送粉器的设计原理

3.2送粉器的设计3.2.1送粉器的粉末输送在双料斗载气式送粉器中，粉末的输送是设计的关键。输送粉末时粉轮腔和出粉腔内的压缩气体，经出粉腔下端的出粉口形成稳定的气流携带粉末从出粉口流出，然后进入输送管道。要想使粉末在输送管道中长距离正常地输送，根据粉体的气力输送理论，就要使粉体在管道中达到悬浮状态。这时就要使输送物料的气流速度大于所输送物料的悬浮速度：tsvv(3-3)sv——气流速度（m/s）tv——物料的悬浮速度（m/s）颗粒就会悬浮起来并被气流推动。但在输送过程中，由于颗粒相互间或与管壁间的碰撞、摩擦和粘附作用，加上管道中的气流速度不均以及其他因素的影响，实际输送气流速度要远大于物料悬浮速度。对于激光涂敷来说，用小的气流速度输送出粉末，可以提高粉末的利用率。同时还可以降低能耗、减小管道磨损。但如果气流速度过小，物料流动状态就会变差，容易引起堵塞。此外，为了防止管道的堵塞，还要保持有利于输送的混合比（物料量与空气量的比值）。3.2.2送粉器的结构设计3.2.2.1送粉器的机械结构3.2.2.1.1总体设计1.超细送粉器2.送粉管3.四路分粉器4.同轴送粉头5.电源等6.空气压缩机7.空气过滤器8.输气管9.普通送粉器图3-3双料斗送粉器内部结构图激光再制造双料斗送粉器，包括送粉部分、控制部分、配气部分和装置柜，送粉部分包括并联安装在装置柜上层的普通送粉器和超细送粉器、四路分粉器和送粉管。其内部结构分布图如图3-3所示。图3-4为图3-3的俯视剖面图，由图可以看出两个送粉器的安装位置。图3-5为普通送粉器的外形图，图3-6为超细送粉器的外形图，图3-7为四路分粉器的实物图。由图3-4可知，送粉时，普通送粉器和超细送粉器送出的粉末进入混粉器中，在气流作用下均匀混合，经一条送粉管输出进入四路分粉器，四路分粉器将粉流分为四路送入同轴送粉头，同轴送粉头将粉流聚集后送入加工区域，完成送粉过程。工作原理如图3-8所示。1.粉斗2.密封腔3.传动轴4.挠性联轴器5.交流电机6.电机支架7.支撑底板8.出粉管9.粉轮10.粉轮腔11.进气口12.进气口13.进料口图3-5普通送粉器示意图1.搅拌器2.粉斗3.密封腔4.传动轴5.联轴器6.交流电机7.电机支架8.底板9.出粉管10.粉轮11.粉轮腔12.进气口13.进气口14.进料口图3-6超细送粉器示意图图3-7四路分粉器1.超细送粉器2.普通送粉器3.装置柜图3-4装置柜俯视剖面图3.2.2.1.2粉轮的设计送粉器根据机械力学原理和气动力学原理工作的，图3-9所示的是其原理示意图,它依靠气体协助输送粉末。在鼓轮圆周上均匀分布m个容积为v的小槽，鼓轮式送粉器工作时，粉末由粉斗经进粉管在自重和压缩气体的作用下流进粉轮圆周上的小槽内，随着粉轮的转动小槽内的粉末依次流入出粉腔。在出粉腔内充有压缩气体，并保持稳定的压力，在出粉腔的下端有出粉口。气体携带粉末从出粉口流出。图3-8双料斗载气式送粉器工作流程示意图图3-9载气式鼓轮送粉器原理示意图通过调节粉轮的转速、进粉管直径和漏粉孔与粉轮间的间隙，就能精确控制送粉量。用公式表示为：Mp=nmvρ（3-4）式中n为粉轮转速；m为槽数；v为槽容积；ρ为粉末的堆积密度；Mp为送粉量或称为送粉速率。我们设计的粉轮结构如图3-10所示。3.2.2.1.3粉轮腔的设计参考鼓轮式送粉器的原理,设计方案主要包含落粉、粉轮传送、气流输送三部分，图3-12所示为送粉腔原理图。图3-10粉轮原理图图3-11粉轮送粉示意图3.2.2.1.4超细送粉器的特殊结构近年来，随着纳米材料的发展，多种微纳米级的粉末材料大量用于激光熔敷，如超细氧化物陶瓷粉末、钴包碳化物复合粉末等，它们可以显著地细化组织、减小应力，提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性能。但由于超细粉颗粒尺寸极小，具有很高的表面能，容易产生很强的分子间作用力，如范德华力、静电力、磁性力等，这些力的相互作用使微纳米尺寸的粒子很容易团聚，形成团聚体。从而使超细粉末的摩擦性能增强，流动性能变差，分散性能降低，即使将团聚暂时分开，分子间的作用力又会使颗粒再次团聚，严重影响着粉末的均匀混合和送粉的连续性。因此，在超细粉送粉器的设计中应充分考虑对团聚现象进行打散，较容易实现的方法是机械分散，即用机械力把团聚颗粒打散。机械分散的必要条件是机械力（通常是指流体的剪切力和压差力）应大于颗粒间的粘着力。我们设计了一种搅拌装置，如图3-13所示，获得了很好的效果。