本发明涉及复合固体推进剂生产制造领域，特别是一种立式混合机桨叶自动清理装置及其清理方法。
背景技术：
立式混合机是火箭发动机装药固体推进剂（简称推进剂）生产过程中必备可少的机电一体专用生产设备，通过该设备可完成对推进剂中所需不同类型固体、液态的化学原材料充分混合，最终得到满足工艺要求的各材料组分均匀分布的推进剂药浆。
立式混合机设备组成主要包括传动箱、桨叶、机架、混合锅等部分见图1，传动箱机械传动结构主要是由桨叶自转和公转两部分组成的行星齿轮系统，其工作原理是马达驱动传动箱内齿轮系统，在行星齿轮带动各桨叶绕自身轴线旋转（自转）的同时，还要绕公转内齿圈进行公转，以满足桨叶对推进剂混合要求。桨叶是一种双头大导程异形螺旋，通过桨叶螺旋面间的相互配合完成对各原材料的挤压、分散、搅拌等混合处理。按桨叶结构分为实心浆和空心浆，桨叶数量配置为3个，桨叶的配置方式为空心浆 实心浆 空心浆，见图2。机架主要功能是完成对传动箱的支撑和固定，并通过机架上的升降机构托举混合锅完成上升与下降。混合锅是一种开口容器，用于放置各种原材料，并通过升降机构完成上升后混合，下降后出料。
由于推进剂药浆含有一定比例的粘性液体组分，无论是在混合过程中，还是混合完成后，桨叶表面都会粘附各种状态下的残留药浆，需要不断的进行清理、清除，否则将会造成药浆组分的不均匀，并直接导致药浆最终质量不达标。所以，及时对桨叶上粘附药浆的清理是混合作业过程中一项不可缺少的作业环节。目前采用的方法是操作人员站在下降后的混合锅上开口法兰处，手持防爆清理铲进行。由于推进剂药浆是一种易燃易爆的危险化学产物，除了本身具备的危险因素外，其挥发的气体和漂浮的粉尘对操作人员和现场环境均有一定伤害和污染，因此，需要采用一种具备远程控制、人机隔离、过程自动等功能的自动化设备来实现立式混合机桨叶清理。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种立式混合机桨叶自动清理装置及其清理方法，实现混合锅桨叶的清理，提高操作安全性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种立式混合机桨叶自动清理装置，包括操作平台，操作平台上设有升降气缸，升降气缸的伸缩端设有安装平板，安装平板上设有刮板气缸，刮板气缸的伸缩端设有固定座，刮板副通过铰链与固定座铰接，刮板副包括两个与桨叶贴合的刮板，两个刮板端部设有相互啮合的渐开线齿轮结构。
优选的方案中，所述操作平台上设有导轨，升降气缸设置在安装底板上，安装底板底部设有与导轨配合的滑块，操作平台上设有输送气缸，输送气缸的伸缩端与安装底板连接。
优选的方案中，所述升降气缸的端部设有导向板，导向板上设有导向套，导向柱与导向套配合，导向柱与安装平板连接。
优选的方案中，所述安装平板上设有水平导向筒，固定座一侧设有水平导向柱，水平导向柱与水平导向筒配合。
优选的方案中，立式混合机的传动箱底部设有一组第一传感器，安装平板上设有一组第二传感器。
本发明还提供一种立式混合机桨叶自动清理装置的清理方法，包括如下步骤：
步骤一、将待清理桨叶调整到最佳位置；
步骤二、启动输送气缸使安装底板移动，启动升降气缸伸高和刮板气缸伸长，刮板紧贴桨叶的螺旋面；
步骤三、桨叶启动自转，同时升降气缸回缩至起始位置；
步骤四、刮板气缸回缩，桨叶回转180°，桨叶的另一侧回旋至刮板副一侧，同时升降气缸伸长使刮板副位于桨叶的上端，刮板气缸伸出，使刮板紧贴桨叶的螺旋面；
步骤五、桨叶启动自转，同时升降气缸回缩至起始位置；
