Аэроабразивный смеситель устройства для абразивно-струйной обработки поверхности

 

Изобретение относится к области абразивно-струйной обработки и может быть использовано для обработки и очистки поверхностей от загрязнений и придания заданной шероховатости перед нанесением защитных покрытий. Смеситель содержит сосуд для абразива, дозатор, включающий золотниковый шток и седло с осевым каналом, сообщенным со смесителем эжекционного типа. Предусмотрено средство свободного вращения смесителя относительно выпускного патрубка сосуда для абразива и перемещения седла в осевом направлении для регулирования его положения относительно положения золотникового штока. В последнем на всей его длине выполнен сквозной канал для продувки дозатора. Золотниковый шток установлен с возможностью раздельного вращения и осевого возвратно-поступательного перемещения. Средство для рыхления абразива выполнено в виде оребрения на наружной части золотникового штока вне зоны взаимодействия с седлом. Такая конструкция повышает стабильность работы смесителя, обеспечивает удобство регулирования параметров обработки вне зависимости от кондиции абразивных сред, а также повышает эксплуатационные характеристики смесителя. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к средствам для абразивно-струйной обработки поверхности изделий и конструкций и может быть использовано в промышленности, строительстве, в быту для обработки и очистки поверхностей от загрязнений разных видов, в частности, перед нанесением защитных покрытий.

Из технологии струйно-абразивной обработки поверхностей известно использование двух режимов: обработка с использованием холодной абразивно-воздушной струи и термоабразивная обработка. В первом случае формируют поток абразива посредством высокоскоростной струи сжатого воздуха, поступающего непосредственно от компрессора или другого источника, и главным действующим фактором при такой обработке является кинетическая энергия частиц абразива (см. , например, SU 0221534, Пичко, 01.08.1968; SU 1703425 А1, Марчук и др., 07.01.1992). Во втором случае устройство содержит средства для генерации высокотемпературной струи газа и смешения с потоком абразивной среды. На обрабатываемую поверхность воздействуют два энергетических фактора - термическая энергия и кинетическая энергия абразива, при этом термическая энергия может быть в виде потока горячего газа (см. , например, SU 0344977, ВПТИЛП, 14.07.1972; WO 01/81044 A1, Данилов и др., 01.11.2001) или струи пламени (см., например, US 5607342, Evdokimenko et al., 04.03.1997).

Общими составными частями устройств для абразивно-струйной обработки поверхности, независимо от температурного характера воздействия, являются сопловый инструмент, связанный шлангом через смеситель абразива и газа-носителя соответственно с баком для абразива, и ресивер, связанный с источником сжатого газа. Избыточное давление создают и в баке для абразива, для чего его также соединяют с источником сжатого газа для целей побуждения расхода абразива (см., например, US 5460025, Champaigne, 24.10.1995).

Известен ряд изобретений, касающихся средств, обеспечивающих подготовку аэроабразивной смеси перед подачей ее в сопловый инструмент. Для дозирования описан встроенный в днище бака узел аэрации с пористой диафрагмой для псевдоожижения абразива (см., например, US 5433653, Friess, 18.06.1995). В другом изобретении (JP 6035111 В4, Sato Key et al., 11.05.1994) устройство для абразивно-струйной обработки содержит средство автоматического регулирования давления внутри бака, сообщенное со средством заполнения бака абразивом. При падении давления под весом абразива автоматически открывается тарельчатая заслонка и бак пополняется абразивом. Решение, касающееся автоматизации дистанционного регулирования расхода абразива, описано в изобретении ЕР 0694367, Al Kegler, 31.01.96: в выпускном отверстии бака установлена регулировочная игла на рычаге, положение которого дистанционно регулируется посредством домкрата двойного действия с редуктором. Для бесперебойной подачи абразива в смеситель предлагается использовать нескольких баков, а их коммутацию для попеременной работы осуществлять ручным переключением вентилей (см., например, RU 2173630 С1, Брезгин и др., 20.09.2001).

