送粉器的設(shè)計原理

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1、3.2 送粉器的設(shè)計 3.2.1 送粉器的粉末輸送 在雙料斗載氣式送粉器中，粉末的輸送是設(shè)計的關(guān)鍵。輸送粉末時粉輪腔和出粉腔內(nèi)的壓縮氣體，經(jīng)出粉腔下端的出粉口形成穩(wěn)定的氣流攜帶粉末從出粉口流出，然后進(jìn)入輸送管道。要想使粉末在輸送管道中長距離正常地輸送，根據(jù)粉體的氣力輸送理論，就要使粉體在管道中達(dá)到懸浮狀態(tài)。這時就要使輸送物料的氣流速度大于所輸送物料的懸浮速度： (3-3) ——?dú)饬魉俣龋╩/s） ——物料的懸浮速度（m/s） 顆粒就會懸浮起來并被氣流推動。但在輸送過程中，由于顆粒相互間或與管壁間的碰撞、摩擦和粘附作用

2、，加上管道中的氣流速度不均以及其他因素的影響，實際輸送氣流速度要遠(yuǎn)大于物料懸浮速度。對于激光涂敷來說，用小的氣流速度輸送出粉末，可以提高粉末的利用率。同時還可以降低能耗、減小管道磨損。但如果氣流速度過小，物料流動狀態(tài)就會變差，容易引起堵塞。此外，為了防止管道的堵塞，還要保持有利于輸送的混合比（物料量與空氣量的比值）。 3.2.2 送粉器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.超細(xì)送粉器 2.送粉管 3.四路分粉器 4.同軸送粉頭5.電源等 6. 空氣壓縮機(jī) 7.空氣過濾器 8.輸氣管 9.普通送粉器 圖3-3 雙料斗送粉器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.2.2.1 送粉器的

3、機(jī)械結(jié)構(gòu) 3.2.2.1.1 總體設(shè)計 1.超細(xì)送粉器 2.普通送粉器 3.裝置柜 圖3-4 裝置柜俯視剖面圖 1.攪拌器 2.粉斗 3.密封腔 4.傳動軸 5.聯(lián)軸器 6.交流電機(jī) 7.電機(jī)支架 8.底板 9.出粉管 10.粉輪 11.粉輪腔 12.進(jìn)氣口 13.進(jìn)氣口 14.進(jìn)料口 圖3-6 超細(xì)送粉器示意圖 激光再制造雙料斗送粉器，包括送粉部分、控制部分、配氣部分和裝置柜，送粉部分包括并聯(lián)安裝在裝置柜上層的普通送粉器和超細(xì)送粉器、四路分粉器和送粉管。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布圖如圖3-3所示。圖3-4為圖3-3的俯視剖面圖，由圖可以看出兩個送粉器的安裝位置。圖3-5為普通送粉器的外

4、形圖，圖3-6為超細(xì)送粉器的外形圖，圖3-7為四路分粉器的實物圖。由圖3-4可知，送粉時，普通送粉器和超細(xì)送粉器送出的粉末進(jìn)入混粉器中，在氣流作用下均勻混合，經(jīng)一條送粉管輸出進(jìn)入四路分粉器，四路分粉器將粉流分為四路送入同軸送粉頭，同軸送粉頭將粉流聚集后送入加工區(qū)域，完成送粉過程。工作原理如圖3-8所示。 圖3-7 四路分粉器 1.粉斗 2.密封腔 3.傳動軸 4.撓性聯(lián)軸器 5.交流電機(jī) 6.電機(jī)支架 7.支撐底板 8.出粉管9.粉輪 10.粉輪腔 11.進(jìn)氣口 12.進(jìn)氣口 13.進(jìn)料口 圖3-5 普通送粉器示意圖 圖3-8 雙料斗載氣式送粉器工作流程示意圖

5、 圖3-9載氣式鼓輪送粉器原理示意圖 3.2.2.1.2 粉輪的設(shè)計 送粉器根據(jù)機(jī)械力學(xué)原理和氣動力學(xué)原理工作的，圖3-9所示的是其原理示意圖,它依靠氣體協(xié)助輸送粉末。在鼓輪圓周上均勻分布m個容積為v的小槽，鼓輪式送粉器工作時，粉末由粉斗經(jīng)進(jìn)粉管在自重和壓縮氣體的作用下流進(jìn)粉輪圓周上的小槽內(nèi)，隨著粉輪的轉(zhuǎn)動小槽內(nèi)的粉末依次流入出粉腔。在出粉腔內(nèi)充有壓縮氣體，并保持穩(wěn)定的壓力，在出粉腔的下端有出粉口。氣體攜帶粉末從出粉口流出。通過調(diào)節(jié)粉輪的轉(zhuǎn)速、進(jìn)粉管直徑和漏粉孔與粉輪間的間隙，就能精確控制送粉量。用公式表示為： Mp=nmvρ

