履带式自动上料抛丸机设计

1前言1.1选题背景随着机械制造业的飞速发展，而作为获得毛坯、半成品乃至成品的铸造也也正快速进入发展时期，而如何将铸件的表面清理变得快速、高效已成为中小型企业特别是小型企业的问题。正因为如此，许多企业包括科研机构，都不断的在研究新方法、新工艺以满足铸造业对铸件、锻件及焊接件表面清理的要求。但是现代工业上用的抛丸机存在2种缺陷:1.工件需要人工加入，生产效率低。2.工件在抛丸室的位置相对于抛出弹丸的方向不能全方位调整，因此抛出的弹丸只撞击到工件的部分表面，撞击不到的部分就得不到处理，清理不完全。而本文就是基于这种缺陷，为实现对铸件、锻件及焊接件的机械化、自动化清理而设计。1.2研究现状抛丸清理技术的发展和其他行业一样，经历了从仿制到自行研发直至快速法展的漫长阶段。中国的抛丸强化设备生产始于上世纪50年代，主要是仿前苏联技术。如：3.4mX3.4m(Q365)台车式抛丸清理机等产品。那个时期，对抛丸技术的认知是很肤浅的，不具备自行研发的能力。进入七十年代，抛喷丸技术领域逐渐形成自行研发的能力。如，1964年，青岛设计生产了一台Q31lO滚筒式抛丸清理机，标志着中国抛喷丸技术与装备从纯仿制到可自行开发和制造的转变，中国也开始有抛丸设备专业生产厂家。八十年代之前，抛喷丸技术多应用与中、小型铸件清理。八十年代后，随着改革开发和计划经济向市场经济转变，社会各个行业对抛丸清理工业的需求变得广泛与迫切。多年来抛丸技术与装备日臻完善，各种形式的抛丸机不断涌现，性能不断提高，应用范围从单纯的铸造业的表面清理扩大到冶金矿山、机械制造、汽车拖拉机、兵器制造、轻纺机械、船舶车辆、航空宇航等不同行业，其工艺范围亦从铸锻件及焊接件的表面清理扩展到金属结构件的强化、表面加工、抛喷丸成形等不同的领域。现阶段，抛丸清理技术主要向着节能、环保、高效、安全、经济方向发展，相继出现了形式多样的清理机（如通过式抛丸清理机、转台式清理机、吊钩式清理机、履带式清理机、滚筒式清理机、链式清理机、喷丸式抛丸清理机等），在技术发展趋势上主要是结合新技术（如先进的虚拟制造技术、机器人技术）、使用新材料（如使用新材料解决耐磨问题）并且与计算机技术（如软件开发）结合，从而实现抛丸机的智能化，电子化及红外远距离控制，实现全自动化。根据市场调查及各种媒介得到的信息，可分析得出抛丸清理技术的发展趋势：薄板清理技术与设备---防变形。解决集装箱行业薄钢板，抛丸变形平面度在2mm/m以内。移动式清理机---弹丸密封与回收。解决户外移动式抛丸设备弹丸循环问题。机械手操纵清理机---机械手操纵技术。如采用计算机监控解决发动机缸体、缸盖跑完清理机效果及抛丸机的电器控制水平；解决机械手的防护等。爬壁式清理机---机器人爬壁技术。国内对于机器人爬壁的报道，负载大都在50Kg以内，应进行大负载及爬壁抛丸机器人的研究。结构形式、新工作开发。采用最先进的虚拟现实技术，对抛丸技术进行开发和研究。本设计是应东开泰抛丸集团要求设计。同时又考虑到产品的后续发展，在对现有的抛丸机大量调查、研究的基础上，针对现有抛丸机存在的问题作了改进。本文进行了对抛丸器叶片的创新，采用了“直管式，管式曲线形叶片”，减少了叶片的磨损量，提高效率基础上，延长了寿命，降低了成本。1.3本论文需要完成的工作①根据厂家对产品性能要求，本文需要完成 ：抛丸机主要组成部分的设计与计算，即抛丸机、丸砂分离装置、工作运载装置、丸砂循环系统、除尘系统及室体等的设计计算。其中：抛丸器设计包括：弹丸选用、抛丸器的磨损、抛丸器参数选择与设计计算、抛投的结构形式及传动方式的选择、幕帘式分离器的设计计算、螺旋输送器的设计。工件载运装置设计包括:电动机预选、抛丸机室体的设计。②主要图纸：抛丸机总装图A0.1张。零件图A1.1张零件图A2.1张零件图A3。2张2设计原始资料、任务与要求2.1原始资料①中小型不锈钢铸件、锻件及焊接件：单件227Kg,总重量1362Kg。②最大生产率按质量计算：480kg/min③工件概况：铸件及锻件、小型圆簧、轴承。型砂：粉粒状，粒度为0-0.5mm，堆积密度1.5t/m，温度小于250℃的中温材料：不锈钢件带有30%重量的型砂。④清理时间：10—30min。⑤类型：履带式自动上料抛丸机。