di二shi期 丸料束流的喷丸强度变化性
发布时间:2017/8/25 13:55:56

引 言                                                                                                        

    一个丸料束流通chang被认为shi丸料和流体的hunhe体。流体一般shi空气,danshi有时襜u醩hishui或其它的流体。

    丸料束流互相之间的差别主要表现在它们的平均喷丸强度上。dao致这謟hi畋鸬闹饕蚓蛃hi大家所shu知:丸料chi寸、丸料速度和丸料密度。上述三个can数有一个增加du会dao致平均喷丸强度增加。对一个特定的丸料束流,ce试所得礿iang呐缤枨慷萻hi一个衡liang,dan蔰ao噬吓缤枨慷染哂斜浠裕瑂hi一个变liang,关于这一点人们所知并bu多。从饱和quxian得到喷丸强度的变化性取决于yi下三个因素:wei置、角度和时间。PATshi由英文shou字mu组cheng的单词,shi非chang有用祄o枰蠹壹亲 表示wei置(Position),A表示角度(Angle)和T表示时间(Time)。

喷丸工yi本shen需要对mei一束束流的喷丸强度jin行严ge控制。因此,本篇文章尝试解释一个特定的丸料束流shi怎么yi及为什么变化。

丸料束流的cheng分

    一个丸料束流含有liang个基本组cheng,即kuai速流动的流体和丸料。liang者的结he情况ru图1所示。

 

图1 丸料束流中的流体和丸料

    图1中显示的丸料束流比较理想化。而真实的丸料束流的形状取决于丸料推jin的衱en剑磗hi喷丸还shi抛丸。ru果采用的shi抛丸she眆u敲淳兔挥衴asuo空气的存在,空气流的形譪u饕【鲇谝镀膕he计方式。ru果采觤en缤鑣he眆u敲纯掌鞯男巫cu饕【鲇谂缱斓男巫础Ⅻ/span>

    一个非chang重要的wentishi:“流体和丸義i脑硕俣萵a个更kuai?”答案要根据蔰aoshi榭龆ǎ蛭枇蟬hi离kai喷嘴还shi叶片所得礿iang拇鸢竍u一yang。对于虹吸式喷丸she眆u椭苯庸┝吓缤鑣he眆u琩ang丸料离kai喷嘴后,空气的移动速度要比丸料更kuai。对于抛丸she眆u枇xi囊贫俣纫瓤掌黭uai。ru果喷丸she备采用文丘li喷嘴,那么空气将达到超yin速,这就意味着chu口处空气的移动速度比丸義i乃俣纫猭uai得多。

喷丸强度随wei置的变化

    在一束丸料束流中,wei置bu同,喷丸强度也bu同。zaocheng喷丸强度差异的原因shi在丸料束流的bu同wei置,丸義i乃俣萣u同。与之相关的定律称为束流中的丸料加速定律。该定律可yi描述为:ru果丸料周围的流体速度高于丸料本shen,那么丸料将被加速,fan之亦然。用下述gong式可yi表达,其中F为流体施加在丸料蓌i募铀倭Γ裹/span>

F=k(vF-vP)                                        (1)

    其中k为正chang数,vFshi流体速度,vPshi丸料速度。ru果vF高于vP,那么(vF-vP)为正值,zeF为正值,因此作用在丸料蓌i牧ζ鸬郊铀僮饔谩anshi,ru果vF低于vP,那么(vF-vP)为fu值,zeF为fu值,因此作用在丸料蓌i牧ζ鸬郊跛僮饔谩F-vP的差(vF-vP)称之为“相对速度”。

    为了方便对gong式(1)的理解,大家可yi想象一下,ru果一个人沿着一条很chang的平直gong路yi5千米/小时的速度行走,chui过其背部的风速达到10千米/小时。那么现在相dang于有一个(10-5)的力试图rang这个萻i铀僭硕u果风速减到5千米/小时,那么这个人将bu会受到加速的力。ru果风速jiang为2千米/小时,那么(2-5)将shi一个fu值,将会阻碍这个人向前行jin并使其减速。

    关于丸料在喷丸过cheng中加速和减速的情况也可yi采用yi蓌i姆絝a分xi,ru图2所示。空气速度和丸料速度yi向liang表示,所yimei个箭头的chang度代表了速度的大小。请记住空气速度在离kai喷嘴之后会下jiang的很kuai。

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图2 空气和丸料速度随wei置发sheng变化的矢liang图


    ru图2所示,在wei置1处空气速度大于丸料速度,那么将会存在一个净加速作用使丸義i乃俣仍黾印T趙ei置2处空气和丸義i乃俣认嗤敲炊酝枇侠此dao任藜铀僮饔靡can藜跛僮饔谩T趙ei置3处空气速度已经减小,丸料速度比空气速度更kuai,那么会存在一个净减速作用使丸義i乃俣萰iang低。

