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1、V自动化皮革喷涂机机械系统 摘要皮革喷涂是皮革生产的一道关键工序。皮革喷涂质量的好坏对皮革的质量有很大的影响，在皮革生产工艺中占有很重要的地位。皮革喷涂机是用来保证对不同形状的皮革实现最优化喷浆，并能按工艺要求改变喷浆厚度，并且在生产过程中进行干燥处理。现有的皮革喷涂机很难实现良好的控制，产品质量较低。本次设计采用PLC控制系统，可通过改变程序灵活实现系统控制，从而大大降低了生产成本，提高产品品质和生产效率，同时满足了现代社会对工业生产提出的环保和安全要求，适合国内中小型皮革生产企业的需要。通过对该设备的设计，让我们在走上岗位之前将理论知识与实践环节进行结合，为以后的工作打下坚实的基础，深刻的
2、理解所学过的知识。关键词：自动化 皮革喷涂 机械系统 喷涂系统Automatic leather spraying machine - mechanical systemABSTRACTThe leather spray is a key process in leather production. Leather spray quality is good or bad has a great influence on the quality of the leather, plays an important role in the leather production process.
3、Leather sprayer is used to ensure that the leather of different shapes to achieve optimal shotcrete and shotcrete thickness according to process requirements change, and dried in the production process. Existing leather sprayer difficult to achieve the good control, product quality is low. The desig
4、n uses a PLC control system, and flexible system control by changing the program, and thus greatly reduce the production costs, improve product quality and production efficiency, while meeting the environmental and safety requirements of modern society to industrial production, for domestic small an
5、d medium-sized leather production enterprises. Through the design of the device, let us combine the theoretical knowledge and practice before you embark on post link, and lay a solid foundation for future work, a deep understanding of the knowledge.KEY WORDS：Automation Leather coating Mechanical sys
6、tem Spray systems目 录摘 要IABSTRACTII1 自动化皮革喷涂机简介11.1 自动化皮革喷涂机的研究背景11.2 自动化皮革喷涂机的发展现状11.3 自动化皮革喷涂机的设计工作11.4 自动化皮革喷涂机整体结21.5 皮革喷涂机的工作过程32 皮革喷涂机传送系统的设计52.1 带传动系统的设计52.1.1 基本介绍52.1.2 电动机的选择52.2 带传动的设计计算62.2.1 设计内容62.2.2 V带传动总体设计62.2.3 各带轮的设计83 变频器的设计93.1 变频器功能和作用的介绍93.2 变频器的工作原理93.3 变频器的构成103.4 变频器的选择113.
