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基于喷砂原理的动车轴箱清洗机

摘 要

本文主要论述基于喷砂原理的动车轴箱清洗机的设计原理与设计依据。动车高速运行的过程中在大气（周围）环境中形成负压，常年累月、日晒雨淋裸露在机车底部的轴箱将形成一层又厚粘附力又强的污垢。经试验高压喷枪、超声波等形式对清洗这层污垢都无良好的效果。经过多方了解与试验我们发现喷砂方案对清洗这层污垢有良好的效果，清洗的过程中亦能保证工件油漆面的完好。针对动车轴箱的特殊形式及特点，我们在动车轴箱清洗机设有压盖装置以保护轴箱轴承位尺寸精度，同时，将喷砂枪的运动轨迹经CAD仿真设计出仿形轨迹以保证喷砂枪喷口位置与工件表面的距离保持在最佳范围（100mm～150mm内）。喷砂枪在仿形机构的来回运动及在加以气缸的上下运动，经三维仿真分析可最大限度的清除工件的死角位置。为避免工件在喷砂后残留有磨液或喷砂未洗净的地方，在喷砂工位后再加以高压喷淋，高压喷淋后再通以压缩空气将清洗后的工件吹干（无水滴）。 本设备严格根据国标及铁道部相关规范要求设计施工，进而保证产品的质量要求。

关健词
喷砂 磨液 高压喷淋 喷嘴 气缸 污垢 压缩空气（0.5～0.8MPa） 电磁阀

一、 概述
本设备主要由磨液喷洗工位、高压喷淋工位、上料工位、卸料工位等四个工位组成。四个工位依托带有拨轮机构的滑动框推动送料小车依次向前进一个工位，四个工位中有三辆小车一辆待料位于上料工位、一辆位于第一道工序—磨液喷洗、一辆位于第二道工序高压喷淋。同时设备附有清洗液收集过滤装置、高压风储气装置、挡水门机构、电气控制系统等。本设备适用于CRH1、CRH2、CRH3、CRH5动车轴箱的清洗。
清洗原理主要是结合动车轴箱的表面结构，利用磨液喷射加工的基本原理：以磨液泵和压缩空气为动力，通过喷枪将磨液高速喷射到工件表面，磨液成分含有清水和珍珠岩（以一定比例掺和），喷枪是直接执行液体喷砂工作的主要部件，它将磨液和压缩空气两个管路系统连接在一起，工作时磨液泵将磨液以一定压力与流量通过磨液管路输入喷枪，于此同时，还有一磨液旁路装置将储存在磨液箱的磨液不断搅拌，从而使磨料与水搅拌均匀，以便磨液泵正常工作。压缩空气由外接气源通过风包（维持压力稳定）经电磁阀进入喷枪。压缩空气是使磨液产生高速运动的动力。喷射出的磨液流回磨液储箱，如此循环就完成磨液喷洗。
同时，工件到达喷淋工位时，利用错开且不同角度分布的喷嘴并结合喷嘴的往复运动使高压水能最大面积的冲洗轴箱表面。再结合清洗剂的化学去污、除油能力，使轴箱结构的每个死角的油污等迅速脱落，从而达到洗净的目的。然后通过吹风管路装置,使喷淋后的工件在高压风中吹干，避免工件出料时有大的水滴。注：本设备喷嘴在喷射水流时全部处于运动过程相比静止喷射具有更强的清洗能力及更大的清洗范围。
二、 设备的组成及其主要技术数据
Ⅰ、结构组成
l 轴箱清洗机主要结构包括：框架、水箱、高压水泵、送料小车、高压冲洗管路、风管系统及动作气缸、电气部分等
l 框架：清洗机框架全部用不锈钢SUS201,保证框架刚度的同时兼备防锈、防腐蚀，延长设备使用寿命、提高设备可靠性、长时间保持设备外形美观等功能。
l 水箱：为保证高压水泵的稳定运行，清洗液排污彻底、过滤充分特设置集水箱与蓄水箱。工作时集水箱与蓄水箱的最大水容量可达3立方米。集水箱具有收集喷淋水、清洗液加热、存储清洗液等功能;蓄水箱具有过滤、排污、蓄水等功能。
l 高压水泵：选用国内知名水泵公司南方泵业。
型号：CDLF20-17 18.5KW 20m^3/h
CDH20-17 18.5KW 20m^3/h
工作方式：串联 最大工作压力4MPa
l 运料小车：小车采用不锈钢材质（SUS304）制做，延长使用寿命；同时小车上还设有安装工件的夹具，夹具设计简便可最大限度的降低对工件清洗过程中干扰。
l 风管系统：风路系统包括风包、风管、气动控制阀、电磁阀等。风管系统为磨液加速提供高压风，同时，工件喷淋完毕后为喷淋工位提高高压风吹落工件上的水滴等。
l 高压冲洗管路及动作气缸：此机构主要包括，气缸，气动控制阀，喷嘴，滑动轨道等。执行机构所有外购附件使用国内知名厂家产品，附件的连接部分采用可拆装的设计，易于易损件的更换及设备的维护。
同时，为最大的满足客户的需求，喷嘴使用角度可调节的可调球接头，最大限度提高设备的清洗效率。
l 电气部分： 1、操作平台包括可触摸数显控制面板、数显温控调节面板及控制按钮等。
2、控制部分包括：三菱PLC、欧姆龙温度控制系统等
Ⅱ、设备主要技术参数
三相交流电：380V±10％，50HZ
设备总功率：75KW
风压：0.5～0.8Mpa（集中式管道送风，压缩空气未作净化、干燥处理）
喷嘴水压：≈2MPa水压
环境温度：5～45℃
工作水温：室温至+50℃，可调
相对湿度：≤98％
最大外形尺寸：6000mmX2600mmX2500mm
设备净重： ≈2T
三、 相关原理及计算
⑴喷砂原理
砂管及磨液
压缩空气（0.5～0.8MPa）
喷砂枪

