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移动式焊烟净化器的发展方向

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-09-19 17:04:00

摘要:当前国内外都大力倡导局部净化为主、全面通风为辅的通风系统原则。但局部净化的主要设备——移动式焊烟净化器靠手工移动吸尘罩来进行吸尘,已经不能满足大工件、长焊缝的净化要求,而且焊烟净化器存在吸尘空间小、吸尘效率不高的问题。通过有限元法分析出吸尘罩吸尘效率的分布情况,并研发了焊接烟尘自动跟踪臂。在焊接烟尘自动跟踪臂工作过程中,它会带着吸尘罩紧跟焊接点,始终在吸尘效率的最佳区域工作。既提高了焊烟净化器的吸尘效率,净化了工作环境,又提高了焊接劳动生产率。

关键词:自动跟踪;焊接烟尘净化器;焊烟净化器;焊烟

移动式焊烟净化器

1概述

科学研究和健康调查表明,焊接过程会产生焊接烟尘,这些烟尘颗粒很小,会悬浮和弥漫在整个焊接工作场所。而烟尘中存在大量人体可吸入物质(如氧化锰、六价铬、钾、钠的氧化物等),这些有害物质不但会使人患慢性支气管炎,还会沉积在人体的血液和骨骼中,引发出包括癌症在内的各种疾病。焊接烟尘已经成为一大环境公害,所以对焊接烟尘的净化治理,也受到相关部门的高度关注。

对于焊接烟尘净化治理的研究,国外开展的比较早,处理技术相对先进、成熟。就焊接烟尘净化治理发展方向看,焊接烟尘净化治理设备从单一性、固定式、大型化向成套性、组合性、小型化以及节能高效、以局部净化治理为主、全面通风为辅的综合净化治理方向发展。

2移动式焊烟净化器的结构和特点

移动式焊烟净化器系统(以下简称焊烟净化器)由吸尘罩、风管吸气臂、净化系统和风机四部分组成,其净化过程和原理类似于家用吸尘器。由操作人员用手工将吸尘罩定位在需要焊接净化的位置,风管由吸气臂支承,一端连接着吸尘罩,另一端连接着净化系统。当风机工作时,风机前部的净化系统和风管、吸尘罩内形成负压,这个负压将焊接产生的烟尘随周围空气一起吸入净化系统,经净化系统的过滤器过滤后,通过风机出口排出。

2.1焊烟净化器的优点

(1)风管和吸气臂可以带动吸尘罩悬停在其活动半径范围内的任意空间位置,且手工拉动吸尘罩时灵活性好。

(2)净化系统结构简单,就是一个过滤筒,滤材可方便地滤除直径大于0.5μm的尘粒,且阻力很小。并且当滤材沾满灰尘时,可以通过压缩空气反吹后继续使用。

(3)能耗少,与整体通风净化相比可以节能90%以上。

2.2焊烟净化器的缺点

(1)对某一固定工况来说,吸尘罩有效吸尘空间太小,即吸尘效率太低。例如以目前市场上最常用的吸气臂半径3m、吸尘口径φ160mm、吸气量2000m3/h、负压1500Pa为例,采用有限元法分析吸尘口附近空气速度场和流线分布,其结果如图1、图2所示。

移动式焊烟净化器

(2)应用受到极大制约。当焊缝较长时,为达到吸尘效果,需不断地手工移动吸尘罩,操作极为不便,容易影响焊接质量。

吸尘效率随焊接点与吸尘口中心距离的变化趋势如图3所示。由图1~图3可知,焊接点距吸尘口中心越近,吸尘效率越高。当距离d=0.15m时,即以吸尘罩中心为圆心的φ300mm的圆周上,吸尘效率为84%,在此之外吸尘效果迅速下降。这一理论数据与现场实际情况非常吻合。

移动式焊烟净化器

3焊烟净化器的发展方向

焊烟净化器因其结构紧凑,空间尺寸小,净化系统简单实用、节能,使用成本低等诸多优点而被世界各国广泛采用。这些优点在焊烟净化器的发展中应被保留和发展,关键是克服上述缺点。因此,焊烟净化器的发展方向是在减轻劳动强度的同时进一步扩大吸尘罩的有效吸尘空间。

实际上,只要能将由操作者手工移动吸尘罩这一动作改由智能型机器来完成,就能从根本上解决这个问题,即焊烟净化中需要有一款焊烟跟踪机器人。

自主研制的具备感知、决策和行动三大机器人本质特征的烟尘自动跟踪臂(以下简称跟踪臂)由焊烟识别传感器、电脑和软件以及执行机构等几部分组成。当焊接开始时,焊烟识别传感器立即将焊烟产生点的三维空间位置传送给电脑和软件系统,经软件系统分析后,命令执行机构带着吸尘罩紧跟焊接点,每隔3mm自动移动一次(宏观上可看作连续移动),真正做到了吸尘罩与焊接点同步运动。在焊接有害物质还未扩散就被吸收净化,使有害物质的产生与吸收、净化同步,从而保证了工作环境的空气质量和操作者的健康。

4跟踪臂与焊烟净化器的净化性价比

为了解跟踪臂与焊烟净化器的净化性价比,对焊缝直线长为5000mm的焊接净化过程分两种情况进行实验。

(1)使用跟踪臂。操作者焊完5000mm长的焊缝,用时14.6min;由于跟踪臂带着吸尘罩紧跟焊接点,每隔3mm自动移动一次,使焊接点始终处在以吸尘罩中心为圆心的φ6mm的圆面积上,由图3可知,φ6mm圆面积上的吸尘效率均在99%以上。

(2)使用焊烟净化器。如图3所示,为达到84%以上的吸尘效果,操作者需每隔300mm手工移动一次吸尘罩,焊完5000mm长的焊缝用时21.2min,在此时间内移动吸尘罩达17次之多。

上述两种情况相比:

(1)减轻了劳动强度,提高了劳动生产率。

劳动生产提高率=

(A-B)/A×100%

=(21.2min-14.6min)/21.2min×100%=31%

式中A为第二种情况所用时间;B为第一种情况所用时间。

(2)提高了吸尘效率。

前者吸尘效率大于99%,后者大于84%,前者比后者效率更高。

(3)提高了自动吸尘面积。

两种情况的有效工作范围示意如图4所示。跟踪臂能用于焊缝长度不超过5.66m的工件焊接,两者吸尘面积之比为

S=S2/S1=12.56m2/0.07m2=180

式中S1为前者净化面积;S2为后者净化面积。即前者的吸尘面积为后者的180倍。

移动式焊烟净化器

(4)由于保证了局部净化效果,从而降低了整体通风净化的能耗。

5结论

跟踪臂在焊烟净化器的基础上,通过自动跟踪焊接点位置达到焊烟产生与净化同步,提高了工作效率和净化效果,使吸尘效率始终保持在99%以上,降低了整体通风净化的能耗,是焊烟净化领域发展的一大突破。

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