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        溪洛渡水電站進(jìn)水口攔污柵柵葉制造工藝優(yōu)化研究

        2020-10-12 06:36:32楊浩坤
        水電與新能源 2020年9期
        關(guān)鍵詞:形位邊梁軸孔

        楊浩坤,程 惠

        (1. 長(zhǎng)江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司,北京 100038;2. 中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司,四川 成都 610041)

        溪洛渡電站左、右兩岸地下廠房各安裝9臺(tái)77萬(wàn)kW機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口前緣由柵墩分成5個(gè)柵孔,每個(gè)柵孔孔口尺寸為3.8 m×73 m-4 m(寬×高-水頭),每扇柵葉由23節(jié)組成,每節(jié)高度3.12 m,采用滑道支承,柵葉結(jié)構(gòu)為框架式,每小節(jié)布置2根主梁,主梁與邊梁均采用H型材。本文主要介紹右岸進(jìn)水口攔污柵葉(以下簡(jiǎn)稱柵葉)共46套(含備用柵葉1套),1 058節(jié),總重3 376 t。攔污柵葉主要技術(shù)要求:各節(jié)柵葉具有互換性,邊梁跨距4 100±2.0 mm,節(jié)間連接軸孔同軸度≤0.5 mm(高于規(guī)范DL/T5018同軸度≤2.0 mm的要求)。由于柵葉單節(jié)數(shù)量多,工期緊,以往工程中在邊梁制作階段采用單件工裝完成軸孔補(bǔ)強(qiáng)板的拼裝與焊接,工作效率低,形位公差控制難,未能較好解決各節(jié)互換性。本文采用整體工裝控制形位尺寸和裝、焊軸孔補(bǔ)強(qiáng)板,使形位公差受控、互換性好,既保證了柵葉制造質(zhì)量,同時(shí)也提高了工作效率[1]。

        1 攔污柵葉制造技術(shù)要求

        溪洛渡進(jìn)水口攔污柵葉各節(jié)柵葉應(yīng)具有互換性,柵葉制造的形位公差按合同規(guī)定,技術(shù)要求見(jiàn)表1。

        表1 溪洛渡進(jìn)水口攔污柵葉形位公差要求表 mm

        2 攔污柵葉傳統(tǒng)制造工藝

        水電站進(jìn)水口攔污柵柵葉通常無(wú)各節(jié)互換要求,以往的傳統(tǒng)常用工藝在邊梁制作階段采用單件工裝完成軸孔補(bǔ)強(qiáng)板的拼裝與焊接,傳統(tǒng)工藝流程如下:

        制作前準(zhǔn)備→原材料進(jìn)廠→檢驗(yàn)→矯正→下料→邊梁端部加工→邊梁工裝制安加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板→平臺(tái)單節(jié)拼裝→檢驗(yàn)→焊接平臺(tái)焊接→矯正→廠內(nèi)預(yù)組裝→檢驗(yàn)→防腐、涂裝[2]。

        溪洛渡攔污柵葉要求各節(jié)互換,在制作中必需控制保證邊梁跨距偏差4 100±2.0 mm、軸孔同軸度≤0.5 mm。雖然通過(guò)分析焊前、焊后數(shù)據(jù),修正工藝分解件下料余量,加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制能實(shí)現(xiàn)攔污柵葉邊梁跨距的允許偏差4 100±2.0 mm,但軸孔同軸度由于精度要求高,給傳統(tǒng)工藝的制造帶來(lái)很大難度,存在以下不足。

        1)整體鏜孔難以實(shí)現(xiàn)。軸孔補(bǔ)強(qiáng)板與柵架焊接、校形后整體鏜孔,能滿足各節(jié)互換和軸孔同軸度≤0.5 mm要求,但一般金結(jié)廠沒(méi)有整體鏜孔的條件,且機(jī)加工成本高,工序繁瑣,生產(chǎn)加工周期長(zhǎng)。

        2)形位公差控制難。在邊梁組拼、焊接、校形后,用單件工裝組裝、焊接已加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板,然后進(jìn)入平臺(tái)單節(jié)組拼、焊接、校形即完成一節(jié)柵架制作。此工藝形位公差控制難、互換性差、工作效率低。

        柵架傳統(tǒng)常用工藝軸孔形位公差散布,見(jiàn)圖1。

        圖1 柵架常用工藝軸孔形位公差散布圖

        圖1中,軸孔形位尺寸在單節(jié)組拼、焊接等工序與柵體一起變形。主要表現(xiàn)在:①軸孔形位尺寸偏差控制難。鋼平臺(tái)平面度要求高,規(guī)范要求≤2.0 mmm,柵架組拼偏差和焊接變形造成軸孔形位尺寸偏差無(wú)法滿足<0.5 mm的要求。②吊點(diǎn)中心形位尺寸偏差難以保證。制作后的吊點(diǎn)中心為主滑塊平面度與軸孔形位尺寸偏差之和,由于柵架常用工藝各道工序偏差累積疊加,后期火焰校形并不能有效控制,公差帶呈發(fā)散不可控,也無(wú)法保證軸孔同軸度滿足<0.5 mm的要求。

