黃 浩

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司技術(shù)管理辦公室， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

新型鋁電解多功能機(jī)組橋架裝配專用治具設(shè)計(jì)

黃 浩

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司技術(shù)管理辦公室， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

本文針對(duì)過(guò)去鋁電解多功能起重機(jī)橋架裝配過(guò)程中出現(xiàn)的各種弊端，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐摸索和現(xiàn)場(chǎng)裝配經(jīng)驗(yàn)的積累，通過(guò)改進(jìn)原設(shè)計(jì)治具結(jié)構(gòu)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，研發(fā)設(shè)計(jì)了一套用于橋架裝配使用的新型專用治具，該專用治具采用特殊框架結(jié)構(gòu)形式，解決了以往天車橋架裝配效率低、裝配質(zhì)量差、安全性差的落后裝配方式，滿足橋架裝配平面度、各梁間平行度、端梁直線度、端梁與主梁間垂直度等工藝要求，為鋁電解多功能起重機(jī)橋架裝配提供了質(zhì)量保障。

鋁電解多功能起重機(jī)； 橋架； 結(jié)構(gòu)； 裝配； 治具

0 概述

鋁電解多功能機(jī)組是國(guó)內(nèi)外制鋁行業(yè)大型預(yù)焙陽(yáng)極電解廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，沈冶機(jī)械公司是國(guó)內(nèi)最早具備鋁電解多功能機(jī)組生產(chǎn)的專業(yè)廠家，也是目前國(guó)內(nèi)最大和具備出口能力的鋁電解多功能機(jī)組制造企業(yè)，近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)外制鋁市場(chǎng)的變化，沈冶機(jī)械生產(chǎn)的鋁電解多功能機(jī)組也由原來(lái)單一的兩梁?jiǎn)诬嚱Y(jié)構(gòu)，重新開發(fā)設(shè)計(jì)了新型的大跨距三梁兩車結(jié)構(gòu)，特別是2011～2013年間開發(fā)設(shè)計(jì)的500 kA、600 kA電解槽用鋁電解多功能機(jī)組，是目前國(guó)內(nèi)跨距最大的新型三梁鋁電解多功能機(jī)組，跨距分別為：28.5 m、33 m，主要由大車、工具小車、出鋁小車、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等部分組成，大車是鋁電解多功能天車工具小車、出鋁小車運(yùn)行的橋架部分，大車主要由主梁、端梁、車輪等部件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是大車設(shè)置有三個(gè)主梁，主梁是一種移動(dòng)式金屬結(jié)構(gòu)，是天車的主要承載部件結(jié)構(gòu)，大跨度天車的主梁重量占到整機(jī)自重的50%～60%，所以合理的確定主梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)和裝配形式，對(duì)減輕主梁的自重防止主梁變形導(dǎo)致工具小車、出鋁小車偏軌的關(guān)鍵所在；兩個(gè)主梁之間設(shè)置有工具小車、出鋁小車，工具小車、出鋁小車分別以四個(gè)車輪支撐在主梁的軌道上，電解多功能機(jī)組的核心部件如：打殼機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)、更換陽(yáng)極裝置、液壓裝置及操縱室都安裝在工具小車上，工具小車在大車上運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)打殼、下料、陽(yáng)極更換等動(dòng)作，滿足了國(guó)內(nèi)外大型鋁電解廠高溫熔鹽，大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)、多粉塵及HF煙氣的工況要求和工藝需要。

1 改進(jìn)前工裝治具

以往沈冶機(jī)械公司在天車橋架裝配過(guò)程中雖然采用了很多的措施，用于保障和實(shí)現(xiàn)天車裝配的高質(zhì)高效，但由于缺少專用治具對(duì)天車橋架裝配全方位的控制保障，橋架裝配的形位公差很難保證，其裝配質(zhì)量和裝配效率一直沒有明顯的改觀，而且存在安全隱患，如：

