一種新型雙工位臺(tái)車(chē)式齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用

沙克清

（青島雙星鑄造機(jī)械有限公司，青島 266400）

1 前言

隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)各種裝備的組成零部件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，而齒輪是各種機(jī)械裝備中不可缺少的組成部分，所以，齒輪的內(nèi)在質(zhì)量及表面質(zhì)量也越來(lái)越被各生產(chǎn)廠家所重視，尤其是齒輪的表面質(zhì)量，因?yàn)楸砻尜|(zhì)量不僅決定著齒輪的機(jī)械性能及使用壽命，更決定著齒輪傳動(dòng)的準(zhǔn)確性和平穩(wěn)性，以及傳動(dòng)過(guò)程中功率的損失大小。提高齒輪的表面質(zhì)量一般都是通過(guò)拋丸清理實(shí)現(xiàn)的，但是，一般類(lèi)型的清理設(shè)備對(duì)齒輪進(jìn)行清理已無(wú)法滿足生產(chǎn)率和表面質(zhì)量的要求，為了進(jìn)一步提高齒輪的表面質(zhì)量，研制一種多工位高效率的拋丸清理設(shè)備已成為必然。

青島雙星鑄造機(jī)械有限公司通過(guò)多次試驗(yàn)和改進(jìn)，已成功地研制出QN3615型雙工位臺(tái)車(chē)式齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)，該設(shè)備最突出的創(chuàng)新之處就是分別將兩個(gè)自轉(zhuǎn)臺(tái)車(chē)固定在拋丸室的兩個(gè)大門(mén)上，通過(guò)門(mén)軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)進(jìn)出拋丸室，實(shí)現(xiàn)雙工位清理，將生產(chǎn)效率提高一倍。臺(tái)車(chē)自轉(zhuǎn)采用變頻調(diào)速以實(shí)現(xiàn)不同工件（齒輪）以不同的速度進(jìn)行清理，從而有效地清除齒輪表面的粘砂、氧化皮、油污等附著物，同時(shí)對(duì)齒輪表面進(jìn)行強(qiáng)化，提高表面的硬度及韌性，消除內(nèi)應(yīng)力，從根本上提高齒輪的質(zhì)量。

2 設(shè)備簡(jiǎn)介及功能概述

該項(xiàng)目是青島雙星根據(jù)市場(chǎng)需求而確立的，項(xiàng)目確立之后，青島雙星組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在三十多年設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，吸收借鑒國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，獨(dú)立研制開(kāi)發(fā)出了技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、高效環(huán)保的QN3615型雙工位臺(tái)車(chē)式齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)，滿足市場(chǎng)的需求。這種齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)屬臺(tái)車(chē)式拋丸清理機(jī)范疇，但又比傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的臺(tái)車(chē)式拋丸清理機(jī)有著很大的技術(shù)突破及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，一改傳統(tǒng)的減速機(jī)驅(qū)動(dòng)臺(tái)車(chē)行走進(jìn)出拋丸清理室的方式，分別將兩個(gè)臺(tái)車(chē)固定在拋丸清理室的大門(mén)上，通過(guò)大門(mén)的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)進(jìn)出拋丸室。當(dāng)一扇大門(mén)帶著裝載著工件的臺(tái)車(chē)在拋丸室內(nèi)進(jìn)行清理時(shí)，另外一扇大門(mén)在拋丸室外裝卸工件，使生產(chǎn)效率提高了一倍。而且每個(gè)臺(tái)車(chē)都可實(shí)現(xiàn)變頻自轉(zhuǎn)，滿足不同工件的清理需要。

該設(shè)備通過(guò)高效率的懸臂離心式拋丸器拋出高速?gòu)椡?，打擊在齒輪的表面，除去表面氧化皮及其它附著物。齒輪放在可自轉(zhuǎn)的臺(tái)車(chē)轉(zhuǎn)臺(tái)上，各個(gè)齒輪經(jīng)過(guò)多次拋噴丸清理后，表面的氧化皮、雜質(zhì)、油污及灰塵等均被除掉，使齒輪表面露出金屬本色，同時(shí)通過(guò)拋丸處理能消除集中應(yīng)力，使齒輪表面得到強(qiáng)化，提高齒輪的抗疲勞、抗腐蝕性能。另外通過(guò)拋丸清理后，能使齒輪表面具有均勻的粗糙度，大大提高齒輪傳動(dòng)的準(zhǔn)確率，減少功率損失。