⑥抛丸机适用范围：铝件及某电机、有色金属、不锈钢精密铸件、锌合金压铸件、铸铁件、铝合金压铸件、铜铸件、摩托车车架及铸钢制品件的表面清理、光饰、强化。2.2设计任务本设计是应东开泰抛丸集团要求设计。同时又考虑到产品的后续发展，在对现有的抛丸机大量调查、研究的基础上，针对现有抛丸机存在的问题作了改进。解决2个问题：1.工件需要人工加入，生产效率低。2.工件在抛丸室的位置相对于抛出弹丸的方向不能全方位调整，因此抛出的弹丸只撞击到工件的部分表面，撞击不到的部分就得不到处理，清理不完全。2.3总体要求①实现机械化，消除清砂工人的繁中体力劳动。②能够实现多方位清理，尽量清理死角。③采用先进的抛丸清理技术。④设备工作可靠，整机造价较低，操作方便、维护简单，具有较高的生产效率和劳动生产率。⑤改善作业环境，按国家法定标准规范工作场地的受污染程度。3履带式自动上料抛丸清理机抛丸器的设计3.1履带式自动上料抛丸清理机的工作原理及特点3.3.1本系列抛丸机有清理室、履带转动、弹丸循环系统、抛丸器、加料机及其电气结构。区分抛丸设备型式的标志主要是载运工件的装置，不同载运铸件的形式形成了不同的类型，而抛丸机中抛丸器、丸砂分离器是抛丸机的核心部分。3.3.2履带式自动上料抛丸清理机的清理机理在清理室中加入规定数量的工件，机器启动后，抛丸器高速抛出的弹丸形成流丸束，均匀地打击在工件表面上，从而达到清理、强化的目的。抛出的弹丸及砂粒，流入提升机内，由提升机提升到分离器中进行分离。粉尘由风机吸送到除尘器中过滤，清洁空气排入大气中，布袋上的灰尘经机械振打落入除尘器底部的集尘箱中，用户可定期清除，废砂由废料管流出，用户可回用。丸砂混合物由回用管收回进入室体，待分离器分离后再回用，干净的弹丸由电磁供丸闸门进入抛丸器抛打工件。3.3.3特点本机综合国内外技术，是一种清理效果好、结构紧凑、噪声小的清理设备，具有以下特点：①该机采用了悬臂离心式抛丸器，具有使用寿命长、结构简单等特点；②适合各种材料的清理，具有良好的清理效果。③皮带轮采用国际上先进的快换结构，有利于提高生产效率，降低劳动强度。④采用先进分离器，具有良好的分离效果和较高的生产率，对提高叶片寿命有积极的作用；⑤采用先进除尘器，粉尘排放浓度低于国家的标准，改善了工人的劳动环境。3.3.3适用范围履带式抛丸机是专门为贵公司设计的抛丸清理机。它利用高速回转的叶轮，将弹丸抛向室体内的工件上，达到清理的目的。它适合用于小型铸件、锻件、冲压件、齿轮、弹簧等件的清砂、除锈、去除氧化皮和表面强化，特别适用于怕碰撞的零件的清理及强化。3.2弹丸的选用 表3.1铸件、喷抛丸清理弹丸选用表丸号丸径（mm）用途20、252~2.5大型铸钢件表面清理15、201.5~2大型铸钢件、中型铸铜件清理10、121~1.2中小型铸铁件、小型铸铜件5、80.5~0.8小铸件表面清理3、50.5~0.5有色金属铸件表面清理弹丸选用的合理程度与清理效果有直接关系，一般，弹丸选择的根据是被清理件的材质、尺寸大小、厚度以及对工件表面的要求等。对于跑完清理丸径，可按表选用。此外在选用时，还应考虑以下因素：①弹丸粒度弹丸粒度表示弹丸直径，力度大直径就大，所用弹丸直径达，对表面打击力度就大，每个弹丸的清理作用就越强。可是这样工作表面弹痕就深，所形成表面粗糙度就大，单位时间内对工件的打击次数就较少。总的清理效果不仅要看每次打击力度的大小，还要看总的打击次数。理想的弹丸应是大，中，小粒度弹丸的组合。大粒度的弹丸用来击碎坚硬的皮层，小粒度的弹丸用以清理工件的表面。只有这样，单位重量的弹丸才具有最多的打击次数和最大的打击力量，从而发挥出最大的清理效果。②弹丸硬度弹丸硬度高，刮削作用强，清理效果好。但硬度过大，一般容易碎裂成小碎块，这将减少弹丸的打击力度：另外，由破碎快，不仅不能充分利用弹丸反弹后的第二次打击力度，而且加快清理设备磨损。弹丸硬度过低，弹丸容易变形，反弹性能也不好，虽然使用寿命长，但清理效果不好。③弹丸材质弹丸材质选择要根据弹丸的硬度及本身的使用寿命，该种弹丸对清理设备零件的磨损速度，清理效率和弹丸价格等因素进行综合性的考虑。各种弹丸材质的使用效果参表表3.2各种弹丸材质对照使用表叶片磨损速度清理效率价格10~156112.55~8114~51.5~224~5综合筛选，选用10.15.20号弹丸，以达到最佳的清理效果和最合理的经济效率。