摘要:對于機(jī)械進(jìn)丸拋丸器,通過試驗(yàn)并結(jié)合理論計(jì)算,分析了氣流參數(shù)對彈丸運(yùn)動過程的影響.結(jié)果表明,當(dāng)拋丸量較小時(shí),氣流通道暢通,其對彈丸有一定影響;隨著拋丸量的增大,氣流通道不斷受阻,其對彈丸的影響逐漸減弱.

   機(jī)械進(jìn)丸拋丸器作為拋丸清理設(shè)備中的彈丸加速裝置,以其高效低能耗,勞動強(qiáng)度低,自動化程度高,清理效果好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用.其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示[1].

圖1機(jī)械進(jìn)丸拋丸器的結(jié)構(gòu)原理圖

1.2、試驗(yàn)方法：
  為了獲得拋丸器的氣流參數(shù),設(shè)計(jì)如下試驗(yàn):
(1)在正常工作條件下,不加入彈丸,測量拋丸器的空載電壓和空載功率.
(2)在正常工作條件下,加入彈丸使拋丸器達(dá)到最大拋丸量,測量其此時(shí)的負(fù)載電壓和負(fù)載功率.
(3)將進(jìn)丸管、分丸輪和定向套拆下,保持進(jìn)丸口暢通,測量拋丸器的空載電壓和空載功率.
(4)將進(jìn)丸管、分丸輪和定向套拆下,將進(jìn)丸口密封,測量拋丸器的空載電壓和空載功率.測得試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2不同狀態(tài)下測得的電壓和功率

2、試驗(yàn)結(jié)果分析：
   現(xiàn)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合理論計(jì)算,對拋丸器中的氣流參數(shù)進(jìn)行分析.
(1)比較試驗(yàn)3和試驗(yàn)4的結(jié)果,假設(shè)拋丸器除了進(jìn)出口外,其他地方均密封良好,則“進(jìn)丸口密封”和“進(jìn)丸口暢通”兩種狀態(tài)消耗的功率之差即可認(rèn)為是空氣消耗的功率,即　　N空1= 4.50- 2.82= 1.68 kW.
   此時(shí),空氣消耗的功率占進(jìn)丸口暢通時(shí)消耗功率的37.33%(1.68/4.50),即效率為.37,而正常工況的鼓風(fēng)機(jī)其效率均在0.75以上[2].因此,在這種狀態(tài)下,就驗(yàn)證了“拋丸器的鼓風(fēng)性能相當(dāng)于一臺結(jié)構(gòu)和性能都不甚良好的離心式鼓風(fēng)機(jī)”這一說法的正確性[3].
(2)比較試驗(yàn)1和試驗(yàn)4的結(jié)果,假設(shè)正?？蛰d時(shí)分丸輪消耗的功率可以忽略,則“正?？蛰d”和“進(jìn)丸口密封”兩種狀態(tài)消耗的功率之差也可認(rèn)為是空氣消耗的功率,即　N空2= 3.20- 2.82= 0.38 kW.
   此時(shí),空氣消耗的功率占正常空載功率的11.88%(0.38/3.20),其效率為0.12;占正常負(fù)載功率的3.06%(0.38/12.40),其效率為0.03.由此可見,此時(shí)拋丸器的鼓風(fēng)性能更差.而空氣消耗的功率與有關(guān)資料介紹的數(shù)據(jù)基本吻合[4].
(3)由式(1)和式(2)易知N空1= 4.42 N空2,這說明,拋丸器正常工作時(shí),由于進(jìn)丸管、分丸輪和定向套的存在(特別是定向套),使空氣在拋丸器中的流動通道受阻,從而使空氣消耗的功率大幅度降低.特別是拋丸器負(fù)載工作時(shí),加之彈丸流的存在,進(jìn)一步降低了空氣消耗的功率.因此,由于空氣流動通道受阻,拋丸器在正常工作時(shí)的鼓風(fēng)性能相當(dāng)差.

