ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДРОБЕМЁТНЫЙ АППАРАТ
ELECTROMAGNETIC SHOTBLASTER

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции дробеметных аппаратов, используемых для очистки отливок, поковок, проката и упрочнения поверхностей деталей.
Известно изобретение «Турбина дробеметного аппарата», SU 1813618, опубликовано 07.05.1993. Турбина дробеметного аппарата имеет защитный кожух, вал, установленный на подшипниках в корпусе. На валу жестко установлен ротор, состоящий из ступицы, двух дисков, имеющих радиальные пазы для установки 8-ми сменных лопаток. В торце вала закреплен импеллер. Распределительная коробка соединена с кожухом аппарата. В конструкцию этого аппарата введены лопасти турбины, выполненные из отдельных поперечных элементов переменной толщины. Изобретение направлено на увеличение эффективности очистки объектов дробью.
Известно изобретение РФ №2352450, МПК В24С 9/00, опубликовано 20.04.2009. Автор Городецкий В.В. В конструкцию кожуха дробеметного аппарата введены из износостойкой резины защитные плиты, имеющие профильную рабочую поверхность. Изобретение направлено на снижение металлоемкости и увеличение долговечности защитных элементов кожуха дробеметного аппарата.
Известно изобретение «Лопатка ротора дробеметного аппарата», SU 1168396, опубликовано 23.07.1985. Авторы: Пенкин, Натачанный, Проломов, Кирин, Баскаев. В конструкцию лопатки дробеметного аппарата введены отверстия и зиги для увеличения сцепления резиновой рабочей футеровки лопатки с ее стальным каркасом, что повышает надежность работы лопатки.
Недостатками дробеметных аппаратов с лопатками являются: сложный путь дроби в рабочем колесе по внутренним и наружным деталям аппарата при создании скоростного потока дроби и, как следствие этого, эти аппараты имеют повышенное потребление электроэнергии от 22 до 55кВт и низкий КПД, обусловленный более чем 20-процентным непопаданием массы потока дроби на очищаемые объекты из-за большого рассеивания дроби, а также из-за неизбежного трения дроби о внутренние части аппарата и нагнетанием воздуха в дробеметную установку лопатками рабочего колеса, на которое тратится около 70% электроэнергии, потребляемой аппаратом.
Большая запыленность при нагнетании воздуха лопатками в дробеметную установку требует значительной мощности вентиляционных установок.
Тридцать девять вращающихся деталей аппарата с суммарной массой до 80 кг, подвергаются интенсивному износу дробью, что ведет к быстрому разбалансированию рабочего колеса и созданию недопустимых величин вибраций, шумов и появлению аварий аппарата. Подвергаются износу дробью распределительная коробка, массивный кожух и его крышка с семью металлическими защитными плитами. Вал с тремя подшипниками имеет массу 30 кг. Эти аппараты имеют большие  - 1200, 1115, 700 мм и большую металлоемкость - до 680 кг без массы электродвигателя. Аппарат конструктивно сложен, он состоит из 96 деталей.
Низкая стойкость дроби, 25 кг на тонну очищаемого объекта, является результатом большого трения дроби о поверхности импеллера, распределительной коробки, лопастей, дисков, а также бесполезного ее раскалывания о бронезащиту из-за большого рассеивания скоростного потока дроби и неточной, требующей большого времени регулировки направленности потока дроби на обрабатываемые объекты.
Отсутствие реверсивности аппарата - изготовление аппарата с правым и левым вращением рабочего колеса - повышает стоимость дробеметных установок.
В результате воздействия вибрации, возникающей вследствие разбалансировки рабочего колеса, происходят преждевременные усталостные разрушения частей дробеметных установок и деталей дробеметного аппарата, что затрудняет применение лопаточных дробеметных аппаратов в поточных автоматических линиях по обработке дробью объектов. Для уменьшения вибрации лопаточные аппараты оснащают вибропоглощающими устройствами. Профилактические осмотры лопаточных дробеметных аппаратов производят каждые 4 часа непрерывной работы. Частая замена дорогостоящих лопаток обусловлена неравномерным их износом, при этом комплект лопастей для замены необходимо подбирать с разностью по массе одной лопатки от другой лопатки не более 20-25 г.
