鋼絲拉拔氣動懸臂立式放線架的設(shè)計應(yīng)用

陳宏偉，李曉明，王 博，賈 越，杜 勝

(新疆八鋼金屬制品有限公司)

1 問題的提出

新疆八鋼金屬制品有限公司的主要產(chǎn)品為冷拔絲、鍍鋅絲等，現(xiàn)場共有40余條拉絲生產(chǎn)線進(jìn)行高線深加工拉拔。鋼絲拉拔的主要生產(chǎn)工序為：上料穿線作業(yè)→拉拔作業(yè)→收線作業(yè)→下線作業(yè)→打包作業(yè)等6道工序。在上原料穿線時，所使用的放線模式為大提籃式放線，因此須使用固定立式放線架放線。立式放線架總高度為4660mm，在生產(chǎn)上料穿線作業(yè)的過程中，操作人員必須全程佩戴安全帶，攀爬扶梯至4m高的平臺上完成原料穿線作業(yè)，高處空間交叉作業(yè)頻繁，作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，該工序平均耗時約為15.025min，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

生產(chǎn)上料穿線作業(yè)流程耗時較長、員工勞動強度較大，高處空間作業(yè)存在極大安全隱患，對現(xiàn)場生產(chǎn)效能及員工的本質(zhì)化安全造成了一定的影響。因此，通過對現(xiàn)場情況研究分析，設(shè)計制作了氣動懸臂立式放線架，現(xiàn)場操作人員在地面完成原料穿線作業(yè)，既提高了穿線效率，同時避免了人員高空作業(yè)，操作人員可以安全作業(yè)。

2 氣動懸臂立式放線架的設(shè)計

在拉絲機前配備盤圓放線裝置。根據(jù)盤圓捆纏繞形成的過程，反向操作進(jìn)行放線，即采用上抽的方式進(jìn)行放線[1～2]。將盤圓捆放置在放線架下，鋼料在牽引力作用下通過立式放線架上各導(dǎo)輪進(jìn)入機械除磷裝置后進(jìn)行拉絲。原固定立式放線操作工必須登高作業(yè)，新設(shè)計的懸臂立式放線架放線架可在不改變盤圓放線方式的前提下實現(xiàn)地面作業(yè)，可以減少作業(yè)時長，提升生產(chǎn)效率。

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

仍然采用立式放線結(jié)構(gòu)，將原立式放線架立柱從距離地面3m處位置進(jìn)行截取，分成上下兩段式，兩段中間用鉸鏈進(jìn)行連接，立柱下半段固定在地面，上半段為曲形懸臂結(jié)構(gòu)，并以鉸鏈為支點上下旋轉(zhuǎn)[3]。同時用氣缸連接上段懸臂與下段底座立柱形成固定結(jié)構(gòu)，通過伸縮氣缸控制上段懸臂的升降，從而促使放線架具備升降功能。改進(jìn)后的立式放線架如圖1、圖2所示。

圖1 立式放線架

圖2 氣動懸臂立式放線架

2.2 懸臂設(shè)計

懸臂裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計是影響懸臂機構(gòu)升降作業(yè)的主要環(huán)節(jié)之一，在原料穿引線的操作過程中，上段曲臂需頻繁升降，原料在頂端導(dǎo)線輪走線的同時，懸臂頂端會受到一定的力沖擊，懸臂易發(fā)生變形斷裂現(xiàn)象。因此，對懸臂頂端處進(jìn)行改進(jìn)，形成700mm與地面平行的結(jié)構(gòu)，形成曲臂結(jié)構(gòu)的懸臂，改進(jìn)后的曲臂結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、實用，也有效保障了曲臂的牢固性。改進(jìn)后的曲形懸臂見圖3。

圖3 曲形懸臂

2.3 曲臂聚線裝置設(shè)計

對現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)書、工程師機械手冊的要求進(jìn)行了分析，在現(xiàn)場高架放線架上，分別制作了喇叭口、萬向?qū)Ь€輪兩種聚線裝置，并進(jìn)行拉拔試驗。根據(jù)實際使用情況：使用喇叭口裝置從提籃抽線、分線、引線時，鋼絲的旋向力順喇叭口逐漸縮小，通過與滑道間的摩擦作用分解，導(dǎo)致喇叭口出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，易發(fā)生打結(jié)、斷線等情況；使用萬向?qū)Ь€輪裝置上料時，頂部支撐桿具備彈簧及平面軸承，能夠使導(dǎo)線輪360度旋轉(zhuǎn)，從而將鋼絲的旋向力化解，使鋼絲順暢出入，可有效降低鋼絲打結(jié)、斷線情況的發(fā)生[4]。