3.3分析抛丸器的磨损。抛丸器的零件处于强烈的磨料磨损状态，且承受弹丸的反复冲击。影响抛丸器零件使用寿命的因素有零件的材质，弹丸的材质，抛丸量，丸速和丸径。零件的材质特别是叶片的材质，不仅要耐磨还要求韧性好。叶片、分丸轮、定向套和护板多用耐磨性和韧性都好的铬合金铸铁，叶轮多用40Cr制造。常用叶片材料有含铬25%~30%的高铬铸铁和碳化钨合金，它们的使用寿命分别是500-1000h和1000h左右。由于我们使用管式叶片，为了提高叶片寿命，我们采用了耐磨性很强的高铝陶瓷材料。抛丸器零件的使用寿命与丸速的四次方成反比。除非清理工艺的需要，否则不宜采用过高的丸速。叶片的使用寿命与丸径的立方成反比。一般丸径选0.5~2mm，过大的丸径将使叶片断裂机会大大增加。3.4丸器的设计计算图3.1抛丸器的构造抛丸器的构造(图3.1):电动机通过带轮，由V带传动带动抛丸器轴旋转。抛丸器轴由轴承和轴承座支撑。轴的一端装有结合盘，而双圆盘则是用螺栓固定在结合盘上，在结合盘上装有八个管式叶片，它用圆柱销固定在圆盘上。轴的顶端还有用螺栓固定着的分丸轮。这样，在轴旋转时，分丸轮、圆盘、叶片便随同轴一起旋转。在下罩壳上固定着进丸轮和定向套。罩壳内装有耐磨护板.更换叶片时，可以将带有弧形护板的上罩壳转开。这是双圆盘式机械进丸的抛丸器。3.4.1抛丸器的性能参数。①抛丸量、抛丸率和抛丸速度。抛丸机每分钟抛出弹丸的质量即为抛丸量当抛丸器叶轮转速降低时，其抛丸量将变大。当抛丸量不变时，工表面所接受到的弹丸的数量与工件到抛丸器距离的平方成反比。清理中小型工件时多采用100-500kg/min抛丸量的抛丸器。抛丸器抛出的丸速一般在60-80m/s，大型工件和铸件及多砂清理采用较大的丸速，一般为75-80m/s。②扇形角、轴向扩散角和抛出角。抛丸器工作时，弹丸沿叶轮旋转平面呈扇形抛出。其角度即为扇形角，扇形角一般在55-70度之间。当定向套窗口因磨损而变大时，扇形角也变大。一般扇形角要比定向套开口角达10度左右。设计抛丸器主要是选择并确定合理的技术参数，如叶轮直径，转速，叶片宽度以及电机功率等，以获得清砂工艺所要求的弹丸抛射速度和抛丸量。3.4.2抛丸器主要参数的确定①弹丸抛射速度的选定。弹丸抛射速度不宜过高，否则会加深铸件表面的弹痕，使薄壁铸件变形，降低铸件表面光洁度和尺寸精度;另一方面，由于动能与速度的平方成正比，过高的抛射速度会大大增加抛丸器的功率消耗。同一功率，若提高抛射速度，则允许的抛丸量便显著降低，这是因为功率只与抛丸量的一次方成正比的缘故。根据清理工件的特点和要求我们选择抛丸速度为76m/s。②抛丸器数量的计算。抛丸器的数量可按下式计算N=n·n式中N---一抛丸器的总数量n---室体上抛丸器的排数，当室体长度后，n就可以确定;n---每一排上抛丸器的数量。每一排上抛丸器的数量，可用作图法确定。即根据工件的外形，每个抛丸器的旋向和最有效的打击角度，按照抛丸器的扇形角，抛出角和丸流对工件的入射角，画出每个抛丸器的扇形丸流区位置图。其方法是先根据抛出角画出同心圆A，再引两根A圆的切线，使其夹角为扇形角。这两根切线就是此抛丸器扇形抛射区的两根边线。并使相邻的抛丸器的扇形区交界处有一定的重合度，从而抛丸器的位置尺寸就可定出。另外，上下抛丸器在水平方向应互相错开250mm左右的距离，或根据抛丸器的轴向扩散角画出水平方向抛丸沛散封范围，以使相邻抛丸器各自处置平面内不互相干扰。式中n=1，n=1则N=n·n=1即：需抛丸器数量为1台。③抛丸器抛丸量的计算。按所需清理铸钢件带砂量计算的总丸量计算，查公式(21.1-9)G=(3.1)式中G---按铸件带砂量计算的每小时清理工件的总丸量(kg、)W---按重量计算的最大生产率(kg/h)---清理每干克型砂所需弹丸量(kg/kg)，型砂溃散性差时，查表3.4取=12.50。C---铐件带砂量系数，当铸件带砂量为30%时，C=0.3.---考虑工件装卸和运输时间的工作时间利用系数。=0.5~0.85，单件小批量生产取小值，大批量生产取大值。取=0.75。