机械毕业设计1174喷涂机漆料回收结构装置说明书副本.docx
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机械毕业设计1174喷涂机漆料回收结构装置说明书副本
第一章
1.1漆雾捕获装置设计概述
1.1.1设计目的
漆雾中的有机溶剂———苯、甲苯、二甲苯属强毒性溶剂,作业时散发至车间空气中,工人经呼吸道吸入后,可引起急性和慢性中毒,主要引起中枢神经系统及造血系统的损害,短期吸入高浓度（1500mg/m3）的苯蒸气,即可引起再生障碍性贫血;经常吸入低浓度的苯蒸气,也可引起恶心、呕吐、神智模糊等神经症状,少数还可引起神经衰弱症候群。
漆雾对作业工人的危害不容忽视,企业需采取切实可行的喷漆废气治理措施,减小污染物排放,降低有毒有害物质对喷涂车间工人的健康危害。
而且在喷涂作业时，油漆的附着率仅为30%~50%，其余很大一部分油漆呈雾状混在空气中，而这部分油漆是没有利用到的，在一方面来说，是对喷涂材料的浪费，若进行收集并回收利用，可以节省喷涂作业的成本。
所以综上所述，本设计的主要目的是两个，第一是保护喷涂工人免受油漆的伤害。
第二是为企业节约成本，达到更高的经济效益。
1.1.2设计任务
本次设计的任务是让我们综合运用我们所学的机械原理、机械设计、工程图学以及课余自学软件PROE完成漆雾捕集装置的三维造型设计。
并利用互换性的相关知识，对各零件的装配关系进行设计。
用空气动力学，解析几何进行必要的设计计算。
1.1.3设计要求
1、回收容量不小于80升；
2、不允许油漆外泄；过滤器便于装拆；
3、整个回收装置能够灵活移动；回收装置内腔便于清洗；
4、装配图A0#1张、零件图总量不少于A0#1张；
5、编写设计计算说明书一份。
6、英文文献翻译，不少于3000Words。
1.2漆雾捕获装置研究现状及创新
1.2.1国内外的研究现状
以下内容基于气液分离为参考概括：
离心式分离器:
1995年GLCC（图1.2.1a）被应用于多相流量计环，先用单相流计计算GLCC分离后的气体，然后再进行合并，解决了很多相流测量的难题。
2002年曹学文在此基础上，研发了漩涡模型、入口分离模型、气泡及液滴轨迹等用来预测分离性能的模型，利用这些模型，管柱式漩涡离心分离器的技术也趋于成熟。
图1.2.1a分离器结构
折流式分离器：
气液混合体，冲上折流板后，液态由于密度较空气大，会由于惯性作用积聚在折流板上，经研究发现弧形叶片与折板形叶片的除雾效率相近，但在压降方面，弧形板比折板的压降小，故弧形叶片除雾器的综合性能比折板式除雾器要好。
重力沉降式分离器：
该技术由于研发较早，已基本成熟。
当前研究的重点在于研制高效的内部填料提高其分离效率的效果。
此类分离器的设计关键在于确定液滴的沉降速度，然后确定分离器的直径。
螺旋片导流式气液分离器（CS）：
1996年Franca等研发了螺旋片导流式气液旋流分离器（图1.2.1b），在井口就可以达到气液分离的效果，并且分离后的液体和气体都用不同管道输送，增加了采油回收率，多相流输送时的堵塞和沉积现象也得到了完美的解决。
因而在气液分离、石油天然气开采中的油气，压缩空气的净化处理。
特别是在偏远地区油井及远距离油气输送方面应用广泛。
图1.2.1b螺旋结构的三维几何模型
图1.2.1c螺旋结构网络
旋流板式气液分离器：
旋流式分离器的结构如图1.2.1d所示。
除液的关键部件是筒体中的锥形旋流板。
气流穿旋流板时就成为旋转气流，二相流中的液体会因为离心作用甩向侧壁，汇集流到溢流槽内，达到了气液分离的目的。
该设备的优点在于压降小，不易堵塞；缺点是调节比小，分离效率受气流流量影响较大。
图1.2.1d旋流式气液分离器结构
