水平移动式抛丸机械工作机理研究及弹丸的动态仿真分析

1.4论文研究内容

通过研究国内外抛丸机产品工作原理及结构，运用理论知识和仿真手段，对抛丸机的抛头装置中的弹丸进行运动学以及动力学的分析，以计算机为辅助工具，采用适当的工程软件，应用动态仿真技术，仿真抛丸器的工作原理，通过定向套开口角大小及其位置确定弹丸的运动轨迹及其抛射速度，进一步确定弹丸的抛射面积，并结合现代设计的方法确定其整体结构。对双抛头抛丸机进行设计开发。

本文主要做了如下工作：

1）通过对抛丸头以及整机的结构进行分析，研究抛丸机械的工作机理；

2）对抛丸机的抛头装置（主要是抛丸器）进行运动学及动力学分析，建立弹丸在分丸轮及定向套中的力学模型，确定弹丸抛射的最终速度及抛射区域；

3）通过三维绘图软件CatiaV5R11建立抛丸机的三维实体模型；

4）将模型导入机械系统动力学仿真软件Adams2005，并进行动力学仿真，使之达到抛丸机的各项性能，保证循环能够顺利进行；

5）运用动态仿真技术，对弹丸在分丸轮内的运动过程进行仿真，分析影响弹丸速度的因素,确定定向套开口角大小及位置对弹丸的运动轨迹的影响；

6）确定整机的结构形式及尺寸； 7）双抛头抛丸机的整机设计。

第二章 抛丸机械工作原理及抛丸器的设计

一个机器的设计首先要从它的工作原理入手，首先保证原理上的可行性与可靠性，然后才能进一步从实际上去实践，去总结。因此对一个机器的工作原理进行深层次的分析与探讨是十分必要的，也是必不可少的。 抛丸器是整个抛丸机的核心工作装置，它决定了整个机器的工作效率与抛打质量，因此抛丸器的设计对整个抛丸机的设计来说至关重要。

2.1抛丸机械结构与工作机理简介

抛丸清理是以电力为动力，通过离心力加速弹丸，射击被清理平面。它是一种远距离投射的非接触式清理。其工作原理如下 ：抛丸机是利用电机驱动的抛丸轮在高速旋转过程中产生离心力和风力，一定颗粒度的弹丸流入进丸管时(可以控制弹丸的流量)便被加速带入高速回转的分丸轮中，在离心力的作用下，弹丸由分丸轮窗口抛出进入定向套，再经由定向套窗口(控制丸料的抛打方向)抛出，由高速回转的叶片拾起，并沿叶片之长度方向不断加速运动直至抛出，抛出的弹丸形成一定的扇型流束，冲击工作平面起着清理强化的作用。然后弹丸和灰尘、杂质一起经过反弹室来到储料斗的上方。大功率的除尘器通过储料斗上方的分离装置将丸料和灰尘分离，丸料进入储料斗继续循环使用，灰尘则通过连接管进入除尘器。当灰尘进入除尘器后，通过滤芯的分离，停留在储灰斗中和滤芯的表面。自动反吹除尘器可以通过压缩机提供的反吹空气自动间隔清理每一个滤芯。最后在机器内部通过配套吸尘器的气流清洗，将丸料和清理下来的杂质分别回收，并且使丸料可以再次利用。抛丸机配有除尘器，可做到无尘无污染施工，既提高了效率，又保护环境。 抛丸清理的原理是基于高速弹丸打击被清理表面，使其局部变形而产生弹丸压痕。每一个弹丸压痕有如图 2-1 所示的三层区别明显的结构。即：零件表面脆性变形层；零件中层的基体塑性变形区；深层的弹性变形区。后者在弹丸 打击以后几乎同时产生如下三个作用：

①对中层塑性区的前后左右和向上，从五个方向瞬间产生压缩应力；

②使中层在五个方向上瞬间产生压缩变形，并瞬间向表层推动，从而使已经有破裂线的脆性层迅速脱落；

③几乎同时又推动弹丸产生反弹力，使其获得反弹速度而反弹出去。弹丸压痕三个区域是同时发生和存在的。

要使脆性层得到脆性破裂，必须要达到其脆性破坏变形量，因此要求有适当压痕深度，即必须有适量的塑性变形区。塑性区和基体之间有一弹性区的中间状态，三者的厚薄是随抛丸目的不同而有差异。一般抛丸清理仅仅是要求能破坏其表面附属物，使其脱落就够了，脆性基体越少越好。因此必须合理选取工艺参数。  

1——表面脆性层破裂线；

2——表面脆性变形层；

3——基体塑性变形区；

4——基体弹性变形区

本文对抛丸机的工作原理进行探讨，对抛丸及进行整机设计。为了能够得到抛丸机的一些重要数据，我们到国内某机场进行了调研。