则:G==28800Kg/h型砂溃散型3.3 表3.3各种弹丸材质对照使用表工作情况铸件清砂溃散性好的型砂溃散性差的型砂（kg/kg）=7.4~10=10~12.5每个抛丸器应有的平均抛九量按资料[1]公式(21.1-4)计算G=G/60N式中:G---抛丸器应有的平均抛丸量((kg/min)G---清理工件的总丸量(kg/h)，这里G=28800kg/hN-抛丸器的数量，N=1则：G==48kg/min.暂且定义为履带式自动上料式抛丸器180-4RK型。其抛丸量480kg/min，叶轮转速为2100r/min，叶轮直径为450mm，根据工作要求我们选弹丸初速度(即vo)为76m/s。3.4.3丸速和丸径的核算①丸速的核算弹丸的末速不应小于50m/s，否则就不能把工件表面的氧化皮除去。因此要按下面的近似公式对弹丸的末速进行核算，查[[1]公式(21.1-15) V=V/0.1022}（3.2）式中:V---弹丸的末速度(m/s);V---弹丸的初速度(m/s);e---自然对数的底，c=1.71828;s---弹丸飞行距离(m);d---弹丸直径(mm);则由Vo=76m/s,e=2.71828,d=lmm(最小直径)取S=Sm,Sm按式查[1]公式(21.1-17)计算Sm=B/2+b++D/2(32)（3.3）式中：B=1915mm，b=200mm，=85mm，D=1015mm则Sm=1915/2+200+851015/2=1750mm=1.75m查表[1]公式(21.1-15),V=76/0.1022=63.5m/s。此速度已大于清理所需要的最低丸速50m/s，因此不需要再进行能有效清理的最小丸径核算。②抛九器叶片外圆直径的近似计算，查[1]公式(21.1-18)根据公式:vo=0.068D.n(3.4)式中:v。---弹丸初速度(m/s);D---抛丸器叶片旋转圆外径(m);n---抛丸器叶轮的转速(r/min);即：D=vo=0.068D.n=76/0.068x2200=508③抛丸器功率的近似计算。抛丸器所需电机功率可按下式进行计算，查[1]公式(21.1-19)N=4.428n10(3.5)式中N---抛丸器电机功率（KW）；Q---抛丸量（kg/min）；n---抛丸器叶轮转速（r/min）；D---抛丸器叶片旋转圆弧半径（m）；C---修正系数，取1.3~1.4；取:Q=480kg/min,n=2100r/min,D=0.508mm,C=1.得N=4.428x480x2100x0.508x1.35x10,=28.35Kw故选电机型号为Y200L-4，功率为30kW,转速为1470r/min。④整机循环量的计算整机循环量用以确定丸料循环系统中，每个输送设备的运输量，可按下列公式计算，查公式(21.1-20) G=0.06(3.5)式中G---整机循环量(t/h);j---清理类型系数，用于清理铁锈或氧化皮时，j=1.1，用于清理带砂铸件时，j=1.35;g---用于抛丸清理时为第i种规格抛丸器的抛丸量(kg/min);n---用于抛丸清理时第i种规格抛丸器的数量;a---抛丸器规格数量；将a=1,j=1.35,n=1,g=480代入式3.6则G=0.06x1.35x1x480=38.88(t/h)考虑到供料系统的不均匀性，对整机循环量加以修正。查〔21公式(17.8-31)由式:Q=Q/K(3.7)式中k---供料不均匀系数，取k=1.2-1.6;式中取k=1.3则:Q=19.44/1.3=14.95t/h取Q=15t/h即确定循环系统个运输设备的运输量为15t/h。高效抛丸器参数如表3.4所示。 表3.4抛丸器基本参数抛丸器型号叶轮转速（r/min）电机功率（kw）抛丸量（kg/min）180-4RK210030480弹丸弹射速度(m/s)径向散射角（度）轴向散射角（度）定向套开口角（度）76-60-8603.4.4抛投结构形式与传动方式选择计算①叶轮盘形式现有两种:双圆盘和单圆盘。双圆盘的优点是叶片受力情况较单圆盘好，弹丸轴向散射较小；其缺点是制造工艺复杂。本设计采用双圆盘，并使叶片伸出圆盘29mm。在保证叶片外径508mm的条件下，圆盘直径缩小到a)延长圆盘寿命。实践证明，叶片不伸出的圆盘，其外沿靠叶片处，易受弹丸冲刷，结果因该处磨损而造成圆盘报废。缩小叶轮盘直径，使叶片稍向外伸出，则可以避免这种损坏。