        3)測(cè)量工作量大。常用工藝的公差帶發(fā)散,制作過(guò)程質(zhì)量控制、測(cè)量工作量大。

        金屬結(jié)構(gòu)制作常用儀器為DS3級(jí)水準(zhǔn)儀,對(duì)同軸度測(cè)控需劃線返出軸孔X、Y值,費(fèi)時(shí)、費(fèi)事且影響測(cè)量精度因素過(guò)多。并不適宜設(shè)備大批量制作的質(zhì)量控制。

        4)生產(chǎn)效率低。攔污柵葉傳統(tǒng)常用制造工藝因較早的在邊梁制作階段就完成已加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板裝、焊,造成此后工序“攔污柵單節(jié)拼裝→檢測(cè)→焊接→焊后矯正”等工序的質(zhì)控增加難度同時(shí),也提高了要求,更加繁瑣。

        5)柵葉常用工藝對(duì)制造工器具設(shè)備要求低,但各工序偏差累積公差代發(fā)散,尤其軸孔同軸度的測(cè)控難度大,不易實(shí)現(xiàn)以工藝保證質(zhì)量達(dá)到各節(jié)柵葉互換要求,且生產(chǎn)效率低。

        3 工藝優(yōu)化

        鑒于上述問(wèn)題,制造廠在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)對(duì)制造工藝進(jìn)行了優(yōu)化,根據(jù)柵架單節(jié)組焊、校形后采用整體工裝完成柵架軸孔補(bǔ)強(qiáng)板裝、焊,以工裝保證同軸度和互換性,減少量測(cè)工作量[3-6]。優(yōu)化工藝流程為:

        制作前準(zhǔn)備→原材料進(jìn)廠→檢驗(yàn)→矯正→下料→邊梁端部加工→平臺(tái)單節(jié)柵架拼裝→檢驗(yàn)→焊接平臺(tái)焊接→矯正→柵架整體工裝制安加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板→廠內(nèi)預(yù)組裝→檢驗(yàn)→防腐、涂裝。

        3.1 基準(zhǔn)選擇與偏差修正

        偏差不僅是圖紙尺寸的差,還是建立在基準(zhǔn)上的偏差。通過(guò)合理選擇基準(zhǔn),保證工作面,將偏差置于次要非工作面,從而修正偏差。

        1)主滑塊為工作基準(zhǔn)面,將厚度偏差置于反向滑塊端,保證主滑塊平面度。

        2)柵架邊梁兩端,以抓梁起吊穿軸梨形孔端為邊梁基準(zhǔn),保證吊點(diǎn)中心。

        3.2 整體工裝

        柵架整體工裝結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2。

        圖2 柵架整體工裝圖

        1)應(yīng)用機(jī)械中虛約束,將假軸置于柵架兩側(cè)。

        2)工裝在柵架梨形孔端設(shè)邊梁基準(zhǔn)擋板,與工裝架體分開(kāi)制作時(shí)擋板設(shè)機(jī)加工底座,保證邊梁基準(zhǔn)垂直度;工裝在柵架4個(gè)主滑塊處設(shè)相應(yīng)機(jī)加工底座,保證平面度。

        3)工作中各節(jié)主滑塊通常為兩點(diǎn)或三點(diǎn)與軌道接觸。4個(gè)底座加工面到假軸距離為柵架主滑塊座板至軸孔距離,修正同軸度和吊點(diǎn)中心。

        3.3 基準(zhǔn)與尺寸

        圖紙中邊梁兩端節(jié)間連接軸孔到頂緣和底緣是標(biāo)尺,單節(jié)高度偏差在柵架邊梁兩軸孔間。因工裝選擇抓梁梨形孔端為基準(zhǔn),邊梁高度偏差被改到圓軸孔至底緣段。

        1)為保證柵葉邊梁軸孔補(bǔ)強(qiáng)板安裝,要求數(shù)控下料時(shí)以邊梁圓孔為基準(zhǔn)偏差留在梨形孔端,邊梁構(gòu)件組拼、焊接、校形后加工梨形孔端面修正下料偏差。

        2)保證任意單節(jié)互組時(shí)節(jié)間尺寸,要求:柵葉采用合適承壓塊修正邊梁高度一致且按DLT/5018負(fù)偏差控制,即單節(jié)柵架高≤3 220 mm;節(jié)間連接板軸孔間距離按正偏差控制≥360 mm。

