許燕燕

(石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司，遼寧115000)

在設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備時(shí)，存在對(duì)大型構(gòu)件制造工藝不熟悉，而造成只考慮設(shè)備的使用性和功能性，而容易忽視設(shè)備制造過程的工藝性，有些工藝性比較差的設(shè)計(jì)往往最終無法實(shí)現(xiàn)加工，或是無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)功能。對(duì)于大型鑄鍛件來說，附屬設(shè)施的工藝性尤為重要，工藝性差的設(shè)計(jì)影響大型設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該多考慮零部件加工時(shí)的工藝性，使設(shè)備更好實(shí)現(xiàn)它的設(shè)計(jì)功能。

1 案例分析

公司依照現(xiàn)有圖紙為外方加工了一套渣罐。渣罐是冶金行業(yè)中煉鋼過程的重要設(shè)備，是一種用于盛裝鋼鐵冶煉過程中產(chǎn)生的高溫熔渣，具有兩側(cè)帶有吊裝耳軸的碗狀容器。此套渣罐包括渣罐本體(鑄造加工)和傾翻裝置兩部分，渣罐本身重約68 t，傾翻裝置重量約為2.8 t，主要由擺臂4、支架5、擺臂1、支架3和支架2等組成。渣罐在工作時(shí)，主要靠擺臂1與擺臂4的轉(zhuǎn)動(dòng)最終實(shí)現(xiàn)渣罐的傾翻動(dòng)作。主動(dòng)力作用在擺臂1上帶動(dòng)擺臂4轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)擺臂1通過掛鉤與支架3相連接時(shí)，該機(jī)構(gòu)完成掛鉤動(dòng)作，擺臂4與擺臂1需要與支架3完成分離，實(shí)現(xiàn)脫鉤動(dòng)作。渣罐的這兩部分分別生產(chǎn)完畢后即將進(jìn)行裝配焊接時(shí)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)其中的擺臂1無法完成脫鉤，影響渣罐本體的使用，如圖1所示。分析原因發(fā)現(xiàn)擺臂4在有限的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)無法使擺臂1中的掛鉤達(dá)到預(yù)期的位置。

1—擺臂 2—支架 3—支架 4—擺臂 5—支架圖1 渣罐本體Figure 1 Slag pot

2 解決方案

由于渣灌本體為鑄件成品，無法進(jìn)行改動(dòng)，要改變這種情況只能對(duì)傾翻裝置進(jìn)行變更，為此提供如下三種方案：

方案一：修改掛鉤在擺臂1中的位置，由原來的距邊界中心孔尺寸468 mm變更為590 mm，同時(shí)對(duì)支架2進(jìn)行切割將擺臂1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與之干涉的部位進(jìn)行切除，具體脫鉤及掛鉤狀態(tài)如圖2所示。這種修改方案需要把擺臂1中的原有掛鉤切除，重新在擺臂1中開孔焊接新的掛鉤，同時(shí)需要將支架2在圖示的位置切割。該方案需要在擺臂1及支架2上進(jìn)行更多的焊接及氣割動(dòng)作，容易造成焊接件的變形，同時(shí)對(duì)焊接件的強(qiáng)度也有一定的影響。方案有一定的修改難度。

方案二：不變更擺臂1，將支架2在原有焊接位置的基礎(chǔ)上下移，同時(shí)將支架2做適當(dāng)切割，通過反復(fù)論證，具體切割位置如圖3(a)所示。支架3與擺臂1具體掛鉤與脫鉤狀態(tài)詳見圖3所示，這種修改主要基于支架2尚未與渣灌本體進(jìn)行焊接，一旦焊接完畢將增加修改難度。方案二主要變更件2的形狀與安裝位置，較方案一變更的零件及部位變少，更易于操作。但此方案需要注意的是修改降低了擺臂4在掛鉤狀態(tài)時(shí)距離地面的距離。

(a)掛鉤狀態(tài)