Однако все вышеописанные принципы дозирования и транспортирования абразивного материала в смеситель могут быть успешно использованы только для специально осушенных и подготовленных абразивных сред, не имеющих тенденции к слеживанию и сводообразованию. В противном случае возможно образование тромбов и нарушение подачи абразива в газовый поток, что сделает процесс обработки неконтролируемым, а потому и качество обработки, например шероховатость поверхности, невоспроизводимой. Существенным образом такое нарушение технологии будет влиять в термоабразивном режиме ввиду упомянутой неконтролируемой подачи абразива в зону обработки.

Наиболее близким аналогом по совокупности признаков к патентуемому является аэроабразивный смеситель устройства для абразивно-струйной обработки по патенту US 5605497, Pickard, 25.02.1997, содержащий сосуд для абразива, выпускной патрубок которого через дозатор, содержащий золотниковый шток и седло с осевым разгрузочным каналом, связан со смесителем эжекционного типа. Смеситель сообщен гибким шлангом с патрубком канала подачи аэроабразивной смеси соплового инструмента. Патрубок для подключения к источнику сжатого воздуха сообщен с полостью сосуда для абразива. Средства для загрузки абразива размещены в верхней части сосуда. Конец золотникового штока герметично выведен на верхнюю крышку сосуда для абразива. Осевое перемещение штока изменяет проходное сечение и позволяет регулировать расход абразива.

Однако данное устройство не предусматривает наличия средств, обеспечивающих возможность запуска, бесперебойной работы и устойчивости рабочей струи, например, при повышенной влажности абразивного материала из-за образования пробок в дозаторе и смесителе, что не позволяет считать данное устройство универсальным и пригодным для использования абразивных сред разных кондиций.

Задачей патентуемого изобретения является создание аэроабразивного смесителя устройства для абразивно-струйной обработки поверхности, не имеющего упомянутых недостатков и позволяющего осуществлять обработку как холодной абразивно-воздушной струей, так и горячей газоабразивной струей.

Технический результат патентуемого изобретения состоит в повышении стабильности работы устройства, возможности простого и удобного регулирования параметров вне зависимости от кондиции абразивных сред. Дополнительный технический результат состоит в улучшении эксплуатационных характеристик за счет снижения перегибов и запутывания гибкого шланга подачи аэроабразивной смеси.

Технический результат обеспечивается тем, что аэроабразивный смеситель устройства для абразивно-струйной обработки поверхности содержит сосуд для абразива, выпускной патрубок которого через дозатор, включающий золотниковый шток и седло с осевым каналом, связан со смесителем эжекционного типа, имеющим выходной патрубок для присоединения гибкого шланга подачи аэроабразивной смеси к сопловому инструменту и патрубок для подключения к источнику сжатого воздуха, сообщенный с сосудом для абразива, и средства для загрузки абразива. Он снабжен средством свободного вращения смесителя относительно выпускного патрубка сосуда для абразива при изменении положения шланга и перемещения седла в осевом направлении для регулирования его положения относительного положения золотникового штока, средством для рыхления абразива и приводами раздельного вращения и осевого возвратно-поступательного перемещения золотникового штока, связанными со свободным концом последнего, герметично выведенным на верхнюю часть сосуда для абразива, при этом дозатор прикреплен к смесителю и сообщен с ним посредством канала в боковой стенке смесителя, средство для рыхления абразива выполнено в виде оребрения на наружной части золотникового штока вне зоны взаимодействия с седлом, а в упомянутом штоке на всей его длине выполнен сквозной канал, сообщенный с источником сжатого воздуха при продувке дозатора.

Смеситель может характеризоваться тем, что средство свободного вращения смесителя относительно выпускного патрубка сосуда для абразива и перемещения седла в осевом направлении выполнено в виде накидной гайки с отбортовкой, внутренняя резьба которой ответна внешней резьбе выпускного патрубка сосуда для абразива, а отбортовка размещена свободно в кольцевом пазу между выточкой на корпусе дозатора и тыльной частью втулки седла, при этом корпус дозатора и втулка седла связаны между собой посредством резьбового соединения.

Смеситель может характеризоваться также тем, что он снабжен механизмом вращения накидной гайки, выполненным в виде пневматического привода с зубчатой передачей рейка-шестерня, при этом шестерня связана с накидной гайкой.

Смеситель может характеризоваться и тем, что по меньшей мере один из приводов раздельного вращения и осевого возвратно-поступательного перемещения золотникового штока выполнен пневматическим.

