基于廢鋼包塊的拆包設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用

凌志

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417009）

采用廢鋼包塊煉鋼具備節(jié)能減排等優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)鋼鐵公司增大了對(duì)廢鋼包塊的采購力度，部分商家在利益的驅(qū)動(dòng)下往廢鋼包塊中摻雜弄假，對(duì)公司造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要開發(fā)一種高效率廢鋼包塊拆包設(shè)備來廢鋼包塊進(jìn)行拆包檢查，以捍衛(wèi)公司的利益。

廢鋼包塊拆包設(shè)備是一種專業(yè)拆包廢金屬包塊、廢鐵鋼筋包塊的設(shè)備。現(xiàn)有的廢鋼包塊拆包設(shè)備主油缸與蝴蝶梁之間采用剛性連接，導(dǎo)致拆包拉拔時(shí)的附加載荷直接傳遞給主油缸，因而易出現(xiàn)活塞桿彎曲，甚至折斷等高失效現(xiàn)象。因此，有必要設(shè)計(jì)一種廢鋼包塊拆包設(shè)備，包括底座、固定在底座上的主油缸以及活動(dòng)設(shè)置在底座的蝴蝶梁；蝴蝶梁通過活動(dòng)結(jié)與主油缸的活塞桿連接；活動(dòng)結(jié)的兩連接端包括一個(gè)能夠在底座延伸平面方向旋轉(zhuǎn)的第一樞紐端和一個(gè)能夠在底座垂直平面方向旋轉(zhuǎn)的第二樞紐端。蝴蝶梁與活動(dòng)結(jié)通過銷軸鉸接，拆包時(shí)，由于活動(dòng)結(jié)具有萬向補(bǔ)償作用，能夠避免主油缸活塞桿容易受載不均而導(dǎo)致彎曲，甚至折斷等高失效現(xiàn)象。

1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)

廢鋼包塊拆包設(shè)備由主機(jī)、液壓系統(tǒng)、蝴蝶梁、拉拔機(jī)械手等組成。

所述廢鋼包塊拆包設(shè)備，如圖1為廢鋼包塊拆包設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖所示，包括底座100、固定在底座100上的主油缸200以及活動(dòng)設(shè)置在底座100的蝴蝶梁300；蝴蝶梁300通過活動(dòng)結(jié)400與主油缸200的活塞桿連接；活動(dòng)結(jié)400的兩連接端包括一個(gè)能夠在底座100延伸平面方向旋轉(zhuǎn)的第一樞紐端410和一個(gè)能夠在底座100垂直平面方向旋轉(zhuǎn)的第二樞紐端420。

底座100可為金屬框架構(gòu)造，其上表面對(duì)應(yīng)主油缸200、蝴蝶梁300的工作區(qū)域可為平整表面。主油缸200可通過焊接、螺接等方式固定在底座100上，提高穩(wěn)定性。蝴蝶梁300活動(dòng)設(shè)置在底座100上，其為拉拔機(jī)械機(jī)構(gòu)如拉拔機(jī)械的安裝部件。同時(shí)，蝴蝶梁300通過活動(dòng)結(jié)400與主油缸200的活塞桿連接，在活塞桿的作用下活動(dòng)于底座100上，進(jìn)而帶動(dòng)拉拔機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

具體的，活動(dòng)結(jié)400一端與活塞桿連接，另一端與蝴蝶梁300連接。兩個(gè)連接端中，其中一個(gè)連接端可在底座100延伸平面方向旋轉(zhuǎn)，即該連接端的旋轉(zhuǎn)平面與底座100的上表面平行，其為第一樞紐端410。另一個(gè)連接端可在沿底座100垂直平面方向旋轉(zhuǎn)，即該連接端的旋轉(zhuǎn)平面與底座100的上表面平行，其為第二樞紐端420。

第一樞紐端410可與活塞桿連接，此時(shí)，第二樞紐端420相應(yīng)與蝴蝶梁300連接。反之，第二樞紐端420可與活塞桿連接，此時(shí)，第一樞紐端410相應(yīng)與蝴蝶梁300連接。第一樞紐端410可以在底座100延伸平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，使得蝴蝶梁300可在一定范圍內(nèi)左右調(diào)節(jié)。第二樞紐端420可在底座100垂直平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，使得蝴蝶梁300可在一定范圍內(nèi)上下調(diào)節(jié)。因而可補(bǔ)償拉拔時(shí)產(chǎn)生的復(fù)雜尺寸偏差，進(jìn)而保護(hù)主油缸200不容易被破壞。