При увеличении скорости вылета дроби более 75 м/с при работе дробеметного аппарата с лопатками расход энергии на сопротивление воздуха повышается значительно сильнее, чем полезная мощность.
Применяемые в настоящее время лопаточные дробеметные аппараты, имеющие существенные недостатки, и опубликованные изобретения, направленные на улучшение их работы, не решают задач, поставленных предлагаемым изобретением.
По простому образованию скоростного потока материала в механизме наиболее близкими по сущности к проектируемому аппарату могли бы быть: метательная головка центробежного пескомета, которая своими направленной дугой и ковшами придает формовочной смеси скорость до 50 м/с, и барабанный электромагнитный железоотделитель, который с большой электромагнитной силой удерживает движущийся с сепарируемым материалом на поверхности барабана ферримагнитный материал до конца магнитной зоны, изменяя направление движения сепарируемой массы.
Однако эти механизмы каждый в отдельности не могут быть применены для создания скоростного потока металлической дроби, но их действия и конструкции в совокупности могут быть взяты как прототипы для создания требуемого аппарата.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в изготовлении электромагнитного дробеметного аппарата, отвечающего современным требованиям по безопасности, энергосбережению, по металлоемкости, долговечности, расширению применяемости, удобству монтажа, технического обслуживания и эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что проектируемый электромагнитный дробеметный аппарат состоит из крепящегося к дробеметной установке основания, в котором в его двух скользящих подшипниках находится ось. На конце оси на двух шариковых подшипниках находится немагнитный корпус, имеющий на одном конце канавки для приводных ремней. Немагнитный корпус получает вращение от приводных ремней или напрямую от электродвигателя, через промежуточный фланец. Противоположный конец немагнитного корпуса выполнен полым.
На периферийную поверхность немагнитного корпуса прикреплен сменный немагнитный обод, который имеет поперечные и продольные ребра, выполненные так, что высота продольных ребер, для устойчивости дроби на сменном ободе, больше высоты поперечных ребер на 7 мм, высота поперечных ребер, для уменьшения захватывания рикошетной дроби и уменьшения вентиляционного действия аппарата, составляет не больше 15 мм, а для придания аппарату реверсивности передние и задние углы поперечных ребер между собой равны и составляют 90 градусов. Общая толщина сменного обода с ребрами предпочтительно равна 42 мм.
В средине немагнитного корпуса жестко на оси находится секторный электромагнит, состоящий из двух немагнитных полудисков, секторного магнитопровода и катушки с витками провода. Для легкого и быстрого регулирования направленности скоростного потока дроби во время работы аппарата и добавления свежей дроби или при смене обрабатываемых объектов аппарат выполнен с возможностью поворота оси с закрепленным на ней секторным электромагнитом относительно основания с последующим закреплением к основанию.
Электромагнитный дробеметный аппарат имеет совмещенную пневматическую систему защиты секторного электромагнита от пыли и его охлаждения, состоящую из зазоров между секторным электромагнитом и немагнитным корпусом, мелких радиальных пазов на распорной втулке, продольного и трех радиальных отверстий в оси, сквозных отверстий в стяжном винте и трубке для подвода сжатого воздуха. Для уменьшения расхода сжатого воздуха отверстия, пазы и зазоры имеют небольшие величины - от 3 до 5 мм. Защитный обрезиненный изнутри кожух, выполненный из двух частей, имеет отверстие для подачи дроби из дозатора на сменный немагнитный обод, окно для выхода направленного скоростного потока дроби и отверстие для выпуска немагнитных включений из зоны действия аппарата.
Благодаря такой конструкции электромагнитного дробеметного аппарата достигается простой и экономичный путь дроби по деталям аппарата при создании скоростного направленного потока дроби на обрабатываемые объекты, который образуется во время вращения немагнитного корпуса, до 3000 об/мин, и прикрепленного к нему сменного немагнитного обода с поперечными и продольными ребрами и действия электромагнита, прижимающего и удерживающего дробь на сменном ободе до зоны прекращения действия электромагнита, где дробь со скоростью 74 м/с и шириной факела 70 мм потока дроби летит на обрабатываемые объекты.
