丁 鵬

（中國(guó)石油渤海裝備鉆采裝備銷售公司，天津 300280）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)可拆式板式換熱器生產(chǎn)環(huán)節(jié)中壓緊板大多數(shù)采用人工手動(dòng)噴涂油漆工藝。板片時(shí)效靠人工擰緊預(yù)拉螺栓，疊摞放置一段時(shí)間后，消除板片殘余應(yīng)力，使扣壓完膠墊的板片變得平整無(wú)翹曲變形。板片組裝是人工將鑲嵌有密封膠條的板片掛在板式換熱器的導(dǎo)軌梁上，然后由工人旋轉(zhuǎn)壓緊板拉緊螺柱螺母或采用較省力的螺栓拉拔器，單獨(dú)對(duì)板片兩個(gè)對(duì)角螺柱拉拔，直到螺柱的拉伸長(zhǎng)度達(dá)到拉拔器的行程后，就相應(yīng)地上緊另兩個(gè)對(duì)角螺柱螺母，在另兩個(gè)對(duì)角螺柱拉緊后，再把兩個(gè)拉拔油缸復(fù)位，如此反復(fù)使用，便可以完成可拆式板式換熱器的生產(chǎn)組裝（圖1、圖2）。

圖1 板式換熱器的裝配

圖2 單油缸螺栓拉拔器的使用

該生產(chǎn)工藝相對(duì)落后，生產(chǎn)效率低，適合小批量單件生產(chǎn)，嚴(yán)重制約了可拆式板式換熱器規(guī)模化生產(chǎn)。為了提高可拆式板式換熱器生產(chǎn)組裝技術(shù)水平，結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)及特殊要求，經(jīng)過(guò)組裝生產(chǎn)線設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)可大幅縮短生產(chǎn)時(shí)間及成品質(zhì)量。

組裝生產(chǎn)線設(shè)備優(yōu)化：組裝線主要由表面處理+平板車、板片矯形機(jī)、移運(yùn)小車+龍門(mén)壓機(jī)、板片快速裝配機(jī)、板片試壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，針對(duì)以上設(shè)備提出優(yōu)化方案。

1 壓緊板表面處理

壓緊板是可拆式板式換熱器產(chǎn)品中的主要部件，壓緊板表面處理直接關(guān)系到產(chǎn)品外觀質(zhì)量，表面采用烤漆光滑平整，光澤感極強(qiáng)，防腐防銹效果好。設(shè)備優(yōu)化將可拆式板式換熱器產(chǎn)品壓緊板表面噴漆處理工藝升級(jí)為烤漆工藝（烤漆房）。

1.1 烤漆房方案

將加緊板吊裝于移動(dòng)小車的懸掛架上，最大重量的板片懸掛數(shù)量為2件，板片相互之間距離應(yīng)保持在600 mm左右，在進(jìn)入烤漆房前一個(gè)工位完成噴漆，由移動(dòng)小車送入烤漆房。移動(dòng)小車動(dòng)力由鏈條傳動(dòng)裝置提供。動(dòng)力傳動(dòng)與烤漆房分離，免受高溫烘烤。烤漆房?jī)?yōu)化后尺寸為：6000×4000×3500（長(zhǎng)×寬×高，mm），可處理最大板片：長(zhǎng)3.6 m，寬1.4 m，承載最大板片重量：100 kN（2片）。電動(dòng)小車動(dòng)力與烤漆板車分離式,采用鏈條傳動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)功率3 kW，運(yùn)送速度0.25 m/s?？酒岱刻攸c(diǎn)：板片用吊車吊裝掛在板車懸掛架上；噴涂完成后由板車送入烤漆房?jī)?nèi)。

1.2 電動(dòng)平車

電動(dòng)平車適合工作環(huán)境為噴漆室、涂裝室等不允許有電源及電氣元件進(jìn)入的特殊環(huán)境，主要由動(dòng)力供電小車、工件車、錐形制動(dòng)電機(jī)、防爆電機(jī)、減速器、主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、控制系統(tǒng)等組成。

傳動(dòng)模式采用單動(dòng)模式及聯(lián)動(dòng)模式，可通過(guò)操作控制開(kāi)關(guān)盒的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)完成。單動(dòng)模式為動(dòng)力供電小車運(yùn)行模式，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至單動(dòng)模式狀態(tài)后，小車主動(dòng)輪組上的錐形制動(dòng)電機(jī)接通電源運(yùn)行。聯(lián)動(dòng)模式為動(dòng)力供電小車與工件車兩車聯(lián)接后運(yùn)行模式，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至聯(lián)動(dòng)狀態(tài)后，小車上的防爆主電機(jī)接通電源帶動(dòng)從車上的減速機(jī)運(yùn)行。

2 板片矯形機(jī)