7、4.1变频器类型的选择113.4.2 FRE540变频器简介114 控制系统的设计134.1 系统功能设计分析134.2 系统设计的总体思路134.3 变频调速原理134.4 PLC的型号选择144.5 PLC的编程和接线144.5.1变频器的典型接线图144.5.2 I/o点数统计及I/O接线图155 喷涂系统的设计175.1 喷嘴175.2 喷嘴结构175.3 喷嘴的选用185.4.1 设计特点：195.4.2 两种喷雾装置205.5 喷嘴的排列和喷涂时间216 其他设备236.1 传送带的选择236.2 空气压缩机236.3 压力桶247 总结26致 谢27参考文献2827自动化皮革喷涂
8、机机械系统1 自动化皮革喷涂机简介1.1 自动化皮革喷涂机的研究背景半个世纪以来，随着我国国民经济的不断上升和国民生活水平的不断提高，人们对日常生活中的装饰材料提出了更高的要求，是的皮革的需求量也不断上升，我国的皮革工业也发展迅速，21世纪加入WTO我国皮革行业也发生了变化。正在成为全球制革生产大国，并且成为皮革贸易最活跃.最有发展潜力的市场之一。我国的工业自动化发展速度较慢，所以皮革的喷涂技术比较落后，中国皮革工业目前还存在许多问题，个别分支行业有可能引起较大起伏，企业布局不合理，产品质次、价低、知名度低。污染问题是皮革工业的老大问题，从国家对环境保护工作越来越重视，要求越来越高。部分地区的
9、皮革工业将被限制发展，而污染治理工作亟待解决。将污染处理放在首要的位置，科研经费严重缺陷，科技人才大量流失，许多科研单位已举步维艰，在科技日益发展的条件下，科研机构必须寻找新的立足点。发展绿色皮革化学品是中国皮革工业突破国际贸易“绿色壁垒”所必须，人们的健康意识越来越强，越来越注重绿色、天然、无污染的产品是消费者考虑的主要因素，不仅如此，国内外贸易中，绿色消费逐渐成为一种消费趋势，未来将成为一种主流。所以在设计皮跟喷涂机中，采用直喷式喷涂，可以节约原料，减减少生产成本，旋转是喷涂比较浪费喷涂液。设计一种简单紧凑的节约原料的皮革喷涂机是未来发展的一种趋势。1.2 自动化皮革喷涂机的发展现状皮革喷
10、涂机经过多年的发展，现有的皮革喷涂机主要有三种型式：机械往复式、超声波控制和电脑控制喷浆。机械往复式结构简单、造价低，操作维修方便，为中小型制革厂采用，但有革无革都喷，浪费浆料，污染设备和环境严重；超声波控制的喷枪旋转大臂上同时装置超声波发射器、接收器和喷枪，靠发射和接收超声波控制喷枪的喷、停，基本能做到有皮革喷、无皮革停喷，但由于检测、控制装置位于喷室内，工作环境差，设备污染严重，故障率高，影响控制精度；电脑控制喷浆主要是喷枪旋转臂上装有多只喷枪，喷枪的启闭由电脑控制，当皮张进入喷室入口时采样装置将皮张形状转换为电信号送至控喷仪主机，经主机对其信号经行处理，并控制喷枪的启闭，实现有革则喷、无
11、革不喷的自动控制，节省浆料，大大减轻污染，日益得到普遍使用。1.3 自动化皮革喷涂机的设计工作自动化皮革喷涂机有喷涂系统、传送系统、控制系统组成。本次设计需要广泛收集皮革喷涂机的皮料输送系统的典型机构，了解直喷方式与传统旋转式喷涂的区别，还了解皮革喷涂系统的工作原理，搜集PLC用于皮革喷涂机构的设计方法和具体应用。该自动皮革喷涂机主要实现皮料的自动传输和喷涂过程，改变了传统的旋转式喷涂，采用喷枪直喷式，同时合理的安排和布置喷涂系统，使机构紧凑，并准确的控制喷枪的开始喷涂时间和喷涂总时间。技术指标：1. 皮料输送机构紧凑合理，具有防腐、防锈功能，幅宽1.2m。2. 传动系统运动平稳、结构合理、重
12、量轻，传送速度0.53m/s。3. 整体机构布局合理，与喷涂系统结合紧凑。1.4 自动化皮革喷涂机整体结整体结构有两部分组成：机械部分和控制部分。本机构的机械部分主要有直喷式喷头、皮革传送电机、主动轴和被动轴组成。喷头由电磁阀控制的雾化喷嘴，皮革传送电机是可调速电机，皮革传送电机主要控制皮革的传送速度，可是传送带在一定的速度范围内平稳运行，主动轴由皮带传送电机拖动，由主动轴和被动轴张紧传送带。控制部分主要是由工控机、控制箱、电磁阀等组成主要有以下几部分组成：空气压缩机、压力桶、电磁阀、喷枪、电机、传送带、CCD相机、工控机、控制箱、机架。如图1-1所示。 图1-1皮革自动喷涂机的结构本次论文设