2.4 舉升氣缸型號的選擇

舉升氣缸型號是影響放線架升降作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，為了選取能夠達(dá)到預(yù)期效果的氣缸,進(jìn)行了精密測算，并通過現(xiàn)場測試，確定使用SC125×600型氣缸(具體參數(shù)見表1)。

表1 SC125×600型氣缸相關(guān)參數(shù)

SC125×600型氣缸承壓力計算：

F=A×P=π×(D2/4)×P

式中：F—壓力，N；

A—受力面積，m2；

P—壓強 ,Pa

則F=3.14×(0.1252/4)×0.6×106

=7.359kN

SC125×600型號氣缸承壓力為7.359kN，大于放線架的最大拉力(6.5kN)，該氣缸承壓力完全滿足放線架的升降作業(yè)要求。

2.5 氣缸鉸鏈設(shè)計

氣缸鉸鏈?zhǔn)菓冶壑谓凳芰Φ年P(guān)鍵結(jié)構(gòu)，為了選取能夠達(dá)到預(yù)期效果的氣缸鉸鏈材質(zhì),對45#、60#、65#材質(zhì)進(jìn)行反復(fù)對比驗證，認(rèn)為45#鋼的抗沖擊能力可以滿足所需的工序條件，因此采用45#鋼作為連接立柱上下段的鉸鏈材質(zhì)。氣缸鉸鏈如圖4所示。

圖4 氣缸鉸鏈

2.6 氣動控制閥的選擇

氣動懸臂式放線架穿引線時，需先進(jìn)行升降操作，如使用電磁閥操作控制，操作簡單，但受現(xiàn)場環(huán)境影響，故障較多，升降速度、氣量大小都需事先設(shè)定。使用手轉(zhuǎn)閥，比較直觀，簡單、輕巧、實用，既能滿足升降操控的硬性指標(biāo)，也能滿足舉升機構(gòu)的使用特性。

3 使用效果分析

3.1 氣動懸臂立式放線架使用情況分析

通過對氣動懸臂立式放線架使用情況分析，發(fā)現(xiàn)使用原有立柱，既堅固實用、截取方便，也節(jié)省制作耗時、降低加工成本。當(dāng)3000mm處截取時，上段懸臂下降后，地面的操作空間適當(dāng)，可保證安全距離，同時不影響提籃擺放位置，易于操作。

3.2 曲臂使用情況分析

通過對曲臂使用情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)帶有萬向?qū)Ь€輪的曲臂裝置較為輕便，符合SC125×600型氣缸的承壓能力，滿足經(jīng)濟(jì)實用的特點。同時，原料走線流暢，不易發(fā)生斷線、亂線的情況，有效地提升了生產(chǎn)的連續(xù)性，保障了拉絲訂單及后續(xù)鍍鋅工序的基本供料。

3.3 整體效果分析

氣動懸臂立式放線架自投入使用以來，工作狀況良好，操作人員在地面操作，作業(yè)現(xiàn)場消除了一項登高作業(yè)的三級危險源，改善了現(xiàn)場安全環(huán)境；同時，提高了作業(yè)效率，通過連續(xù)數(shù)月對原料的上料穿引線工序耗時追蹤，發(fā)現(xiàn)使用氣動懸臂立式放線架穿引線的平均用時減少，平均用時3.6min，比固定式立式放線架穿引線的的作業(yè)效率提高了4.17倍。

4 結(jié)語

通過氣動懸臂立式放線架設(shè)計應(yīng)用，有效改善了操作人員的作業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)了消除三級危險源，達(dá)成本質(zhì)化安全作業(yè)過程。員工地面操作穿引線，減少了系安全帶、登高等流程，使穿引線工序的操作規(guī)程減少，平均用時3.6min，較原有模式效率提高了4.17倍。同時鋼絲生產(chǎn)過程中的斷線、亂線頻率降低，生產(chǎn)的連續(xù)性提高，生產(chǎn)節(jié)奏效率加強，更符合現(xiàn)場的拉拔加工。