工业气动防爆吸尘清扫机设计研究

工业气动防爆吸尘清扫机设计研究工业气动防爆吸尘清扫机设计研究 2019/11/14 摘要：近年随着企业生产制造技术的飞速发展和工厂环境要求越来越高的影响，企业生产车间投入了大量的人力进行除尘降尘，然而大量的企业工人因操作环境的粉尘污染而患上呼吸系统疾病，造成了巨大的财产和人员损失。以防爆车间为例，提出了工业防爆吸尘清扫机的设计方案，设计了工业气动防爆清扫吸尘一体机，没有电机等原件，利用车间已有的气动源作为动力源除尘操作安全方便，及时除去车间地面和机械设备的边角台面的垃圾和粉尘，大大降低了车间大气污染超标和粉尘爆炸的风险，是生产车间操作环境安全环保的又一保障。关键词：吸尘设备；工业吸尘设备；气动吸尘器引言近年来，工厂生产车间的工作环境与粉尘防爆越来越受到人们的重视。工人因吸入过多粉尘而引起的呼吸系统的疾病，以及因粉尘超标造成的企业停产，甚至粉尘闪爆，给企业带来了不同程度的经济损失。粉尘对人体、生产过程、产品质量、经济效益、环境和生态平衡等诸多方面产生不良影响1。根据化学性质不同，粉尘对人体可有致纤维化、中毒、致敏等副作用，长期吸入较高浓度粉尘可引起尘肺病，尘肺病对目前的医学水平来说是不可治愈的疾病，机械制造企业安全质量标准化考评标准中，把接触生产性粉尘作业和职业健康监护作为重要的考评内容之一。所以，工厂车间的除尘越来越受到重视。吸尘器是一种清洁工具，用电作为机器运作的原动力，使用时造成强烈的空气流动而产生吸气作用，利用吸气把所需要打扫地方的灰尘、纸屑等垃圾吸入软管内，从而进入集尘桶里，完成打扫的过程2。吸尘器自诞生之日起就是一直沿用电力作为动力源，这种动力源虽然结构简单，成本低廉，但是容易产生电火花非常不适合防爆车间使用。而且目前市场上比较成熟的吸尘和清扫设备大多数是适用于家庭用的小空间的电动除尘器，不适合在工厂车间等大型场所使用。虽然目前市场上有一些工业吸尘器，但是成本较高，结构复杂，而且动力源一般也为电源，电线破损、电气元件的开关，都容易产生火花，引起粉尘闪爆，不能在有防爆要求的区域使用，所以大多数防爆生产车间的地面清扫和台面除尘仍然以人力为主，费时费力，不仅增加了企业的保洁成本，而且仪器设备的角落不易清扫干净彻底，影响产品质量，同时还容易造成生产工人吸入工业粉尘超标，引发疾病，不利于企业的健康发展。因此，设计一种气动工业防爆清扫吸尘一体机意义重大。1气动清扫吸尘机的结构设计设计的工业气动防爆吸尘清扫机，整机主要由清扫吸尘装置、真空发生器和集尘箱三大部分组成。整机的机构如图1。由清扫吸尘装置（1）、真空产生器（3）、吸尘小吸头（2）、集尘箱（4）、过滤器（5）、真空吸尘管（15）、压缩空气导入管（16）、挡尘板（17）和垃圾收集箱（18）和集尘箱万向轮（19）组成，挡尘板（17）在集尘箱（4）和垃圾收集箱（18）上交错安装，过滤器（5）安装在集尘箱（4）的右上方。整机工作过程是：由压缩空气导入管（16）输入的压缩空气经真空产生器（3）时在吸尘小吸头（2）和清扫吸尘装置（1）的真空吸尘管（15）处产生真空，在真空吸力作用下吸入垃圾、灰尘，经过挡尘板（17）、过滤器（5）后大颗粒垃圾收集在集尘箱（4）下方的垃圾收集箱（18）内，粉尘吸附在过滤器（5）上，在真空吸尘管（15）处产生的真空吸力实现地面等大空间的垃圾清扫吸尘；在吸尘小吸头（2）处产生的真空吸力可以实现局部狭小空间工作台面的吸尘，一机两用。清扫吸尘装置由万向轮（6）、轴承（7）、逆时针气动叶轮（8）、清扫吸尘装置机架（9）、压缩空气支管（10）、顺时针气动叶轮（11）、逆时针清扫滚刷（12）、顺时针清扫滚刷（13）、压缩空气总管（14）组成。清扫吸尘装置（1）包括两组反方向旋转的清扫滚刷（12）和（13），在真空产生器（3）工作的同时清扫滚刷由叶轮（8）和（11）也在压缩空气动力源的驱动下旋转把地面的灰尘送入清。整机的工作原理为：工作时，真空产生器（3）与压缩空气导入管（16）接通，压缩空气经过真空产生器（3）的喉管处时产生真空，与真空发生器（3）联通的真空吸尘管（15）内产生真空吸力。