轴流式气液旋流分离器：
该分离器结构如图1.2.1e其离心力是由导向叶片产生的，因而旋流比较稳定，且阻耗小。
而且该分离器结构简单，中间流道的连接和管柱整体结构形式简单，能够与常规坐封工艺和起下作业工艺吻合，显著降低了加工制造难度和加工成本及现场操作技术难度，广泛应用于井下气液分离方面。
图1.2.1e轴流式气液旋流分离器
从涂装方面来说，由于我国工程机械涂装发展相比汽车行业晚了5-10年，一直没有形成独立的涂装体系；当国外工程机械行业公司进入后，促使工程机械涂装工艺设备上有了较大的发展，工程机械涂装发展到今天新的涂装体系已经基本形成。
但是规格多、品种杂、重量大、体积大，而且不容产品生产特点和使用环境不同。
对于含有油漆废气的处理技术并不完善，主要是采用湿式采集法。
目前比较成熟的漆雾处理设备也比较多，例如：
由梁桦机电设备研发生产的水帘喷漆房，利用风机和水来获取漆雾混合过滤净化。
由供水装置、水膜、水吊装置、平面水吊混合装置、雾化混合装置、水箱捕集装置、滤筒捕集装置、滤网水吊混合装置、滤网过滤装置、气水分离装置、上水版捕集装置、风道等组成。
在新型轴流风机吸力的作用下，含有漆雾的气体向处理机进风口方向流动，一部分漆雾直接接触到水膜板上被水膜吸附、也有一部分被水吊冲刷，其余未被水膜和水吊捕捉到的残余漆雾再通过处理机平面水吊混合、雾化混合、滤网捕集、水箱捕集、水吊混合、滤网过滤、气水分离、水板捕集分离后排出风道。
再如由广东同盛环保科技有限公司研发生产的QW干式漆雾过滤装置，用干式过滤的方式处理漆雾，不使用水，无二次污染，广泛适用于家具制造，电器生产，五金加工有需喷漆的制造行业。
国外涂装技术起步较早，随着环保观念的提高，以及对更高效益的追求，不断发展的技术已经满足了从湿式吸收法向干式吸收法的过渡。
先进的产品也较多，例如：
德国杜尔公司推出的喷漆室排气干式净化装置，在除净喷漆室排风中漆雾方面使用干式分离技术，与通常采用的湿法（水洗）分离技术相比，不再产生特殊的垃圾，可节省水和能源。
它们与机器人及喷涂参数匹配，使喷漆室排风不须追加过滤，可直接再循环使用，不须向喷漆室供给全部新鲜空气。
分离过程完全自动化，分离不用水和化学药品，过滤介质（元件）完全可再生利用。
可节约能源30%，通过排风再生循环利用，供新鲜空气量的减少，有降低厂房和相关设备的投资35%的潜力，另外材料及维护费用也可降低；采用这种新的漆雾捕集方法后涂装过程的单车成本（CPU）可降低10%，且是环保性最好的捕集漆雾的工艺方法。
1.2.2本次设计的创新
喷涂作业时，高浓度的油漆通过压缩空气从喷枪中高速喷出时，诱导周围的空气流动，漆雾无序发散，用敞开式集气罩来捕集漆雾是比较困难的，由于集气罩气流速度衰减快，抽风时需要很大的风量才能在罩口形成所需的最低控制风速，所以该设备动力消耗高、管道易磨损、磨擦阻力大，效果并不是很理想为了更好的对漆雾进行处理，密闭小室作业似乎是很好的解决方法。
现如今已经广泛应用的湿式喷漆室———水洗式漆雾捕获装置就是典型的小室作业。
它的捕集率高，消防安全。
但它的缺点是为除漆雾，耗水、耗化学药品（凝聚剂），近十倍的增加了废气物的排量，而且废弃物的处理费用高、压损大都不符合当今的节能减排、可持续发展的时代要求。
随着新型的干式喷漆室的研发并投产应用，成为一项重大的革新。
传统的干式捕集法是在气流通路中设置挡板，利用折流原理，油漆将大部分凝聚在挡板上，然后流回容器中，在捕集装置尾端设置过滤网，也可以起到将油漆从混合气体中过滤出来的作用。
可是折流的效率毕竟不强，所以要达到标准的捕集效率，需要设置多块挡板，这样一来，捕集装置的体积会相对较大。