(1)最早采用的橋架裝配支撐底座為兩個(gè)連體鑄鋼件長(zhǎng)方型底座，由于底座結(jié)構(gòu)笨重難于搬運(yùn)，靈活性很差，同時(shí)由于鑄造時(shí)間長(zhǎng)、且鑄造結(jié)構(gòu)中存在鑄造沙眼、氣孔等弊端，當(dāng)自重很重的橋架擺放上面之后，極易在鑄造不均勻處產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致底座支撐開裂，安全隱患嚴(yán)重；同時(shí)由于兩端梁間直線度難保證，導(dǎo)致主梁間平行度、主梁與端梁的垂直度嚴(yán)重超差，裝配時(shí)調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，效率低下。

(2)通過(guò)實(shí)踐，改進(jìn)了橋架裝配底座設(shè)計(jì)，將鑄鋼件底座改進(jìn)設(shè)計(jì)成焊接結(jié)構(gòu)形式的幾組專用等高墊，在等高墊表面一端用固定塊定位后將端梁擺放上面，這種結(jié)構(gòu)形式的等高墊由于高度一致，對(duì)端梁與主梁的框架結(jié)構(gòu)裝配有了明顯改善，同時(shí)由于等高墊一端有定位塊限制，兩端梁的直線度調(diào)整時(shí)間明顯縮短，但該結(jié)構(gòu)對(duì)幾組等高墊的平面度及擺放的直線度要求極高，端梁裝配之后長(zhǎng)度近30 m的直線度要求保障在±0.03 mm，調(diào)整仍然相當(dāng)困難，裝配質(zhì)量和裝配效率還是很不理想，以至于對(duì)后期的主梁裝配影響很大，反復(fù)調(diào)整裝配效率很低。

2 新型橋架裝配專用治具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型橋架裝配專用治具是由：底部裝置、組合梁裝置、端梁定位鎖緊裝置、車輪調(diào)整H型專用治具等部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 新型橋架裝配專用治具結(jié)構(gòu)示意圖

(1)底座裝置的設(shè)計(jì)：底座是保證和承載天車橋架重量和裝配的載體，主要由：上下蓋板、側(cè)板、隔板、鋼管、微調(diào)裝置等部件組成，焊接完成后的箱格式框架結(jié)構(gòu)四個(gè)為一組，根據(jù)端梁長(zhǎng)度確定擺放間隔，放置于地基平面上，調(diào)整四個(gè)底座使之直線度、平行度滿足公差要求，通過(guò)壓板將底座用高強(qiáng)度螺栓固定好；之后通過(guò)調(diào)節(jié)底座上微調(diào)裝置，將組合梁精確定位鎖緊，避免組合梁平面移動(dòng)；再通過(guò)腰型孔及高強(qiáng)度螺栓將組合梁及底座牢固把合，形成統(tǒng)一整體[1]。底部支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 底部支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖

(2)組合梁的結(jié)構(gòu)選擇及對(duì)接方式的確定：組合梁裝置的結(jié)構(gòu)的選擇是根據(jù)天車橋架裝配的總體布置方案選型論證、分體控制裝置設(shè)計(jì)及整體裝配專用治具結(jié)構(gòu)在多工況下的強(qiáng)度、剛度分析后，最終確定專用治具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。由：組合梁、組合梁連接板、車輪定位軌道等部件組成，每件組合梁斷面上焊接有組合梁連接板，連接板上設(shè)計(jì)有定位準(zhǔn)確的定位鍵，兩件組合梁定位準(zhǔn)確后，通過(guò)連接板上把合螺栓將兩件組合梁把合成統(tǒng)一整體，每件組合梁上表面定位軌道的設(shè)計(jì)，既解決了單個(gè)端梁上車輪直線度及定位問(wèn)題，又有效解決了長(zhǎng)達(dá)12 m的天車橋架裝配過(guò)程中直線度要求在±0.03 mm范圍內(nèi)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求；組合梁及對(duì)接裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖3[2]：