当清扫吸尘装置（1）与真空吸尘管（15）连接时，清扫吸尘装置（1）的压缩空气动力总管（14）也接通压缩空气动力源，使逆时针气动叶轮（8）和顺时针气动叶轮（11）在压缩空气支管（10）内的压缩空气的驱动下旋转，分别带动逆时针清扫滚刷（12）和顺时针清扫滚刷（13）反向滚动把灰尘和垃圾送入与清扫吸尘装置（1）连接的真空吸尘管（15），这样在滚刷滚动清扫和真空吸力的双重作用下，垃圾和灰尘被送入集尘箱（4）内，吸入的垃圾通过挡尘板（17）时，大颗粒较重垃圾被挡尘板（17）多次阻挡失速后落入垃圾收集箱（18）的底部，而较轻的小颗粒垃圾和粉尘最终被过滤器（5）拦截集聚，经过过滤器（5）过滤的洁净空气最终排入大气。集尘箱（4）与垃圾收集箱（18）上下布置，可以方便的打开和关闭，以便取出收集到灰尘和垃圾，清扫吸尘装置的万向轮（6）与集尘箱万向轮（19）采用导静电材料，均可实现多方向滚动，方便灵活；当吸尘小吸头（2）与真空吸尘管（15）连接时，吸尘小吸头（2）处产生的真空吸力实现局部狭小空间工作台面的吸尘。吸尘小吸头（2）与清扫吸尘装置（1）均可以通过快速接头方便的与真空吸尘管（15）连接，切换方便灵活。真空产生器3的结构和原理为：真空发生器就是利用正压气源产生负压的一种新型、高效、清洁、经济的真空元器件，在有压缩空气的车间使用十分容易和方便。真空发生器十分广泛的应用于工业自动化等领域。真空发生器的优点是真空度高（最高-90kPa），体积小巧，使用成本低低廉，经济效益很明显5。真空发生器的工作原理是利用喷管高速喷射出的压缩空气，在喷管出口形成射流，进而产生卷吸流动。在在真空吸力作用下，使喷管出口附近的空气不断地被吸走，从而吸附腔内的压力降至大气压以下，便形成一定真空度。真空发生器结构如图3所示。真空发生器的性能与喷管处的直径，收缩与扩散管的形状等诸多因素有关。据实验，压缩空气以0.4到0.8MPa的压力通过喷管时，在吸附腔处可产生-80kPa到-90kPa的真空度6。为了得到最大吸入流量或最高吸入口处压力，真空发生器都设计成超声速喷管型，也就是Laval喷嘴。目前市场上供应的真空发生器大多数所需供气压力为0.5MPa，真空度即可达到-90kPa，吸入流量可达3003200l/min，而家用吸尘器的真空度一般为-20kPa-30kPa。目前工厂中的压缩空气压力大多是0.4-0.8MPa，而且空气供应量充足，所以通过真空发生器可产生足够大的真空度（最高-90kPa）和吸入流量，能够满足本结构设计的吸尘需求，而且市场上和淘宝等线上商城都有很多类似的真空发生器。2气动清扫吸尘机的优点该气动清扫吸尘机与众多工业吸尘器相比，最大的特点就是结构简单，成本低廉，功能可靠，安全防爆。与电动吸尘设备相比，该气动清扫吸尘机拥有高强度的工作能力，可以实现昼夜不间歇，真空吸力超强而且可存储灰尘的集尘箱较大，可以大大减少人力的投入。动力源为生产车间的压缩空气，不需要电机、电器控制等，清扫吸尘装置和集尘箱都采用导静电的万向轮支撑，能够有效的防爆，清扫吸尘装置能快速实现车间地面等大空间的垃圾清扫和吸尘，灵活多样的小吸尘口又能实现对仪器设备的台面和边角等较小空间的吸尘，一机两用，方便灵活。3结束语本设计充分利用了压缩空气这个工厂车间现有的动力源，采用气动驱动叶轮旋转产生动力的方式，巧妙地避免了电机等电器元件，有效防止了电火花的产生，在有防爆要求的生产车间实现地面清洁的机械化操作，降低了工厂清洁人力的投入，有效降低车间粉尘的含量，提高了车间的清洁度，改善了车间的工作环境，降低工人的患病风险。参考文献：2万蔚.新型多功能吸尘器的研究D.湖北工业大学研究生学位论文，2010（5）.3杨叶.吸尘设备发展概况与展望J.科技资讯，2019（6）.4史然.帝造卧式旋风吸尘器设计D.南昌大学专业学位研究生学位论文，2015（5）.5高真空超大流量真空发生器SDM160-0406.淘宝网.6郑欣荣.真空发生器结构参数与性能参数关系研究J.真空，2005，5.