步骤六、刮板气缸回缩，升降气缸伸长使刮板副位于桨叶的上端，桨叶进行公转180°，同时进行自转，使另一个桨叶调整到最佳位置，重复操作步骤二至五，完成清理。
优选的方案中，所述步骤一中，根据第一传感器和第二传感器判断最佳位置的调节。
本发明提供的一种可移动混合锅原位翻转出料装置及其操作方法，能够实现对桨叶的自动清理，不需要操作人员近距离操作，桨叶自动清理技术的实现极大的减轻了现场操作人员的劳动强度，提高了混合操作过程的本质安全性，减少操作人员直面含危险化学产品可能造成对身体健康伤害，为全面实现危险作业场所操作过程的自动化、智能化提供了保障。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：
图1立式混合机的结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图‘
图3为本发明的俯视图；
图4为图3中a处的细节示意图；
图5中为图4中b处的细节示意图；
图6桨叶与平板位置示意图；
图7为桨叶一个导程外径螺旋线展开图；
图8为第一传感器和第二传感器的投影示意图；
图9气动控制系统原理示意图；
图10清理过程操作步骤示意图；
图中：操作平台1，升降气缸2，安装平板3，刮板气缸4，固定座5，桨叶6，刮板7，铰链8，导轨9，安装底板10，滑块11，输送气缸12，导向板13，导向套14，导向柱15，水平导向筒16，水平导向柱17，第一传感器18，第二传感器19，传动箱20，机架21，混合锅22，渐开线齿轮结构701。
具体实施方式
如图2~5所示，一种立式混合机桨叶自动清理装置，包括操作平台1，操作平台1上设有升降气缸2，升降气缸2的伸缩端设有安装平板3，安装平板3上设有刮板气缸4，刮板气缸4的伸缩端设有固定座5，刮板副通过铰链8与固定座5铰接，刮板副包括两个与桨叶6贴合的刮板7，两个刮板7端部设有相互啮合的渐开线齿轮结构701。刮板副由两个各自可绕固定座铰链为圆心进行摆动的部件，两刮板7结合切点为一组渐开线齿轮啮合结构，其目的是在刮板副与桨叶6贴合时能自动进行调整，以避免因对位时产生的相互间的位置误差带来尺寸干涉。
优选的，所述操作平台1上设有导轨9，升降气缸2设置在安装底板10上，安装底板10底部设有与导轨9配合的滑块11，操作平台1上设有输送气缸12，输送气缸12的伸缩端与安装底板10连接。
通过输送气缸12带动安装底板10沿导轨9移动，对装置进行水平整体输送，对刮板的水平起始位置进行调节。
优选的，所述升降气缸2的端部设有导向板13，导向板13通过导向板13上设有导向套14，导向柱15与导向套14配合，导向柱15与安装平板3连接。
通过导向套14和导向柱15的配合，实现对升降气缸2的导向定位，提高升降稳定性。
所述安装平板3上设有水平导向筒16，固定座5一侧设有水平导向柱17，水平导向柱17与水平导向筒16配合。
通过水平导向柱17和水平导向筒16的配合，具有导向和防偏转功能，防止刮板副随刮板气缸移动时发生转动。
桨叶自动清理设备工作原理如下：由于桨叶6是一种双头大螺距异形螺旋，具备普通螺纹的主要特征尺寸，如外径d、底径d、导程t、螺旋升角γ等，其一个导程下的外径螺旋线展开如图7所示。现以一组螺柱 螺母组合后的运动方式为例来说明拟开展的桨叶清理设备的工作原理。当螺柱进行逆时针或顺时针旋转时，螺母将随着螺柱转动的不同完成向上或向下的运动，这就是典型机械结构中的将旋转运动转换直线运动的方式之一。当在螺母厚度方向任意一个位置做一与螺柱轴线垂直的切面时，整个切面及切面内的任意点的运动方向将与螺母保持一致。借助螺柱 螺母组合的工作原理，可在桨叶一侧的螺旋面外侧放置轮廓型面与其一致、且紧密贴合的薄壁平板，在桨叶完成自转的同时，平板将在桨叶有效导程内至上而下的完成其直线运动，其桨叶与薄壁平板位置示意见图6。从上述螺柱 螺母运动原理可以看出，当将薄壁平板视同具备清理功能的刮板时，就可以实现对桨叶表面粘附的残留药浆的清理工作。
