下創(chuàng)新設(shè)計一種新的Q69滾刷高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，既能滿足客戶新的需求也能起到降低成本的作用。

3.2 舊結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)精度不足分析

3.2.1 機械設(shè)計方面

減速比1：289 的情況下，滾刷收丸等升降速度為40～50 mm/s。因減速機采用制動電機，由于慣性存在，很難迅速制動停車，即使0.5 s 內(nèi)停車，也會產(chǎn)生20～30 mm 的高度差。

3.2.2 電氣設(shè)計方面

為了進一步降低轉(zhuǎn)速，提高精度，采用變頻器降低頻率。但是由于變頻器存在加減速時間以及電機抱閘制動的不確定性，很難做到10 mm 以內(nèi)的準(zhǔn)確精度。

3.3 新結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于絲桿具有自鎖性質(zhì)，同時減速比也很大，因此選擇絲桿作為驅(qū)動滾刷升降的動力機構(gòu)，同時通過絲桿安裝位置和增加防護套措施，增加可靠性；當(dāng)選擇絲桿減速比1∶8，導(dǎo)程7 mm 時，滾刷收丸等升降速度為20 mm/s,而且絲桿和剎車電機都具有制動效果，停車穩(wěn)定快速，精度可達2 mm以內(nèi)，定位精度提高10 倍，新設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 動力及傳遞部件裝配圖

3.3 新舊機構(gòu)成本對比分析

以QH6920TK 為依據(jù)設(shè)計不考慮安裝等費用，成本對比如表3 所示。

表3 成本對比

從表格中可以看出，設(shè)備在達到控制精度的同時，還將節(jié)約成本18532 元。

4 清掃提升蝸輪絲桿減速機選擇方法

4.1 功率選擇

式中：P 為功率，單位kW；F 為重力，單位N；V 為提升線速度，單位m/s。

舉例：QH6935ZP 設(shè)備需要提升的重量為2000 kg,轉(zhuǎn)換單位后重力為F=20000 N；提升速度設(shè)定為0.02 m/s（需要根據(jù)清理速度初選，提升速度要大于最大清理速度，本設(shè)備最快清理速度為0.016m/s）；計算功率如下：

考慮效率和安全系數(shù)問題，將效率設(shè)定為2、安全系數(shù)設(shè)定為2，那么最終功率為P=FV=0.4×2×2=1.6（kW），取1.5 kW。

4.2 蝸桿行程選擇

行程根據(jù)工件的高度確定，以中品智能QH6935ZP 為例，工件高度為1000 mm，考慮蝸輪蝸桿減速機的特性將行程增加200 mm 余量，那么此設(shè)備蝸桿的行程為1000+200=1200（mm）。

4.3 減速機速比的選擇

已知蝸桿的導(dǎo)程為7 mm（可根據(jù)樣冊選擇不同的導(dǎo)程），減速機電機為4 極，則電機轉(zhuǎn)速為1450r/min。根據(jù)線速度公式：

將已知參數(shù)代入反推可求絲桿轉(zhuǎn)速N2=0.02×60÷0.007=171.428（r/min）。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可求得減速機速比如下：i=1450÷171.428=8.45。

4.4 校核減速機轉(zhuǎn)速及線速度

根據(jù)公式計算絲桿轉(zhuǎn)速：N2=1450÷8.45=171.59（r/min）。

根據(jù)線速度公式計算N3=171.59×0.007÷60=0.02（m/s）。

以上數(shù)據(jù)滿足要求，可根據(jù)計算數(shù)據(jù)選擇減速機。

5 結(jié)論

作為一種非標(biāo)產(chǎn)品，我公司已生成、銷售該系列產(chǎn)品上百臺，受到用戶的廣泛好評。實踐證明,該系統(tǒng)的設(shè)計具有以下優(yōu)點：（1）采用絲桿調(diào)節(jié)裝置，提高了定位精度；（2）簡化了調(diào)節(jié)裝置，安裝調(diào)試方便；（3）設(shè)備簡單，成本更低。清掃提升機構(gòu)更改滿足客戶需求，實現(xiàn)了滾刷的高精度控制；簡化了清掃提升機構(gòu)，降低了原材料成本；通過精簡機構(gòu)，節(jié)省了安裝和調(diào)試費用。