13、计的皮革喷涂的自动控制，节约了涂料的使用，可以通过改变程序灵活实现系统控制，大幅度降低了生产成本，提高了产品品质和生产效率，同时满足了现代社会对工业生产提出的环保和安全要求。1.5 皮革喷涂机的工作过程皮革喷涂机由喷涂系统、传送系统、控制系统组成。自动化皮革喷涂机自动喷涂方法包括以下步骤将喷涂机的喷涂宽度划分为若干喷涂区域，并在各喷涂区域上设置至少一喷枪。在喷涂之前，采集皮革的形状信息，并据此分析出皮革所在的喷涂区域、以及该喷涂区域所在的喷枪的开始喷涂时间和喷涂总时间。控制皮革所在的各喷涂区域的喷枪在开始喷涂时间开始喷涂、并在喷涂总时间完成时停止喷涂。原理框图如图系统初始化CCD相机截取图像信
14、号皮革的尺寸信息选择喷枪N，计算喷枪的启、停时刻喷枪N对应区域有无皮革？喷涂开始时间？喷枪工作喷涂终止时间？喷枪停止 图1-2喷枪的自动喷涂流程 2 皮革喷涂机传送系统的设计2.1 带传动系统的设计2.1.1 基本介绍123带传动是一种扰性传动。带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带。当主动带轮1转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带2传递给从动带轮3。带传动具有结构简单、运动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，且不需润滑、维护容易，可以在大的轴间距和多轴间传递动力，在近代机械中广泛应用。 图2-1带传动2.1.2 电动机的选择由任务指标传动系统的传送
15、带传送速度为0.53m/s，查表可得V带轮直径=63mm，传动比i=3，则=i=189mm。由带传动的速度式中d为带轮直径，n为带轮的转速。带的最小速度=0.5m/s，带的最大速度=3m/s可得=151.8r/min和=910.8r/min故电动机的转速范围为n=151.8910.8r/min。查表可得电动机的型号为Y132M1-6，额定功率为P=4kw,同步转速为1000r/min，满载转速960r/min,V带轮的传动比i=2.82.2 带传动的设计计算2.2.1 设计内容1. 已知条件：电机功率P=4Kw，小带轮转速n1=960 r/min，传动比允许误差载荷平稳，传动比i=2.8，每天
16、工作时间8h。2. 设计内容和要求。1） V带传动的设计计算。2） 轴径设计。取45号刚时，按下式估算：，并圆整；3） V带轮的结构设计。选择带轮的材料、结构形式、计算基本结构尺寸；4） 用CAD软件设计零件及装配图，并标注主要的特征尺寸；2.2.2 V 带传动总体设计1. 确定计算功率。由表8-7查得工作情况系数=1.0，故Pca=*p=4kw2. 选择V带的带型。根据、n1由图8-10选用A型。3. 确定带轮的基准直径，并验算带速v 。1) 初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径106mm。2) 验算带速v。按式（8-13）验算带的速度。v=dd1n1601000=
17、5.33m/s因为5.33m/sv30m/s故带速合适。3) 计算大带轮的基准直径.根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径。dd2i dd12.8*106=296.8mm ,由表8-8取 dd2=315mm传动比i=n1/n2=dd4. 确定V带的中心距a和基准长度。1） 根据式（8-20）， 0.7(dd1+dd2)a02dd1+dd2故初定中心距 a0=500mm。2） 由式（8-22）计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度=1600mm3） 按式（8-23）计算实际中心距a。aa0+Ld+Ld02458mm带中心距的变化范围amin=a-0.015Ld amax=a+0.03L
18、d中心距的变化范围434mm506mm。5. 验算小带轮上的包角1。1180-dd2-dd157.3154906. 计算带的根数z。1）计算单根V带的额定功率。由106mm 和n1=960 r/min ，查表8-4a得：p0= 1.3KW。根据n1=960 r/min，i=2.8和A型带，查表8-4b得：p0=0.11kw查表8-4和8-5得：k=0.93，kL =0.99于是：Pr=(p0+p0)* k* kL =(1.30+0.11)*0.93*0.99=1.30kw2）计算V带的根数z。Z=PcaPr=41.3=3.07 取z=3 7. 计算单根V带的初拉力的最小值（）由表得A型带的单位