b)减少合金钢(一般采用40Cr锻钢)材料的消耗;减轻圆盘重量(约减少20%)和缩小回转半径，从而减少了转动惯量，使电动机的启动转矩，起动电流和启动延续时间都随之减少，有利于延长电机寿命。 ②叶片的形状结构设计选择抛九器的叶片是磨损最快的易损件。叶片需要经常拆换，因此叶片的固定结构将直接影响抛九器的使用性能.因此我们采用圆柱销式固定方式，为了增加结构的刚度和抛丸效果，我们采用了双圆盘式叶轮结构。抛丸器的叶片，可以分为直线式和曲线式叶片。但这两种叶片磨损快，寿命短。为了提高叶片的使用寿命，我们设计了一种管式叶片，它使用与清理精密铸件时所采用磨损性很强的氧化铝弹丸。这种用耐磨性很强的高铝陶瓷材料制造的管式叶片，还可以在叶片磨损后转一角度继续再使用。它的使用寿命是普通叶片的10---20倍，并因管内形成的高速气流而获得更高的弹丸抛出速度。鉴于管式叶片的多种优点，我们选择管式叶片。如图3.2所示图3.2直管式叶片③叶片固定方式叶片是抛丸器最主要的易损件，数量多，装卸频繁。因此在保证固定可靠的条件下，尽量能使装拆方便，减少维修量。目前对于双圆盘的抛丸器，比较好的叶片固定方式有弹簧卡固定法(日本新东)和圆柱销固定法(洛阳拖拉机厂)。我们采用后者，它是一种比较可靠而又方便的固定方法，制造也简单。安装管式叶片时，先将叶片插入定位环孔中，再把圆柱定位销有圆盘外侧沿轴向送入销孔，用手锤轻轻敲击悄的外端，使销的另一端穿过叶片背面凸台的空档，直到完全嵌入另一侧圆盘的销孔时为止④定向环结构由于采用了管式叶片，在叶片与叶片间外侧留下了空隙，使弹丸从空隙抛出，这样既影响了抛丸效果和效率，又加速了管叶片的磨损。为此，我们采用了定向环，同时又起到为管叶片轴向定位的作用。⑤分丸轮的结构设计抛丸器分丸轮的尺寸和形状对抛丸量有直接影响。大口径的分丸轮将具有较大的抛丸量。分丸轮有三种类型。我们选用圆锥形入口的分丸轮，由于入口处不能形成堵塞入口的弹丸环，可是抛丸量成倍增加。(如图3.3所示)图3.3直管式叶片研究表明，分丸轮窗口内框限制了弹丸流的通过能力.分丸轮内径是影响抛丸量的主要因素。因此采取以下措施增加抛丸量:a)选取较大的分丸轮内经以扩大窗口通过截面。由于内经加大，分丸轮内壁的圆周速度也相应加大，弹丸随之旋转的离心力也相应增大。据分析，弹丸进入分丸轮内腔并非直接进入窗口，而是被携带旋转一圈，乃至若干圈后靠离心惯性力进入分丸轮窗口的。b)分丸轮叶片截面内侧设计为圆弧形，它相当于扩大了分丸轮内侧窗口面积，并且减少了弹丸进入阻力。c)分丸轮进丸口设计为圆锥形收口。实验证明，具有圆筒状进丸口的分丸轮，当出现堵塞时，弹丸被离心惯性力压向轮壁，形成坚固的环形堆积。这个附着在分丸轮进口内壁上的弹丸环，即使在堵塞消失后也依然存在，阻碍着弹丸顺利地进入分丸轮内腔，使抛丸量显著下降。而这个弹丸环只有在停车后，速度降到很低时，才会突然瓦解.圆锥形进丸口则可以避免这种不利情况.⑥分丸轮以及其它主要尺寸的确定。实验证明，分丸轮内径是影响抛丸量大小的主要因素。但到目前为止，没有理想抛丸量与抛头结构参数的关系式。180-4RK抛图3.3分丸轮丸器(分丸轮内径为58mm)的实测抛丸量只有40-70kg/min,为铭牌数据40kg/min的1/3-1/2.为此，决定分丸轮内径为80mm，分丸轮外径为110mm。其与定向套之间的间隙及定向套与外叶片内端的间隙，根据经验按大于或等于弹丸直径的二倍来确定，以保证不挤碎弹丸.因弹丸最大直径为2mm，则间隙尺寸定为4mm.据此并参照有关设计定出:①定向套内径=118mm，外径=138mm②管叶片内端直径=146mm,③管叶片内径=56mm，外径=76mm，叶片长=179.5mm④定向套窗口宽=58mm，开口角=60度⑤分丸轮叶片宽=43mm窗口开角=⑥进丸管直径=55mm⑦分丸轮采用内六角螺栓固定⑧结合盘与轴的装配采用锥柱配合⑨罩壳采用旁开式，开启方便省力。⑩传动方式目前有电机与抛丸器同轴的直连方式。优点是结构紧凑，传动效率高。但电机的防震和保护是一个较难解决的问题。本设计仍采用通过V带传动的方式.3.4.5带传动的设计计算(以下未说明的资料来源均出自资料[22]第17章)①已知条件:传递功率P=30Kw;小带轮转速ni=2100r/min;大带轮转速为n=1470r/min.