Смеситель может характеризоваться, кроме того, тем, что он снабжен перегородкой, установленной в полости смесителя на части его длины в диаметральной плоскости, перпендикулярной оси канала в боковой стенке смесителя.

Сущность изобретения подробно раскрывается на чертежах, где на фиг.1 представлена конструкция устройства; на фиг.2 - конструкция дозатора; на фиг.3 представлен привод регулирования дозатора; на фиг.4 - то же, что на фиг.3, вид по А-А; на фиг.5 - привод регулирования золотникового штока.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства. К корпусу 10 сосуда для абразива в нижней его части прикреплена конусная часть 12 с выпускным патрубком 14. Сосуд имеет в верхней части заправочное отверстие с крышкой (не показано). Конусная часть присоединена к корпусу 10 посредством фланцевого соединения 16. С выпускным патрубком связан дозатор 18, содержащий золотниковый шток 20 и седло 22 с осевым разгрузочным каналом 24. Дозатор 18 прикреплен к смесителю 26 эжекционного типа и сообщается с ним через отверстие 27 в боковой стенке.

Смеситель 26 имеет штуцер 28 для подключения к источнику сжатого воздуха и выпускной выходной патрубок 30 для присоединения гибкого шланга подачи аэроабразивной смеси к сопловому инструменту (не показан). Смеситель 26 снабжен рассекателем потока, для этого в боковой стенке тела смесителя 26 в диаметральной плоскости, перпендикулярной оси разгрузочного канала и штока 20, на части длины тела смесителя установлена перегородка 32. Перегородка 32 также предотвращает забивание абразивом проходного сечения смесителя 26 в нерабочем состоянии. Разделение потока сжатого воздуха, поступающего через штуцер 28 в процессе функционирования, обеспечивает последующую повышенную турбулизацию аэроабразивной смеси при взаимодействии верхней и нижней частей потока за перегородкой 32.

Золотниковый шток 20 выполнен полым, к его нижней части присоединен полый конус 34, выполняющий функции золотника, со сквозным отверстием 36 в вершине конуса и ребрами 37, установленными на его нерабочей части и предназначенными для рыхления абразива при забивании седла. Для центрирования штока 20 в конусной части 12 установлена втулка 38.

Золотниковый шток 20 установлен с возможностью раздельного вращения и осевого возвратно-поступательного перемещения. Один из вариантов выполнения механизма приведен на фиг.1. Свободный конец 40 штока 20 герметично выведен на верхнюю часть корпуса 10 сосуда для абразива, имеет резьбу и связан с приводом 42. На свободном конце 40 установлен штуцер 44 для подключения гибкого шланга к ресиверу сжатого воздуха при продувке дозатора. Для перемещения конуса 34 вверх-вниз служит гайка 46 с рукоятками 48, имеющая резьбу, согласную резьбе на штоке. Гайка 46 установлена с возможностью вращения относительно герметично установленной в корпусе 10 втулки 50 и имеет элементы 52 крепления и герметизации. К штоку 20 прикреплена ведомая зубчатая шестерня 54, находящаяся в зацеплении с ведущей шестерней 56, присоединенной к пневматическому двигателю 58, установленному посредством крепления 60 на корпусе 10.

На фиг. 2 укрупненно показаны средства для обеспечения свободного вращения смесителя 26 относительно выпускного патрубка 14 корпуса 10 сосуда для абразива и перемещения седла 22 в осевом направлении. Эти средства выполнены в виде накидной гайки 62 с отбортовкой 63, внутренняя резьба 64 которой ответна внешней резьбе выпускного патрубка 14 сосуда для абразива. Отбортовка 63 размещена свободно в кольцевом пазу 65 между выточкой 66 на корпусе 67 и тыльной частью 68 втулки 69 седла, связанными между собой посредством резьбового соединения 70 и опорной втулки 72. Втулку 69 седла целесообразно выполнить износостойкой, например в виде металлической обрезиненной втулки.

Такое выполнение позволяет регулировать эффективное сечение дозатора подъемом/опусканием втулки 69 посредством вращения гайки 62. В то же время такое решение позволяет смесителю легко вращаться в горизонтальной плоскости вслед за перемещениями шланга пескоструйщика, не истираясь и запутываясь.