板片在壓型結(jié)束后會(huì)存在不同程度翹曲變形現(xiàn)象，當(dāng)扣壓或者粘接完膠墊后，通常由人工將待矯形板片疊摞在一起，周邊對(duì)齊，上下用一壓緊工裝板壓緊，用預(yù)拉螺栓將疊摞放置一起的板片組固定，放置一段時(shí)間后，以消除板片殘余應(yīng)力，使得板片變得平整無(wú)翹曲變形現(xiàn)象。為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化后此工位采用板片矯形機(jī)。

板片矯形機(jī)由兩部分組成：用來(lái)實(shí)現(xiàn)板片疊摞后進(jìn)出的移運(yùn)小車；實(shí)現(xiàn)板片疊摞后的矯形加力的龍門(mén)壓機(jī)。

移運(yùn)系統(tǒng)由移運(yùn)小車和導(dǎo)軌構(gòu)成。移運(yùn)小車由上體和下體組成，上體用來(lái)放置疊摞的待矯形板片，下體上具有可移動(dòng)的V形導(dǎo)槽和水平導(dǎo)軌。上體上布置有雙排可以向中心移動(dòng)的導(dǎo)柱，以適應(yīng)大小不同的板片。通過(guò)旋轉(zhuǎn)安裝于平臺(tái)上的手輪，使聯(lián)結(jié)于導(dǎo)柱上的絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)導(dǎo)柱向中心移動(dòng)或向外移動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了板片大小的調(diào)節(jié)。寬度方向的調(diào)節(jié)由4組導(dǎo)柱來(lái)完成，長(zhǎng)度方向的調(diào)節(jié)由一組導(dǎo)柱實(shí)現(xiàn)。移運(yùn)小車的運(yùn)動(dòng)是由布置于小車側(cè)面的齒輪齒條來(lái)完成的。通過(guò)齒輪的旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)小車在軌道上的運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)移運(yùn)小車將疊摞好的待矯形板片送入矯形工位后，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，龍門(mén)門(mén)架上的液壓油缸推動(dòng)矯形壓頭向下移動(dòng)，直到需要矯形板片組壓到所需要的高度為止，這時(shí)人工將矯形疊摞板片組用螺栓聯(lián)接牢固，升起矯形壓頭，移運(yùn)小車將疊摞固定后的板片組送出矯形工位，完成一次板片疊摞矯形，與此同時(shí)，另一個(gè)移運(yùn)小車將另一側(cè)疊摞好的待矯形板片組送入矯形工位，如此一進(jìn)一出，完成了板片疊摞的高效矯形固定工作。

3 板片快速裝配機(jī)

以往當(dāng)板片時(shí)效完成后，采用人工的方法將一片片鑲嵌有密封膠條的板片掛在板式換熱器的導(dǎo)軌梁上，再由工人旋轉(zhuǎn)壓緊板拉緊螺柱螺母或采用較省力的螺栓拉拔器，單獨(dú)對(duì)板片兩個(gè)對(duì)角螺柱拉拔，直到螺柱的拉伸長(zhǎng)度達(dá)到拉拔器的行程后，就相應(yīng)的上緊另兩個(gè)對(duì)角螺柱螺母，在另兩個(gè)對(duì)角螺柱拉緊后，再把兩個(gè)拉拔油缸復(fù)位，如此反復(fù)使用，便可以完成可拆式板式換熱器的生產(chǎn)組裝。

以上方式比較耗時(shí)和費(fèi)力，為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高可拆式換熱器裝配效率，設(shè)備工藝優(yōu)化后采用板片快速裝配機(jī)以適應(yīng)快速的裝配需要，其工作原理為：將一片片掛好板片的換熱器放置于裝配機(jī)上，開(kāi)動(dòng)裝配機(jī)液壓泵站，按動(dòng)液壓油缸推出按鈕，壓縮懸掛的板片組和壓緊板，直到換熱器板片組到達(dá)合適的尺寸，上緊聯(lián)接壓緊板聯(lián)接螺柱的螺母，松開(kāi)液壓油缸直到尾部，便于換熱器吊走，整個(gè)壓緊過(guò)程結(jié)束。

板片快速裝配機(jī)結(jié)構(gòu)為一箱型底座，上部為一固定的立柱和可移動(dòng)的立柱組成。可移動(dòng)的立柱上安裝有兩個(gè)可以伸長(zhǎng)的液壓油缸，液壓油缸的行程為2000 mm，兩個(gè)油缸的推力可以達(dá)到2000 kN，兩個(gè)推力油缸在4個(gè)導(dǎo)向柱的導(dǎo)向下前后運(yùn)動(dòng)。另外，為了適應(yīng)不同規(guī)格的可拆式換熱器，可移動(dòng)的立柱可以左右移動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)好規(guī)格后就固定移動(dòng)立柱，直到這一批換熱器裝配完畢。

