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機械進丸拋丸器中氣流的作用

文章出處:原創 編輯:拋丸機發表時間:2015-4-13 20:01:57 瀏覽人數:634,1,0
摘要:對于機械進丸拋丸器,通過試驗并結合理論計算,分析了氣流參數對彈丸運動過程的影響.結果表明,當拋丸量較小時,氣流通道暢通,其對彈丸有一定影響;隨著拋丸量的增大,氣流通道不斷受阻,其對彈丸的影響逐漸減弱.

   機械進丸拋丸器作為拋丸清理設備中的彈丸加速裝置,以其高效低能耗,勞動強度低,自動化程度高,清理效果好等優點而得到廣泛應用.其結構原理如圖1所示表1  Q3024拋丸器的主要工藝參數.

圖1機械進丸拋丸器的結構原理圖
圖1機械進丸拋丸器的結構原理圖
    機械進丸拋丸器的工作過程為:彈丸由進丸管加入,落到與葉輪同軸旋轉的分丸輪中.分丸輪將彈丸卷起旋轉,在離心力的作用下,彈丸通過分丸輪窗口,進入定向套,并由定向套窗口拋出,隨即被高速旋轉的葉片承接,作進一步的加速后拋向工件,從而達到表面清理的目的.
    對于彈丸在拋丸器中的運動學參數,許多科技工作者已做了大量的理論分析,但理論分析中幾乎均未考慮氣流對彈丸運動的影響.本研究試圖通過試驗,并結合理論計算,探討機械進丸拋丸器在正常工作時氣流對彈丸運動過程的影響程度.

1、試驗條件和試驗方法:
1.1、試驗條件:
    本次試驗是在拋丸清理試驗臺上進行的.所用拋丸器的型號為Q3024,其主要工藝參數如表1所示.
表1  Q3024拋丸器的主要工藝參數

1.2、試驗方法:
  為了獲得拋丸器的氣流參數,設計如下試驗:
(1)在正常工作條件下,不加入彈丸,測量拋丸器的空載電壓和空載功率.
(2)在正常工作條件下,加入彈丸使拋丸器達到最大拋丸量,測量其此時的負載電壓和負載功率.
(3)將進丸管、分丸輪和定向套拆下,保持進丸口暢通,測量拋丸器的空載電壓和空載功率.
(4)將進丸管、分丸輪和定向套拆下,將進丸口密封,測量拋丸器的空載電壓和空載功率.測得試驗結果如表2所示。
表2不同狀態下測得的電壓和功率
表2不同狀態下測得的電壓和功率

2、試驗結果分析:
   現根據試驗結果,結合理論計算,對拋丸器中的氣流參數進行分析.
(1)比較試驗3和試驗4的結果,假設拋丸器除了進出口外,其他地方均密封良好,則“進丸口密封”和“進丸口暢通”兩種狀態消耗的功率之差即可認為是空氣消耗的功率,即  N空1= 4.50- 2.82= 1.68 kW.
   此時,空氣消耗的功率占進丸口暢通時消耗功率的37.33%(1.68/4.50),即效率為.37,而正常工況的鼓風機其效率均在0.75以上表2不同狀態下測得的電壓和功率.因此,在這種狀態下,就驗證了“拋丸器的鼓風性能相當于一臺結構和性能都不甚良好的離心式鼓風機”這一說法的正確性表3不同直徑彈丸的受力情況.
(2)比較試驗1和試驗4的結果,假設正??趙厥狽滯杪窒牡墓β士梢院雎?則“正??趙亍焙汀敖榪諉芊狻繃街腫刺牡墓β手鉅部扇銜強掌牡墓β?即 N空2= 3.20- 2.82= 0.38 kW.
   此時,空氣消耗的功率占正??趙毓β實?1.88%(0.38/3.20),其效率為0.12;占正常負載功率的3.06%(0.38/12.40),其效率為0.03.由此可見,此時拋丸器的鼓風性能更差.而空氣消耗的功率與有關資料介紹的數據基本吻合表2不同狀態下測得的電壓和功率.
(3)由式(1)和式(2)易知N空1= 4.42 N空2,這說明,拋丸器正常工作時,由于進丸管、分丸輪和定向套的存在(特別是定向套),使空氣在拋丸器中的流動通道受阻,從而使空氣消耗的功率大幅度降低.特別是拋丸器負載工作時,加之彈丸流的存在,進一步降低了空氣消耗的功率.因此,由于空氣流動通道受阻,拋丸器在正常工作時的鼓風性能相當差.