19、长度质量q=0.1kg/mF0=5002.5-KPcaKZv+qv2=213.9N应使带的实际初拉力（）8. 计算压轴力压轴力的最小值Fp=2F0sin12=1250.5N2.2.3 各带轮的设计1结构尺寸设计。由A型带，查表8-10得:ha=2.75mm ，hf=8.7mm ，f=9mm ，e=15mm ，da1=105.5mm， da2=320.5mm , B=(z-1) e+2f=80mm，a=517 mm ，L=B=（Z-1）e+2f=48mm，=16mm2材料的选择,结构形式设计。 带轮材料选择HT200。 结构形式：根据带轮直径，大带轮采用孔板式,小带轮采用腹板式。3. solid
20、works三维实体图。 图2-2小带轮 图2-3大带轮3 变频器的设计3.1 变频器功能和作用的介绍变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段能通过远控PLC或其他控制器来实现速度变化。变频器的作用： 1. 调 速：普通的三相异步电动机，加装变频后可以实现调速功能。即任意地改变电动机的转速。2. 节 能：变频器调速
21、比传统的电磁调速可以节电25%-80%，具体节电的多少就要在看客户的设备的不同而不同； 3. 软启动：变频器启动对机械设备没有危害，而硬启动则反之。3.2 变频器的工作原理变频器的工作原理：主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类，一类是电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。另一类是电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 （1）整流器：大量使用的是二极管的变
22、流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。（2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。 （3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电
23、流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机
24、损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。变频器的作用：变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。3.3 变频器的构成 1 键盘：作用是设置参数、监视各参数值（如：电流、电压、频率、温度、转速等）、调速。 2 电源板：作用是提供各部分电路的工作电压，保证各电路的正工作。 3 控制主板：作用是产生六路驱动信号来控制
25、逆变模块，同时也对各保护信号和各接口信号的处理。 4 整流桥：作用是将输入交流电变成直流电。 5 电解电容：作用是将整流后的脉动直流电变成平滑的直流电。 6 充电电阻：作用是上电瞬间对主电解电容限流，以防止充电电流过大损坏整流桥和主电解电容。 7 继电器或接触器：作用是当主电解电容充电完成以后短接充电电阻而承受主电流。 8 逆变模块：作用是将平滑的直流电变成接近正弦波的三相交流电。 9 保险管：作用是保护逆变模块和整流桥。3.4 变频器的选择3.4.1 变频器类型的选择本次的设计调速范围要求不大，速度精度不高的电动机传动，宜采用带有低频补偿的普通功能型变频器，但为了实现恒转矩调速，常用增加电动
26、机和变频器的容量方法来提高启动和低速时转矩，故本次采用恒转矩类负载。对于连续恒载运动机械所需的变频器，其容量可用下式近似计算PCNkPNcosICNkIN式中， PN负载所需求的电动机的轴输出额定功率； 电动机额定负载时的效率，通常=0.85； cos电动机额定负载时的功率因数，通常cos=0.75 IN电动机额定电流（有效值）（A）； k电流波形的修正系数，PWM方式时k=1.051.1； PCN变频器的额定容量（kVA）； ICN变频器的额定电流（A）。由上式代入数据得PCN1.0840.850.75=6.78kVA ICN1.080.81=8.75A根据变频器的类型及容量可选择三菱变频器