为了让漆雾捕集的效率更高，本设计构想是，混合漆雾从主捕获箱的进气口进入主箱后，顺着螺旋片沿外壁旋转，由于主捕获箱体为锥形，故截面积由上到下会越来越小，气流流速也会越来越大，离心力也越来越大，油漆将最大限度的被甩向侧壁，并沿壁流入主回收容器。
一次处理过的混合气体将从螺旋片底部管道向上导入副捕获箱中。
在副捕获箱内，与多块复合折流板发生折流效应，油漆将在复合挡板上析出，并顺壁流入箱底。
经二次处理后的混合气体内还含有少量的油漆，这部分油漆通过副捕获箱尾部的过滤棉后几乎可以去除。
三次处理后的气体最终由真空泵从箱尾的出气口抽出实现对漆雾的捕获和废弃油漆的回收工作。
第二章设计方案
2.1漆雾的捕获方法
2.1.1目前已有的捕获方法
按漆雾的捕集方式可分为干式喷漆室和湿式喷漆室。
干式喷漆室是借助折流板、过滤层捕集漆雾，湿式喷漆室是借助于循环水系统处理喷漆室排出的废气，循环水中添有涂料凝聚剂，油漆混入这种凝聚剂会失去黏性，在水槽中呈絮状凝聚出来。
湿式喷漆室捕集漆雾的原理是使带漆雾的喷漆室排气通过漩涡作用与水充分混合，利用不同风速、挡水板和风向的多次转换，使水和漆滴与空气分离，带漆渣的水流回循环水槽，过滤后再循环使用，除掉漆雾的空气通过排风机排向室外或送往除VOC的二次净化设备处理。
湿式漆雾捕集装置（又称排风洗涤装置或气水混合分离室）有多种结构和洗涤方式。
按水洗涤方式又可分为喷淋式、水幕式、漩涡式（含文丘里型、水旋动力管型和漩涡型等多种）。
它是喷漆室的关键装置，直接影响喷漆室的主要性能———漆雾捕集率（或称除尘埃效率）。
2.1.2各种捕获方法的比较
对干式和湿式捕集法，我对他们的各方面（基于性能及条件）进行了对比，具体结论如下表格（表2.1.2a）所示：
项目
干式喷漆房
湿式喷漆房
喷淋式
水旋室
无泵式
除漆雾方式
靠过滤器、净化器、挡板去除漆雾
借助泵喷淋水幕或水帘，分离除去漆雾
借助泵形成水膜，带漆雾的空
气高速（20～30m/s）通过漩涡,
水、气充分混合，从气流中除去
漆雾
带漆雾的空气高速（20～30m/s）
通过锯齿板与漩涡导向板之间
隙，水、气充分混合进入洗净室
分离除去漆雾
漆雾除去率/%
90～95
80～90
97～99
98～99
条件
正确选择过滤器（材料），并正常地更换
喷嘴无堵塞，充分满足水和空气比，喷雾（水幕）均匀
水膜不中断，散水板表面无异物
水位液面要保持一定，水面不稳的场合，排出漆雾多
设备费用
低
一般
较高（随结构而异）
较低（随结构而异）
维护保养
内容
根据过滤器前后压差（或定期）更换过滤器（材料）
检查与清理泵、配管、喷嘴、分离器等
检查与清理泵、配管、散水板、过滤网等
水位液面调整
影响
直接影响风量、气流，到一定程度后风量会急剧下降
直接影响洗净效率，喷嘴堵塞部分效率严重下降
散水板上和文丘里管内有异物，或水膜薄了影响洗净效率
每日确认pH，除去浮游异物
日常维护
根据涂装量和压差，
约每周更换1次
每日检查和清扫喷嘴
每日确认水膜状态
液面状态影响洗净效率
清洗
过滤器、挡板每个月清洗一次
管路系统每月清扫一次
水槽、风管每年清扫约一次
每年去除漆渣1次
维护难易度
简单（更换过滤器）
费功夫（正常保养困难）
简单
简单（仅液面管理）
性能的稳定性
稳定性差
不稳定（维持难）
大容量场合稳定
稳定
噪音
低（过滤器维护不
良场合噪音高）
喷淋、落下音，75～80dB
≤80dB
排风机静压高，风机
噪音大,75～80dB
排水
无
有，循环使用，每年更新处理2～3次
有，循环使用，每年更新处理1次左右
有，循环使用，仅
补水，不溢流排放
排气洗净装置高
度（离作业面）
（无明确标准）
0.5～0.7m
3.0～3.5m，漩涡式2.0m左右
0.6m
特征
适用于中、小型喷漆室；基于其节能、无污水处理，有些新