Значительное электросбережение достигнуто благодаря меньшему потреблению электроэнергии при производительности аппарата более 700 кг/мин и за счет экономичного образования скоростного потока дроби, а также за счет ликвидации нагнетания воздуха в дробеметную установку деталями аппарата.
Безопасность работы электромагнитного дробеметного аппарата обусловлена тем, что при массе сменного обода 9 кг, подвергающегося воздействию дробью, и общей массе 26 кг вращающегося немагнитного корпуса с двумя подшипниками, не подвергающихся воздействию дробью, аппарат при работе не создает вибраций и шумов, не разбалансировывается, не требует устройств для гашения вибраций, не требует большого количества металлоемких деталей для защиты от рикошетной и рассеянной дроби. Аппарат имеет массу не более 150 кг (с кожухом и электромагнитом, но без массы электродвигателя) и имеет длину 600 мм. Аппарат для простоты конструкции выполнен консольным и состоит из 36 деталей, в том числе 6 крепежных.
Дробеметные установки из-за отсутствия нагнетания воздуха деталями аппарата не потребуют дополнительных вентиляционных установок. Стоимость их снижается из-за реверсивности аппарата.
Обеспечена легкая, удобная и быстрая регулировка направленности скоростного потока дроби без остановки работы аппарата. Металлоемкость защитных деталей сведена к минимуму из-за отсутствия рассеивания дроби.
Электромагнитный дробеметный аппарат беспрепятственно встраивается в автоматические линии по обработке объектов дробью из-за своих малых габаритов и малой массы, повышенной производительности, отсутствия вибрации и шумов, удобного технического обслуживания и возможности без остановки регулировать направленность скоростного потока дроби.
Повышенная стойкость дроби на 20-30% достигнута за счет ликвидации трения и раскалывании дроби внутри аппарата, ликвидации раскалывании ее о бронезащиту из-за отсутствия рассеяния дроби. Охлаждение электромагнита и защита его от пыли производятся пневматической совмещенной системой и наружными ребрами на полудисках.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, являющимися иллюстрирующими материалами частного случая исполнения, они не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний технического решения.
На фиг. 1 показан электромагнитный дробеметный аппарат, общий вид.
На фиг. 2 показан разрез по А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 показан разрез по Б-Б на фиг. 1.
На фиг. 4 показан электромагнитный дробеметный аппарат с прямым приводом вращения.
Электромагнитный дробеметный аппарат состоит из крепящегося к корпусу дробеметной установки, условно не показанной, основания 1, в котором на двух скользящих подшипниках 2 находится ось 3. На оси 3 на двух шариковых подшипниках 4 находится немагнитный корпус 5, имеющий на одном конце канавки 6 для приводных ремней, на чертеже не показанных. Между внутренними обоймами подшипников 4 стоит тонкое кольцо, на чертеже не показано. К наружной обойме второго подшипника 4 в проточку немагнитного корпуса 5 вставлено наружное стопорное кольцо 7.
На периферийной поверхности немагнитного корпуса 5 установлен немагнитный сменный обод 8, имеющий небольшую высоту, предпочтительно сорок восемь поперечных 9 и два продольных 10 ребра, выполненные так, что передние и задние грани с верхними гранями поперечных ребер составляют одинаковый угол девяносто градусов, а высота продольных ребер больше высоты поперечных ребер предпочтительно на 7 мм. Толщина немагнитного сменного обода 8 с ребрами 9 и 10 составляет 42 мм (см. фиг. 1 и 2).
Немагнитный сменный обод 8 состоит из двух частей, при установке их на немагнитный корпус 5 образуется два стыка. На каждый стык сверху приклеена резиновая накладка 11.