6、 （3-4） 式中n為粉輪轉(zhuǎn)速；m為槽數(shù)；v為槽容積；ρ為粉末的堆積密度；Mp為送粉量或稱為送粉速率。 圖3-11粉輪送粉示意圖 圖3-10 粉輪原理圖 我們設(shè)計的粉輪結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。 3.2.2.1.3 粉輪腔的設(shè)計 參考鼓輪式送粉器的原理,設(shè)計方案主要包含落粉、粉輪傳送、氣流輸送三部分，圖3-12所示為送粉腔原理圖。 圖3-12 粉輪腔結(jié)構(gòu)圖 3.2.2.1.4 超細(xì)送粉器的特殊結(jié)構(gòu) 近年來，隨著納米材料的發(fā)展，多種微納米級的粉末材料大量用于激光熔敷，如超細(xì)氧化物陶瓷粉末、鈷包碳化物復(fù)合粉末等，它們

7、可以顯著地細(xì)化組織、減小應(yīng)力，提高材料的強(qiáng)度、硬度和耐腐蝕性能。但由于超細(xì)粉顆粒尺寸極小，具有很高的表面能，容易產(chǎn)生很強(qiáng)的分子間作用力，如范德華力、靜電力、磁性力等，這些力的相互作用使微納米尺寸的粒子很容易團(tuán)聚，形成團(tuán)聚體。從而使超細(xì)粉末的摩擦性能增強(qiáng)，流動性能變差，分散性能降低，即使將團(tuán)聚暫時分開，分子間的作用力又會使顆粒再次團(tuán)聚，嚴(yán)重影響著粉末的均勻混合和送粉的連續(xù)性。 因此，在超細(xì)粉送粉器的設(shè)計中應(yīng)充分考慮對團(tuán)聚現(xiàn)象進(jìn)行打散，較容易實現(xiàn)的方法是機(jī)械分散，即用機(jī)械力把團(tuán)聚顆粒打散。機(jī)械分散的必要條件是機(jī)械力（通常是指流體的剪切力和壓差力）應(yīng)大于顆粒間的粘著力。我們設(shè)計了一種攪拌裝置，如圖

8、3-13所示，獲得了很好的效果。該裝置由攪拌桿及焊接在攪拌桿上的強(qiáng)度和硬度均較高且具有梯度的攪拌架所組成。通過電機(jī)帶動攪拌架規(guī)則的轉(zhuǎn)動，攪動粉末均勻的流動，避免粉末團(tuán)聚、吸附在粉斗壁上和在粉斗內(nèi)形成架橋。 同時為防止粉末在粉輪腔內(nèi)再次團(tuán)聚，在粉斗和粉輪腔內(nèi)充入壓縮氣體，使粉末間距增大，流動性增強(qiáng)，甚至達(dá)到霧化狀態(tài)，大大避免了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。 圖3-13 攪拌桿結(jié)構(gòu)圖 3.2.2.2 送粉器的氣路設(shè)計 圖3-14 氣路分配圖 穩(wěn)定的氣體流量對載氣式送粉器實現(xiàn)均勻送粉、超細(xì)送粉及遠(yuǎn)距離送粉具有重要的作用，因此氣路設(shè)計是設(shè)計過程的一個重要部分。如圖3-14所示為雙料斗送粉器的氣流分

9、配圖。 由圖3-14知，氣體經(jīng)氣體流量計后分兩路進(jìn)入送粉器，一路進(jìn)入粉斗，可以彌補(bǔ)因粉末減小造成的氣壓差，防止粉末的團(tuán)聚結(jié)塊，另一路進(jìn)入粉腔，防止落下的粉末再次團(tuán)聚，并使粉末達(dá)到或接近霧化狀態(tài)，大大增強(qiáng)粉末的均勻性和流動性?；旌纤头蹠r，氣流還能促進(jìn)粉末在混粉器中充分混合。 根據(jù)氣體輸送理論，當(dāng)用來輸送的氣流速度大于所輸送的物料懸浮速度時，顆粒就會懸浮起來并被氣流推動。對于激光涂敷來說，用小的氣流速度輸送出粉末，可以提高粉末的利用率。但如果氣流速度過小，物料流動狀態(tài)就會變差，容易引起堵塞。因此，選擇合適的輸送氣流速度是很重要的。 混合比也就考慮的一個重要參數(shù)，如果混合比過大，即使在同樣

