李曉光

（江西銅業(yè)集團(tuán)（貴溪）物流有限公司，江西 貴溪 335424）

1 引言

江銅集團(tuán)物流有限公司承擔(dān)著集團(tuán)內(nèi)部的物流、運(yùn)輸工作，其中貴溪冶煉廠區(qū)內(nèi)多處堆場(chǎng)的陽(yáng)極板需要每天進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，陽(yáng)極板載運(yùn)車是承擔(dān)陽(yáng)極板轉(zhuǎn)運(yùn)的主要運(yùn)輸裝備之一，主要是把熔煉車間產(chǎn)出的陽(yáng)極板從陽(yáng)極爐堆場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至電解車間陽(yáng)極板堆場(chǎng)，每次轉(zhuǎn)運(yùn)載重量為20 t。由于陽(yáng)極板載運(yùn)車是新投入使用的設(shè)備，在運(yùn)行過(guò)程中存在較多問(wèn)題［2］。本文重點(diǎn)對(duì)陽(yáng)極板載運(yùn)車提升卸載裝置產(chǎn)生變形的原因進(jìn)行深入分析，并提出改進(jìn)優(yōu)化方案，從而確保車輛的正常運(yùn)行。

2 陽(yáng)極板載運(yùn)車提升卸載裝置結(jié)構(gòu)

陽(yáng)極板載運(yùn)車提升卸載裝置主要由液壓系統(tǒng)、提升架及相關(guān)檢測(cè)限位裝置組成。液壓系統(tǒng)為提升、卸載裝置提供動(dòng)力，通過(guò)控制液壓缸的上升、下降來(lái)驅(qū)動(dòng)提升裝置上升、下降，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)極板的裝載、卸載。提升卸載裝置主要包括支撐橫梁、提升卸載框架、拉桿、左右限位軸承、前后限位軸承等，主要對(duì)所承載的20 t 陽(yáng)極板起支撐作用。當(dāng)車輛提升卸載裝置插入排列整齊的陽(yáng)極板后，后視系統(tǒng)監(jiān)控提升卸載裝置是否插入到底，確認(rèn)插入到位后，液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)提升卸載裝置將陽(yáng)極板抬起，并對(duì)陽(yáng)極板起限位支撐作用。提升卸載裝置主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 提升卸載裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 存在的問(wèn)題

陽(yáng)極板載運(yùn)車提升卸載裝置在使用過(guò)程中，與支撐橫梁相連接的提升卸載框架的焊接部位出現(xiàn)了較大程度的彎曲形變，如圖2 所示。提升卸載裝置框架立板變形造成了提升卸載裝置整體向前移位。立板向駕駛室端彎曲變形，且形變量逐漸變大，存在斷裂風(fēng)險(xiǎn)，已不能充分保證載運(yùn)車的正常運(yùn)行［3］。

圖2 立板彎曲變形圖

4 原因分析

4.1 提升卸載裝置缺乏自由度導(dǎo)致變形

陽(yáng)極板提升卸載機(jī)構(gòu)主要由油缸支座、油缸、銷軸、提升裝置等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示［4］。從圖示外觀可以看出，油缸上下吊耳處安裝有向心關(guān)節(jié)球軸承，具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。油缸上下吊耳處在銷軸徑向與軸向上均可以轉(zhuǎn)動(dòng)，從受力分析情況看，軸向轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大可導(dǎo)致提升卸載裝置立板部位在油缸作用力下發(fā)生彎曲變形。

圖3 陽(yáng)極板提升機(jī)構(gòu)圖

圖4 油缸安裝結(jié)構(gòu)

油缸上下吊耳處在銷軸軸向方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為15°。提升卸載裝置前高后低時(shí)，前后提點(diǎn)高度差為210 mm，偏移角度分別為4.36°和4.32°，前底后高時(shí)，前后提點(diǎn)高度差為350 mm，偏移角度分別為10.64°和9.4°，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。從圖5 可知，轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，均沒(méi)有超出油缸轉(zhuǎn)動(dòng)的極限角度，因此提升卸載裝置自由度足夠，提升卸載機(jī)構(gòu)可正常轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)導(dǎo)致提升卸載裝置立板部位彎曲變形。

