紅塔煙草(集團)有限責任公司楚雄卷煙廠 云南 楚雄 675000

一、現(xiàn)狀

廠區(qū)內的窨井蓋總數(shù)為1300個左右,井蓋重量為60公斤左右,內的閥門、管道、儀表燈等備需要專業(yè)技術人員進定期行巡檢和維護維修工作。在巡檢工作中至少需要2名巡檢人員將移動窨井蓋移動到不影響作業(yè)的區(qū)域后才能對窨井內的閥門及管道進行檢查維護。由于井蓋與窨井之間的縫隙會被泥沙及各種雜物填緊,因此需要人用撬棍將窨井蓋撬松動再用手持的鐵鉤鉤住窨井蓋的預留孔移動到安全作業(yè)的區(qū)域。巡檢人員移動窨井蓋耗時較長、勞動強度大,并且有被砸傷的安全隱患。

二、技術方案分析

2.1 提出方案 針對以上問題,提出三種設計方案,自行設計窨井蓋的起吊工具并用親和圖對三種方案進行歸納整理:

方案一:采用滑輪裝置實現(xiàn)井蓋的起吊。

方案二:采用液壓裝置實現(xiàn)井蓋的起吊。

方案三:采用杠桿實現(xiàn)井蓋的起吊。

2.2 方案選擇 用加權評分法選擇以上三個方案。

待選方案 方案一:利用滑輪組實現(xiàn)井蓋的起吊 方案二:利用液壓裝置實現(xiàn)井蓋的起吊 方案三:利用杠桿原理實現(xiàn)井蓋的起吊安全性 權重系數(shù)0.3操作時,人需要靠近井蓋。 操作時,人需要靠近井蓋。 操作時,人可以遠離井蓋。結果 一般 結果 一般 結果 較好輕便、靈活性 權重系數(shù)0.3質量輕方便攜帶 質量較重、攜帶不便 質量輕方便攜帶結果 較好 結果 一般 結果 較好難易程度 權重系數(shù)0.2起吊后難以實現(xiàn)井蓋橫向移動。 起吊后難以實現(xiàn)井蓋橫向移動。 使用推力軸承可方便的實現(xiàn)井蓋橫向移動。結果 較差 結果 較差 結果 一般評估技術性 權重系數(shù)0.1加工龍門式支撐架 加工龍門式支撐架 加工轉動體、杠桿測試結果 較好 測試結果 較好 測試結果 一般經濟性 權重系數(shù)0.1滑輪組:210元龍門架:245元液壓缸:120元龍門架:245推力軸承:70元管材:150元測試結果 較差 測試結果 一般 測試結果 較好原始評分標準很好為5分,較好為4分,一般為3分,較差為2分,差為1分加權綜合評分計算方法f i=a 1 x 1i+a 2 x 2i+a 3x 3i+a 4 x 4 4i+a 5 x 5i加權后得分3 2.9 3.7

評估以上三個方案后,選擇方案三:利用杠桿原理實現(xiàn)井蓋的起吊移動。

二、工具的組成

為滿足起吊工具方便攜帶,安全可靠的使用要求,起吊工具的設計應遵循體積小、質量輕的設計原則。閥門窨井蓋的重量決定了起吊裝置起吊過程中所承受的力,結合鋼材的使用范圍、制作成本和加工難度等問題,選用45鋼作為起吊裝置的材料。即:杠桿、支撐桿、支撐架采用45號鋼的無縫鋼管;即平面轉動體、垂面轉動體采用45號鋼作為加工材料。確定窨井蓋起吊工具的最佳組成方案如:

三、零部件的設計

3.1 杠桿的設計 結構:組合式圓形空心結構。

(1)杠桿長度的確定

在不影響安全作業(yè)的情況下,由杠桿原理可知,撬動相同質量的物體,阻力臂的長度越短越省力,閥門窨井蓋的直徑為680mm,窨井蓋邊框為60mm,其起吊孔位于井蓋的直徑線上,因此杠桿的阻力臂L1至少為340+60=400mm,

動力臂L2的確認:

由杠桿原理可知F1×L1=F2×L2

成年男子雙手的下壓力一般都大于150N,為了井蓋起吊方便省力,設定操作人員起吊井蓋時對杠桿的作用力F2=150N,井蓋重量一般為60kg左右則F1=60×10=600N,可知L2=(F1×L1)÷F2=1600

杠桿的總長度L=L1+L2=2000mm

為了攜帶和存放方便,將杠桿分成兩段,每段1000mm,連接處采用M25×100的螺紋連接。

(2)杠桿直徑的確定

按照閥門窨井蓋起吊工具輕便靈活的特點,小組選取內徑d1=32mm、外徑d=38mm的45鋼鋼管。

計算杠桿的強度,根據(jù)第三強度理論:

式中:σca——杠桿的計算應力(MPa)

M—杠桿所受的彎矩(N·mn)

T—杠桿所受的扭矩(N·mn)

W—杠桿的抗彎截面系數(shù)(mm3),W=(1-β4)≈0.1d3(1-β4),β

［δ-1］——對稱循環(huán)變應力時剛給你的許用彎曲應力,查表得［δ-1］=255

廠內閥門窨井蓋的質量m≤50kg,為保證杠桿的安全性,小組取1.2的安全系數(shù),以m=1.2×50=60kg計算:

杠桿受到純彎矩的作用:T=0

M=mgL1=60×10×400=240000N.mm

杠桿的抗彎截面系數(shù):

杠桿的強度滿足要求。

(3)杠桿連接處強度試驗驗證。

對杠桿M25×100的螺紋連接處進行強度試驗驗證,確保杠桿連接處不發(fā)生變形、斷裂。

杠桿連接處強度試驗統(tǒng)計表

第1次60kg 第2次15分鐘 否第3次第1次70kg 第2次15分鐘 否第3次

可以看到杠桿連接處,起吊60kg以下的重物時,不會出現(xiàn)變形、斷裂的情況。

杠桿需要與鋼繩配合,因此在杠桿的一端焊接吊鉤,用直徑為φ10mm的鋼筋制作吊鉤并焊接在杠桿的端面上。

3.2 吊索的設計 吊索選擇鋼繩,閥門窨井蓋起吊工具吊起的最大重量為60kg,查閱一般用途鋼絲繩GB20118-2006,選擇單股鋼絲繩。其具體參數(shù)如下:結構1×7;公稱直徑6mm;公稱抗拉強度1570Mpa;鋼絲繩最小破斷力30.5KN。

3.3 支撐桿的設計 為保證起吊裝置的易操作性以及攜帶方便,支撐桿采用圓形空心結構。

井蓋起吊高度為h=200mm即起吊可滿足要求,根據(jù)杠桿阻力臂L1和動力臂L2的長度,可計算出撐桿的長度:

3.4 三角支架的設計 為使結構更穩(wěn)定和受力更均勻,將三角支架的高度設為600mm,支撐桿需要穿過三角支架,支架結構極為圓形空心結構。其結構示意如下圖所示。

3.5 軸套的設計 垂面轉動體與支撐桿的連接處需要制作連接軸套,軸套一端加工φ25的孔,另一端加工φ32的孔,其結構如下圖所示。

3.6 平面轉動體的設計 平面轉動體與推力球軸承配合安裝在支撐桿上,實現(xiàn)在水平面內360°自由轉動。平面轉動體上設計四個M5×15的內螺紋孔,平面轉動體的結構如下圖所示。

壓平面轉動體上需要安裝壓片,防止垂面轉動體從平面轉動動體上脫落,考慮到平面轉動體的結構,在壓塊上鉆兩個φ6的孔。壓片的結構如下圖所示。

3.7 垂面轉動體的設計 垂面轉動體安裝在平面轉動體上,且杠桿需要安裝在垂面轉動體上,實現(xiàn)在鉛垂面內自由轉動。起吊井蓋為防止杠桿的軸向竄動需要將杠桿鎖緊,在垂面轉動體上設計M5的內螺紋孔,使用螺釘進行鎖緊,垂面轉動體的結構如下圖所示。

3.8 軸承的選擇 軸承的作用是實現(xiàn)起吊裝置的在水平面的內360o自由轉動,主要承受軸向載荷,因此選定軸承的類型為:推力軸承。查閱“滾動軸承推力球軸承外形尺寸”GB/T301一1995,選取推力軸承型號51105。

四、繪制圖紙加工零件

繪制圖紙 裝配零部件images/BZ_203_1299_2076_1713_2371.pngimages/BZ_203_1822_2068_2236_2378.png

五、起吊工具的效果與優(yōu)點

使用時將閥門窨井蓋起吊工具放置在井蓋旁邊,移動杠桿至合適位置,用止頭螺釘將杠桿鎖緊,將吊鉤置于窨井蓋的兩個孔中,由杠桿一端的操作者往下用力,吊起井蓋并水平轉動將其移動到不影響作業(yè)的區(qū)域。

1.起吊工具能夠解決采用撬桿撬動井蓋,人工搬運井蓋的問題。降低了巡檢人員的勞動強度,節(jié)約了人力。

2.起吊工具能夠能夠靈活、自由的鉤住不同尺寸的閥門窨井蓋,利用杠桿原理吊起閥門窨井蓋,省力、省時。

3.起吊工具的運用能夠避免井蓋被撬壞的情況,杜絕移動井蓋時被砸傷的安全隱患。

4.窨井蓋起吊工具,體積小、質量輕,能方便攜帶到不同的作業(yè)場所。