    一束丸料束流中存在大liang的丸粒。在丸料束流中,由于丸粒的wei置、chi寸和形状bu同,mei个丸粒的相对速度也bu同。同时,需要记住的shi,由于受到外部静止气流的作用,在丸料束流边缘处的气流速度会显zhu下jiang。ru果要对丸料束流中的mei一个丸粒jin行分xi将shi非chang困难的一jian事情。大家可yi联想一下,数千只su料鸭zireng入流速很kuai的溪流中的场景。在溪流的中间wei置,shui流的速度shi最kuai,而在岸边的wei置,shui流的速度却非chang的慢。随着溪流变kuan,shui流的速度会jiang低。yi蓌i某【按蠹一箂hi比较容易想象,而虹吸式喷丸she备中的丸流状态与上述场景shi非chang相似祄o瑀u图3所示。

 

图3 虹吸式喷丸she备謝ing枇鞯呐缤枨慷确zhi稽/span>


    在虹吸式喷丸she备中,喷丸强度的最大值chu现在距离喷嘴D处的丸流中间wei置。

    ce试一个喷丸束流的bu同距离D的喷丸强度shi非chang容易的。在喷嘴或叶片顶端的bu同距离处放置阿尔men试片固定器jin行喷丸强度ce试。需要注意的shi,要保证丸流的中轴xian要沿着阿尔men试片的中轴xian移动。在bu同的距离处jin行饱和强度试验jin而绘制饱和quxian。图4中geichu了S170铸钢丸,5mm直径喷嘴,2千克/分钟丸流liang,虹吸式喷丸she备deng条jian下的喷丸强度变化随距离的变化情况,喷丸强度的变化范围为10-12A。该quxian的最重要的特征为最大喷强度hmaxchu现在245mm的距离处。

 

图4 喷丸强度随距离的变化quxian图


    需要补充的shi,na怕shi处在同一个距离,丸料束流横截mian蓌i腷u同wei置的喷丸强度也bu相同,ru图5所示。

 

图5 丸料束流横截mian上喷丸强度的变化情况

(喷丸强度最大值chu现在丸流的中心wei置)

    ce试所得的喷丸强度襜u崴孀虐⒍鹠en试片的摆放wei置的变化而变化。ru果阿尔men试片的中轴xian和丸流束流的中心xian重he地较好,那么就能gou得到相对较高的喷丸强度,而ru果重he的情况bu好,那胏hui玫jiang呐缤枨慷认喽越xi汀Ⅻ/span>

    丸料束流中的喷丸强度差异cheng度簍uan缤鑣he备类xing也有关。直接供料she备的喷丸强度差异性要比虹吸式喷丸she备小很多。而抛丸she备的情况shibu一yang祄o捎谕枇鲜艿嚼胄牧鸵镀屏Φ乃刈饔茫枇显诶雓ai叶片顶端时的速度要大于空气的速度,这就意味着丸料一旦离kai叶片就kai始减速了。

    从试验的角度来讲,ce试丸料束流横截mian的喷丸强度差异比较困难一xie。由于弹kang的直径shi簍uan缤枨慷戎苯酉喙兀虼丝蓎i采用间接的方fa,即ce试喷丸后留下纁hui牡痥ang直径的变化来推ce喷丸强度的变化。通过在静止的阿尔men试片和固定的喷丸喷嘴之间放一个“hua动mo块”jin行ce试。最终的结果表明,边缘部wei的aokang直径(象征喷丸强度)比中间wei置要jiang低了yue30%,这也fanyingchu在丸流横截mian上喷丸强度的变化情况。

喷丸强度随角度的变化

    ru果丸粒bushiyi垂直的角度冲击零jian,那么丸粒冲击零jian后在零jian表mian上留下纁hui腶okang要更浅一xie,这也意味着su性变形的cheng度要更小,因而喷丸强度也更小。图6显示了喷丸强秗eng氤寤鹘嵌戎涞墓豿i。

 

图6 冲击角秗eng肱缤枨慷鹊墓豿i

(本试验采用Nxing试片,S110铸钢丸)


喷丸强度随时间的变化

    一个丸料束流的所ce喷丸强度取决于yi下三个与时间相关的因素,mei个因素du具有chang期、短期和即刻效ying,它们为:

    1. 丸料特征;

    2. 速度控制;

    3. 强度ce试方fa。

1. 丸料特征

    丸義i奶卣饔衅骄鵦hi寸、si忖穤hi己托巫矗鈞ie特征du会随着时间发sheng变化。图7shizaocheng丸料特征随时间发sheng变化的ji个因素的图示。这xie因素对喷丸强度zaochengchang期祄oɑ郝mo⒍唐诘mo╧uai速祄o┖图纯痰谋浠Ⅻ/span>

 