        3.4 公差控制

        柵架整體工裝用假軸裝、焊軸孔補(bǔ)強(qiáng)板工藝軸孔形位公差散布,見(jiàn)圖3。

        圖3 整體工裝制作柵架軸孔形位公差散布圖

        圖3中,柵架在制作過(guò)程中產(chǎn)生變形,而軸孔形位尺寸始終是以主滑塊為基準(zhǔn)的定尺。

        1)軸孔形位尺寸偏差主要因素,為工裝精度,實(shí)測(cè)工裝各形位偏差精度<0.5 mm。

        2)吊點(diǎn)中心形位尺寸偏差,因修正主滑塊平面度,為工裝精度,實(shí)測(cè)工裝各形位偏差精度<0.5 mm。

        優(yōu)化工藝,有效修正前道各工序偏差,各形位尺寸公差帶可控。

        3.5 量測(cè)控制

        定期和根據(jù)氣溫變化不定期復(fù)測(cè)工裝,保證工裝精度。

        極難測(cè)控的軸孔形位尺寸交由工裝控制,簡(jiǎn)化了量測(cè)工作量、提高了工效。

        3.6 優(yōu)化工藝小結(jié)

        相對(duì)攔污柵葉傳統(tǒng)通常所用工藝,優(yōu)化工藝具有以下優(yōu)、特點(diǎn),見(jiàn)表2。

        表2 攔污柵葉優(yōu)化工藝特點(diǎn)表

        4 工程應(yīng)用

        溪洛渡右岸進(jìn)水口攔污柵葉初期柵葉以傳統(tǒng)工藝試制10節(jié),出現(xiàn)了太多問(wèn)題,測(cè)控工作繁瑣,質(zhì)量與生產(chǎn)效率均不能保證,后批量生產(chǎn)中全部采用優(yōu)化工藝,并推廣到溪洛渡進(jìn)水口疊梁門葉制作。

        常用工藝2人一組,組拼1節(jié)柵葉需1個(gè)工作日,組拼1節(jié)門葉需1.5個(gè)工作日;采用優(yōu)化工藝2人一組,柵葉組拼1個(gè)工作日完成2節(jié),為原效率200%,門葉組拼1個(gè)工作日完成1.5節(jié)為原效率225%,效率成倍提高,見(jiàn)圖4。

        圖4 常用工藝與優(yōu)化工藝工效對(duì)比圖

        優(yōu)化工藝與常用工藝焊前、焊后檢測(cè)門葉、柵架單節(jié)所用時(shí)間見(jiàn)圖5。

        圖5 常用工藝與優(yōu)化工藝檢測(cè)用時(shí)對(duì)比圖

        經(jīng)實(shí)際制作和互換性試驗(yàn),證明該方法簡(jiǎn)單易行,溪洛渡右岸1 058節(jié)柵葉、左右岸1 440節(jié)進(jìn)水口疊梁門葉計(jì)劃工期為36個(gè)月,在實(shí)際執(zhí)行中受其他合同項(xiàng)目干擾減少資源投入的情況下,24個(gè)月就全部制造完成。電站現(xiàn)場(chǎng)各節(jié)柵葉、門葉按互換任意組合安裝,節(jié)間銷軸均100%一次插軸成功,自動(dòng)抓梁試槽抓取均100%一次成功,實(shí)現(xiàn)全部柵葉和疊梁門葉各自互換要求。目前溪洛渡電站已經(jīng)運(yùn)行幾年了,據(jù)了解,電站運(yùn)行單位可以根據(jù)需要隨時(shí)將攔污柵葉以及進(jìn)水口疊梁門葉下閘到任意孔口。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        整體工裝工藝,適用于柵葉、小跨距門葉(平門)大批量生產(chǎn),確保設(shè)備制作過(guò)程中尺寸形位公差受控并減少了量測(cè)工作量,實(shí)現(xiàn)了流水作業(yè)、提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)核算,按人工成本每人200元/日計(jì)算,僅人工費(fèi)一項(xiàng)進(jìn)水口柵葉產(chǎn)生效益209 600元,進(jìn)水口疊梁門門葉產(chǎn)生效益478 680元,合計(jì)節(jié)約人工費(fèi)688 280元。優(yōu)化工藝僅組拼環(huán)節(jié)提高工效,避免設(shè)備二次處理,保證預(yù)組一次成功,節(jié)約了生產(chǎn)資源投入和管理成本,保證了進(jìn)度,質(zhì)量得到控制。為設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)檢修,帶來(lái)便利。

        復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)的制作工藝設(shè)計(jì),可遵循:轉(zhuǎn)移避免工作面應(yīng)力,合理利用偏差釋放應(yīng)力,借用基準(zhǔn)修正偏差,確保設(shè)備制作過(guò)程形位尺寸偏差的公差帶受控,從而保證質(zhì)量,提高工效,可推廣應(yīng)用到其他電站。

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