3、理論分析:
3.1、拋丸器內的理論全壓:
當葉輪直徑D一定,轉速n一定時,對于徑向直葉片葉輪,拋丸器內產生的理論全壓為表3不同直徑彈丸的受力情況:P= 0.6073ρ0u22,
式中:u2為出口處葉片外緣的圓周速度,ρ0為空氣密度.
式(3)表明,當拋丸器的轉速和葉輪直徑一定時,理論全壓為一定值,不隨空氣流量的變化而變化.
本試驗中,D= 0.42 m,n = 2500 r/min,ρ0= 1.205 kg/m3.
則拋丸器內部的理論全壓為:  P= 2211.9 Pa.
3.2、空氣消耗的功率和空氣流量:
拋丸器中空氣消耗的功率N空為表3不同直徑彈丸的受力情況:
 N空= P Q,
式中:P為理論全壓, Q為拋丸器中的空氣流量.
當轉速一定時拋丸器內部的理論全壓為一恒定值,所以,拋丸器中空氣的流量只與消耗的功率有關.
由歐拉方程得,空氣消耗的理論功率為: N空理= P/ρ0= 2211.9/1.205= 1835.60 W.
   則當N空理= 1835.60 W,N空1= 1.68 kW,N空2= 0.38 kW時,相應的空氣流量分別為:Q空理= 0.83 m3/s= 49.8 m3/min= 2988 m3/h, Q空1= 0.76 m3/s= 45.6 m3/min= 2736 m3/h,Q空2= 0.17 m3/s= 10.2 m3/min= 612 m3/h
   對Q空理、Q空1和Q空2的結果進行分析得,在正常工作條件下,由于進丸管、分丸輪和定向套的存在,空氣在拋丸器內的流動通道受阻,Q空2較Q空理和Q空1相差很大.特別是當進丸管中充滿彈丸時,空氣在拋丸器中的流量將進一步降低.因此,一方面由于空氣流量減小,另一方面加之拋丸量增大,從而使空氣對每個彈丸的作用將變得微乎其微.
3.3、彈丸受力分析:
以一個在分丸輪中運動的彈丸進行分析,它必定受本身重力G、空氣壓力F和分丸輪施加的離心力Fe的作用.重力、空氣壓力和離心力的計算公式如下:
彈丸重力 G= m g=(πρg d3)/ 6,
空氣壓力 F= P S=(π P d2)/ 4, 
離心力 Fe= m rω 2,
   式中:m為彈丸質量,P為理論全壓,S為彈丸截面積,d為彈丸直徑,ω為分丸輪角速度,ρ為彈丸密度(ρ= 7000 kg·m- 3),r為分丸輪內徑(r= 28 mm).
   當彈丸直徑d分別為1 mm、1.5 mm和2 mm時,根據式(6)、式(7)和式(8),其所受的重力、空氣壓力和離心力的大小如表3所示.
表3不同直徑彈丸的受力情況
分析表3中的各項指標,可得到以下結論:
(1)彈丸在拋丸器中運動時其重力可忽略不計.
(2)空氣壓力對彈丸的影響應根據具體條件作具體分析.由于隨著彈丸直徑的增大,空氣壓力對彈丸的作用不斷減弱.所以,當拋丸器內的彈丸較少時,空氣壓力對彈丸的作用不應忽視.但在正常情況下,拋丸器內的彈丸流量較大,此時空氣壓力對彈丸的作用也將逐漸減弱.
(3)由于計算彈丸離心力Fe時,半徑r取的是最小值(28 mm),隨著彈丸離心半徑的增大,空氣壓力對彈丸的作用將逐漸減小.
4、結論:
4.1、拋丸器正常工作時,由于進丸管、分丸輪和定向套的存在,其結構相當于一臺性能較差的離心式鼓風機.
4.2、拋丸器正常負載工作時,隨著拋丸量的增大,氣流通道不斷受阻,空氣流量逐漸減小,從而使得氣流對彈丸的作用越來越小.
4.3、拋丸器正常負載工作時,由于空氣流量較小,使得其消耗的功率也較小,這有利于降低非有效功率的損耗,從而提高拋丸率.


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