本文提供的廢鋼包塊拆包設(shè)備，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本文廢鋼包塊拆包設(shè)備主油缸200與蝴蝶梁300之間采用活動(dòng)結(jié)400連接，第一樞紐端410可以在底座100延伸平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，第二樞紐端420可以在底座100垂直平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，從而補(bǔ)償拉拔時(shí)產(chǎn)生的復(fù)雜尺寸偏差，進(jìn)而保護(hù)主油缸200不容易被破壞，降低主油缸200失效率，延長整個(gè)廢鋼包塊拆包設(shè)備的使用壽命。

第一樞紐端410與蝴蝶梁300連接，第一樞紐端410為水平鉸鏈，第二樞紐端420與活塞桿連接，第二樞紐端420為豎直鉸鏈。

由于蝴蝶梁300在底座100延伸平面方向即橫向空間較大，第一樞紐端410設(shè)置在蝴蝶梁300這一端，有較好的安裝空間和偏轉(zhuǎn)空間。第一樞紐端410為水平鉸鏈，如通過豎直銷軸540和蝴蝶梁300連接，繞豎直銷軸540進(jìn)行周向轉(zhuǎn)動(dòng)。第二樞紐端420為豎直鉸鏈，如通過水平銷軸540和活塞桿連接，繞水平銷軸540進(jìn)行周向轉(zhuǎn)動(dòng)。該種方式的第一樞紐端410和第二樞紐端420結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

蝴蝶梁300通過導(dǎo)向支撐機(jī)構(gòu)500與底座100連接；導(dǎo)向支撐機(jī)構(gòu)500包括設(shè)置于蝴蝶梁300兩側(cè)以底座100為中心對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)導(dǎo)輪架510，兩個(gè)導(dǎo)輪架510延伸至底座100的邊緣附近，導(dǎo)輪架510設(shè)有與底座100的上表面接觸配合的上導(dǎo)輪520。

兩個(gè)導(dǎo)輪架510延伸至底座100兩側(cè)邊緣，配合蝴蝶梁300形成一個(gè)寬度略寬于底座100的框架?？蚣芡ㄟ^上導(dǎo)輪520與底座100兩側(cè)邊緣滾動(dòng)，從而限定蝴蝶梁300沿底座100的延伸方向運(yùn)動(dòng)。該種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)備運(yùn)行可靠。

圖1 廢鋼包塊拆包設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為廢鋼包塊拆包設(shè)備的另一視角結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為廢鋼包塊拆包設(shè)備A處局部放大示意圖；底座100兩側(cè)的邊緣設(shè)有與底座100自身延伸方向平行的導(dǎo)軌550，導(dǎo)輪架510在上導(dǎo)輪520的下方設(shè)有與導(dǎo)軌550接觸配合的下導(dǎo)輪530。

導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)的下導(dǎo)輪530與增設(shè)的導(dǎo)軌550接觸導(dǎo)向的同時(shí)，上導(dǎo)輪520與底座100導(dǎo)軌550面接觸導(dǎo)向，即雙面導(dǎo)向，大大提高了接觸剛度，整個(gè)廢鋼包塊拆包設(shè)備運(yùn)行更可靠和穩(wěn)定。

圖2 廢鋼包塊拆包設(shè)備的另一視角示意圖

圖4為導(dǎo)輪架的配合結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為導(dǎo)輪架的另一視角配合結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為銷軸的配合結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D4～6可知，下導(dǎo)輪530通過具有螺紋部541的銷軸540與導(dǎo)輪架510連接，螺紋部541的直徑大于下導(dǎo)輪530的直徑。

下導(dǎo)輪530為易損件，更換頻率相對(duì)較高。并且下導(dǎo)輪530一端固定在導(dǎo)輪架510，另一端靠近底座100的側(cè)部，因而安裝空間較小，無法直接拆卸?；诖?，螺紋部541的直徑大于下導(dǎo)輪530的直徑，導(dǎo)輪架510設(shè)有相應(yīng)的螺紋孔。下導(dǎo)輪530可以從導(dǎo)輪架510遠(yuǎn)離底座100的一側(cè)進(jìn)行更換，安裝時(shí)從螺紋孔穿入，擰緊銷軸540即完成下導(dǎo)輪530的安裝。拆卸時(shí)，擰松銷軸540將下導(dǎo)輪530從螺紋孔中抽出。該設(shè)計(jì)的導(dǎo)輪架510可實(shí)現(xiàn)方便、高效更換下導(dǎo)輪530，從而大大降低維護(hù)和維修成本。

參照?qǐng)D4～6可知，銷軸540露出于導(dǎo)輪架510上設(shè)有限制銷軸540繞自身軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的限位部542，導(dǎo)輪架510設(shè)有壓板560，壓板560開設(shè)有與限位部542配合的限位孔。

為防止銷軸540在使用過程中繞自身軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，造成松動(dòng)。在銷軸540上設(shè)有限位部542，限位部542的形狀為非圓柱結(jié)構(gòu)，如棱柱結(jié)構(gòu)。壓板560上設(shè)有與限位部542形狀對(duì)應(yīng)的限位孔，壓板560上套設(shè)在限位部542上并固定在導(dǎo)輪架510上。因此，銷軸540無法繞自身軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)保持緊固狀態(tài)。