27、FRE5403.4.2 FRE540变频器简介FRE540变频器是日本三菱公司为了适应现代工厂自动化进程而开发的一种新型多用途变频器。它除保持了以往三菱变频器功能强大、操作便捷等优点之外，还可以应用于现代工业各种控制网络中，以便发挥更大的远程控制功能，从而实现智能化工厂（Smart Factory）的目标。 图3-1变频器连线4控制系统的设计4.1 系统功能设计分析控制部分是整个机构的核心部分，以往的皮革喷涂设备大多采用单片机控制。单片机系统的优点是成本低廉，对外界的响应快，程序执行时间短。而PLC控制系统还具有的优点是研发周期短，抗干扰的性能比单片机系统强，并且可以很方便地实现系统功能扩充和
28、修改，本系统采用PLC控制。PLC是以顺序控制为主，可在工业环境下控制开关量和模拟量具有可靠性强、环境适应能力强，使用方便等特点。可广泛应用在机械系统，生产流水线及过程工业的自动控制领域。目前PLC控制与数控技术、工业机器人技术已经成为机械工业自动化的三大支柱。随着电力电子技术以及控制技术的发展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；可编程控制器PLC作为替代继电器的新型控制装置，简单可靠，操作方便、通用灵活、体积小、使用寿命长且功能强大、容易使用、可靠性高，常常被用于现场数据采集和设备的控制；组态软件技术作为用户可定制功能的软件开发平台工具，可实现显示电机转速，可实现远程调速控制，在
29、PC机上可开发友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。4.2 系统设计的总体思路 系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件PLC、变频器和电机。首先通过设置给定输入给PLC，再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给PLC，经比较后输出给变频器从而实现无静差调速。变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。4
30、.3 变频调速原理变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 n=60f(1-s)/p对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，故电机的转速n与电源的频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机的调试目的。变频器在调速系统中的优点：.控制电机的启动电流；降低电力线路的电压波；启动时需要的功率更低；可控的加速功能；可调的运行速度；可调的转矩极限；受控的停止方式；节能；. 可逆运行控制；减少机械传动部件。4.4 PLC的型号选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的
31、主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。综合了输入输出（I/O）点数、存储器容量、各项控制功能和机型的考虑
32、以及性价比等各方面的因素，在此我为该系统设计选择了S7-200 PLC一台。4.5 PLC的编程和接线4.5.1 变频器的典型接线图PLC控制电机变频调速系统由S7-200PLC、变频器、电机和触摸屏等组成。通过PLC控制变频器，并控制电机的启动、停止，可对电机的转速分为三个部分，在不同的时刻通过PLC控制变频器从而改变电机的转速，达到我们所需求的传送带速度。图中表明了控制系统中变频器与各个部分的组成和连接。图4-1变频器接线图4.5.2 I/o点数统计及I/O接线图根据控制系统需求，统计共有开关量输入信6点、输出信号5点，地址分配表如表1所示；模拟量输入信号地址为AWO，输出信号地址为AW0