Вращение гайки 62 для регулирования вертикального положения седла дозатора может быть легко механизировано посредством использования дополнительного пневматического привода с зубчатой передачей, подобно тому, как это описано для привода 42. Вариант конструкции показан на фиг.3. Пневмоцилиндр 76 укреплен на донной части корпуса 10 сосуда для абразива посредством кронштейна 77, а его шток 78 кинематически связан зубчатым зацеплением с шестерней 79 на гайке 62. Поступательное перемещение штока пневмоцилиндра вызывает перемещение гайки 62 вверх-вниз по резьбе 64 и тем самым регулирование эффективного сечения дозатора.

На фиг. 5 представлен другой вариант выполнения привода 42, позволяющий осуществлять манипуляции по осевому перемещению штока 20 при обеспечении его вращения. Для этой цели служат два пневматических двигателя 82, 84. Двигатель 82 установлен на корпусе 10, имеет ведущее зубчатое колесо 85, связанное с ведомым колесом 86, закрепленным на штоке 20. Шток 20 установлен в корпусе 10 сосуда для абразива с возможностью осевого перемещения и вращения посредством втулки 50, имеющей узлы 87 уплотнения с сальниками. Узел 88 вертикального перемещения приводится в действие от пневматического двигателя 84, имеющего шестерню 90, которая находится в зацеплении с зубчатой рейкой 91, образованной на конце 40 штока 20.

Узел 88 установлен с возможностью его сдвижки в горизонтальной плоскости, для чего узел 88 размещен на салазках 92, перемещаемых по основанию 93, прикрепленному к стенке 95. При приведении в зацепление шестерни 90 и рейки 91 зубчатая передача фиксируется винтом 96.

Обеспечение возвратно-поступательного перемещения штока 20 может быть реализовано и с использованием других известных механизмов пневмо- и электроавтоматики, используемых в условиях повышенной запыленности.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы сосуд через заправочное отверстие заполняют абразивом. В качестве абразива могут использоваться порошки абразивных материалов, отходы металлургического производства - шлаки, крупный песок и аналогичные среды. Перед началом работы дозатор 18 запирают, то есть приводят в соприкосновение золотниковый шток 20 и седло 22. Далее в сосуде создают избыточное давление, то есть открывают соответствующий кран, связывающий сосуд с ресивером и подают в смеситель 26 сжатый воздух через штуцер 28.

Вращением накидной гайки 62 регулируют проходное сечение дозатора 18. В силу этого необходимое количество абразива подается через осевой разгрузочный канал 24 в смеситель 26 и далее смешивается с потоком сжатого воздуха, образуя аэроабразивную смесь. Далее аэроабразивная смесь через патрубок 30 по шлангу подается к сопловому инструменту, где ускоряется и подготавливается для производства непосредственно пескоструйных работ. В зависимости от используемой конструкции, гайку 62 вращают либо ручным путем (фиг. 1), или посредством шестерни 79, связанной с рейкой на штоке 78 механизма с пневмоцилиндром 76 (фиг.3).

В процессе работы режим подачи аэроабразивной смеси удобно регулировать изменением положения полого конуса 34 золотникового штока относительно седла 22 посредством вращения гайки 46 (фиг.1) ручным путем или приводом "шестерня 90 - зубчатая рейка 91", связанным с приводом 42 (фиг.5).

Если наблюдаются перебои в формировании аэроабразивной смеси, это может свидетельствовать о нарушении режима истечения в канале 27, например, из-за нарушения кондиции абразива и/или его повышенной влажности. В этом случае осуществляют вращение золотникового штока от механических приводов 42 с пневматическими двигателями 58, 82 (см. фиг.1, 5). Для привода, показанного на фиг.5, предварительно ослабляют винт 96 и разъединяют зубчатую передачу. Ребра 37 осуществляют рыхление абразива в зоне седла. Если же абразив образует пробку в канале 24, через штуцер 44 подают сжатый воздух от ресивера непосредственно в полость полого штока. В этом случае продувка воздухом через отверстие 36 в вершине конуса устраняет пробку в отверстии 27. На практике, при нарушении режима формирования аэроабразивной смеси целесообразно сочетать как рыхление вращением штока 20, так и продувку воздухом.

Промышленная применимость.