的举措，适用于大型喷漆室
老式大型喷漆室曾采用，但性能不稳定，维护困难，已被
淘汰；中小型喷漆室尚采用
最适用于大型喷漆室，涂料使用量多的汽车车身涂装线
最适用于涂料使用量比较少的喷漆室；在涂料使用多的场合，要设涂料分离槽
表2.1.2a
基于经济及作业成本的角度，我收集到了以下的数据（表2.1.2b）：
（万日元）
项目
干式喷漆房
湿式喷漆房
劳务费
19.9
23.4
消耗费
104.0
41.6
电量
25.6
128.0
废料处理费
26.0
125.4
年合计
175.5（55%）
318.4（100%）
表2.1.2b
注：
喷漆室开口大小均为：
长3.5m，高2m
2.1.3捕集方法的选取
由上节介绍，干式漆雾捕集无论在经济方面还是在环保方面都有优势。
在美国，已确定从水洗喷漆室排放出来的涂料渣为危险废弃物，开始向不产生涂料渣的干式喷漆室转换。
原来非危险的废弃物一旦混入水中反而成了危险废弃物，消耗多种药剂和能源，增大环境负荷。
欧盟也开始限用水洗式漆雾捕集装置。
从气液分离器的要求来看，就要求其能将气体与液体尽可能分离，经过气液分离器之后，气液二相能够明确分开，并分别输送。
当然任何一个分离器实际上其分离效率不可能１００%，因种种原因实际的情况是根据不同分离要求来选择气液分离器。
1、要求较低的，选择重力沉降式分离。
2、要求一般时，选择普通的折流分离或者普通的离心分离。
3、要求较高时，选择填料分离。
4、要求高的，选择丝网分离。
5、要求很高的，选择微孔过滤分离。
油漆作为一种粘性较大的液体，分离方式可以参考气液二相分离。
因此选择用挡板及离心的方式分离漆雾的干式捕集法是可行的，此外，喷漆室的优缺点（与湿式喷漆室对比）如下。
在经济方面：
①运行成本低，不需凝聚剂和废水处理，耗电量少；②省劳力，不需要漆渣排出作业和水质检查；③投资低，设备造价低，且施工简单；④作业环境较好，噪音低；⑤维护成本低，运动部分仅需更换风机。
在环境方面的优点：
①无废水处理的必要，不须配置废水和漆渣处理设备；②因耗电少，不使用水，对环境影响小；③使用过的过滤材料（袋）有可能作为燃料再循环利用；④制定操作规程易遵守；⑤几乎所有的涂料都适用；⑥不产生恶臭。
2.2本设计所依据的原理
2.2.1折流原理
由于气体与油漆的密度并不相同，当油漆与气体一起流动时，如果遭遇到障碍，气体会折流，而油漆则由于惯性，继续向一个方向前进，向前的油漆颗粒附着在档板面上由于重力作用向下汇聚到一起，流入容器的底部。
优点：
1、分离效率比重力沉降高。
2、体积比重力沉降减小多，折流分离结构可以用在压力容器内。
3、工作比较稳定。
缺点：
1、分离负荷范围小，超过气液混合物规定流速后，分离效率下降严重。
2、阻力比重力沉降高。
从折流分离的原理来说，气液混合物流速越快、惯性越大，即气液分离的倾向越大，应该是分离效率越高，但实际情况却相反。
2.2.2离心分离原理
油漆气体与油漆的密度不同，油漆与气体混合流动时，油漆颗粒受到的离心力大于气体，所以油漆颗粒有离心分离的倾向，油漆附着于分离壁面上由于重力的作用向下汇聚到一起，通过导管流入容器。
优点：
1、分离效率比重力沉降高。
2、体积比重力沉降减小多，所以离心分离结构可以用于高压力容器内。
3、工作稳点。
缺点：
1、分离负荷范围小，超过气液分混合物规定流速后，分离效率快速下降。
2、阻力比重力沉降大。
2.2.3微孔过滤分离
微孔过滤分离的原理简述：
由于气体与液体的微粒大小不相同，气体与液体混合流动时，如果必须通过微孔过滤，气体通过了，但液体被拦截而留在微孔过滤器上，并在重力的作用下向下流动至分离器底部排出。
微孔过滤分离器的筛选作用是真正意义上的筛分，其微孔直径一般在50μm以下，也就是说大于它微孔直径的液体微粒是不可能通过的。