33、;根据输入输出信号，可设计出PLC开关量输入、输出端子接线图如图4-2所示 输 入 信号 功能端口正转按钮 I0.1 反转按钮 I0.2 高速按钮 I0.3 中速按钮 I0.4 低速按钮 I0.5 停止按钮 I0.6输 出 信号变频器正转接口 Q1.1变频器反转接口Q1.2变频器高速接口Q1.3变频器中速接口Q1.4变频器低速接口Q1.5表4-1开关量输入输出点地址分配表根据输入输出信号，可设计出PLC开关量输入、输出端子接线图如图所示图4-2开关量输入输出接线图5 喷涂系统的设计5.1 喷嘴由于喷嘴是按其在多种不同喷雾条件下工作而设计的，因而选用适合需要的喷嘴，以便在使用中达到最佳喷雾性能。
34、喷嘴的特性主要体现在喷嘴的喷雾类型，即液体离开喷嘴口时形成的形状以及它的运行性能。喷嘴的命名一是以喷雾形状区分为扇形、锥形、液柱流（即射流）、空气雾化、扁平喷嘴，其中锥形喷嘴又分为空心锥形与实心锥形二大类； 图5-1各种喷嘴而文丘里喷嘴（即混合搅拌喷嘴）、强冷（热）风口吹风风嘴以及专用喷嘴（如园林喷嘴、缸子洗涤喷嘴、管子清洗喷嘴等系列）的命名则体现了喷嘴的运行性能。5.2 喷嘴结构喷嘴结构不同将导致加工效率和喷嘴的使用寿命的不同，合理的喷嘴结构使磨料获得高速度，从而提高加工效率、降低成本的必要条件，从喷嘴问世到之后很长一个时期，均采用圆柱形喷嘴结构，迄今为止，国内外开发出的喷嘴结构形式多种多样
35、，常用的喷嘴结构类型及特点如下表所示 1，圆柱形直孔喷嘴结构 圆柱形直孔喷嘴结构示意图，它兼有喷枪和喷嘴两种功能，结构简单，可以直接用无缝钢管代替，也可通过在材料上钻孔得到，但喷嘴寿命较短，多用于对喷砂处理要求不高的场合 2，锥形喷嘴结构 锥形喷嘴结构示意图，这种喷嘴结构带有导流作用的锥状进口和起集束作用的平直段，磨料进入喷嘴相对容易，且磨料在喷嘴截面上的分布与圆柱形喷嘴相比更均匀 3，文丘里喷嘴结构 文丘里喷嘴结构示意图，它的结构为：一个文氏形的喉管，喷嘴出口为微圆锥形断面，出口处直径稍大，气流在喉管部分达到音速，而在喷嘴出口处可达到355m/s以上的超音速（一般圆柱形直孔喷嘴磨料的出口速度
36、低，仅为97m/s左右），这种喷嘴主要用来获得很高的磨料速度，它比普通喷嘴的清理效率提高15%-25%，为了防止喷嘴过快磨损，喷嘴内衬可采用硬质合金或陶瓷材料，为防止堵塞，喷嘴直径应选择为磨料粒度的3-4倍 4，特种喷嘴 双出口特种喷砂嘴，结构复杂，一般应用在特殊场合，如管道内壁的喷砂处理 5，组合式喷嘴结构 在喷嘴入口、出口及中间部位设计具有不同性能的材料，以机械组合的方式将各部分材料组装成喷嘴，如图5所示，该组合式喷嘴在喷嘴入口、出口部位设计为以高硬度为主的陶瓷或其他耐磨材料，喷嘴中段可设计为以高韧性为主的金属或者其他材料，组合式喷嘴能够满足喷嘴入口、出口及中间部位对抗冲蚀磨损性能不同的要
37、求，在一定程度上提高喷嘴的抗冲蚀磨损能力，但是与整体结构喷嘴相比，需要制备两种或以上的材料，且增加了装配等相关工序喷枪的基本功能就是运用压缩空气将涂料击成雾滴，并将其吹送到被涂物上。也就是说，油漆是依靠空气雾化进行分散和施工，而雾化的关键就是风帽、喷嘴和枪针。目前,市场上销售喷枪的喷嘴和枪针是由坚固耐磨、耐腐蚀的V4A钢经过精密的机械加工成形而成，喷嘴内部是一个锥形涂料通道，与枪针的前面尖端部位吻合，能形成一个涂料阀门作用。空气喷枪喷嘴的主要作用体现在以下三方面：为针阀（枪针尖端部位）提供阀座，以限制或切断涂料的通路；控制涂料流量；将涂料导流至雾化气流中。5.3 喷嘴的选用喷嘴种类较多，可供选
38、择的范围较大，一般地说脱脂和水洗工序的喷嘴，可选用冲击力较强的喷射型喷嘴：以V型即扇型喷嘴为例，其喷射角度以60为最佳，具有较大的冲击力量；而磷化工序的喷嘴则可选用雾化好、水粒细密均匀、冲击力较弱的离心喷嘴：以Z型即锥形喷嘴为例，其喷嘴离工件的最佳距离为40cm50cm，具有分散，使液体雾化的喷淋作用。喷嘴在喷管上的排列，可采用并行和交叉两种形式，对通道式，采用垂直交叉排列，喷淋效果较好。 选用喷嘴的因素有流量、压力、喷雾角度、覆盖范围、冲击力、温度、材质、应用等，而这些因素之间往往相互牵连、相互制约。流量与压力，喷雾角度与覆盖范围均成正比关系。任何喷嘴的喷射目的是要维持连续不断使槽液与工件接
39、触，流量这个因素比压力更为重要。液体的温度不会影响喷嘴的喷雾性能，但它影响黏度和比重，同时还影响材料的选择。喷嘴的材料还应根据槽液的化学特性来确定，对非腐蚀性槽液可根据加工的难易，采用青铜铸造或塑料压铸。为防止腐蚀，可采用非金属材料；对硫酸、盐酸等强腐蚀槽液，可采用尼龙塑料；用于磷化槽液的喷嘴材料一般采用耐酸的不锈钢，防止锈蚀的喷嘴也可直接选用不锈钢或尼龙材质制作。 目前,空气雾化喷枪大都采用外部混合式雾化方式。空气喷嘴提供了主要的雾化方法。通过位于涂料喷嘴和风帽之间的空间（即中心雾化孔）完成主要的雾化，来自该空间的空气柱和涂料流互相配合产生涂料的第一级雾化。在这一阶段，选用适当口径的喷嘴非常