桨叶两侧型面在相互回转180°时具备相同的外形曲线。因此，刮板7在完成对一个螺旋面的清理工作后，将桨叶回转180°后重新以桨叶另一侧的上端为起点、下端为终点对桨叶轮廓型面上残留药浆进行清理，最终完成对整个桨叶两螺旋面的清理工作。
优选的，立式混合机的传动箱底部设有一组第一传感器18，安装平板3上设有一组第二传感器19。
第一传感器18和第二传感器19的投影如图8所示。
第一传感器18和第二传感器19均为光电传感器。第一传感器18控制桨叶轴部到位情况，第二传感器19控制桨叶螺旋面到位情况。
光电传感器型号类型为聚焦式，信号通断状态是光线无遮挡时“断”、遮挡时“通”，在第一传感器18和第二传感器19各自满足“断”的条件下，分别完成桨叶的自转和公转，同时远程控制台显示屏上的信号指示显示桨叶调整到位，可进行下一步操作。
中间桨叶由于是实心桨叶，且在混合过程反复受到两侧空心桨叶无死角的反复啮合，螺旋面具备自清洁功能，不再考虑采用机械清理方式进行清理。
一种立式混合机桨叶自动清理装置的清理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将待清理桨叶调整到最佳位置。
控制系统中桨叶最佳工作位置是指待清理桨叶的工作位置，受以下条件限制：（1）桨叶自动清理装置安装位置，受立式混合机两侧为机架、前面为混合锅进出通道的限制，只有后面区域具备安装条件；（2）刮板副水平移动距离最短：从确认刮板气缸4活塞杆在最大伸出长度时受外力作用下的悬臂扰度值为最小这一指标考虑，刮板副在从装置起始位置到达桨叶螺旋面的距离应尽可能最小化；（3）桨叶螺旋面外曲线所处位置：桨叶螺旋面的顶部外曲线的停止位置能与刮板副刀具曲线处在能够相互无缝贴合状态；（4）避免桨叶间的相互干涉：由于桨叶的传动方式是自转 公转，即自转是由实心浆的齿轮带动空心浆齿轮，并通过传动箱的内齿轮 外齿外传动结构带动实心与空心桨叶一同进行公转。桨与桨、桨与混合锅内壁、桨与混合锅锅底等三处均设置有一定间隙尺寸，以确保混合过程的安全，由于桨与桨之间区域为各自螺旋面相互啮合区域，清理作业应设置在桨旋转位置处于与混合锅内壁间区域；（5）确保桨叶清理位置的检测准确性：由于桨叶是立式混合机的关键件，其柄部及螺旋段的外圆尺寸精度等级均7级、表面粗糙度0.8μm，能够确保在以外形面做参照物时的被检测基准一致性、准确性、可靠性。因此，桨叶最佳工作位置见图8。
根据第一传感器18和第二传感器19判断最佳位置的调节，在第一传感器18和第二传感器19各自满足“断”的条件下，分别完成桨叶的自转和公转，同时远程控制台显示屏上的信号指示显示桨叶调整到位，可进行下一步操作。
步骤二、启动输送气缸12使安装底板10移动，启动升降气缸2伸高和刮板气缸4伸长，刮板7紧贴桨叶6的螺旋面；
步骤三、桨叶6启动自转，同时升降气缸2回缩至起始位置；
步骤四、刮板气缸4回缩，桨叶6回转180°，桨叶的另一侧回旋至刮板副一侧，同时升降气缸2伸长使刮板副位于桨叶6的上端，刮板气缸4伸出，使刮板7紧贴桨叶6的螺旋面；
步骤五、桨叶6启动自转，同时升降气缸2回缩至起始位置；