②计算过程:步骤计算项目计算及参数选择计算结果1确定设计功率P=P=30X1.6=48KW查表17-5得=1.5，因增速传递，故=1.5+0.1=1.6P=48KW2选择带型根据ni=2100r/min，P=48KW由图17-1查得带的型号为B型选B型带3计算传动比i=n/n=2100/1470=1.429i=1.4294小带轮基准直径参照表17-11和表17-12取d=140mmd=140mm5大带轮基准直径d=i.d(1一)=1.429x140x(1一0.01)=199.85mm查表17-11取d=212mm6带速V=π.d.n/60x1000=16.2m/sV=16.2m/s7初定轴间距根据0.7（d+d）a2（d+d）246.4mma704mm取a=500mm8所需基准长度L=2a+（d+d）+（d+d）/4a=1555.5mm由表17-2选取基准长度L=1600mm9实际轴间距aa+（d+d）/2=500+（1600-1555.5）/2=522.25mm安装时最小轴间距为a=a-0.015L=498.25mm张紧时所需最大轴间距a=a+0.03L=570.25mma=522.25mma=498.25mma=570.25mm10小带轮包角=180°-57.3（d-d）/a=180°-57.3（212-140）/522.25=172.1°=172.1°11单根V带的基本额定功率根据d=140mm和n=2100r/min，查表17-9d，查得B型带P=3.58KWP=3.58KW12传动比i1的额定功率增量查表17-9d，△P=0.54KW△P=0.54KW13V带根数Z=P/（P+△P）k.k查表17-6得k=0.982查表17-7得k=0.93Z=48/=4.8取Z=5根14单根V带预紧力F=500(2.5/k-1)P/Z+M，查表17-8得m=0.17kg/mF=500(2.5/0.982-1)x48/(5x16.2)+0.17x16.2=212.6NF=212.6N15作用在轴上F=2F.Z.sin(/2)=2121NF=2121N16带轮结构见图3.4图3.4③带轮的结构和尺寸由Y200L-4型电动机可知，其轴伸直径d=42mm，长度L=100mm，故大带轮轴孔的直径应取d=42mm，毂长应小于110mm。表17-14查得，大带轮结构为辐板轮。辐板厚度S=16mm；选用材料为:HT200。3.4.6主轴的尺寸计算与结构设计①初步估计轴径=120x(10.56/2100)=31.59mm②轴的结构轴的结构设计要综合考虑到轴的强度、刚度，加工工艺和轴上零件的安装、固定和拆卸等各种因素。在轴所传递的功率为P=PoX=30X0.96=28.8(KW)，(Po为电机功率，为V带传动效率)轴的材料选用正火处理的45号钢，根据以下公式从强度考虑估算轴径：dA(P/n)=110x(10.56/2100)=18.57mm从扭转角度考虑估算周径:dC(P/n)确定轴的各段直径和长度的同时，也要确定其他一些零件及箱体的所有关尺寸。③轴的强度验算轴的结构设计完毕，进行强度验算;轴所承受的扭矩为Tn=9550P/n=955OX10.56/2100=45.96N.m轴受力情况如图3.5所示。图3.5主轴力图V带张力的合力F=2121N，叶轮自重F=1000N,F的方向总是指向地心，F的方向随安装位置而定，二者不一定在同一轴向平面内。这里按最不利的情况考虑，即按在同一轴向平面内，且方向相同来计算，忽略轴自身重量，则其反力为R=/136=2251NR=F+F-R=2121+1000-2251=870NA点弯矩为M=2121x0.105=2227N.mB点弯矩为M=1000x0.205=205N.m由图3.5可见，支点A处弯矩最大，应校核此处轴径。d(k...)+(k..T)0.1实际A处直径为45mm，轴最细处直径为34mm。故强度足够安全。④刚度验算轴的当量直径d为:由公式=-，=;式中E=196GPa-216Gpa,取E=206Gpa,I=πD/64=21.14x10mm.