40、重要，而喷嘴口径的大小通常由涂料的粘度、所喷涂料的性能、所需涂层厚度和待喷面积的大小等参数来决定。 辅助雾化孔与空气喷嘴的角度是一致的，并位于风帽的端面，这些孔有两个作用：一是使喷雾图形不扩展太快，并保持喷嘴的风帽端面清洁，如这些孔堵塞或不存在，将引起涡流或回流；第二，对高流速涂料雾化特别有效，这产生涂料的第二级雾化；风帽的扇面控制孔提供气流形成扇形图形，没有这些扇面控制孔的空气射流，雾化的气流将是圆形而不是椭圆形。喷枪风帽上的气孔数量及大小是配合喷枪的整体设计的，故不可根据气孔数量及大小判断喷枪的雾化好坏。 雾化技术应用范围十分广泛，几乎包括所有工业领域、农业生产、交通运输。除了各种燃料（气
41、体、液体和固体燃料）的燃烧外，雾化技术在非燃烧工业如催化造粒、食品加工、粉末涂覆、农药喷洒方面等也有着广泛的应用。所谓液体的雾化是指在外加能量的作用下，液体在气体环境中变成液雾或其它小液滴的物理过程。喷雾过程的一般描述如下：液体从喷嘴的喷孔喷出，形成液流或涡流面，或者有两股以上的射流相撞击而形成液膜；液体中存在的扰动式液流、液膜或涡流面变得不稳定，出现震荡不断增长的断纹，典型的扰动源包括：射流湍流度、气泡形成、喷孔的缺陷、周围气体的气动力效应或者喷嘴振动等；不稳定的波纹或薄膜碎裂成液纹或液滴，或者由于气动力的作用或表面波的发展，液滴从液膜表面剥离；液纹或大液滴进一步破裂成小液滴。喷嘴作为雾化设
42、备，种类很多，目前最常用的喷嘴有三种：直射式喷嘴，气动喷嘴和旋流式喷嘴。这些喷嘴的结构差异很大，根据应用领域的特点可选用不同结构的喷嘴。直射式喷嘴是结构最简单的一种喷嘴，是液体在压力作用下从喷嘴出口小孔喷出而雾化；其结构简单，布置方便，但为了保证雾化效果必须要有较大的压差作用。气动喷嘴是靠外加一股气流与喷射的液体作用，使液体表面受到高速气体的作用而雾化；其雾化质量较高，雾化比较稳定，受工况影响小。旋流式喷嘴是液体在压差作用下通过旋流器的作用在旋流腔中产生旋流，最终旋转从喷口喷出雾化；其具有动力消耗低，雾化效果好，雾化锥角大等优点，但其喷出轴向速度较小，受工况影响较大，加工精度要求高。根据本次设
43、计的需求采用雾化喷嘴。5.4 雾化喷嘴5.4.1 设计特点：1.利用压缩空气与液体的摩擦，产生非常均匀和最细密的雾化效果，平均的雾化颗粒直径到50微米以下。2.喷嘴有连接本体和喷雾装置组合而成，而喷雾装置由空气帽和液体帽组合而成。3.喷雾形状有圆形、扇形和360度环形4.联接本体可选装调节针阀用以调节流量5.喷嘴联接本体有两个独立的液体入口和空气入口，分别在联接本体上标注为“LIQUID”和“AIR”。6.雾化的结构有压力雾化和虹吸雾化。7.喷雾装置有内混式和外混式。5.4.2 两种喷雾装置 图 5-2 内混式 图5-3外混式内混式雾化气体、液体在空气帽和液体帽腔体内内部混合雾化，雾化原理为空
44、气破裂和撞击，雾化效果理想，但是不适合带有粘度的液体。外混式雾化气体、液体在喷出后，利用高速气流对液体进行摩擦产生雾化，雾化原理为摩擦和产生的切向应力，雾化效果一般，尤其适合带有粘度的液体。本次设计采用雾化喷嘴，如图5-5所示，可以选用JN系列带流量调节针阀，可以控制喷涂液的大小，即喷出的浆液的面积可以调节。 图5-4喷嘴结构图部件名称1、护圈2、空气帽3、液体帽4、前垫片5、联接本体6、后垫片空气雾化喷嘴特殊的内部结构设计能使液体和气体均匀混合，产生微细液滴尺寸的喷雾或粗液滴喷雾。通常，通过增加气体压力或降低液体压力可得到更加微细(30微米左右)的液滴喷雾，从而导致较高的气体流率与液体流率比。可调型空气雾化喷嘴能够调节液体流量，在不改变空气压力和液体压力的环境下，同样可以产生合乎要求的喷雾，因此具有很强的适应性。每一种喷雾装置均由空气帽和液体帽组成，能够提供扇形和圆形两种喷雾模式，并有着广泛的流量范围。喷嘴体的入口接头有多种尺寸，适合大多数常用的管道。以上喷嘴部件可以互换，这为得到不同的喷雾性能提供了灵活机动性。空气雾化喷嘴产生的微细液滴喷雾，能对周围环境发挥极好的加湿作用。5.5 喷嘴的排列和喷涂时间在皮革喷涂系统中，喷嘴的设置对于