3、理論分析：
3.1、拋丸器內(nèi)的理論全壓：
當(dāng)葉輪直徑D一定,轉(zhuǎn)速n一定時(shí),對于徑向直葉片葉輪,拋丸器內(nèi)產(chǎn)生的理論全壓為[5]:P= 0.6073ρ0u22,
式中:u2為出口處葉片外緣的圓周速度,ρ0為空氣密度.
式(3)表明,當(dāng)拋丸器的轉(zhuǎn)速和葉輪直徑一定時(shí),理論全壓為一定值,不隨空氣流量的變化而變化.
本試驗(yàn)中,D= 0.42 m,n = 2500 r/min,ρ0= 1.205 kg/m3.
則拋丸器內(nèi)部的理論全壓為:　　P= 2211.9 Pa.
3.2、空氣消耗的功率和空氣流量：
拋丸器中空氣消耗的功率N空為[5]:
　N空= P Q,
式中:P為理論全壓, Q為拋丸器中的空氣流量.
當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)拋丸器內(nèi)部的理論全壓為一恒定值,所以,拋丸器中空氣的流量只與消耗的功率有關(guān).
由歐拉方程得,空氣消耗的理論功率為:　N空理= P/ρ0= 2211.9/1.205= 1835.60 W.
   則當(dāng)N空理= 1835.60 W,N空1= 1.68 kW,N空2= 0.38 kW時(shí),相應(yīng)的空氣流量分別為: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
   對Q空理、Q空1和Q空2的結(jié)果進(jìn)行分析得,在正常工作條件下,由于進(jìn)丸管、分丸輪和定向套的存在,空氣在拋丸器內(nèi)的流動通道受阻,Q空2較Q空理和Q空1相差很大.特別是當(dāng)進(jìn)丸管中充滿彈丸時(shí),空氣在拋丸器中的流量將進(jìn)一步降低.因此,一方面由于空氣流量減小,另一方面加之拋丸量增大,從而使空氣對每個(gè)彈丸的作用將變得微乎其微.
3.3、彈丸受力分析：
以一個(gè)在分丸輪中運(yùn)動的彈丸進(jìn)行分析,它必定受本身重力G、空氣壓力F和分丸輪施加的離心力Fe的作用.重力、空氣壓力和離心力的計(jì)算公式如下:
彈丸重力　G= m g=(πρg d3)/ 6,
空氣壓力　F= P S=(π P d2)/ 4, 
離心力　Fe= m rω 2,
   式中:m為彈丸質(zhì)量,P為理論全壓,S為彈丸截面積,d為彈丸直徑,ω為分丸輪角速度,ρ為彈丸密度(ρ= 7000 kg·m- 3),r為分丸輪內(nèi)徑(r= 28 mm).
   當(dāng)彈丸直徑d分別為1 mm、1.5 mm和2 mm時(shí),根據(jù)式(6)、式(7)和式(8),其所受的重力、空氣壓力和離心力的大小如表3所示.

分析表3中的各項(xiàng)指標(biāo),可得到以下結(jié)論:
(1)彈丸在拋丸器中運(yùn)動時(shí)其重力可忽略不計(jì).
(2)空氣壓力對彈丸的影響應(yīng)根據(jù)具體條件作具體分析.由于隨著彈丸直徑的增大,空氣壓力對彈丸的作用不斷減弱.所以,當(dāng)拋丸器內(nèi)的彈丸較少時(shí),空氣壓力對彈丸的作用不應(yīng)忽視.但在正常情況下,拋丸器內(nèi)的彈丸流量較大,此時(shí)空氣壓力對彈丸的作用也將逐漸減弱.
(3)由于計(jì)算彈丸離心力Fe時(shí),半徑r取的是最小值(28 mm),隨著彈丸離心半徑的增大,空氣壓力對彈丸的作用將逐漸減小.
4、結(jié)論：