軋花工藝中設(shè)備支架采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作的應(yīng)用

■王韶斌趙鵬達竇志鵬許江濤

〔1山東天鵝棉業(yè)機械股份有限公司，山東濟南250032〕

〔2新疆天鵝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械裝備有限公司，新疆五家渠831300〕

軋花工藝中設(shè)備支架采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作的應(yīng)用

■王韶斌1趙鵬達2竇志鵬1許江濤2

〔1山東天鵝棉業(yè)機械股份有限公司，山東濟南250032〕

〔2新疆天鵝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械裝備有限公司，新疆五家渠831300〕

棉機制造業(yè)在國家行業(yè)分類中是一個小的行業(yè)，關(guān)注度低，影響面小。特別是棉機的現(xiàn)場安裝工作，任務(wù)繁重，工作環(huán)境惡劣，所以很多年輕人不愿意干這項工作，造成了從事安裝工作的人員多為四五十歲甚至六十歲的老工人的被動局面，嚴(yán)重缺乏新生力量。棉花加工設(shè)備的安裝中如何減少安裝人員以及降低安裝現(xiàn)場工作量，加快安裝進度，增強安全性，怎樣把與主機配套的支架在出廠前做成標(biāo)準(zhǔn)化的成品，在現(xiàn)場像拼接積木一樣把支架平臺連接好，增加布局的合理性和耐用性，增加設(shè)備的穩(wěn)定性并發(fā)揮最大性能，更好地服務(wù)于棉花加工單位，是棉機制造企業(yè)需要考慮的事情。

一、支架的設(shè)計理念

（一）規(guī)范化

以前棉機制造企業(yè)只是單純的提供設(shè)備，設(shè)備安裝支架都是安裝公司根據(jù)設(shè)備尺寸現(xiàn)場制作，一旦安裝公司和棉機制造企業(yè)以及使用單位溝通不暢，就會造成安裝質(zhì)量參差不齊。因為每個人的設(shè)計思路不同、出發(fā)點不一樣，制作完成的支架也是大小不一、高低不同、用料不合理，結(jié)果是同一套工藝、同一種設(shè)備，不同的安裝隊伍安裝出來的外觀和使用效果就不一樣。為此，支架采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作，把每個平臺設(shè)計成不同的塊狀，安裝現(xiàn)場只用螺栓連接塊狀即可，這樣相同設(shè)備的支架就達到了規(guī)范化。

（二）統(tǒng)一性

軋花工藝不同，支架的層數(shù)也不同，少的2層，多的5層，每層平臺分承重部分和檢修部分，兩部分要盡量做到左右對稱，每一層平臺可以分4個～5個小塊，出廠前把小塊焊接好，做好標(biāo)記，方便現(xiàn)場安裝。比如立柱的間距、平臺的寬度、護欄的高度和長度等。

（三）互換性

每個支架會有斜撐和樓梯平臺以及爬梯，支架的斜撐盡量做到互換，樓梯平臺也是一致的，爬梯的寬度和斜度也盡量達到一致，方便制作和現(xiàn)場的安裝。

二、支架的構(gòu)成

（一）樣式

整體為螺栓連接結(jié)構(gòu)，立柱采用H型鋼，方便加工和現(xiàn)場的螺栓連接；支撐設(shè)備的橫梁用20#以上的工字鋼做支撐；平臺和立柱、斜撐全部用高強度8.8級螺栓連接，每一層大平臺由4組～5組已經(jīng)焊接好4 mm花紋板的單一框架式小平臺組成；梯子兩側(cè)選用C型鋼，踏步4 mm厚花紋板，踏步的寬度和踏步高以及傾斜角度完全按照GB 4053.2-2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第2部分：鋼斜梯》的國標(biāo)要求，既有強度又起到對平臺的加固作用。防護欄桿從手的握緊力以及舒適性選定的圓管，每一側(cè)的護欄由幾組單獨的護欄組成，隔1 500 mm左右會有一根直徑42.25 mm、壁厚3.23 mm的立桿和平臺連接，上面的橫桿是整根鋼管，單獨護欄的連接選用瑪鋼材料的三通、四通和彎頭，拐彎處采用彎頭的管接頭，塑性和韌性好，摔一下還不容易損壞，同時有高度120 mm、厚度2.5 mm的踢腳板做安全防護，極大地保證了護欄的穩(wěn)定型和安全性（詳見圖1和圖2）。

圖1 支架圖片

圖2 支架近景圖

（二）加工尺寸

每一層平臺由4組～5組小平臺組成，小平臺的組成是單一型材下完料鉆好孔然后再焊接，四周采用槽鋼焊接成一個整體的框，上面敷設(shè)花紋板，整體性強、變形量小。為保證制作件連接孔的準(zhǔn)確定位，公司專門購買了三維數(shù)控鉆床，把電子版的圖紙輸入程序里，只要保證初始定位準(zhǔn)確了，孔的間距誤差可以控制在0.3 mm以內(nèi)。立柱為做到互換性，鉆孔數(shù)量高達100多個，保證了立柱的一致性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵部件甚至用加工中心或鏜床來完成，大大提高了制作效率和準(zhǔn)確性。花紋板規(guī)則的用剪板機下料，其他全部采用激光下料完成，保證了平臺的有效尺寸（詳見圖3）。

