抛丸清理机结构优化

硕士研究生文献阅读与综述论文题目：吊钩式抛丸清理机导轨支架的受力分析及结构优化学号： 2研究生姓名：导师姓名:学科、专业：所属院、系：2013年 05 月 22 日吊钩式抛丸清理机导轨支架的受力分析及结构优化摘要：抛丸清理技术是用于铸件除砂、金属表面除锈、表面强化、改善表面质量等的关键技术。

随着其应用领域的不断扩展，对抛丸清理的要求也越来越高，因此抛丸设备的结构不断被改进，新型设备不断被研究。

本文主要对抛丸清理设备及其关键的零部件研究现状进行简要的论述，并提出本课题的研究内容。

本课题主要研究吊钩式抛丸清理机的导轨支架，由于其在工作过程中受到工件对其的作用力，正在被清理的工件受到抛丸器抛打在其上的冲击力的影响，该冲击力也必将对导轨支架产生一定的作用力。

除此之外，分离器也会对其产生一定的影响。

本课题将采用一定的技术方案对其进行综合考虑，分析确定所有这些因素将对导轨支架产生怎样的影响，目前的结构是否需要进一步的改进及如何改进等。

关键词：吊钩；抛丸清理；导轨支架；受力分析；结构优化The Stress Analysis and Structural Optimization of the Guide Bracket of the Hook type Shot Blasting MachineShang-guan Li-ping（School of Mechanical Engineering, University of Jinan, Jinan 250022,China）Abstract: The blast cleaning technique is a key technology which is used for casting sand, metal surface rust, surface strengthening and improve the quality of the surface, etc. With its field of applicationis continuous expanding, the requirements for shot blasting is getting higher and higher, so the structure of the shot blasting equipment is constantly being improved and new equipments are continue to be studied. This paper focuses on a brief exposition of the research status about the shot blasting equipment and its key components, and put forward research content of this topic. This topic mainly research the guide bracket of the hook type shot blasting machine, because it gets force from the workpiece during the operation, and impact force which comes from the force of the blast wheel on the workpiece during the operation. Besides, Separator will also have influence on it. This project will adopt certain technical solutions to make a comprehensive consideration about its force, it will also analysis and determine what effect all of these factors make on the guide bracket, and determine whether the current structure need to be further improved and how to improve, etc.Key words: hook; shot blasting; the guide bracket; stress analysis; structural optimization引言目前已有的表面清理方法有许多，如：手工处理、化学处理、抛丸清理等。

手工处理包括刮刀、钢丝刷或砂轮等，用手工除去工件表面的锈迹和氧化皮，但其劳动强度大，生产效率低，质量差，清理不彻底。

化学处理主要是利用酸性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性的溶液中，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污的目的，但是若处理不当，它将成为工件以后腐蚀的隐患，且化学物易挥发，成本高，处理后的化学排放工作难度大，若处理不当，将对环境造成严重的污染[1]。

抛丸清理是依靠电机带动抛丸器叶轮旋转，离心力作用把丸料（钢丸或砂粒）以很高的速度和一定的角度抛射到工作表面上，让丸料冲击工作表面，对工件进行除锈、除砂、或者表面强化等，以达到清理、强化、光饰的目的[2-3]。

并且抛丸设备在工作时通过控制和选择丸料的颗粒大小、形状，以及调整和设定机器的速度，控制丸料的抛射流量，即可得到不同的抛射强度，获得不同的表面处理效果[4]。

比较这三种清理方法，显而易见，抛丸清理设备是较好的选择。

抛丸技术主要可用于铸件除砂、金属表面除锈、表面强化、改善表面质量等。

对材料表面进行抛丸强化清理，能使材料表面产生冷硬层和表面残余压应力，从而提高承载能力和延长使用寿命[5-10]。

据统计，在机械零件失效中有80%以上属于疲劳破坏[11]。

同时有文献指出：“在大多数情况下，多次载荷的破坏（疲劳破坏）都位于表面层，因此机器零件的表面层特别重要。

因而对表面层进行强化就能使整个零件强化[12]。

”由此可见表面强化的重要性。

抛丸清理技术跟其它清理技术相比具有设备简单、操作方便、生产率高、适应性广、强化效果显著、适用材料范围广、提高零件的耐磨性、抵消应力集中对疲劳强度的不利影响、减缓或停止裂纹生长速度延长其使用寿命、减轻清理工作的劳动强度、减轻环境污染等[13]。

除此以外，对提高钢的电镀零件的疲劳性能有特别重要的意义，钢件经过镀铬(或镀镍) 或镀镍铬之后，疲劳强度极限通常要降低1/3至1/4，而抛(喷)丸后再进行电镀则可避免由于电镀而给材料疲劳强度带来的损失。