Внутри немагнитного корпуса 5 на оси 3 на шпонке 12 находится секторный электромагнит 13 с зазорами 14 и 15 к его внутренним поверхностям, равными не больше 5 мм. Секторный электромагнит 13 состоит из секторного магнитопровода 16, катушки 17 с витками проводов и двух немагнитных полудисков 18 и 19, имеющих каждый по три прямоугольных паза и по три сквозных отверстия, на чертеже не показанных, для ввода в них винтов 20 (см. фиг. 1 и 2). Немагнитные полудиски 18 и 19 на наружных плоскостях имеют ребра для лучшей отдачи тепла, на чертеже не показаны.
Между внутренней обоймой второго подшипника 4 и секторным электромагнитом 13 на оси 3 находится распорная втулка 21, имеющая со стороны магнитопровода 16 наружные мелкие радиальные пазы, на чертеже не показаны. В проточке торца немагнитного корпуса 5 и на поверхности распорной втулки 21 установлена резиновая манжета 22. Между магнитопроводом 16 и основанием 1 на оси 3 находится втулка 23 (см. фиг 1).
Между двух скользящих подшипников 2 основания 1 в оси 3 имеются два радиальных сквозных резьбовых отверстия диаметром не больше M16, в которые вставлены два резьбовых стержня 24, имеющие на одном конце грани для съемного торцевого ключа-воротка 25, а второй конец выполнен с небольшой сферичностью. Основание 1 между двух скользящих подшипников 2 имеет полуцилиндрическую поверхность 26 (см. фиг. 1 и 3).
В резьбовое отверстие в торце оси 3 ввернут специальный стяжной винт 27 с тонкими регулировочными прокладками 28, в который ввернута трубка 29.
В оси 3 для прохода сжатого воздуха напротив зазора 14 имеется три радиальных отверстия 30 и продольное отверстие 31, в которое в торце оси 3 вставлена пластмассовая заглушка 32.
Защитный обрезиненный кожух 33 имеет отверстие 34 для подачи дроби на сменный обод, окно 35 для прохода скоростного потока дроби и отверстие 36 для выпуска немагнитных включений (см. фиг. 1 и 2). Подвод электропровода к катушке 17 и отвод его от катушки осуществляется по отверстиям и пазам (условно не показаны) в полудиске 19 (см. фиг. 1). В центр торца немагнитного корпуса 5 ввернута пресс-масленка 37 (см. фиг. 1). Защитный кожух 33 выполнен разъемным из двух частей, на чертеже не показаны.
Электромагнитный дробеметный аппарат с прямой передачей вращения (см. фиг. 1 и 3) имеет электродвигатель 38, на валу которого на шпонке 39 находится промежуточный фланец 40, прикрепленный к немагнитному корпусу 5 шестью шпильками 41. Электродвигатель 38 закреплен к плите 42 болтами 43. На конце немагнитного корпуса 5 находится пресс-масленка 44. Кожух 45, защищающий вращающийся промежуточный фланец 40, прикреплен болтами, на чертеже не показаны, к основному кожуху 33 (см. фиг. 1 и 3).
Электромагнитный дробеметный аппарат изготавливают следующим образом. Основание изготавливают из стали, чугуна или из корпусного сплава. Немагнитный корпус изготавливают из прочного немагнитного материала. Два полудиска изготавливают из немагнитного теплопроводящего материала. Ось изготавливают предпочтительно из стальной толстостенной трубы с наружным диаметром 76 мм, с толщиной стенок 26,71 мм и внутренним диаметром 22,58 мм. (При увеличении внутреннего диаметра трубы уменьшается сечение стержня магнитопровода.) Резьбовые стержни с наружным диаметром M16 изготавливают из нержавеющей стали, съемный ключ-вороток изготавливают из инструментальной стали. Секторный магнитопровод изготавливают из специального магнитопроводящего металла. Пробку и распорные втулки изготавливают из пластмассы. Все детали проходят механическую обработку согласно рабочим чертежам.
2
К секторному магнитопроводу крепят правый и левый полудиски, каждый тремя болтами, пропускаемыми в радиальные пазы и сквозные отверстия в полудисках и радиальные резьбовые отверстия в магнитопроводе. Пазы в полудисках совместно с винтами после крепления заливают пластмассой, предпочтительно АСТ-Т. На сердечник магнитопровода наматывают из медного провода витки катушки и заливают изоляционным материалом. Диаметр провода без изоляции предпочтительно равен 2,5 мм, с изоляцией 2,63 мм, сечение провода 4,9 мм, количество витков предпочтительно 700, диаметр сердечника магнитопровода примерно 100 мм, сечение сердечника магнитопровода 74,5 мм, высота катушки около 65 мм, диаметр катушки приблизительно 420 мм и расстояние от полюсов электромагнита до рабочей поверхности немагнитного обода составляет 23 мм.
