摘要:对于机械进丸抛丸器,通过试验并结合理论计算,分析了气流参数对弹丸运动过程的影响.结果表明,当抛丸量较小时,气流通道畅通,其对弹丸有一定影响;随着抛丸量的增大,气流通道不断受阻,其对弹丸的影响逐渐减弱.

   机械进丸抛丸器作为抛丸清理设备中的弹丸加速装置,以其高效低能耗,劳动强度低,自动化程度高,清理效果好等优点而得到广泛应用.其结构原理如图1所示[1].

图1机械进丸抛丸器的结构原理图

1.2、试验方法：
  为了获得抛丸器的气流参数,设计如下试验:
(1)在正常工作条件下,不加入弹丸,测量抛丸器的空载电压和空载功率.
(2)在正常工作条件下,加入弹丸使抛丸器达到最大抛丸量,测量其此时的负载电压和负载功率.
(3)将进丸管、分丸轮和定向套拆下,保持进丸口畅通,测量抛丸器的空载电压和空载功率.
(4)将进丸管、分丸轮和定向套拆下,将进丸口密封,测量抛丸器的空载电压和空载功率.测得试验结果如表2所示。

表2不同状态下测得的电压和功率

2、试验结果分析：
   现根据试验结果,结合理论计算,对抛丸器中的气流参数进行分析.
(1)比较试验3和试验4的结果,假设抛丸器除了进出口外,其他地方均密封良好,则“进丸口密封”和“进丸口畅通”两种状态消耗的功率之差即可认为是空气消耗的功率,即　　N空1= 4.50- 2.82= 1.68 kW.
   此时,空气消耗的功率占进丸口畅通时消耗功率的37.33%(1.68/4.50),即效率为.37,而正常工况的鼓风机其效率均在0.75以上[2].因此,在这种状态下,就验证了“抛丸器的鼓风性能相当于一台结构和性能都不甚良好的离心式鼓风机”这一说法的正确性[3].
(2)比较试验1和试验4的结果,假设正常空载时分丸轮消耗的功率可以忽略,则“正常空载”和“进丸口密封”两种状态消耗的功率之差也可认为是空气消耗的功率,即　N空2= 3.20- 2.82= 0.38 kW.
   此时,空气消耗的功率占正常空载功率的11.88%(0.38/3.20),其效率为0.12;占正常负载功率的3.06%(0.38/12.40),其效率为0.03.由此可见,此时抛丸器的鼓风性能更差.而空气消耗的功率与有关资料介绍的数据基本吻合[4].
(3)由式(1)和式(2)易知N空1= 4.42 N空2,这说明,抛丸器正常工作时,由于进丸管、分丸轮和定向套的存在(特别是定向套),使空气在抛丸器中的流动通道受阻,从而使空气消耗的功率大幅度降低.特别是抛丸器负载工作时,加之弹丸流的存在,进一步降低了空气消耗的功率.因此,由于空气流动通道受阻,抛丸器在正常工作时的鼓风性能相当差.

3、理论分析：
3.1、抛丸器内的理论全压：
当叶轮直径D一定,转速n一定时,对于径向直叶片叶轮,抛丸器内产生的理论全压为[5]:P= 0.6073ρ0u22,
式中:u2为出口处叶片外缘的圆周速度,ρ0为空气密度.
式(3)表明,当抛丸器的转速和叶轮直径一定时,理论全压为一定值,不随空气流量的变化而变化.
本试验中,D= 0.42 m,n = 2500 r/min,ρ0= 1.205 kg/m3.
则抛丸器内部的理论全压为:　　P= 2211.9 Pa.
3.2、空气消耗的功率和空气流量：
抛丸器中空气消耗的功率N空为[5]:
　N空= P Q,
式中:P为理论全压, Q为抛丸器中的空气流量.
当转速一定时抛丸器内部的理论全压为一恒定值,所以,抛丸器中空气的流量只与消耗的功率有关.
由欧拉方程得,空气消耗的理论功率为:　N空理= P/ρ0= 2211.9/1.205= 1835.60 W.
   则当N空理= 1835.60 W,N空1= 1.68 kW,N空2= 0.38 kW时,相应的空气流量分别为:Q空理= 0.83 m3/s= 49.8 m3/min= 2988 m3/h, Q空1= 0.76 m3/s= 45.6 m3/min= 2736 m3/h,Q空2= 0.17 m3/s= 10.2 m3/min= 612 m3/h
   对Q空理、Q空1和Q空2的结果进行分析得,在正常工作条件下,由于进丸管、分丸轮和定向套的存在,空气在抛丸器内的流动通道受阻,Q空2较Q空理和Q空1相差很大.特别是当进丸管中充满弹丸时,空气在抛丸器中的流量将进一步降低.因此,一方面由于空气流量减小,另一方面加之抛丸量增大,从而使空气对每个弹丸的作用将变得微乎其微.
3.3、弹丸受力分析：
以一个在分丸轮中运动的弹丸进行分析,它必定受本身重力G、空气压力F和分丸轮施加的离心力Fe的作用.重力、空气压力和离心力的计算公式如下:
弹丸重力　G= m g=(πρg d3)/ 6,
空气压力　F= P S=(π P d2)/ 4, 
离心力　Fe= m rω 2,
   式中:m为弹丸质量,P为理论全压,S为弹丸截面积,d为弹丸直径,ω为分丸轮角速度,ρ为弹丸密度(ρ= 7000 kg·m- 3),r为分丸轮内径(r= 28 mm).
   当弹丸直径d分别为1 mm、1.5 mm和2 mm时,根据式(6)、式(7)和式(8),其所受的重力、空气压力和离心力的大小如表3所示.

分析表3中的各项指标,可得到以下结论:
(1)弹丸在抛丸器中运动时其重力可忽略不计.
(2)空气压力对弹丸的影响应根据具体条件作具体分析.由于随着弹丸直径的增大,空气压力对弹丸的作用不断减弱.所以,当抛丸器内的弹丸较少时,空气压力对弹丸的作用不应忽视.但在正常情况下,抛丸器内的弹丸流量较大,此时空气压力对弹丸的作用也将逐渐减弱.
(3)由于计算弹丸离心力Fe时,半径r取的是最小值(28 mm),随着弹丸离心半径的增大,空气压力对弹丸的作用将逐渐减小.
4、结论：