3 主要內(nèi)容

3.1 研制內(nèi)容

本項(xiàng)目的主要研制內(nèi)容是研制出兩套先進(jìn)可靠的工件傳動(dòng)系統(tǒng)，可以順暢地使大門(mén)帶著裝載工件的臺(tái)車(chē)進(jìn)出拋丸室，而臺(tái)車(chē)的最大載重為5 t，再加上臺(tái)車(chē)及大門(mén)的自重，要靠怎樣的驅(qū)動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)這一功能成了該項(xiàng)目所要攻克的主要難關(guān)。為此，研發(fā)小組人員采用減速機(jī)-齒輪傳動(dòng)，將減速機(jī)固定在拋丸室頂部，輸出軸裝有小齒輪，與裝有大齒輪的門(mén)軸嚙合，門(mén)軸與大門(mén)連接，臺(tái)車(chē)固定在大門(mén)上，這樣臺(tái)車(chē)、大門(mén)、門(mén)軸、大門(mén)支撐等就組成了工件傳動(dòng)系統(tǒng)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)工藝

該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)工藝就是工件傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝和傳動(dòng)工藝。將臺(tái)車(chē)固定在大門(mén)上，這一突破性的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新解決了臺(tái)車(chē)清理機(jī)占地面積過(guò)大、能耗高的問(wèn)題。但是，要采用怎樣的傳動(dòng)方式才能使大門(mén)及臺(tái)車(chē)在負(fù)載的情況下順利自如的開(kāi)關(guān)，是所要解決的關(guān)鍵工藝之一。為此，特別設(shè)計(jì)了兩根高強(qiáng)度門(mén)軸。門(mén)軸上部裝有大齒輪，與固定在拋丸室頂部的減速齒輪嚙合，由減速機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。門(mén)軸與大門(mén)相聯(lián)，門(mén)軸下端裝有兩個(gè)軸承，一個(gè)推力球軸承，一個(gè)圓柱滾子軸承，既保證了其承載力，又轉(zhuǎn)動(dòng)自如。通過(guò)控制固定在拋丸室體頂部的減速機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)門(mén)軸的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大門(mén)的開(kāi)關(guān)。

4 主要技術(shù)指標(biāo)（QN3615型）

（1）一次清理工件的最大尺寸

最大尺寸：?1700×1500（mm）

（2）拋丸器

型號(hào)：Q0338

葉輪直徑：?420 mm

電機(jī)功率：22 kW

拋丸器數(shù)量：3臺(tái)

拋丸量：3×280 kg/min

（3）提升機(jī)

提升量：70 t/h

皮帶速度：＞1.2 m/s

功率：5.5 kW

（4）分離器

分離量：70 t/h

分離區(qū)風(fēng)速：4～5 m/s

功率：4 kW

（5）縱向螺旋輸送器

輸送量：70 t/h

功率：4 kW

（6）收丸螺旋輸送器

輸送量：20 t/h

功率：2.2 kW

（7）臺(tái)車(chē)機(jī)構(gòu)

臺(tái)車(chē)載重：5 000 kg

臺(tái)車(chē)轉(zhuǎn)臺(tái)尺寸：2 000 mm

臺(tái)車(chē)自轉(zhuǎn)電機(jī)功率：3 kW

大門(mén)開(kāi)關(guān)電機(jī)功率：2.2 kW

（8）風(fēng)量

總風(fēng)量：20 000 m3/h

清理室：約16 000 m3/h

分離器：約4 000 m3/h

風(fēng)機(jī)功率：22 kW

（9）總功率:114 kW

QN3615型雙工位臺(tái)車(chē)式齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)的粉塵排放、噪聲等指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 主要功能部件

