单吊钩式航标抛丸清理机的原理及应用韩毅

单吊钩式航标抛丸清理机的原理及应用韩毅

韩毅

交通运输部北海航海保障中心青岛航标处山东青岛260011

前言

航标，是指供船舶定位、导航或者用于其他专用目的的助航设施，包括视觉航标、无线电导航设施和音响航标。航标是维持水上交通运输畅通，保证船舶安全、经济航行的重要设施，对发展我国水上交通事业，支持海洋资源开发和渔业捕捞，促进国民经济建设和发展，加强国防建设和维护国家主权均具有非常的作用。

本文所指的航标是钢制浮标，尺寸长度1.8米-3米不等，属于较大钢制构件。中国海区钢制浮标的维护周期为2-3年，浮标维护应在浮标出水后及时清除污损海生物，而后采用抛（喷）丸预处理，进行除锈、去除氧化皮、旧涂层、残留的油脂灰尘和焊渣等，除锈等级应达到GB8923-1989中Sa2.5等级要求，表面粗糙度应达到40~75微米，最大粗糙度值不宜超过100微米，以利于涂料合理利用、漆膜的附着力、防腐蚀性能和标体寿命。

钢材表面处理办法，按方式分为喷射除锈、动力工具除锈、酸洗等，钢制浮标钢材表面均应进行喷射除锈处理，在达不到除锈等级要求或不能够使用喷射除锈的部件而采用动力工具或手工工具等方式。

传统人工喷射除锈航标作业存在劳动强度大，效率低和安全性差的缺点，由于劳动保护要求等级高，作业辛苦且具有一定危险性，从事人工喷射除锈的工人越来越少，近几年出现需求单位花高价无法雇佣到专业工人的情况已不足为奇。

2015年12月、中华人民共和国海事局对董家口航标保养基地建设进行了批复。笔者为确定董家口保养基地车间抛丸设备选型方案设计，赴连云港航标处如东航标站、大连航标处棉花岛保养基地，庄河保养基地和青岛铸造机械有限公司等单位对抛丸喷砂工艺流程及设备进行重点考察，经几个月构思研讨，根据航标保养作业现状和当前主流技术研发功能相符的工艺流程和喷砂设备，在经过多次召开研讨评估和计算机三维动态模拟后，最终提出了吊钩式抛丸清理机工艺流程为青岛航标处董家口航标保养基地项目抛丸清理设备首选方案。

一．设备概述

单吊钩式航标抛丸清理机，顾名思义，吊钩式，就是指将钢制浮标等工件吊起竖立进行抛丸的一种作业方式，相对于传统卧式抛丸、该设备和辅助板车完全分离，独立悬空旋转，具备清理彻底，节约钢丸耗材和效率高等显著优点。适用于钢制浮标、支架的表面处理，能有效的对工件表面进行除锈、去除氧化皮、旧涂层、残留的油脂灰尘和焊渣等物体。

该设备全线采用PLC可编程控制，抛丸器、弹丸循环系统全部采用美国PANBORN公司技术，抛丸室及抛丸器的布置方式均经过计算机三维动态模拟后设计确定。顶部采用覆盖式密封结构，大门采用迷宫式结构，密封良好。所有在外部的转动部位，均带有防护罩。防护罩用油漆涂成醒目的橘红色，并带用警视标志，提醒工作人员勿要靠近。所有维修用梯子、栏杆、平台均按国家有关安全标准制作。

二.工作原理及主要结构

1．结构特点：

本设备为钩式抛丸清理设备，主要由清理室、护板、吊钩、自转机构、抛丸器、提升机、分离器、螺旋输送器、电器系统组成。

工件放置在台车上、手动推到电动葫芦下方的指定位置。

吊钩落下、吊起工件上升到指定高度、在电动葫芦的带动下进入清理室，在自传系统的带动下旋转。

打开抛丸器闸门，弹丸以73m/s速度打击工件表面,将工件表面氧化皮剥离掉。弹丸和清理掉的氧化皮，由螺旋输送器输送至提升机。

提升机将混合弹丸提至分离器进行分离，完整的弹丸进入料斗中供抛丸器使用，破碎的弹丸由废料管排除到废料桶中。混合弹丸进入抛丸室再参加弹丸循环进行分离。

而其中的灰尘和小颗粒物质则由除尘系统净化后排放到大气中。清理完毕打开大门工件退出，进行装卸。

2、主要结构

2.1工件输送系统

该系统主要由电动葫芦、工件自转机构、吊钩等组成。

工件自转机构采用加宽链条传动，减少工件晃动现象。运行平稳可靠。

2.2、抛丸清理室

2.2.1.室体

室体采用型钢及钢板焊接而成，外形美观，有足够的强度。

2．2.2、护板

室体内衬耐磨护板(材料：Mn13),主抛射区厚度12mm,寿命12000小时。其余部分采用10mmMn13护板（寿命15000小时）.