当然其分离机理很复杂，由于其属于微观过程，所以需要更加深入的研究。
微观过滤分离器的阻挡收集表面积在单位体积内很大，折流次数和筛选次数在单位体积内相比丝网更多。
优点：
1、分离效率极大。
2、结构简单，只需要一个微孔过滤器的固定装置。
3、体积比丝网分离器小。
缺点：
1、分离负荷范围小，超过气液混合物规定流速或气液比后，分离效率快速下降。
2、超过气液混合物规定流速或者气液比后，还容易发生液阻现象，阻力快速上升。
3、阻力比普通的折流分离器或者普通的离心分离器高。
4、工作不稳定，容易带液。
5、容易堵塞。
6、微孔过滤器的种类已经材料选择极为重要。
第3章结构设计
3.1零件设计及方案对比
3.1.1主捕集箱体设计
主捕集箱箱体，里面装有螺旋片，上面带有箱盖，螺旋片是锥状的，所以最初方案图（3.1.1a）如下：
图3.1.1a
下部管道接油漆回收容器，上边方形管道为漆雾混合气体的进气口，上部的边缘上带有螺纹孔，可与顶盖连接，可是在总装时发现这样的结构有如下一些问题：
首先，方形的进气口设计不合理，原因是方形管道连接应用不多，而且回收装置的前面连接的喷涂室的出气孔为原型，故无法配合。
其次，边缘向外伸出，占用体积较大。
改进，将方形进气孔改为圆形，放置在顶盖上，其界面截保持不变，设置螺纹孔的那边缘改为内侧，这样箱体会更显得协调一些，改进后的实体图（3.1.1b）如下：
图3.1.1b
经最终装配发现，这样的结构可以满足螺旋片的安装要求，比较而言，这样的结构更合适。
3.1.2油漆回收容器的设计
该容器是用来收集从主捕集箱内收集到的油漆的，所以其容易必须达到设计要求。
容器的尺寸R=300mmH=500mm
所以容积为V1=πR2H=141.3L>=80L
满足要求。
3.1.3主回收容器盖设计
主容器盖（图3.1.3a）中心附近均匀散布四个孔，主要用于盖与螺旋片的固定。
在距离四个孔的一边，设计一个较大的孔，同时以这个大孔为中心，在四周均匀散布四个与主容器盖中心相同的孔。
其中较大的孔用于通风口，而四个小孔则用于固定连接主容器及副容器的连接管。
这样的设计有利于容器的拆装，方便与对容器的清理。
图3.1.3a
3.1.4主副捕获箱体连接设计
连接管（图3.1.4a）是主副捕集箱的气体连通部分，两边的盘状边缘上有螺纹孔，分别用于与主捕集箱盖及副捕集箱盖的连接。
图3.1.4a
3.1.5副捕获箱体设计
副捕集箱（图3.1.5a）是漆雾二次处理的主要部分，其结构需要注意的地方很多，一方面档板的安装要稳定及方便，另一方面还需要考虑到滤网的装配，同时副捕集箱也是容器的一部分。
经过多方面的考虑，最终决定采用螺母固定。
箱体的两侧各设计8个螺孔，其中6个用于固定档板，2个用于固定滤网。
这样的设计可以保证准确的定位和稳固，同时安装时也不会过于繁杂。
箱体两端有两个小孔，远离滤网的一边是用于与主捕集箱连通，这样可以提高容积，也能平衡两个捕集箱捕集到的漆业数量。
靠近滤网的一边用于与真空泵连接。
图3.1.5a
3.1.6副捕获箱体盖设计
副捕集箱盖（图3.1.6a）为矩形设计，只需安排一个通风孔及四个螺孔便于与连接管道连接即可。
图3.1.6a
3.1.7螺旋片设计
螺旋片（图3.1.7a）是装在主捕集箱内部，作为初次漆雾分离的主要功能性部件。
漆雾在螺旋片的导向下快速旋转，密度较大的油漆液滴在离心力的做要下撞击容器壁，然后再重力的作用下，顺着容器壁下落到容器底部。
完成气液分离的工作。
改结构的顶端圆盘上需要设计四个均匀分布的螺纹孔，用于与主容器盖的连接。
图3.1.7a
3.1.8挡板设计