Устройство может быть изготовлено с использованием традиционных технологий машиностроения и материалов, а также принципов построения средств, работающих под повышенным давлением. Серийно выпускаемые модели патентуемого аэроабразивного смесителя при загрузочной емкости сосуда для абразива 140-300 кг обеспечивают, при использовании металлургического шлака в качестве абразива, длительность обработки 30-60 минут, легкий запуск в работу и удобство пользования при регулировании параметров смешения абразива с воздухом.

ПОЗИЦИИ НА ЧЕРТЕЖАХ 10 - корпус сосуда для абразива 12 - конусная часть 14 - выпускной патрубок 16 - фланцевое соединение
18 - дозатор
20 - золотниковый шток
22 - седло
24 - осевой разгрузочный канал
26 - смеситель эжекционного типа
27 - отверстие в боковой стенке
28 - штуцер для подключения к источнику сжатого воздуха
30 - выпускной выходной патрубок для присоединения гибкого шланга
32 - перегородка
34 - полый конус
36 - сквозное отверстие в вершине конуса
37 - ребра
38 - втулка
40 - свободный конец
42 - привод
44 - штуцер для подключения гибкого шланга к ресиверу
46 - гайка
48 - рукоятка
50 - втулка
52 - элементы
54 - ведомая зубчатая шестерня
56 - ведущая шестерня
58 - пневматический двигатель
60 - крепление
62 - накидная гайка
63 - отбортовка
64 - внутренняя резьба
65 - кольцевой паз
66 - выточка
67 - корпус
68 - тыльная часть
69 - втулка седла
70 - резьбовое соединение
72 - опорная втулка
76 - пневмоцилиндр
77 - кронштейн
78 - шток
79 - шестерня
82, 84 - пневматические двигатели
85 - ведущее зубчатое колесо
86 - ведомое колесо
87 - узел уплотнения с сальниками
88 - узел вертикального перемещения
90 - шестерня
91 - зубчатая рейка
92 - салазки
93 - основание
95 - стенка
96 - винт.

Формула изобретения

1. Аэроабразивный смеситель устройства для абразивно-струйной обработки поверхности, содержащий сосуд для абразива, выпускной патрубок которого через дозатор, включающий золотниковый шток и седло с осевым каналом, связан со смесителем эжекционного типа, имеющим выходной патрубок для присоединения гибкого шланга подачи аэроабразивной смеси к сопловому инструменту и патрубок для подключения к источнику сжатого воздуха, сообщенный с сосудом для абразива, и средства для загрузки абразива, отличающийся тем, что он снабжен средством свободного вращения смесителя относительно выпускного патрубка сосуда для абразива при изменении положения шланга и перемещения седла в осевом направлении для регулирования его положения относительно положения золотникового штока, средством для рыхления абразива и приводами раздельного вращения и осевого возвратно-поступательного перемещения золотникового штока, связанными со свободным концом последнего, герметично выведенным на верхнюю часть сосуда для абразива, при этом дозатор прикреплен к смесителю и сообщен с ним посредством канала в боковой стенке смесителя, средство для рыхления абразива выполнено в виде оребрения на наружной части золотникового штока вне зоны взаимодействия с седлом, а в упомянутом штоке на всей его длине выполнен сквозной канал, сообщенный с источником сжатого воздуха при продувке дозатора.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что средство свободного вращения смесителя относительно выпускного патрубка сосуда для абразива и перемещения седла в осевом направлении выполнено в виде накидной гайки с отбортовкой, внутренняя резьба которой ответна внешней резьбе выпускного патрубка сосуда для абразива, а отбортовка размещена свободно в кольцевом пазу между выточкой на корпусе дозатора и тыльной частью втулки седла, при этом корпус дозатора и втулка седла связаны между собой посредством резьбового соединения.

3. Смеситель по п.2, отличающийся тем, что он снабжен механизмом вращения накидной гайки, выполненным в виде пневматического привода с зубчатой передачей рейка - шестерня, при этом шестерня связана с накидной гайкой

4. Смеситель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один из приводов раздельного вращения и осевого возвратно-поступательного перемещения золотникового штока выполнен пневматическим.

5. Смеситель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он снабжен перегородкой, установленной в полости смесителя на части его длины в диаметральной плоскости, перпендикулярной оси канала в боковой стенке смесителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5