该装置由搅拌杆及焊接在搅拌杆上的强度和硬度均较高且具有梯度的搅拌架所组成。通过电机带动搅拌架规则的转动，搅动粉末均匀的流动，避免粉末团聚、吸附在粉斗壁上和在粉斗内形成架桥。同时为防止粉末在粉轮腔内再次团聚，在粉斗和粉轮腔内充入压缩气体，使图3-12粉轮腔结构图粉末间距增大，流动性增强，甚至达到雾化状态，大大避免了团聚现象的发生。3.2.2.2送粉器的气路设计稳定的气体流量对载气式送粉器实现均匀送粉、超细送粉及远距离送粉具有重要的作用，因此气路设计是设计过程的一个重要部分。如图3-14所示为双料斗送粉器的气流分配图。由图3-14知，气体经气体流量计后分两路进入送粉器，一路进入粉斗，可以弥补因粉末减小造成的气压差，防止粉末的团聚结块，另一路进入粉腔，防止落下的粉末再次团聚，并使粉末达到或接近雾化状态，大大增强粉末的均匀性和流动性。混合送粉时，气流还能促进粉末在混粉器中充分混合。图3-13搅拌杆结构图图3-14气路分配图根据气体输送理论，当用来输送的气流速度大于所输送的物料悬浮速度时，颗粒就会悬浮起来并被气流推动。对于激光涂敷来说，用小的气流速度输送出粉末，可以提高粉末的利用率。但如果气流速度过小，物料流动状态就会变差，容易引起堵塞。因此，选择合适的输送气流速度是很重要的。混合比也就考虑的一个重要参数，如果混合比过大，即使在同样的气流速度下也会引起管道的堵塞。因此，为了正常输送粉末，在加大送粉量的同时，也要加大气流量，以保持有利于输送的混合比。另外，输送距离的远近也和气体流量有密切关系，输送距离远，则气体需要克服的管壁摩擦力和粘滞力会大大增加，因此需要的气体流量也越大。3.2.2.3送粉器的传动设计3.2.2.3.1密封器件的配置在气动送粉中，密封不好就不能正常地输送粉末。尤其是轴承腔内更不允许粉末进入。所以粉轮腔体和轴承腔体连接处，密封尤其重要。设计中在轴承腔体的端部用两段带有锥度的聚四氟套，如图3-16所示。在里圈凹槽内填充黄油等固体油脂，将传动轴套在中间，再将聚四氟套安装在轴承腔体内，两端用压盖压紧，防止密封套产生轴向窜动。密封套外圈采用过盈的方式与轴承基座相配合。1.粉轮2.密封套3.轴承4.传动轴5.挠性联轴器6.交流减速电机图3-15传动结构示意图另外在超细送粉器粉斗搅拌系统中，在粉斗盖上开孔，然后嵌入搅拌密封套，材质为聚四氟，再将轴通过搅拌密封套中间，这样聚四氟套紧贴在轴上。为避免粉斗内粉末进入密封系统，在粉斗端盖的下方安装粉斗罩。由于聚四氟比较光滑，所以和轴之间没有太大的阻力，同时又可以起密封作用而且结构简单，图3-17为搅拌轴密封套。图3-18是搅拌轴密封套安装位置示意图。图3-16轴承腔密封套图3-17搅拌轴密封套1．搅拌轴密封套2.搅拌轴保护罩3.粉斗4.搅拌组件图3-18搅拌轴密封套安装位置示意图在其它端口和交界连接处，选用O型圈进行密封。3.2.2.3.2电机的设计(1)电机功率的选择根据公式P=9550NT来确定电机的功率，式中N为粉轮轴的转速，T为粉轮轴所受的力矩，9550为常数，考虑在送粉时粉轮的速度不是太快，最高速度不超过100rpm，且在输送粉末过程中，粉轮轴仅受到来自传动轴的摩擦力和来自粉轮与粉末的摩擦力作用，，根据检测，粉轮的外圆力臂为0.02325m，内圆力臂为0.007m，由于两力极小，粉轮在输送超细粉末时的力矩不会超过0.5Nm，按该值，带入公式中有：P=9550NT95505.0100=0.00524KW因此选用6W的电机就完全可以带动粉轮轴的正常运转。（2）选择电机我们选用了V.T.VMotorManufactureCo.,LTD的产品YN60-6型交流减速电机，功率：6W，额定电压：220V，额定频率：50/60HZ，额定电容：0.8μF，额定电流：0.16A，额定转速：1200/1500r/min使用该电机后，送粉器运转平稳，噪声很小，符合设计要求。3.2.2.3.3联轴器的选择为了使粉轮转动更加平稳，设计采用挠性联轴器，如图3-19所示。该连轴器选用日本三木普利公司的螺旋槽式挠性联轴器，为伺服、步进电机专用的联轴器，能与电机完全同步保持运转，型号为ACRM100-10-6.35，两端孔径分别为6.35mm和10mm，分别与两端的连接轴配合良好。该产品有高效低噪功用，选用该联轴器后，整体设备基本没有噪音，运转平稳。其尺寸为如图3-20所示：图3-19螺旋槽式挠性联轴器图中对应各尺寸可从表3-1中ACRM-100所对应的尺寸查对：图3-20联轴器相关尺寸参数图表3-1联轴器对应尺寸