QN3615型雙工位臺(tái)車(chē)齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)主要由拋丸清理室、大門(mén)及臺(tái)車(chē)機(jī)構(gòu)、螺旋輸送器、提升機(jī)、分離器、拋丸器總成、維修平臺(tái)、供丸系統(tǒng)、地基、除塵系統(tǒng)、電氣控制部分等部件組成（圖1）。

（1）大門(mén)臺(tái)車(chē)機(jī)構(gòu)

大門(mén)及臺(tái)車(chē)機(jī)構(gòu)即工件傳動(dòng)系統(tǒng)，由臺(tái)車(chē)、大門(mén)、門(mén)軸、大門(mén)支撐等組成。將臺(tái)車(chē)固定到大門(mén)上，通過(guò)門(mén)軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)進(jìn)出拋丸室，實(shí)現(xiàn)雙工位清理，將生產(chǎn)效率提高一倍，并且臺(tái)車(chē)采用耐磨護(hù)板防護(hù)，以延長(zhǎng)其壽命，臺(tái)車(chē)自轉(zhuǎn)采用變頻調(diào)速以實(shí)現(xiàn)不同工件以不同的速度清理。

（2）拋丸器總成

拋丸室上裝有3臺(tái)Q0338型拋丸器總成，可以對(duì)通過(guò)的工件進(jìn)行一次性拋丸清理。拋丸器總成由拋丸器、電機(jī)等組成（圖2）。

圖1 QN3615型雙工位臺(tái)車(chē)齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)外型圖

圖2 拋丸器總成

本機(jī)所用Q0338型離心式拋丸器具有高效、安裝維修方便、占用空間小、能進(jìn)行左右旋轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。葉片在迅速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中靠離心力的作用固定，不需任何固定裝夾具。拆卸八片只需10～20 min。

（3）螺旋輸送器

該機(jī)的螺旋輸送器分為縱向螺旋輸送器及收丸螺旋輸送器兩種?？v向螺旋輸送器位于拋丸室和密封室的底部，螺旋葉片焊裝在傳動(dòng)軸上。工作時(shí)，輸送器電機(jī)通過(guò)擺線針輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋軸旋轉(zhuǎn)，將丸料輸送至卸料口，然后由卸料口流入提升機(jī);收丸螺旋輸送器位于拋丸室外收丸料斗的底部，卸料口與縱向螺旋聯(lián)接，用于收集臺(tái)車(chē)裝卸工件時(shí)散落的彈丸，工作時(shí)，收丸螺旋輸送器將臺(tái)車(chē)上帶出的丸料輸送至縱向螺旋。

（4）提升機(jī)

斗式提升機(jī)由擺線針輪減速器、上下滾筒、輸送膠帶、料斗、封閉料筒和漲緊裝置組成（圖3）。

圖3 提升機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

斗式提升機(jī)的進(jìn)料口與橫向螺旋輸送器相連，其出料口與分離器相連。提升機(jī)罩殼上設(shè)有檢修門(mén)，可維修及更換料斗。打開(kāi)下罩殼上的門(mén)蓋，可以維修下部傳動(dòng)，并且排除其底部彈丸堵塞。本機(jī)采用平皮帶傳動(dòng)。工作時(shí)，固定在輸送膠帶上的料斗將提升機(jī)底部的丸料刮起，同時(shí)接收從橫向螺旋輸送器流入的丸料。然后在提升機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，將丸料輸送至提升機(jī)頂部，最后靠離心重力方式落料，將丸料輸入分離器螺旋內(nèi)。

提升機(jī)上部設(shè)有一套漲緊裝置。當(dāng)皮帶松馳時(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)提升機(jī)上部?jī)蓚?cè)的調(diào)整螺栓，漲緊皮帶，調(diào)整范圍為0～100 mm。

