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具有圆周速度的弹丸进入分丸轮窗口的条件
路面抛丸机抛丸器在刚开始工作的时候,从进丸管涌进分丸轮内的弹丸是不能立即进入分丸轮的窗口的,它们失去了径向速度,只能沿着分丸轮内壁作圆周运动。后续的弹丸即使其径向速度达到甚至超过临界速度,由于先前进入分丸轮内孔的这些弹丸的阻碍,若想直接进入分丸轮窗口几乎不太可能。同只具有径向速度的弹丸一样,只具有圆周速度的弹丸必须达到一定的角速度才能进入分丸轮的窗口。在以角速度口,高速旋转的分丸轮内,来自进丸管的弹丸由于分丸轮窗口棱角的碰撞和分丸轮内壁的摩擦以角速度作圆周运动。在弹丸进入分丸轮内孔的时候,其角速度较小,弹丸与分丸轮之间有较大的相对运动。随着的增大,弹丸作用在分丸轮内壁上的离心力增大,还由于分丸轮窗口棱角的连续碰撞作用,使弹丸获得一个不断变化的角速度,其角速度在不断地增大,最终弹丸将获得一临界角速度从而能进入到分丸轮的窗口内并在随后被抛射出去。
在先进入分丸轮内的弹丸沿着分丸轮内壁作旋转运动的同时,后续弹丸又连续不断地从进丸管涌入。由于这些弹丸必须经过加速达到临界角速度口才能进入到分丸轮的窗口内,因此在分丸轮转过第一圈的时间内进入到分丸轮内孔中的弹丸,因其角速度尚未达到临界角速度口,靠离心力的作用,它们将会均匀地分布在分丸轮的内圆周表面上,形成一层弹丸层。同样,在分丸轮转过第二圈的时间内进入到分丸轮内孔的弹丸会填满第一层弹丸的空隙并分布在第一层弹丸的内表面上……如此反复,形成弹丸环结构。这些弹丸以不同的角速度随着分丸轮一起旋转,形成一个具有数层弹丸的弹丸环。在分丸轮的中心保持着一个圆柱形的空腔,该空腔是进丸的主要渠道。抛丸器工作稳定时,该空腔的大小保持不变,整个弹丸环的质量基本恒定。然而弹丸环各层之间的界限并不于分清晰,每一层弹丸的排列也不是于分均匀的。由于离心力的作用,弹丸环内弹丸与弹丸之间将排列得非常紧密,因弹丸环的局部排列可能是无序的。随着外层弹丸的角速度逐渐达到临界角速度口,最外层的弹丸以相同的概率开始进入分丸轮的各个窗口,内层的弹丸逐渐向外层运动,其角速度和能量不断增大,最终将达到临界角速度进入分丸轮的窗口内。弹丸由弹丸环的内层向分丸轮窗口的迁移过程就是弹丸获得能量被加速的过程,这个加速过程是通过弹丸与弹丸之间、弹丸与分丸轮之间的摩擦碰撞Ifu实现的。虽然在这个过程中由于摩擦消耗了大量的能量,但是它是弹丸加速所必不可少的。
由于刚由进丸管进入分丸轮内空中的弹丸不可能具有很高的径向速度,大部分的弹丸是不可能立即进入分丸轮的窗口内的,是失去了径向速度,连续跃过数个窗口,在分丸轮内孔表面作圆周运动。
失去径向速度的弹丸必须达到一定的角速度才能进入分丸轮的窗口。影 响该角速度的因素有弹丸直径d,分丸轮内径D,分丸轮窗口所对应 圆心角,分丸轮窗口棱角的圆弧半径:以及分丸轮的转速口,。 正常工作中,分丸轮内的弹丸在其内孔表面上形成一个具有一定厚度的弹丸环。弹丸环中各层弹丸的角速度由最外层到最里层依次递减,弹丸的预加速过程即弹丸由弹丸环内层向外层的迁移过程。分丸轮内孔中弹丸呈整体有序局部无序排列。