圖3 三維鉆床

（三）焊接質(zhì)量和精度

在圖紙中清晰地標(biāo)明焊接方式、長度、起始點、間距等，制作當(dāng)中更是嚴(yán)格把關(guān)品質(zhì)，件件檢查，認(rèn)真對待。精度主要體現(xiàn)在孔的定位和焊接后是否有應(yīng)力變形，框架總體點焊后測量孔位，不容錯位和變形，尤其是受力部位的平臺更應(yīng)如此。

（四）材質(zhì)的受力分析

選材時受力分析是必要的，尤其是承重橫梁和立柱的連接，承重橫梁兩端焊接端板的尺寸一般大于承重橫梁尺寸的1.5倍，目的是增加接觸面積，增加摩擦力和扭矩。

以復(fù)合式籽清機支架為例，分析支架結(jié)構(gòu)，設(shè)備支撐橫梁直接承受設(shè)備重量，并將力分散傳導(dǎo)至框架立柱上，受力的薄弱點在設(shè)備底部的橫梁上（圖4），對其進行有限元分析。

圖4 支架結(jié)構(gòu)示意圖

1.首先計算設(shè)備重心位置，并計算出設(shè)備每個支腿上的受力，這些力即為設(shè)備支撐在各個接觸點上受到的外力。根據(jù)實際使用的情況，作用在單根橫梁上的力可簡化為前后兩個分力，分別為：

2.根據(jù)設(shè)計圖紙建立模型，材料選用普通碳鋼（表1）

表1 材料的物理屬性

3.確定支撐橫梁上相應(yīng)的約束點和受力點的分布位置（圖5、圖6）。

圖5 橫梁約束點

圖6 橫梁受力分布

4.將以上受力與約束分別設(shè)置到被分析零件上，設(shè)置安全系數(shù)S=2，以此得出橫梁的最低安全系數(shù)為2.5789，滿足設(shè)計要求（圖7）。

圖7 設(shè)置安全系數(shù)

5.經(jīng)過劃分單元格后進行有限元分析（圖8）。

圖8 有限元分析

6.最終得到分析報告，得出零件各處所受最大應(yīng)力為85.55 N∕mm，＜220.594N∕mm2，最大位移形變量為0.74 mm，均滿足設(shè)計要求（圖9、圖10）。

圖9 靜態(tài)位移

圖10 應(yīng)力分布

（五）現(xiàn)場安裝圖紙

一個支架類似于一個產(chǎn)品，大約有200多張圖紙，要簡化流程，方便現(xiàn)場快速安裝就需要提供單獨的安裝圖紙，每層平臺以及梯子和護欄都有相對應(yīng)的圖號，發(fā)貨時圖號各部分已經(jīng)做了標(biāo)記，現(xiàn)場安裝時按照圖紙進行，只用螺栓連接即可（見圖11）。

圖11 現(xiàn)場安裝

三、支架起到的作用

（一）降低故障率

軋花工藝中的籽清部分絕大部分架設(shè)在空中，設(shè)備性能的穩(wěn)定性以及發(fā)揮最大的效能是至關(guān)重要的，只有保證安裝支架穩(wěn)定了，才能讓設(shè)備運行平穩(wěn)，降低故障率。

（二）方便檢修

只要是機械設(shè)備都會存在一個檢修的過程，支架的設(shè)計必須考慮設(shè)備檢修的方便以及安全，檢修的到位以及檢修精度的恢復(fù)。

（三）提高設(shè)備運行效率

在加工過程中，籽棉的品質(zhì)、天氣或設(shè)備等情況會有所變化，繼而發(fā)生棉花塞車現(xiàn)象，這時候就需要快速地把棉花掏干凈，盡量少耽誤開車時間。平臺設(shè)計應(yīng)考慮到這種情況，既方便工人干活，又使掏出來的棉花有地方存放，提高了設(shè)備的運行效率，降低了加工成本。

三、支架的優(yōu)勢

（一）達到統(tǒng)一性

首先是工藝的統(tǒng)一，然后是平臺的統(tǒng)一，這樣不管多少條生產(chǎn)線、不管哪家公司安裝，只要支架一致了，管道的走向就容易統(tǒng)一了，最終生產(chǎn)線是一致統(tǒng)一的，安裝后想要達到的使用效果會一樣，再不會出現(xiàn)這家好用、那家不好用的現(xiàn)象，增加了整體實用性和美觀性。

（二）縮短了安裝工期

把每層平臺分4個～5個小塊，出廠前把小塊焊接好，安裝現(xiàn)場只用螺栓連接塊，大大節(jié)省了人力和勞動強度。以4臺MY171機采棉工藝為例，一般有重雜、三絲、提凈、回收、集棉和不孕籽共計11組支架，安裝人員在6人～8人的情況下，所有設(shè)備吊裝到位（不包含護欄）安裝主機工期可以壓縮在15天左右。

（三）美觀大方

外觀新穎，用材合理，敦實厚重?！?/p>