由于气体与油漆的密度不同，油漆与气体混合流动时，如果遇到阻碍物时，气体会产生折流，而油漆则由于惯性继续前行，直至与阻碍物产生碰撞。
与档板产生碰撞后的油漆在重力的作用下会向下流动到捕集箱的底部。
完成捕集。
档板的侧面设计一块突出的边缘，并在上面设计螺纹孔，用于档板与主箱体的定位及固定。
如下图（图3.1.8a）所示
图3.1.8a
3.1.9底座设计
底座是主副捕集箱的放置及定位的重要部分，定位槽决定了主副捕集箱的安装距离。
初期方案如下图（图3.1.9a）所示：
图3.1.9a
此种设计简单明了。
但是浪费极其严重。
所以可以把与定位无关的部分全部除去。
主副捕集箱作为可以拆卸部分，若底座的两个定位槽有掉落异物则会严重影响定位。
为了防止这种情况，可以将定位槽的实心部分竟可能除去。
但是由于容器内需要盛放大量的油漆，可能会强度不够，所以加上两根支柱，强化底座。
最终设计如下图（图3.1.9b）所示：
图3.1.9b
3.2标准件选取
3.2.1螺旋片与顶盖的连接
由于螺旋片顶端较厚，约20mm，而箱盖约为5mm
固采用高为37mm，直径为10mm的双头螺柱与高为5mm，直径为10mm的六边螺帽，进行固定。
3.2.2其他部分的连接
为了方便安装，其他部分的连接都采用相同规格的螺母与螺帽进行固定。
采用高位40mm，直径为10mm的六边螺母以及高位5mm，直径为10mm的六边螺帽进行固定。
3.2.3真空泵的选择
真空泵计算公式
S=2.303V/tLog（P1/P2）
其中：
S为真空泵抽气速率（L/s）
V为真空室容积（L）
t为达到要求真空度所需时间（s）
P1为初始真空度（Torr）
P2为要求真空度（Torr）
真空容积V的计算：
主捕集箱容积
副捕集箱容积
V=
+
=
H=3.14*3002*500=141.3L
=990*590*485=283.3
V=141.3+283.3
424.6
无气喷涂机规定空气消耗量为300～1200L/min，若取最大值1200L/min。
则时间t可按如下方法计算：
t
432/1200
60s
20s
P1取760Torr,P2取600Torr.
所以真空泵要求的抽气速率可按如下计算：
S=2.303
530/20（760/600）=4.63
/min
曲线编号
产品型号
最大气量m3/min
极限真空-Mpa
电机功率kW
泵转速r.p.m
工作液流量L/MIN
噪音
dB（A）
重量kg
60V
2BV-2060
0.45
0.097
0.81
2880
2
62
37
61V
2BV-2061
0.86
0.097
1.45
2880
2
65
41
70V
2BV-2070
1.33
0.097
2.35
2850
2.5
66
66
71V
2BV-2071
1.83
0.097
3.85
2860
4.2
72
85
110V
2BV-5110
2.75
0.097
4
1450
6.7
63
120
111V
2BV-5111
3.83
0.097
5.5
1450
8.3
68
150
121V
2BV-5121
4.66
0.097
7.5
1450
10
69
210
131V
2BV-5131
6.66
0.097
11
1430
15
73
280
161V
2BV-5161
8.33
0.097
15
970
20
74
390
110V
2BV-6110
2.75
0.097
4
1450
6.7
63
111V
2BV-6111
3.83
0.097
5.5
1450
8.3
68
121V
2BV-6121
4.66
0.097
7.5
1450
10
69
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