10、的氣流速度下也會引起管道的堵塞。因此，為了正常輸送粉末，在加大送粉量的同時，也要加大氣流量，以保持有利于輸送的混合比。 另外，輸送距離的遠(yuǎn)近也和氣體流量有密切關(guān)系，輸送距離遠(yuǎn)，則氣體需要克服的管壁摩擦力和粘滯力會大大增加，因此需要的氣體流量也越大。 1.粉輪 2. 密封套 3. 軸承 4. 傳動軸 5. 撓性聯(lián)軸器 6. 交流減速電機(jī) 圖3-15 傳動結(jié)構(gòu)示意圖 3.2.2.3 送粉器的傳動設(shè)計 3.2.2.3.1 密封器件的配置 在氣動送粉中，密封不好就不能正常地輸送粉末。尤其是軸承腔內(nèi)更不允許粉末進(jìn)入。所以粉輪腔體和軸承腔體連接處，密封尤其重要。設(shè)計中在軸承腔體的端部用兩

11、段帶有錐度的聚四氟套，如圖3-16所示。在里圈凹槽內(nèi)填充黃油等固體油脂，將傳動軸套在中間，再將聚四氟套安裝在軸承腔體內(nèi)，兩端用壓蓋壓緊，防止密封套產(chǎn)生軸向竄動。密封套外圈采用過盈的方式與軸承基座相配合。 圖3-16 軸承腔密封套 圖3-17 攪拌軸密封套 另外在超細(xì)送粉器粉斗攪拌系統(tǒng)中，在粉斗蓋上開孔，然后嵌入攪拌密封套，材質(zhì)為聚四氟，再將軸通過攪拌密封套中間，這樣聚四氟套緊貼在軸上。為避免粉斗內(nèi)粉末進(jìn)入密封系統(tǒng)，在粉斗端蓋的下方安裝粉斗罩。由于聚四氟比較光滑，所以和軸之間沒有太大的阻力，同時又可以起密封作用而且結(jié)構(gòu)簡單，圖3-17為攪拌軸密封套。圖3-18是攪拌軸密封套安裝位置示

12、意圖。 1． 攪拌軸密封套 2. 攪拌軸保護(hù)罩 3. 粉斗 4. 攪拌組件 圖3-18 攪拌軸密封套安裝位置示意圖 在其它端口和交界連接處，選用O型圈進(jìn)行密封。 3.2.2.3.2 電機(jī)的設(shè)計 (1) 電機(jī)功率的選擇 根據(jù)公式P=來確定電機(jī)的功率，式中N為粉輪軸的轉(zhuǎn)速，T為粉輪軸所受的力矩，9550為常數(shù)，考慮在送粉時粉輪的速度不是太快，最高速度不超過100rpm，且在輸送粉末過程中，粉輪軸僅受到來自傳動軸的摩擦力和來自粉輪與粉末的摩擦力作用，，根據(jù)檢測，粉輪的外圓力臂為0.02325m，內(nèi)圓力臂為0.007m，由于兩力極小，粉輪在輸送超細(xì)粉末時的力矩不會超過0.5Nm，按

13、該值，帶入公式中有： P= < = 0.00524KW 因此選用6W的電機(jī)就完全可以帶動粉輪軸的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）選擇電機(jī) 我們選用了V.T.V Motor Manufacture Co.,LTD的產(chǎn)品YN60-6型交流減速電機(jī)，功率：6W，額定電壓：220V，額定頻率：50/60HZ，額定電容：0.8μF， 額定電流：0.16A，額定轉(zhuǎn)速：1200/1500r/min 使用該電機(jī)后，送粉器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲很小，符合設(shè)計要求。 3.2.2.3.3 聯(lián)軸器的選擇 圖3-19 螺旋槽式撓性聯(lián)軸器 為了使粉輪轉(zhuǎn)動更加平穩(wěn)，設(shè)計采用撓性聯(lián)軸器，如圖3-19所示。該連軸器選用日本三木普利公司的螺旋槽式撓性聯(lián)軸器，為伺服、步進(jìn)電機(jī)專用的聯(lián)軸器，能與電機(jī)完全同步保持運(yùn)轉(zhuǎn)，型號為ACRM100-10-6.35，兩端孔徑分別為6.35mm和10mm，分別與兩端的連接軸配合良好。該產(chǎn)品有高效低噪功用，選用該聯(lián)軸器后，整體設(shè)備基本沒有噪音，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 其尺寸為如圖3-20所示： 圖3-20 聯(lián)軸器相關(guān)尺寸參數(shù)圖 圖中對應(yīng)各尺寸可從表3-1中ACRM-100所對應(yīng)的尺寸查對： 表3-1 聯(lián)軸器對應(yīng)尺寸