（5）分離器

本機(jī)配置滿幕簾式丸砂分離器。丸料從斗式提升機(jī)流入篩筒,丸砂混合物中的雜物(毛刺、釘和芯鐵等)由分離器篩筒內(nèi)螺旋片帶走。篩筒外螺旋將丸砂混合物沿分離器均布，從而形成滿流幕狀態(tài),而進(jìn)入了下面的風(fēng)選階段。此時(shí)，除塵器風(fēng)機(jī)通過(guò)分離器抽風(fēng)孔抽風(fēng),將彈丸和金屬氧化皮碎片、破碎彈丸、粉塵有效分離，大顆粒廢料從分離器丸料溢流口流出，細(xì)小丸料、粉塵從廢料出口流出，彈丸進(jìn)入丸料倉(cāng)進(jìn)行循環(huán)。

調(diào)整分離器的垂直調(diào)節(jié)擋板與水平調(diào)節(jié)擋板之間的縫口，可以改變布料層的厚度及運(yùn)動(dòng)軌跡，并配合調(diào)整分離區(qū)的調(diào)節(jié)擋板，可獲得良好的分離效果。關(guān)于分離器的工作原理請(qǐng)參見(jiàn)圖4。

圖4 分離器工作原理圖

（6）通風(fēng)除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)由濾筒式除塵器（HRX64）、離心式高壓風(fēng)機(jī)、管道和排塵煙囪組成。

拋丸清理機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的含塵氣流經(jīng)過(guò)連接管道進(jìn)入濾筒式除塵器。含塵氣流在旋風(fēng)體罩殼的作用下形成旋風(fēng)，大顆?；覊m沉降在灰斗內(nèi)，帶有小顆?；覊m的氣流經(jīng)濾筒過(guò)濾后，通過(guò)高壓離心式通風(fēng)機(jī)抽入煙囪向高空排放。排放后的粉塵濃度不高于120 mg/m3，符合國(guó)家環(huán)保局規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

本設(shè)備通過(guò)高壓離心風(fēng)機(jī)抽風(fēng)使室體內(nèi)形成一定負(fù)壓，使工作時(shí)產(chǎn)生的粉塵不向室體外飄溢，從而使設(shè)備周?chē)姆蹓m濃度低于100 mg/m3。

（7）電控系統(tǒng)

該系統(tǒng)使用日本OMRON公司生產(chǎn)的可編程序控制器控制，具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，在控制系統(tǒng)中還采用了檢測(cè)元件，能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行故障診斷及報(bào)警。同時(shí)系統(tǒng)具有良好的互鎖、自鎖及安全保護(hù)措施，確保了設(shè)備和操作人員的人身安全。

6 設(shè)備清理強(qiáng)化工藝流程

將工件（齒輪）裝在一扇大門(mén)的臺(tái)車(chē)上→關(guān)閉大門(mén)→除塵系統(tǒng)開(kāi)→循環(huán)系統(tǒng)開(kāi)→拋丸器開(kāi)→對(duì)齒輪進(jìn)行拋丸清理強(qiáng)化→清理完畢→拋丸器關(guān)→循環(huán)系統(tǒng)關(guān)→除塵器關(guān)→大門(mén)打開(kāi)→卸工件。

一扇大門(mén)帶著臺(tái)車(chē)載著工件在拋丸室內(nèi)接受拋丸的同時(shí)，在拋丸室外另一扇大門(mén)的臺(tái)車(chē)上裝載工件，拋丸室內(nèi)的工件清理完畢后，另一扇大門(mén)帶著臺(tái)車(chē)載著工件按照上述工藝流程進(jìn)行工作。已清理完畢的大門(mén)臺(tái)車(chē)在拋丸室外卸工件，生產(chǎn)效率提高一倍。

7 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)備自研制成功后，已在用戶處安裝使用，用戶反映清理效果很好，經(jīng)過(guò)清理后的齒輪，表面強(qiáng)度大大增強(qiáng)，更堅(jiān)固耐用，傳動(dòng)更精準(zhǔn)。隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)的市場(chǎng)前景十分廣闊。另外，根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)調(diào)查情況來(lái)看，國(guó)際上對(duì)齒輪強(qiáng)化拋丸清理機(jī)的需求量也十分大，所以，雙星鑄機(jī)公司在穩(wěn)踞國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí)，力拓國(guó)際市場(chǎng)，為雙星機(jī)械更好的走向世界邁出堅(jiān)實(shí)的一步。

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