圖3 組合梁及對(duì)接裝置結(jié)構(gòu)示意圖

(3)端梁定位鎖緊裝置的設(shè)計(jì)：由側(cè)向支板、加強(qiáng)筋板、上支撐、下支撐、導(dǎo)向輪、定位鎖緊螺栓及螺母、調(diào)整裝置等部分組成，其中上、下支撐的設(shè)計(jì)充分考慮各類型天車端梁截面設(shè)計(jì)尺寸問(wèn)題，按最大截面尺寸設(shè)計(jì)；天車端梁的定位鎖緊，是通過(guò)調(diào)整裝置實(shí)現(xiàn)；當(dāng)該裝置通過(guò)定位鎖緊螺栓螺母定位安裝在組合梁上后，通過(guò)導(dǎo)向輪的行走功能，實(shí)現(xiàn)該裝置在不同端梁長(zhǎng)度上的橫向行走定位鎖緊，人性化的設(shè)計(jì)方案為天車橋架裝配提供了方便，端梁調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 端梁調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖

(4)車輪調(diào)整H型專用治具設(shè)計(jì)：其主要由H型底座、軌道定位塊、止動(dòng)墊鐵、螺紋孔調(diào)整墊、光孔調(diào)整墊、微調(diào)頂絲等部分組成。橋架裝配過(guò)程中，兩端梁直線度公差保障是確保主梁裝配時(shí)三梁間平行度、主梁與端梁垂直度的關(guān)鍵所在，當(dāng)端梁的車輪裝配完成后，為確保端梁的直線度要求，設(shè)計(jì)研發(fā)了該端梁車輪調(diào)整H型專用治具。其中H型底座通過(guò)軌道定位塊安放在組合梁軌道上，與組合梁的定位軌道精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)組合梁定位軌道長(zhǎng)度上四個(gè)H型車輪專用治具的直線度定位基準(zhǔn)的統(tǒng)一；端梁車輪安放在該治具上，微調(diào)和定位通過(guò)設(shè)計(jì)增加的微調(diào)頂絲實(shí)現(xiàn)定位鎖緊；為防止車輪在裝配過(guò)程中橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，在H型底座上設(shè)計(jì)了專用的止動(dòng)墊鐵，解決了車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，車輪調(diào)整H型專用治具結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖5 車輪調(diào)整H型專用治具結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)論

新型鋁電解多功能機(jī)組橋架裝配專用治具設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、緊湊、實(shí)用性強(qiáng)，整個(gè)治具高度限制在1600 mm，減少高空裝配帶來(lái)的安全隱患，方便使用；改變了原有落后的裝配調(diào)整方式，縮短了橋架裝配時(shí)間，提高裝配質(zhì)量的同時(shí)提高工作效率達(dá)50%；由于設(shè)計(jì)采用了組合梁定位軌道對(duì)車輪在長(zhǎng)度上的限位作用，使得端梁裝配在12 m長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)了±0.03 mm的直線度要求；易于組裝及拆卸，靈活性強(qiáng)；適宜各種不同類型及規(guī)格的天車橋架裝配需要，現(xiàn)應(yīng)用于本公司各類天車橋架裝配中，使用效果很好。

[1] 吳拓.現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)—焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

Design of Crane Bridge Assembly Special Fixture for New-type Pot Tending Machine

HUANG Hao

(Technology Management Office, NFC (Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

According to disadvantages of old pot tending machine in the assembly process, after many years of exploration and practice field assembly experience, by improving the original design of fixture structure and optimizing the structure design, a set of new special tool assembly used for bridge has been researched and developed. The special frame structure has been used for this special fixture, solves the problems of low efficient crane bridge assembly, the poor assembly quality and poor reliability, meets the process requirements of crane bridge assembly flatness, parallelism between the girders, the straightness of end beams, and the verticality between end beams and the girders, provides quality guarantee for the crane bridge assembly of pot tending machine.

pot tending machine； crane bridge； structure； assembly； fixture

2013-09-22

黃浩(1962-),女，遼寧沈陽(yáng)人，工程師，大學(xué)本科，主要從事公司科技研發(fā)項(xiàng)目工作。

TF821

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1003-8884(2014)01-0009-03