圖5 提升卸載裝置轉(zhuǎn)動(dòng)極限位置

4.2 擺動(dòng)撞擊導(dǎo)致變形

車輛運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)限位支架所有固定螺栓松動(dòng)滑絲，限位支架限位距離大，提升卸載裝置前后擺動(dòng)位置大，尤其是在裝載陽(yáng)極板后，因擺動(dòng)撞擊可能導(dǎo)致提升卸載裝置立板部位變形。在出現(xiàn)限位支架所有固定螺栓松動(dòng)滑絲時(shí)，提升卸載裝置立板已經(jīng)輕微彎曲變形，采取對(duì)限位支架焊接加固修復(fù)后，發(fā)現(xiàn)提升卸載裝置立板彎曲變形更加嚴(yán)重，說(shuō)明此處變形與限位支架損壞關(guān)聯(lián)不大。從受力分析情況看，因液壓油缸可以前后擺動(dòng)，限位距離大小不會(huì)導(dǎo)致提升卸載裝置立板部位彎曲變形。

4.3 提升裝置傾斜重力導(dǎo)致變形

提升裝置為矩形框架結(jié)構(gòu)，如圖6 所示。當(dāng)提升裝置傾斜時(shí)，陽(yáng)極板及自身重力可能將提升裝置薄弱部位壓彎變形，尤其是提升卸載框架三塊立板處更易變形。從提升卸載裝置變形位置可知，立板向前部彎曲變形，提升裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)極限位置時(shí)，所受前后方向的作用力最大，若以一半重力作用在前部油缸進(jìn)行計(jì)算，陽(yáng)極板及提升卸載裝置重量按11 t 計(jì)算。

圖6 提升裝置圖

受力作用如圖7 所示，前后方向上所受彎矩N1=FL1sina=11000×9.8×0.22×sin9.4°=3865.7 N·m。

圖7 受力作用圖

彎曲變形位置截面圖如圖8 所示，前后方向上抗彎模量W1=6×1/6×bh2=65×12×12=9360 mm3，則所受應(yīng)力σ=N1/W1=413 MPa，大于Q355B 鋼板的屈服強(qiáng)度（345 MPa）。

圖8 彎曲部位截面圖

可見(jiàn)，此處存在強(qiáng)度不足問(wèn)題。雖然實(shí)際使用過(guò)程中，因?yàn)槌休d時(shí)傾斜角度并未達(dá)到9.4°，沒(méi)有導(dǎo)致立板瞬時(shí)彎曲，但在使用過(guò)程中立板仍會(huì)慢慢彎曲。現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，提升卸載裝置插入陽(yáng)極板提起后，需要后翹，使提起的陽(yáng)極板與擺放的陽(yáng)極板分離，因此提升裝置傾斜重力是導(dǎo)致變形的原因之一。

4.4 提升裝置硬性碰撞沖擊導(dǎo)致變形

載運(yùn)車在裝載和卸載時(shí)，偶爾出現(xiàn)的緊急剎車以及提升卸載裝置與陽(yáng)極板的硬性碰撞，會(huì)產(chǎn)生很大的制動(dòng)減速度從而產(chǎn)生慣性力。而提升卸載裝置上部支撐橫梁及拉桿重量較大，總重量約為580 kg，上部支撐橫梁及拉桿由于負(fù)載慣性大會(huì)產(chǎn)生很大的向后慣性力［5］。提升卸載框架三塊豎直的立板，在前后反向上的承載能力很弱，難以支撐緊急制動(dòng)及硬性碰撞時(shí)上部支撐橫梁及拉桿產(chǎn)生的慣性力，長(zhǎng)時(shí)間使用就會(huì)產(chǎn)生變形。