4 板片試壓系統(tǒng)

當(dāng)板片裝配完成后，用天車吊起可拆式換熱器至板片試壓平臺(tái)，接上快速拆卸的試壓管線接頭，開(kāi)動(dòng)自動(dòng)水壓打壓試驗(yàn)機(jī)，這個(gè)過(guò)程會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，等到壓力上升到預(yù)先設(shè)置好的試驗(yàn)壓力時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)切斷打壓泵，進(jìn)入保壓模式，等到系統(tǒng)保壓結(jié)束，控制系統(tǒng)就會(huì)控制高壓卸荷閥卸荷，等到卸荷完畢，控制系統(tǒng)再啟動(dòng)抽水泵進(jìn)行板式換熱器內(nèi)剩余試壓水的抽吸排干。通過(guò)設(shè)置排水時(shí)間來(lái)控制板式換熱器內(nèi)剩余試壓水的排干與否。待排水時(shí)間到時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)將所有的動(dòng)作和電源切斷，試壓過(guò)程結(jié)束。這時(shí)可以人工拆卸快卸接頭，吊離試壓結(jié)束的板式換熱器，系統(tǒng)等待另一臺(tái)換熱器的就位。

板片試壓系統(tǒng)由試壓平臺(tái)、控制系統(tǒng)、灌注低壓系統(tǒng)、試壓高壓系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及檢測(cè)系統(tǒng)等構(gòu)成。灌注低壓系統(tǒng)與抽吸排干系統(tǒng)合二為一，節(jié)省了資金，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。通過(guò)水閥切換達(dá)到灌注與抽吸排干的目的。

5 控制系統(tǒng)優(yōu)化

（1）控制系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)操作。手動(dòng)功能完成調(diào)試及故障處理，并能自動(dòng)報(bào)警。自動(dòng)功能運(yùn)行由PLC及電氣控制元件完成。PLC采用國(guó)外先進(jìn)成熟產(chǎn)品，集中控制各動(dòng)力設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及水壓水路閥的動(dòng)作。PLC的輸出均加中間繼電器隔離，每塊開(kāi)關(guān)量模板的點(diǎn)數(shù)不大于16點(diǎn)。

（2）各種傳感器為各個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行、各種壓力控制、顯示提供依據(jù)。檢測(cè)信號(hào)包括模擬信號(hào)（高壓水壓力信號(hào)）及開(kāi)關(guān)信號(hào)。

（3）控制系統(tǒng)上位工控機(jī)動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，由上位工控機(jī)來(lái)完成試壓資料的匯總、統(tǒng)計(jì)及查詢，具有多級(jí)保護(hù)功能。

優(yōu)化過(guò)程技術(shù)難點(diǎn)包括以下3個(gè)方面：

（1）板片壓緊板烤漆房尺寸，在調(diào)研國(guó)內(nèi)多個(gè)板式換熱器生產(chǎn)企業(yè)后，根據(jù)目前生產(chǎn)板片的常規(guī)尺寸，結(jié)合本企業(yè)產(chǎn)品供貨用戶特點(diǎn)，來(lái)確定噴漆烤漆房的尺寸，以及噴漆烤漆時(shí)間，烤漆溫度等參數(shù)，都要經(jīng)過(guò)多方論證計(jì)算來(lái)完成，為此做了烤漆房熱溫度場(chǎng)模型，預(yù)測(cè)烤制時(shí)間，最后確定烤漆房的設(shè)計(jì)方案。

（2）板片矯形機(jī)，技術(shù)難點(diǎn)在于小車導(dǎo)軌的加工、傳動(dòng)方式的選擇，方案優(yōu)化借鑒了龍門(mén)刨床等加工設(shè)備導(dǎo)軌移動(dòng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于矯形壓力的確定也是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)多輪試驗(yàn)測(cè)試，生產(chǎn)過(guò)程中不斷調(diào)整。

（3）板片快速裝配機(jī)，其難點(diǎn)也在于確定合適的試驗(yàn)壓力。根據(jù)以往單缸拉力測(cè)算，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多輪試驗(yàn)，確定的板片快速裝配機(jī)的最大推力為2000 kN,完全可以滿足大部分規(guī)格的換熱器裝配需求。

6 應(yīng)用效果

本優(yōu)化方案對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模不大、生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)零散的企業(yè)來(lái)說(shuō)，是迅速改善企業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)的有效方法，可大大提高產(chǎn)能、節(jié)約人力成本、提高一次性組裝成功率，而且前期投入相對(duì)比較低，是介于人工組裝和全自動(dòng)智能化生產(chǎn)組裝的折中方案，目前在江蘇、浙江、山東等地規(guī)模較小的企業(yè)廣泛應(yīng)用。