=+=[2121X105X(105+136)]/[3X206X10X21.14X10]+[-870X136]/[16X210X10X21.14X10]=0.045y=y+y=[870X205X(205+136)]/[3X206X10X21.14X10]+[-2121X136]/[16X206X10X21.14X10]=-0.1065mm取模为0.1065mm小于0.0178mm。可见：最大挠度产生在固定带轮的一端。取[4x10L]=0.1784mm刚度足够.3.4.7轴承选择和寿①轴的选择因轴承只受径向力，且转速较高，选深沟球轴承。根据轴端直径d=40mm，由轴承产品目录中初步选取深沟球轴承7000309（GB276-89）基本尺寸:dXDXB=45X100X25双列角接触球轴承3056309(GB296-84)基本尺寸:dXDXB=45X100X39.7②轴承寿命校核:a)由于主轴住要承受径向力，和比较小的轴向力.即FaFr，所以求比值Fa/Fr0根据表13-5，深沟球轴承的最小e值为0.19,故此时Fa/Fr<e.b)初步计算当量动载荷P.根据[18]式(13-8a)P=p（x.Fr+Fa）(3.8)按照表13一6fp=1.2-1.8,取fp=1.5按照表13-5，X--1,Y=O则P=1.5X(1X2251+0)=3376.5NP2=1.5X(1X870+0)=1305Nc)验算轴承寿命查表得7000309c=40.8KN3056309c=56.8KT根据[18]式(13-5)对深沟球轴承=3(由[18]表13-5)轴承工作寿命足够大。③轴承的润滑:根据工作要求，采用脂润滑。3.4.8键的选择和校核①键的选取根据工作要求，我们选择圆头平键。根据d=40mm,d=42mm，从[12]表6-1中查得bxh=12X8。取一般连接:轴N9；JS90.0215L：取标准63mm（小带轮）。小带轮健为：12x63GB1096-76.大带轮键为:12X90GB1096x76;结合盘键:查键槽结构:圆锥轴端键长为70mm.②键的强度校核轴和轮的材料都为钢，轮毅材料是HT200.由[12]表6-2查得许用挤压应力分别为〔]=100~120MPa，取平均值[]。[]=50~60MPa,取其平均值[]=55MPa;键的工作长度1=L-b=63-12=51mm。键与轮毅槽的接触而高k=O.5h=0.5X8=4mn.由[12]式(6-1)可得:故所选健的强度足够。L电机轴健长，所以电机轴健合格。故键的强度足够由于电机轴键的长度大于主轴键的长度，故电机轴键强度亦足够3.5弹丸循环系统设计弹丸循环系统用来把被清理下来的铁锈，氧化皮及粘沙等从室体内送向丸料净化装置，其主要分为:机械输送设备和风力输送设备。机械输送设备一般由垂直提升机构和水平输送装置，由于设计中小型设备，故去除水平输送机构。垂直提升机构主要是斗式提升机。风力输送设备是利用颗粒在气流的悬浮作用，将丸料送向九料挣化装置风力输送设备与机械输送设备相比:其结构简单，加工件少，易于制造，输送过程中无灰尘飞扬的现象，但整个功率大，占地面积大，噪音大，管道容易破碎，因而适用于输送量不大的单件小批量生产的条件。反之，是不经济的.3.5.1斗式提升机组成及特点斗式提升机用于竖直或大倾角线路上输送散状物料，其组成:有料斗、牵引部件、驱动装置、张紧装置及罩壳五部分。斗式提升机的突出优点:提升高度确定后输送路线最短，占地少、结构紧凑，有罩壳封闭，不扬灰尘，有利环保.但是，输送物料品种受限制，对过载敏感，供料不均匀，使用链条比胶带易磨损。斗式提升机输送能力一般在300t/h以下，提升高度在40米以下，应用比较广泛。3.5.2斗式提升机型号初步确定斗式提升机应用最广的有:带式(TD),圆环链式(TH),板式套筒滚子链式(TB)三种。由设计数据及工作环境恶劣，故采用圆环链式(TH)斗式提升机比较适合设计要求3.5.3TH型斗式提升机装载与卸载的确定装载方式为:注入式、挖取式、混合式三种卸载方式为:重力式卸载、离心式卸载、混合式卸载设计时，由设计数据及[1]有关资料，装载方式采用挖取式、卸载方式为离心式，料斗运行速度取v=1.4m/s.4丸砂分离器的选择4.1分离器方案比较丸砂分离器是用来将丸料中混杂的异物全部除去的装置，其装置主要有:筛类净化装置和风力分选装置及磁力分选装置三种①筛类分选装置:利用弹丸与杂物的颗粒不同，通过筛孔将其分离。