В торце оси в продольное отверстие со стороны шкивной части немагнитного корпуса ставят пластмассовую пробку. На посадочную шейку оси, вплотную к его борту, ставят два шариковых подшипника, предпочтительно №317. Между внутренними обоймами подшипников ставят тонкое кольцо. Ось с подшипниками запрессовывают в посадочную проточку немагнитного корпуса. В проточку немагнитного корпуса вплотную к наружной обойме второго подшипника устанавливают наружное стопорное кольцо. Между внутренней обоймой второго подшипника и электромагнитом ставят пластмассовую распорную втулку, имеющую на своем торце со стороны электромагнита радиальные мелкие пазы. В выточку в торце немагнитного корпуса со стороны электромагнита и на распорную втулку ставят манжету. На ось вплотную к распорной втулке на шпонке ставят электромагнит с катушкой и магнитопроводом. Между магнитопроводом и основанием на ось устанавливают пластмассовую втулку.
На свободный конец оси ставят основание, тонкие регулировочные прокладки и вворачивают в резьбовое отверстие оси специальный стяжной винт. В два радиальных сквозных резьбовых отверстия в оси вворачивают два резьбовых стержня. Регулировочными прокладками и ключом-воротком получают свободное вращение оси с электромагнитом в отверстии основания и закрепляют специальным стяжным винтом. Ключом-воротком устанавливают в нужном месте ось с секторным электромагнитом и стопорят их резьбовым стержнем к основанию, ввинчивая резьбовой стержень до упора к полуцилиндрической поверхности основания (после регулировки направления скоростного потока дроби на обрабатываемые объекты). В шкивную часть торца немагнитного корпуса вворачивают пресс-масленку. В сквозное резьбовое отверстие специального стяжного винта вворачивают трубку для подачи сжатого воздуха.
Верхняя поверхность немагнитного корпуса должна иметь обработку не больше 1-го класса чистоты. На верхнюю поверхность немагнитного корпуса ставят и приклеивают быстродействующим клеем изготовленный предпочтительно из прочной резины сменный обод, состоящий из двух равных частей и имеющий предпочтительно 48 поперечных и два продольных ребра. В местах соединения двух частей немагнитного обода наверх каждого стыка приклеивают соединительную резиновую накладку. Собранный электромагнитный дробеметный аппарат своим основанием крепят к корпусу дробеметной установки 4-мя болтами. Ставят защитный изнутри обрезиненный кожух, состоящий из двух частей.
Сборка электромагнитного аппарата с прямой передачей вращения. На вал электродвигателя на шпонке ставят промежуточный фланец. Электромотор с промежуточным фланцем устанавливают на плиту, предварительно прикручивают к плите болтами и сдвигают к немагнитному корпусу собранного ранее электромагнитного аппарата. Промежуточный фланец его выступом вводят в отверстие немагнитного корпуса и крепят шестью шпильками к торцу немагнитного корпуса. Производят окончательную центровку электромотора относительно электромагнитного дробеметного аппарата и окончательно крепят электромотор к плите. Вворачивают пресс-масленку в резьбовое отверстие на конце немагнитного корпуса. К основному кожуху аппарата ставят и крепят болтами кожух, закрывающий вращающийся промежуточный фланец.
Электромагнитный аппарат работает следующим образом.
Стальная или чугунная дробь с дозатора подается на вращающийся немагнитный обод, удерживается на его поверхности сильным электромагнитом и под действием трения о поверхности обода и поперечных ребер высотой примерно 15 мм перемещается в зону прекращения магнитной силы, центробежной силой отрывается от ребер и поверхности сменного обода, летит на обрабатываемые объекты со скоростью 74 м/с. Продольные ребра выше поперечных ребер на 7 мм, они ужесточают сменный обод и создают ширину факела скоростного потока дроби 70 мм.