3. 1. 2不同形状叶片的分析比较
抛丸器叶片按照形状的分类:
1.平面直线叶片;
2.曲线叶片,它又分为前曲叶片(叶片沿着旋转方向向前弯曲)和后曲叶片(叶片沿着旋转方向向后弯曲)
管状叶片是为了适应抛射高硬度非金属磨料(金刚砂和电熔刚玉)诞生的。用它取代靠压缩空气的喷砂机,从而用比空压机小得多的功率获得大的喷砂量。管状陶瓷叶片本身耐磨,磨损后(磨痕为一道窄狭的沟)可以转一角度继续使用(达八次),因寿命较直叶片长。据称该管状陶瓷叶片的寿命为特殊钢制之叶片的11-22倍。其第二个特点是丸流的轴向散射角小,与直叶片相比,具有较狭长的抛射带,“热区”长弹着密度高,抛射强度大。第二个特点是叶轮圆盘不受磨损。但是这种叶片自七于年代初问世以来,并未被广泛采用,其原因可能是由于它的结构远比直线叶片复杂(不仅是叶片本身,分丸轮结构也比较复杂)。虽然一处磨损后可以转一个角度继续使用,但是各个叶片的磨损量不可能完全相同,磨损量的不同将造成叶片重量上的差异,从而引起叶轮转动的不平衡,加剧抛丸器的振动。转换次数越多将越严重。对于大抛丸量抛射金属弹丸的抛丸器,这种形状的叶片是否适合,还很难说。
由于目前路面抛丸机国际上多数仍是采用直线叶片与曲线叶片,很少使用管状叶片与倾斜叶片,因此下面主要对直线叶片与曲线叶片进行比较分析。曲线叶片抛射带比直线叶片长。试验还指出,曲线叶片“热区”中最大抛射强度低于直线叶片。这说明曲线叶片抛射带面积较大,抛射强度的分布较为均匀,这是它的优点,但是抛射带过长,使抛丸方向的调节范围小,稍有不慎,易造成抛丸器护板的磨损。
由于采用曲线叶片能减小哥氏力对叶片的作用,从而能减小弹丸对叶片的摩擦,延长叶片的寿命。另外,曲线叶片与直线叶片相比所产生的空气涡流小,由此所产生的噪音也显著降低。目前我国进口的不少抛丸设备均装有这种抛丸器。曲线叶片主要有以下优点:
1.提高抛射效率,缩短清理时间30-40%;
2.延长叶片寿命30-40%;
3.由于减小了叶片尖端上的涡流,噪声降低6-7 dB ;
4.抛出弹丸均匀分布,分布面扩大。
虽然路面抛丸机曲线叶片与直线叶片相比具有不少优点,但是如果设计不当,抛丸器的性能就达不到要求。尤其是曲线叶片的曲率半径的选取,不但决定了叶片的抛射区域,也决定了整个叶片的磨损情况。 根据以上分析,与直叶片比较,后曲叶片的优点是弹丸对叶片的压力较小,压力沿着叶片长度上的分布比较均匀,从而寿命比直叶片长(直叶片外端压力最大,磨损最快);空气涡流小,噪声也较小。但抛射速度严重降低将严重影响抛射效率(弹丸的打击能量是与其速度的平方成正比的)。如果维持原抛射速度,则须加大叶轮直径或者增加转速,因此后曲叶片所得效益并不大。
前曲叶片,可以有效地提高抛射速度,从而大大提高抛射效率;减少弹丸周转次数,降低输送弹丸的能量损耗;抛射区内弹丸的分布较均匀;空气涡流和噪声都较小。唯一的缺点是叶片磨损严重,尤其是叶片外端。如果叶片耐磨性能好,使用前曲叶片是有利的。
如果抛射速度不变,同样叶轮直径,前曲叶片可以比直叶片采用较低的转速,有利于减少振动和噪声,还可以降低对叶轮动平衡的要求