吸入式喷砂原理图
喷砂工位以磨液泵作为磨液的供料动力，通过磨液泵将搅拌均匀的磨液（磨料和水的混合液）输送到喷枪内。压缩空气作为磨液的加速动力，通过输气管进入喷枪，在喷枪内，压缩空气对进入喷枪的磨液加速，并经喷嘴射出，喷射到工件表面，由于磨液对工件表面的冲击和“切削”作用，使工件表面的污垢的清除同时使工件的表面获得一定的清洁度。在液体喷砂机中，磨液泵为供料动力，压缩空气为加速动力。
⑵电机输入功率的计算
电机用于驱动磨液泵，其功率计算为：
计算公式：
P1=4KW
N=6 台 其中：P1：磨液泵单台电机功率
N：磨液泵电机数量
η：总效率η=0.8
则：
磨液泵电机总功率为24KW (2440RPM)
电加热器功率计算
计算公式：
其中：H：加热器的发热能力 （Kcal/h）
C：水的比热 C=4.2(KJ/kg·℃)
V：水箱容积 V=1.5m3
ΔT：温升 Δτ=30℃
则：
T=151200/18*3600h=2.3h
故而该设备的上使水温上升30℃，约需2小时

喷淋位喷嘴流量设计计算
泵的扬程为398米，又压力表实测泵到喷嘴的压力为3MPa。
查表的3MPa时，单个喷嘴流量为12L/min(口径2.2mm)
可得，总管流量为
H=12*28L/min=336L/min≈333L/min
故而可知该泵已达实际工作压力

四、 操作流程
设备工作流程图

轴箱置于送料小车

升降门开

气缸推动小车将轴箱送至指定位置、挡水门关、堵砂气缸起动

水泵通电送水，磨液泵通风、通水

气缸动作（侧部气缸及中间气缸上下移动，上部气缸左右、前后移动，底部气缸前后移动），同时，气缸拉动磨液喷枪做仿形运动

水泵关、进风口电磁阀通电（此时喷嘴对轴箱吹风）

气缸停止动作

升降门开

气缸推动小车将轴箱送至指定位置，清洗结束
五、 清洗效果
1.用于表面有油污的不锈钢材质工件表面的清洗

左边为清洗后的工件 右边为未清洗的工件
结论：经对比发现基于喷砂原理的动车轴箱清洗机对沾有油污不锈钢材质的工件有明显的去污效果，同时不伤害工件的光泽度。所用时间30秒，工作效率高。

2.用于表面有污垢的橡胶盖的清洗

左边为未清洗的工件 右边为清洗后的工件
结论：经对比发现基于喷砂原理的动车轴箱清洗机对表面有污垢的橡胶盖有明显的去污效果。所用时间50秒，工作效率高

3.用于表面有油污的铸铁材质工件表面的清洗

上图为未清洗的工件 下图为清洗后的工件
结论：经对比发现基于喷砂原理的动车轴箱清洗机对表面有油污的铸铁盖有明显的去污效果，同时不伤害工件表面的油漆。两件所用时间50秒，工作效率高

结 束 语
动车轴箱清洗机是为满足客户需要而进行设计的。由于设计周期比较紧迫，在实际生产中发现了一些不足之处，还需要不断地改进。自设备调试后，先后对喷砂工位及喷淋工位进行了冲洗检查，取得了许多宝贵的数据，为后期改进提供了依据。
本论文在写作过程中得到了我公司领导和部门有关领导和同事的指导和帮助，在此对他们的热忱工作表示感谢！

.参 考 文 献
[1] 《机床液压与气动传动》 机械工业出版社
[2] 《昌源喷嘴选型手册》 东莞市杰特西喷雾净化科技有限公司
[3] 《机械零件设计手册》 国防工业出版社
[4] 《亚德客气缸选型手册》 亚德客国际集团
[5] 《机械设计基础》 机械工业出版社
[6] 《简明材料力学》 高等教育出版社
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