护板与室体采用螺栓连接，搭接形式铺设，便于更换。使用的螺母为高铬(cr20s)耐磨铸铁制造，寿命5000小时。室体共安装有6台抛丸器，由螺栓固定在抛丸室上。

2.2.3大门

抛丸清理室设有气动大门，门的上部设有行程开关，当门打开时抛丸器停止工作。

大门采用迷宫式结构，密封良好，无弹丸飞溅现象。

2.2.4、顶部密封

顶部采用特殊的密封结构。

室体内的U型护板将飞溅的弹丸进行第一次遮挡。橡胶密封将弹丸进行第二次遮挡。多层毛刷密封将弹丸进行第三次遮挡。最后顶部气动密封盖板将弹丸彻底密封。

在室体侧面设有除尘接口，抛丸区打击工件产生的灰尘将通过此除尘口进入除尘系统，进行净化处理。通过调节除尘接口上的闸门可以调节除尘风量，实现最佳的除尘效果。

2.3、弹丸循环系统：弹丸循环系统由螺旋输送器、提升机及分离器、气控弹丸闸门、供丸系统等组成。弹丸运行路线：弹丸→螺旋输送器→提升机→分离器→储丸斗→气动闸门→抛丸器。

2.3.1、螺旋输送器

螺旋输送器由摆线针轮减速机、螺旋轴、输送罩、带座轴承等组成。

螺旋输送器两端由调心球轴承支承，螺旋轴上焊有螺旋片。通过电机、摆线针轮减速器带动旋转、送料。

螺旋轴两端装有密封环、迷宫盘和填隙板，确保弹丸不能进入轴承。为保证螺旋轴的同轴度，采取了焊后机床加工。辊轴均采用优质碳素钢无缝钢管与45#轴头(调质处理)焊接而成。

2.3.2、提升机

提升机采用平皮带深斗式，主要由上下部传动、壳体、皮带、料斗等组成，由电机与减速器驱动。其上部两侧设有涨紧装置，可调节皮带的松紧度。

各罩壳间加有密封垫,防止灰尘外溢。提升机中部有一维修门,供检查安装皮带使用.下罩壳设有一侧门,当抛丸器沙量过多或大块异物落入造成堵塞时,可打开此门进行清理。

主动轮表面硫化6mm橡胶，延长皮带的使用寿命。

下部皮带轮装有测速装置，皮带打滑或被弹丸堵塞时自动报警。

2.3.3、分离器

由提升机卸出的弹丸、粘砂、氧化皮混合物,由分离器的布料螺旋均送到风选区,使其形成流幕，穿过4-5m/s的水平气流。

大块物体由滚筒筛排除。

由于弹丸、粘砂、氧化皮、粉尘的质量不同。质量大的弹丸落入储丸斗进入抛丸器。较小的弹丸及部分氧化皮进入混合料仓进行二次分离。破碎弹丸及粘砂进入废料管排出。

分离器上的舌板可调整，从而保证流幕均匀，获得最佳的分离效果，同时可保证抛丸器的叶片的使用寿命。分离器的分离效率可达99.5%以上。

2.3.4、弹丸闸门

弹丸闸门安装在抛丸器导入管上部，用来控制弹丸流量的大小。闸门系统包括闸门体和一个滑动闸门。滑动闸门由气缸带动，实现开、闭动作。调节闸门上的螺栓可改变闸门开口，使抛丸量变化。当调节抛丸量时，电柜上的电流指示不应超过电动机额定电流。

2.3.5、抛丸器（美国PANBORN公司技术）

为获得最佳的强化效果本设备采用曲线叶片抛丸器。主要由壳体、护板、叶轮、主轴及主轴承座、分丸轮、定向套、护板、传动机构等组成。

抛丸器具有以下特点：

1．结构简单，维修方便。

2．转动定向套角度可以调整抛射带位置。

3．更换叶片方便，更换时需取出定向套、分丸轮，因此可同时检查定向套、分丸轮的磨损情况。

4．叶片的截面形状随着抛射速度的变化采用内薄外厚的特殊造型，使得叶片磨损更加均匀、节省了材料、减少震动和噪音。

5.抛丸器主要零件叶轮选用20CrMnMo材料渗碳淬火，渗碳层3mm。加工后经动平衡检测，动平衡检测≤18N.mm。定向套、分丸轮、叶片采用高铬耐磨铸铁融模精密铸造工艺，使叶片重量差控制在5克之内，使用寿命长，叶片在≥800小时以上，分丸轮、定向套均在1000小时以上。

6.护板选用高铬耐磨铸铁制造，工件表面硬度HRC60-65，有较高的耐磨性及使用寿命。同时，由于护板尺寸较小，更换方便，并降低了运行成本。

2.4、气动系统：

气动系统由三联件，单电控二位五通阀，管路等组成。本系统通过压缩空气实现对气缸的开关，从而实现对弹丸闸门的控制。

2.5、电控系统

2.5.1、本设备采用可编程控制器（PLC）控制，

2.5.2整套系统设有自动/手动切换开关，并设有电气互锁、自锁、故障报警等安全防护功能，以保证设备的安全运行。

清理室大门设有安全联锁开关装置。

2.6除尘系统:

除尘器采用二级除尘，一级惯性除尘、二级脉冲滤芯除尘器，除尘效率达99.5%以上，废气排放≤80mg/m3，符合GBJ4-96工业"三废"排放试行标准。

三、应用

抛丸清理前后对比

2016年9月，董家口吊钩式抛丸机完成安装并开始投入运行。截止到2017年9月，共清理浮标100余座，吊钩式抛丸工艺利用吊起浮标旋转抛丸，抛打覆盖面全，几乎不留死角，通过近半年的实际作业，该设备不仅可以满足浮标保养清理，而且对灯架、锚链等工件都有较好的清理效果。设备正常运行平均每座浮标喷砂时间仅需15分钟，大大提升了效率；加上清理室采用无人密封结构以及全线采用PLC可编程控制，从根本上改变了原有人工喷砂作业效率低、危险大、难度高的状况，大大提升了航标保养作业的效率，提高了作业安全性，该设备在国内航标养护领域也属于首次尝试，在一定程度上也促进航标抛丸行业进入了智能化自动化时代。