图7 ying响丸料束流特征的时间相关因素


    对喷丸强度变化zaochengchang期ying响的一个例zi就shi丸義inaニ稹M枇5闹鸾ツニ餾hi人们最容易理解的。经过chang期使用后,丸料最终将bu满足biao准中chi寸的要求。图8就shiS110丸義i腸hang期磨损ying响喷丸强度的一个例zi,假she其它的can数保证bu变。假she新的S110丸料可yi达礿iang呐缤枨慷?1A,那么chang期使用之后丸料chi寸会减小,变cheng了S70丸料,ru果其它的喷丸can数bu发sheng变化,喷丸强度将jiang为7A(英制单wei)。danshi在蔰ao实呐缤柚校琸ao虑到丸義i募跣。缤鑓an数shi会作chu相ying调整的。

 

图8 丸義i腸hang期磨损与喷丸强度之间的关xi


    对于钢莤ing枥此担琧hang期使用中形譪hui谋浠耘缤枨慷鹊膟ing响shi特别显zhu的。在使用过cheng中,钢莤ing杌嶂鸾ケ涞酶咏蛐巍U庵中巫chui谋浠谖炊刍智xing枳钗詚hu,在球形钝化钢莤ing柚凶頱u显zhu。从理论上来讲,随着钢莤ing璧男巫捶heng变化,喷丸强度将会发sheng轻wei的下jiang。

    图9显示了丸料chi寸的chang期变化shiru何ying响饱和quxian的。在蔰ao实墓hang喷丸强度ce试中经chang遇礿iang睦齴i,ru果料斗的底部积累了细的丸料,那么shou先喷射chu细的丸料,待细的丸料喷完,喷射chushicu的丸料,那胏hui玫jiang谋ズ蛁uxian将会shi0ABC,这将dao致蔰ao实呐缤枨慷然醞iang低。ru果shou先喷射chushicu的丸料,待cu的丸料喷完,喷射chushi细的丸料,那胏hui玫jiang谋ズ蛁uxian将会shi0DBE,得礿iang慕醩hibu同的喷丸强度。

    对she备中的丸料jin行补充后将会dao致喷丸强度立刻sheng高,也就shi从图9中的“比平均chi寸细”的quxian转变为“比平均chi寸cu”的quxian。


 

图9 丸料特征的变化对喷丸强度的ying响


2. 速度控制

    一个丸料束流的喷丸强度直接和平均丸料速度、质liang和直径相关。gong式(2)和(3)为喷丸强秗eng胪枇纤俣戎涞木間ong式,其中V为丸料速度,I为喷丸强度,S为铸钢丸的平均chi寸。

I=S*0.0036659(1-exp(-0.010482*v))                             (2)

    其中I的单wei为mm,v的单wei为ms-1

I=S*0.00014432(1-exp(-0.0031949*v))                           (3)

    其中I的单wei为英寸,v的单wei为英chimei秒。

    ju一个例zi,ru果S170丸料(S=170)的速度为300英chimei秒(V=300),代入gong式(3)中,得礿iang呐缤枨慷任?.015英寸。图ru果速度jiang为270英chimei秒,那胏hui玫jiang呐缤枨慷任?.014英寸,下jiang了10%。图10显示了由gong式(2)得礿iang亩杂赽u同钢丸喷丸强秗eng胪枇纤俣鹊墓豿i。

danshi,丸料速度很少shi直接控制祄o╟hang采觤ei掌鴜a力和叶轮速度对其jin行间接地控制,并假定丸流liangshiwen定的。danshibu幸的shi,yi上三个因素(空气ya力、叶轮速度和丸流liang)在短期、中期和chang期或多或少地du会jin行波动。ya力罐ya力变化、dian裧ongǘ⒁镀ニ稹⑷砉苣ニ稹⑴缱炷ニ饄i及丸流liang控制波动deng因素du会zaocheng丸料速度发sheng变化。

          

图10 喷丸强秗eng胪枇纤俣戎涞墓豿i


3. 喷丸强度ce试方fa

    喷丸强度的ce试方fa襜u岫耘缤枨慷鹊腸e试结果zaochengying响。chang期的因素包kuo弧高度ce试仪的支cheng球和顶杆祅aニ稹6唐诘囊蛩匕黭uomei个试片的差异yi及ce试阿尔men试片时的摆放方式。danshi通过对弧高度ce试仪的定期校准可yi有效地减少喷丸强度ce试方fa对喷丸强度结果的ying响。


结论

    本篇文章并bu具备综he性和权wei性。本篇文章祅a康膕hi强调现实中有大liang的因素会zaocheng丸料束流的喷丸强度发sheng变化。

    一直关注的主tishiru果mei个喷丸强度的ce试和she备can数的she置能gouyi某种衱en奖4鎐heng数据ku,那么对于喷丸强度的控制将会更加有效。ru果she备的喷丸强度发sheng了变化,那么可yicankao本篇文章的相关ying响因素jin行分xi。