步骤六、刮板气缸4回缩，升降气缸2伸长使刮板副位于桨叶6的上端，桨叶6进行公转180°，同时进行自转，使另一个桨叶6调整到最佳位置，重复操作步骤二至五，完成清理。
具体的，如图10所示，将刮板7紧贴桨叶6的螺旋面后，桨叶6启动自转，完成旋转角度-2.75圈后停车，同时在桨叶旋转的同时，升降气缸2回缩至初始位置，下降距离为h（h的距离根据桨叶的长度确定）；刮板气缸4回缩至初始位置，回缩距离为m（m的距离根据刮板气缸的起始位置至桨叶的距离确定）；桨叶启动旋转，完成旋转角度-2.59圈后停车，同时升降气缸2伸长，上升距离为h，刮板气缸4伸长距离m，刮板与桨叶的另一个螺旋面进行紧贴设置；桨叶启动旋转，完成旋转角度2.75圈后停车，同时在桨叶旋转的同时，升降气缸2回缩至初始位置，下降距离为h；刮板气缸4回缩至初始位置，回缩距离为m；升降气缸2伸长，上升距离为h；桨叶启动旋转，完成旋转角度-2.59圈后停车，在自转的同时，桨叶进行公转，使另一个桨叶转动至最佳清理位置，后续重复操作。
1.一种立式混合机桨叶自动清理装置，其特征在于，包括操作平台（1），操作平台（1）上设有升降气缸（2），升降气缸（2）的伸缩端设有安装平板（3），安装平板（3）上设有刮板气缸（4），刮板气缸（4）的伸缩端设有固定座（5），刮板副通过铰链（8）与固定座（5）铰接，刮板副包括两个与桨叶（6）贴合的刮板（7），两个刮板（7）端部设有相互啮合的渐开线齿轮结构（701）。
2.根据权利要求1所述的一种立式混合机桨叶自动清理装置，其特征在于，所述操作平台（1）上设有导轨（9），升降气缸（2）设置在安装底板（10）上，安装底板（10）底部设有与导轨（9）配合的滑块（11），操作平台（1）上设有输送气缸（12），输送气缸（12）的伸缩端与安装底板（10）连接。
3.根据权利要求1所述的一种立式混合机桨叶自动清理装置，其特征在于，所述升降气缸（2）的端部设有导向板（13），导向板（13）上设有导向套（14），导向柱（15）与导向套（14）配合，导向柱（15）与安装平板（3）连接。
4.根据权利要求1所述的一种立式混合机桨叶自动清理装置，其特征在于，所述安装平板（3）上设有水平导向筒（16），固定座（5）一侧设有水平导向柱（17），水平导向柱（17）与水平导向筒（16）配合。
5.根据权利要求1所述的一种立式混合机桨叶自动清理装置，其特征在于，立式混合机的传动箱底部设有一组第一传感器（18），安装平板（3）上设有一组第二传感器（19）。
6.一种立式混合机桨叶自动清理装置的清理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将待清理桨叶调整到最佳位置；
步骤二、启动输送气缸（12）使安装底板（10）移动，启动升降气缸（2）伸高和刮板气缸（4）伸长，刮板（7）紧贴桨叶（6）的螺旋面；
步骤三、桨叶（6）启动自转，同时升降气缸（2）回缩至起始位置；
步骤四、刮板气缸（4）回缩，桨叶（6）回转180°，桨叶的另一侧回旋至刮板副一侧，同时升降气缸（2）伸长使刮板副位于桨叶（6）的上端，刮板气缸（4）伸出，使刮板（7）紧贴桨叶（6）的螺旋面；
步骤五、桨叶（6）启动自转，同时升降气缸（2）回缩至起始位置；
步骤六、刮板气缸（4）回缩，升降气缸（2）伸长使刮板副位于桨叶（6）的上端，桨叶（6）进行公转180°，同时进行自转，使另一个桨叶（6）调整到最佳位置，重复操作步骤二至五，完成清理。
7.根据权利要求6所述的一种立式混合机桨叶自动清理装置的清理方法，其特征在于，所述步骤一中，根据第一传感器（18）和第二传感器（19）判断最佳位置的调节。
技术总结