碳钢管材批量除锈研究与应用

金属长期存放在空气中会生锈，这是氧化作用的结果;金属的这种氧化作用使金属的表面出现锈蚀现象，尤其是钢材的锈蚀情况更严重，钢材生锈直接影响到钢材的使用寿命、钢材的重量减少，如果不进行处理，那将对生产、生活造成不可想象的危害。

我国对钢材表面锈蚀程度划分的标准为GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。该标准根据钢材表面氧化皮覆盖程度和锈蚀状况将其原始锈蚀程度分为四个等级，分别以A、B、C、D表示。

A 全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面。

B 已发生锈蚀，并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面。

C 氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且有少量点蚀的钢材表面。

D 氧化皮已因锈蚀而全面剥落，而且已普遍发生点蚀的钢材表面。

对于碳钢管材的除锈方式主要分为人工除锈、机械除锈、喷砂除锈和化学除锈。手工除锈效率低，耗费工时多，从而造成成本的增加;市场上新型的除锈机一般来讲，体积大、重量重，且购置费用高，有一定得局限性;化学除锈适用于对防锈要求较高的钢材，需要较高的除锈技术，成本也比其他几种除锈方式要高的多，在生产生活中采用较多的是机械除锈，需要的设备技术要求不高，方便操作，成本也低。电动除锈机体积小，操作简单，且成本低，除锈效率高，更适合在以后的工程项目中广泛的应用。

电动除锈主要是用于满足大量管道和钢材的除锈问题，通过加工可以投入施工，重量轻、体积小，从另一方面讲可以更适用于现场的批量除锈，操作起来简单方便，可以节约成本，实现了低投入高回报的效果。

电动除锈机的主要技术要求就是操作简单、实用，既要求体积小又要重量轻，还要兼顾低成本。利用成品的钢刷片，利用电机作为动力，通过传动，达到摩擦除锈的目的，重点在电机的选型、传动方式、轴及轴承、转动装置。电机、除锈钢刷片在机架两侧，轨道在机架的一侧。实现了管道从一侧运到转动装置上，经过除锈后可以从另一侧运走，可以通过调整电机和转动轴的高度实现了各种规格型号管道的除锈，外形体积小，质量轻。

电动除锈机轨道

轨道的基本尺寸为：

长度L=6m+电动除锈机的宽度+人行通过间距，宽度B=电动除锈机宽度+管道直径

轨道可以利用L50*5的等边角钢或10#槽钢，以利于电动除锈机的纵向移动轨迹不变。

电动机选择

电动机的选择，应该从实用、经济、安全等原则出发，根据生产的要求正确地选择其中的种类、额定电压、额定电流、结构和防护形式、额定转速等

由于除锈机在除完一根管道后要停止，电动机需要频繁的启动，转速选择较低的为好，因为从启动性能考虑，同样功率的电动机，转速低的启动转矩大，启动快，启动过程中的能量损耗小，所以选择电动机的额定转速为1500r/min。

在露天的工作环境、除锈时灰尘较多，选择防护封闭式电动机。

电动机额定功率的选择，电动机额定功率的大小，是由负载所需的功率决定的，如果电动机的功率选择的太小，就不能保证生产机械的正常工作，会降低设备的生产效率，甚至会使电动机过载、绕组发热;如果额定功率选择太大，会使电动机处于轻载下工作，且功率因素和效率较低，不仅会增加设备费用，运行起来也不经济，电动机功率一般按不同的运行方式和负载情况来选择，短时运行的电动机功率可根据过载系数λ来考虑，即：

Pn≥P1/λ，

Pn---电动机的额定功率，P1---生产机械的输出功率

λ=最大转矩/额定转矩，

λ值一般机械取1.8～2.5，起重机取2.5～3.4.