因此，美国联邦政府的规范(QQ-C-320)和军用规范(MIL-C-26074A )均作了钢件电镀前，必须进行抛(喷)丸强化处理的规定[12]。

最近几年抛丸领域出现了微粒冲击、微粒镶嵌镀膜、高能和超声抛丸等新技术[14]。

研究表明，它们在增加表面光洁性、降低摩擦系数、提高耐磨能力、延长使用寿命、简化氮化过程等方面表现出优异的特性[15-18]。

目前抛丸技术广泛应用于铸造业、模具业、钢厂、船厂、汽车制造厂、钢结构建筑企业、五金厂、电镀厂、摩配厂、阀门厂、轴承厂、路面清理等领域[19]。

由于其众多的优点及其广泛的应用，越来越多的人研究抛丸清理技术，期望不断改进现有技术，并不断研究新技术，使其更加满足各领域的需求。

近年来越来越多的企业开始加大对产品研发的投入，研发机构和人员不断增加，同时，一些企业也在不断与高校联系，加大对抛丸清理技术的研究。

目前在国内，抛丸机械设备及技术做得比较好的在山东省有山东开泰抛丸机械公司、青岛润棋以及各大院校，比如在山东省有山东大学、济南大学等在对其进行研究。

在国内抛丸机械尚属新兴产业，其应用前景广阔，而在国外，抛丸机械的技术己经相当成熟。

本课题主要以山东开泰抛丸机械有限公司生产的吊钩式抛丸清理机为研究对象，对其导轨支架进行结构分析及优化，旨在为以后的设计创新打下一个良好的基础，缩短与国外的差距并赶超国外技术，为中国制造业贡献一份微薄之力。

1 国内外发展现状及趋势1.1 国内外抛丸清理设备的发展现状100多年前世界上制造出了第一台抛丸设备 [20] ，经过一个多世纪的发展，抛丸清理工艺以及设备己经相对比较成熟。

国外高水平抛喷丸设备公司有美国的潘邦(PANBORN)公司、丹麦的迪砂(DISA)、日本新东(SINTO)、施力克(Schlick)等。

我国自上世纪六十年代开始从国外引进设备，经历了六、七十年代仿制，八十年代自主开发的过程之后，至九十年代已基本形成了具有门类齐全的抛喷丸清理设备的局面[21]。

目前常用的抛丸清理设备主要有是滚筒式、履带式、转台式、台车式、吊链式、辊道通过式等，成套成线设备主要是钢材预处理线，包括上料、预热、抛丸、喷漆、烘干、卸料等工序。

随着抛丸技术的广泛应用，用户对抛丸清理设备也提出了更高的要求。

为了满足使用要求，这就需对一些现有设备进行不断的改善及对新型抛丸清理设备进行研究。

如：(1) 机械手式抛丸机近年来，一些企业提出如何快速且经济、高效地清理带深孔的铸铁件或轻金属铸件，如汽车或其他车辆零部件制造商，以及发动机缸体、缸盖铸造等企业，为满足生产效率及产品的多样性，一些企业开始不断引进或自行设计机械手式抛丸机[22-25]。

据生产效率要求的高低设定机械手的数量。

生产率低的抛丸机有1至2个机械手，如转栅式抛丸清理机有两个机械手在抛丸室和装料工位交替运行，其中一个机械手在抛丸室内夹紧工件，另一个在装料工位装卸料，其生产率在每小时20~80铸件之间。

带水平转台的机械手抛射系统的生产率可以达到很高，每小时可清理360个铸件[21]。

原瑞士GF公司、原德国BMD公司（已与DISA公司合并）、德国V+S公司、美国PANGBORN公司、欧洲PANGBORN公司、日本新东公司等均开发出了机械手式抛丸清理机。

国内的DISA INC迪砂青岛公司、山东开泰抛丸机械有限公司等也已设计出了机械手式抛丸清理机，下图图1所示是DISA INC迪砂青岛公司及山东开泰抛丸机械有限公司设计的机械手式抛丸清理机。

但考虑到设备的可靠性等因素，许多发动机专业厂家仍倾向于采用进口设备，这就要求国内的相关技术不断被研究改善，以提高设备的性能，提高其竞争力。

（2）水平移动式抛丸机水平移动式抛丸机主要应用于城市道路铺装和清洁处理，清理和清除混凝土表面的浮浆、杂质，机场跑道表面处理以提高跑道的摩擦系数的等[26-29]。

我国已经开始在公路、桥梁、机场维护等领域引进抛丸技术。