1—擺臂 2—支架 3—支架 4—擺臂 5—支架圖4 方案三渣罐本體的脫鉤狀態(tài)Figure 4 Unhooking status of slag pot of scheme 3

方案三：不需要變更擺臂1中掛鉤的位置，也不需要變更支架2在渣灌中的焊接位置，此方案需要對(duì)支架3中靠近鉤頭一端的孔進(jìn)行擴(kuò)長孔，長度為24 mm；需要對(duì)支架2進(jìn)行適當(dāng)?shù)那懈睢Ｕw結(jié)構(gòu)按照詳細(xì)尺寸方案修改后，支架3的脫鉤狀態(tài)如圖4所示。這種修改方案需要特別注意的是：原本設(shè)計(jì)中支架3與支架2呈現(xiàn)平行狀態(tài)。修改后兩者之間有一定的夾角，并且處于約束不充分的狀態(tài)，所以在傾翻機(jī)構(gòu)工作時(shí)，可能出現(xiàn)一定程度的卡阻或失效。

3 三種方案的理論依據(jù)

上述三種方案的理論依據(jù)是：將此運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡化為雙曲柄機(jī)構(gòu)，第一個(gè)曲柄即擺臂4可以旋轉(zhuǎn)一定的角度，第二個(gè)曲柄即擺臂1，擺臂中部焊接掛鉤的位置就是此結(jié)構(gòu)最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目的的位置，也可以看作是第二個(gè)曲柄的終點(diǎn)位置，曲柄2可以繞曲柄1與曲柄2的連接點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。整個(gè)結(jié)構(gòu)最終的工作狀態(tài)分為兩種，分別是掛鉤狀態(tài)和脫鉤狀態(tài)。也就是在支架3與支架2相對(duì)位置不變的情況下需要完成的掛鉤點(diǎn)與脫鉤點(diǎn)是固定的。方案一是在掛鉤點(diǎn)與脫鉤點(diǎn)不變的情況下，通過改變曲柄2的長度，即加大曲柄2最終的活動(dòng)范圍，用以覆蓋固定的掛鉤點(diǎn)及脫鉤點(diǎn)來完成最終動(dòng)作。方案二是通過改變支架3與支架2的裝配位置，從而改變掛鉤點(diǎn)與脫鉤點(diǎn)的位置，在第二個(gè)曲柄的運(yùn)動(dòng)半徑不變的情況下，改變?cè)摍C(jī)構(gòu)兩個(gè)最終運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)曲柄運(yùn)動(dòng)范圍覆蓋掛鉤點(diǎn)與脫鉤點(diǎn)來完成最終的動(dòng)作。方案三是通過改變支架3與支架2的夾角，從而改變掛鉤點(diǎn)與脫鉤點(diǎn)的位置，在第二個(gè)曲柄的活動(dòng)范圍不變，并可以覆蓋修改后的掛鉤點(diǎn)與脫鉤點(diǎn)的情況下，實(shí)現(xiàn)最終動(dòng)作。三個(gè)方案最終都實(shí)現(xiàn)了該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)功能，但綜合比較以上方案，從安全性、經(jīng)濟(jì)性以及操作性等方面進(jìn)行比較，最終選擇用方案二對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行整改，主要原因是方案二需要二次加工的量比較小，對(duì)原有設(shè)備造成的損壞比較小，具有更高的性價(jià)比，同時(shí)安全系數(shù)較其他方案也有所提高。

4 結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)是以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的預(yù)期動(dòng)作為最終設(shè)計(jì)目的，龐大的設(shè)計(jì)工作往往使設(shè)計(jì)者忽略機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)過程的工藝性，增加了機(jī)械加工及裝配時(shí)的難度。在設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題時(shí)，首先要簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，搞清楚最終要實(shí)現(xiàn)的機(jī)械動(dòng)作，通過改變不同參數(shù)，給出多種修改方案，綜合不同方案的經(jīng)濟(jì)性與安全性、操作性等各方面因素，選出最優(yōu)的解決方案。