主要清除大中型的异物，由于这些杂物的存在，不仅会使精选效率降低，而且可能卡死或堵塞精选分离装置，以致不能运转，其分离效果差.②风力分离装置:利用颗粒的大小及密度不同，在空气中需要不同的悬浮速度而将弹丸和杂物分离，其主要用于铸件落砂后的表面清理。风力分选装置主要有:容积是分离器、普通分离器、帘幕式分离器、钟罩式分离器.容积式分离器:其分离力量5-40t/h，不适用于含砂量大的场合。普通分离器:结构简单，可以直接连接在斗式提升机上，安装位置比较紧凑:但是，由于斜挡板处丸流宽度有限，当丸料流量大或含砂量大时，其设各或含砂量较少的场合。于小型设备或者含砂量少的场合。钟罩式分离器:主要将九料中的氧化皮、铁锈及砂等分离出去，对含砂量较大的丸料，其分离效果还是比较差的。幕帘式分离器：用于含砂量大之净化，其分离能力达到丸中含砂量小于1%，最大分离量在300t/h，风速在4~5m/s。③磁力分离器:用于含砂量大的场合，其结构复杂，庞大。制造成本高，一般用于铸件未经落砂直接整型清理的工件。结论:帘幕式分离器在结构、成本、效率上都较适合设计要求，该设计选用帘慕式分离器。4.2螺旋滚筒筛的选择螺旋滚筒筛由螺旋输送器和滚筒筛组成，滚筒筛制成带内外螺旋的叶片的筛子，内螺旋旋看成螺旋输送机的扩大部分，故设计过程可以按螺旋输送机的过程计算。为保证其结构合理暂取水平输送长度L=1000mm。4.2.1螺旋输送器是比较短的螺旋输送机，它是没有挠性牵引构件的输送机，依靠带有叶片的轴在密封的料槽中旋转而推动物料运动.组成:螺旋机本体、进出料口、驱动装置三部分分类:普通型、螺旋管型、垂直型三种螺旋给料器的特点曹a.运输粉料、颗粒状和小块状的物料，它不适合运输易变质的粘性的和易结块的物料。b.使用环境温度在-20℃-50℃之间，物料温度小于c.其结构简单，横截面积小，密封性好，可以多点装料和卸料，操作安全方便，制造成本低等优点。但机磨损严重，输送量较低，消耗功率大及物料在运输过程中易被破损。由于物料位水平运输，故选用普通型即可满足耍求①螺旋面型的比较与选型a).实体面型:称为S制法，用于输送干燥的，粘度较小的粉状和粒状的物料。b).带式面型:称为D制法，用于输送块状或粘度中等的物料。表4.1螺旋输送器4.2.2.滚筒筛的设计由于滚筒筛与螺旋给料器同用一根轴，且螺旋输送机的螺旋部分比设计过程小的多:滚筒筛设计时，内螺旋参数与螺旋给料器的螺旋相同，这样，每一部分输送量相同，并且滚筒筛工作中筛分物料，其输送能力要求不高。仅作结构设计1)螺旋内径D,=300mm。2)螺旋外径D=420mm。3)滚筒筛筛体直径D=540mm。4)取螺旋部分长度为L=1000mm5）内外螺旋节距P=240mm6）滚筒筛用1mm的带有筛孔孔径为2.2mm钢板卷成，内外螺旋旋面与螺旋输送器相同。一32-5室体结构设计5.1室体尺寸的计算①室体长度的计算根据式（21.1-1）L=D+2L，取L=1200mm。则：L=2197+2x1200=4597mm②室体宽度的计算根据式(21.1-3)取b=532mmB=D+2b=2197+2x532=3262mm③室体高度计算根据式(21.1-5)H=h+h+h则H=1909+2000+1800=5709mm。5.2室体结构设计①由于本清理设备为履带式自动上料设备，室顶要承受滑轮吊钩机构及电机，故对室体刚度要求比较高，应采用槽钢和工字钢作为承重支架，在焊接钢板。这里采用GB706-88.中16号热轧工字钢和GB707--88中16号热轧槽钢作骨架，室壁和室顶钢板厚度为6.5mm，在安装抛丸器的地方辅以40mm②密封性清理室体必须严密封闭。一则防止清理或清砂过程中产生的大量灰尘外逸。二则防止弹丸飞出伤人.为此，一般在金属室体内壁，还悬挂一层橡胶护板。在丸流覆盖区附近用30mm厚橡胶护板，室壁其它地方和室顶用105.3.室门结构两条钢丝绳分别跨过滑轮，系於加料门上，控制门的驱动机构运转，达到门的开闭要求。加料门内壁装有可更换的耐磨板，门上装有滚子，确保门体沿固定轨道平稳开闭。门的各边设有迷宫室密封装置，以使弹丸的渗漏减至最小，还可防止门与密封装置之间因弹丸而引起的堵塞。加料门内侧装有挡板，以避免工件在加料门与履带之间的堆积。5.4.室内履带履带由履带板搭接而成，其材料可用低碳钢，也可使用热