若以沖擊產(chǎn)生加速度為2g 計(jì)算，則上部產(chǎn)生沖擊力F=2mg=580×9.8=11368 N，力矩距離L1=710 mm，前后方向上抗彎模量W2=12×1/6×b×h2=65×12×12=18720 mm2，則所受應(yīng)力σ=FL/W2=431.2MPa?？梢?jiàn)，所受應(yīng)力遠(yuǎn)大于立板材料Q355B 鋼板的屈服強(qiáng)度［6］，很容易使立板變形。一般劇烈沖擊時(shí)產(chǎn)生的加速度會(huì)遠(yuǎn)大于2 g，可能達(dá)到8 g，這種情況下，立板更易彎曲變形［7］。

通過(guò)對(duì)提升卸載機(jī)構(gòu)擺動(dòng)情況、承載及沖擊受力情況分析可知，硬性碰撞時(shí)上部支撐橫梁產(chǎn)生的沖擊力是立板變形的主要原因。另外，提升卸載框架立板處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱［8］，提升卸載裝置傾斜時(shí)無(wú)法滿足陽(yáng)極板及提升卸載裝置自身重力也是變形的一個(gè)重要原因。

5 改進(jìn)優(yōu)化

5.1 立板位置加強(qiáng)

從上述分析可知，需對(duì)提升卸載裝置立板進(jìn)行加強(qiáng)，如圖9 所示。立板加強(qiáng)后，提升桿總成可能會(huì)變成薄弱點(diǎn)，對(duì)此處再進(jìn)一步加強(qiáng)，以便提升強(qiáng)度?，F(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)因框架立板已經(jīng)存在變形，加強(qiáng)板需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行配加工，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)空間，同時(shí)對(duì)所有焊接位置進(jìn)行打磨、除銹補(bǔ)漆。

圖9 加強(qiáng)板焊接圖

5.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

5.2.1 立板處強(qiáng)度計(jì)算

圖10 加強(qiáng)后立板處截面

5.2.2 提升桿強(qiáng)度計(jì)算

加強(qiáng)后提升桿截面如圖11 所示。進(jìn)行傾斜時(shí)重力載荷計(jì)算：前后方向上抗彎模量129962.7 mm3，所受彎矩N2=FL2sin a=11000×9.8×0.6×sin9.4°=10542.8 N·m，則所受應(yīng)力σ=N1/2=40.1 MPa，遠(yuǎn)小于Q355B 鋼板的屈服強(qiáng)度。進(jìn)行沖擊橫向載荷計(jì)算校核：沖擊力產(chǎn)生加速度按8 g 計(jì)算，力矩作用距離L2為392 mm，則所受應(yīng)力σ=8mg L2/4=8×580×9.8×392/（4×129962.7）=34.3 MPa，遠(yuǎn)小于Q355B 鋼板的屈服強(qiáng)度。

圖11 加強(qiáng)后提升桿截面

5.3 改進(jìn)優(yōu)化效果

通過(guò)對(duì)提升卸載裝置立板和提升桿總成進(jìn)行焊接立板加強(qiáng)后，經(jīng)過(guò)強(qiáng)度驗(yàn)算，立板處強(qiáng)度、提升桿強(qiáng)度以及傾斜時(shí)重力載荷均遠(yuǎn)小于Q355B 鋼板的屈服強(qiáng)度345 MPa，滿足了提升卸載裝置立板部位的強(qiáng)度要求［10］，車輛現(xiàn)已行駛500 余公里，轉(zhuǎn)運(yùn)陽(yáng)極板10000 余噸，再未出現(xiàn)提升卸載裝置立板變形的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)施此改進(jìn)方案，解決了提升卸載裝置因傾斜重力和硬性碰撞沖擊導(dǎo)致陽(yáng)極板載運(yùn)車提升卸載裝置變形的問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)提升裝置立板變形分析，找出了立板變形的原因，并制定了解決措施。通過(guò)增加加強(qiáng)板，立板強(qiáng)度大大增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)校核分析計(jì)算，加強(qiáng)后技術(shù)狀態(tài)可以滿足實(shí)際使用要求。陽(yáng)極板載運(yùn)車提升卸載裝置的改進(jìn)與優(yōu)化，徹底解決了提升卸載裝置立板的變形問(wèn)題，保障了車輛的正常使用，提高了生產(chǎn)效率。