參照?qǐng)D4～6可知，上導(dǎo)輪520通過螺栓和螺母配合固定在導(dǎo)輪架510上。上導(dǎo)輪520的一端固定在導(dǎo)輪架510上，另一端沒有其他部件抵近。因而上導(dǎo)輪520靠近底座100一側(cè)的空間相對(duì)較大，可以從該側(cè)進(jìn)行安裝，通過螺栓和螺母配合固定在導(dǎo)輪架510上。該種方式結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。

參照?qǐng)D4～5可知，在任一導(dǎo)輪架510中，上導(dǎo)輪520和下導(dǎo)輪530的數(shù)量均為多個(gè)且一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，上導(dǎo)輪520和下導(dǎo)輪530沿底座100的延伸方向等間距均勻分布。該種方式，導(dǎo)輪架510受力均勻，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

參照?qǐng)D1可知，蝴蝶梁300上設(shè)有第一拉拔機(jī)械手600。第一拉拔機(jī)械手600包括分設(shè)蝴蝶梁300兩側(cè)的拉拔油缸和夾爪。當(dāng)主油缸200伸縮時(shí)，第一拉拔機(jī)械手600張合，可對(duì)廢鋼包塊進(jìn)行處理。底座100遠(yuǎn)離主油缸200的一端設(shè)有第二拉拔機(jī)械手700。第二拉拔機(jī)械手700可采用第一拉拔機(jī)械手600類似結(jié)構(gòu)。第二拉拔機(jī)械和第一拉拔機(jī)械手600配合使用，加大了廢鋼包塊拆包設(shè)備對(duì)各形狀鋼材的處理能力。

其中，圖中各附圖標(biāo)記：

100-底座；200-主油缸；300-蝴蝶梁；400-活動(dòng)結(jié)；500-導(dǎo)向支撐機(jī)構(gòu)；600-第一拉拔機(jī)械手；700-第二拉拔機(jī)械手；

410-第一樞紐端；420-第二樞紐端；

510-導(dǎo)輪架；520-上導(dǎo)輪；530-下導(dǎo)輪；540-銷軸；541-螺紋部；542-限位部；550-導(dǎo)軌；560-壓板。

圖3 A處局部放大示意圖

表1 廢鋼包塊拆包設(shè)備主要參數(shù)

圖4 導(dǎo)輪架的配合結(jié)構(gòu)示意圖

2 工作原理

廢鋼包塊拆包設(shè)備是通過液壓柱塞泵向集成油路供油，經(jīng)過分配手動(dòng)閥向液壓缸傳送后，提供動(dòng)力。壓力可以根據(jù)實(shí)際不同情況調(diào)到需要的額定值(額定值大小由壓力表顯示)。拆包設(shè)備通過液壓機(jī)械手抓擠壓分離，并分解，從而拆解包塊。表1為廢鋼包塊拆包設(shè)備主要參數(shù)，圖7為廢鋼包塊拆包設(shè)備液壓系統(tǒng)原理圖。

圖6 銷軸的配合結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 液壓系統(tǒng)原理圖

3 應(yīng)用效果

該廢鋼包塊拆包設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用銷軸將活動(dòng)結(jié)與主油缸和蝴蝶梁鉸接，當(dāng)蝴蝶梁受拉拔力時(shí)，由于活動(dòng)結(jié)具有補(bǔ)償作用，能夠補(bǔ)償拉拔拆包時(shí)產(chǎn)生的附加載荷，避免發(fā)生主油缸受載不均導(dǎo)致活塞桿彎曲、折斷等失效現(xiàn)象。達(dá)到了預(yù)期的效果。該系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)照片如圖8所示。與蝴蝶梁直接和主油缸剛性連接效果對(duì)比如表2所示，銷軸鉸接方式，具有受力補(bǔ)償性，失效率也低。

圖8 廢鋼包塊拆包設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)照片

表2 效果比較

4 結(jié)語

本文所述的廢鋼包塊拆包設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，采用銷軸將活動(dòng)結(jié)與主油缸和蝴蝶梁鉸接，當(dāng)蝴蝶梁受拉拔力時(shí)，由于活動(dòng)結(jié)具有補(bǔ)償作用，能夠補(bǔ)償拉拔拆包時(shí)產(chǎn)生的附加載荷，避免發(fā)生主油缸受載不均導(dǎo)致活塞桿彎曲、折斷等失效現(xiàn)象。該設(shè)備結(jié)構(gòu)形式能夠?qū)κ芰?fù)雜設(shè)備的開發(fā)具有指導(dǎo)和參考作用。