除锈机电动机选择：λ取2.0，即Pn≥P1/2，根据除锈机的输出功率，选择电动除锈机电动机的功率为5.5KW。

传动方式的选型

机械传动机构是机械设备的重要组成部分，是将其原动部分的动力和运动传递并分配给机器工作执行部分的桥梁装置。通过对螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动的优缺点对比后，选择使用V带传动。

V带及带轮的选型：

带传动的主要失效形式为大滑和疲劳拉断，所以相应的设计准则为：带传动既不能打滑，又必须具有一定的疲劳强度和寿命。选择B型带，具体参数为：

小带轮节圆直径为125mm，小带轮转速为1200r/min，该型号的V带的基本额定功率Po=1.93KW，电机的额定功率为5.5KW，即5.5/1.93=2.85，选用三根该型号的V带，带的基准长度Ld=1400mm。

查表可知道，V带轮的基准直径为dd1=125mm，外径为da1=132mm（与电机装配），通过公式dd2=i*dd1，取i=1.05得dd2=1.05*1.25=131.25，所以取dd2=132mm，所以da2=139mm.带轮采用实心式。

轴的尺寸计算

轴的一般设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计及强度校核，必要时进行刚度校核和稳定性计算。

材料选用45#碳素钢，热处理方式为正火，毛坯直径≤100mm，硬度（HB）为170—217，强度极限为600MPa，屈服极限为300Mpa，弯曲疲劳极限为275Mpa，剪切疲劳极限为140Mpa。

轴的尺寸表示为：

X1—钢刷片的内孔径，X2—轴承的内孔径，X3—带轮的内孔径，

L1—钢刷片的厚度，L2—轴承的宽度，L3—带轮的厚度，

确定轴的基本尺寸如下：

钢刷片是成品，经测量其内径为20mm，所以X1=20mm。

带轮的内孔径为d2≥dd2/2.5，其中dd2=132mm，即

d2≥dd2/2.5=132/2.5=52.8mm，取d2=55mm，所以X3=55mm

轴承的内径X2介于X1与X3之间，取定X2=35mm。通过查手册，选轴承型号为6307，即轴承的内径为35mm，外径为80mm，高度为21mm。

L1=刚刷片厚度*n，n—钢刷片的个数（钢刷的数量可适当多选，可以增加除锈面积）。

钢刷厚度一般为12mm。即L1=12*n

L2=轴承的厚度，即L2=21mm+轴承座厚度*2=30mm。

L3=带轮的厚度，L3=（1.5-2）*X3，系数取2，得L3=55*2=110mm。

所以轴的尺寸如图所示：

转动部件的选型

转动装置的主要作用有两个，既要起到承重的作用，管道需要放置在转动装置上，又要起到转动管道的作用，使管道与钢刷片转动方向相反，这样才能起到摩擦除锈的目的。

转动装置主要有电机、联轴器、轴承及轴、轴承支座，电机选择的功率为2.2KW。

联轴器的选择需要考虑以下几点：

1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。

2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力的大小。

3）两轴相对位移的大小和方向。

由于转动装置的转速不高，转动时尽量不出现振动，两轴间属于同轴，所以选择弹性套柱销联轴器，这种联轴器通过蛹状的弹性套传递转矩，可缓冲减振，而且制造容易，装拆方便，成本较低，适用于连接载荷平稳且传递中小转矩的轴。

轴承选择深沟球轴承，轴承需要承受整根管道的重量（管道一般为6m/根），管道的转动的速度需要低速，轴承外径选择300mm，内径140mm，厚度62mm，型号为6328M。

轴承的间距可以根据现场的情况和管道的长度进行调整。

电控的选择

由于电动除锈机主要用在厂房内的除锈，电压为380V，除锈机需要在转动装置启动后才能启动，需要保证管道的转动方向与钢刷片的转动方向相反，除锈机在沿轨道行走时要保证电缆足够长，电机和转动装置的启动开关都设置在电机支架上，便于操作。

电动除锈机的应用

电动除锈机主要是根据我单位承接工程中管道除锈量大进行设计的，但是在实际的应用中发现，可以通过制作模型进行其他型钢的除锈，比如对角钢的除锈，可以制作角钢支架模型，使钢刷片的轴垂直于角钢，便可以进行角钢的除锈，同样可以制作其他型钢的模型后进行型钢的除锈，电动除锈机的具体尺寸可以根据加工现场的场地进行适当的放缩，使之更满足实际要求。

由于电动除锈机加工成本低，体积小，操作简单，适用于大量的除锈量，所以应用范围广，比较起购买成套的除锈机，电动除锈机更能减少施工成本，节约人工，应该更容易被建筑施工企业接受。