Регулировку направления скоростного потока дроби на обрабатываемые объекты производят как при работающем аппарате, так и при его наладке. Раскрепление, поворот и стопорение оси с электромагнитом к полуцилиндрической поверхности основания в требуемом положении производят специальным ключом-воротком за грани резьбовых стержней, ввернутых в резьбовые отверстия в оси.
3
3
Работа сменного немагнитного обода электромагнитного дробеметного аппарата. Диаметр схода дроби с поверхности немагнитного обода 480 мм. Частота вращения обода 3000 об/мин, скоростной поток дроби 74 м/с. Поперечные и продольные ребра создают на поверхности немагнитного обода 48 ячеек, каждая объемом 20,5 см при их длине 65 мм, ширине 21 мм и высоте 15 мм. Толщина поперечных ребер 10,4 мм. Количество ячеек в минуту 144000. Ведем расчет по объему чугунной дроби 3,5 г/см.
3
3
При производительности аппарата 700 кг/мин в одной ячейке будет находиться 5 г дроби, это соответствует 1,5 см дроби или 7,3% от полного объема ячейки (20,5 мм), при заполнении ячеек дробью на 10% производительность аппарата составит 950 кг/мин.
3
При срабатывании поперечных ребер до 1,5 мм и производительности аппарата 700 кг/мин объем ячеек немагнитного обода уменьшится до 2,05 см, а заполняемость ячеек увеличится до 73%, при заполняемости ячеек дробью до 90% производительность аппарата составит 850 кг/мин.
2
2
Стойкость немагнитного сменного обода, изготовленного из прочной резины, ориентировочно принята 120 ч (17 смен, по 7 ч, 6 дней), при давлении дроби на сменный немагнитный обод 2 кг/см. Сравниваем эту стойкость со стойкостью шины легкового автомобиля, составляющей 1000 ч при 50000 км пробега со средней скоростью 50 км/ч и удельном давлении на твердый грунт 3 кг/см. Принятая сравнительно низкая стойкость немагнитного обода 120 ч компенсируется значительным электросбережением, отсутствием рассеивания скоростного потока дроби, большой производительностью, отсутствием нагнетания воздуха в дробеметную установку, простым и легким техническим обслуживанием, увеличением стойкости дроби, а также реверсивностью аппарата.
Работа совмещенной пневматической системы охлаждения электромагнита и защиты его от пыли. Сжатый воздух поступает по трубке, ввернутой в сквозное резьбовое отверстие специального стяжного винта. Из продольного отверстия в оси воздух по трем радиальным отверстиям в оси и через мелкие пазы на распорной втулке попадает в зазоры между плоскостями немагнитного корпуса электромагнита, охлаждая и защищая электромагнит от пыли, после чего свободно выходит наружу. Охлаждению электромагнита способствует наличие ребер на немагнитных полудисках.
Применение электромагнитного дробеметного аппарата для очистки дробью отливок, поковок, проката и упрочнения металла позволяет безопасную и безаварийную эксплуатацию, обусловленную малой массой немагнитного обода, подвергающегося воздействию дробью, исключением разбалансирования вращающихся деталей, исключением вибрации и шумов при работе аппарата и наличием обрезиненного защитного кожуха.
Значительное электросбережение достигается благодаря простому экономичному образованию скоростного потока дроби, благодаря исключению нагнетания деталями аппарата воздуха в дробеметную установку и исключению оснащения дробеметных установок мощными вентиляционными агрегатами.
Уменьшенная металлоемкость аппарата обусловлена компактной конструкцией, малыми габаритами, небольшой общей массой аппарата с защитным кожухом.
Долговечность внедряемого аппарата обусловлена подбором современных материалов, исключением рассеивания дроби, исключением появления вибрации и аварий аппарата.
Расширение потребления внедряемого аппарата объясняется простым, быстрым и удобным обслуживанием аппарата, а также его реверсивностью, что позволяет беспрепятственно встраивать аппарат в автоматические линии по обработке объектов дробью.