□ 季愛軍

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司長興分公司 上海 201913

1 研究背景

當(dāng)前,我國經(jīng)濟(jì)正處在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的階段,已經(jīng)逐步由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。隨著港機(jī)業(yè)務(wù)市場的逐漸飽和,需求的數(shù)量有所下降,公司的港口業(yè)務(wù)市場增長潛力較小。對(duì)于制造型的企業(yè)來說,必須以技術(shù)革新為龍頭,對(duì)技術(shù)進(jìn)行知識(shí)沉淀,加強(qiáng)產(chǎn)品的技術(shù)改造和設(shè)計(jì)優(yōu)化升級(jí),同時(shí)設(shè)計(jì)制作各類輔助設(shè)備,從而提升產(chǎn)品質(zhì)量,降低企業(yè)的運(yùn)行成本[1-2]。上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司長興分公司大車行走配套事業(yè)部主要向公司各總裝現(xiàn)場配套成套的大車行走機(jī)構(gòu),每年可生產(chǎn)成套大車行走機(jī)構(gòu)400臺(tái)。大車行走機(jī)構(gòu)如圖1所示,是橋吊產(chǎn)品的重要組成部件,主要由四組行走機(jī)構(gòu)加門框的結(jié)構(gòu)形式組合而成,實(shí)現(xiàn)沿鋪設(shè)的軌道水平移動(dòng),四組行走機(jī)構(gòu)的排裝控制精度至關(guān)重要。鑒于此,筆者提出以改變抗剪塊連接方式的一次排裝技術(shù),擺脫了對(duì)總裝現(xiàn)場操作者技能和經(jīng)驗(yàn)的依賴,在制造效率和裝配質(zhì)量上都得到了很大的改善,同時(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)整體發(fā)運(yùn)工裝,實(shí)現(xiàn)了整機(jī)運(yùn)輸至總裝現(xiàn)場,極大地保證了產(chǎn)品最終的交付質(zhì)量,并縮短了生產(chǎn)制造的周期。

圖1 大車行走機(jī)構(gòu)

2 難點(diǎn)分析

抗剪塊的作用是在裝配時(shí)通過抗剪塊的定位,限制機(jī)構(gòu)的自由度,從而保證機(jī)構(gòu)件裝配的直線度和垂直度要求,使行走機(jī)構(gòu)的車輪啃軌現(xiàn)象逐漸減少,提升產(chǎn)品的質(zhì)量[3-4]。

大車行走機(jī)構(gòu)目前主流的裝配方式如下:根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和工藝技術(shù)要求,平衡梁及車架構(gòu)件焊接完工后,轉(zhuǎn)運(yùn)到裝配車間軌道排裝進(jìn)行預(yù)裝配;調(diào)整好直線度和垂直度后,進(jìn)行抗剪塊的定位;將抗剪塊兩側(cè)坡口點(diǎn)焊固定,待排裝后拆下再焊滿;超聲波檢測合格后進(jìn)行打磨,發(fā)涂裝車間進(jìn)行油漆。為保證大車行走機(jī)構(gòu)在軌道排裝拆卸后能夠正確安裝,大車行走機(jī)構(gòu)在軌道排裝完成后,要對(duì)平衡梁及車架進(jìn)行編號(hào),并在銷軸處敲打鋼印編號(hào),便于總裝時(shí)按編碼進(jìn)行安裝,保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量。

對(duì)以上裝配方式進(jìn)行難點(diǎn)分析。

(1) 定位抗剪塊由于部分構(gòu)件已經(jīng)完成油漆處理,而在設(shè)計(jì)時(shí),抗剪塊裝配形式為焊接式的構(gòu)件,焊接時(shí)會(huì)對(duì)構(gòu)件造成二次污染,降低產(chǎn)品質(zhì)量,降低客戶滿意度?？辜魤K裝配形式如圖2所示。

圖2 抗剪塊裝配形式

(2) 車間預(yù)裝定位如圖3所示,抗剪塊需要每次對(duì)機(jī)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)排裝和二次裝配,并對(duì)抗剪塊進(jìn)行定配加工,會(huì)增加制造等待時(shí)間和企業(yè)運(yùn)行成本。同時(shí)在構(gòu)件油漆處理后由于漆膜厚度的影響,可能造成二次裝配精度下降,最終產(chǎn)生質(zhì)量事故[5]。

圖3 車間預(yù)裝定位

(3) 進(jìn)行抗剪塊定位操作時(shí),工人在高空復(fù)雜環(huán)境下操作,有發(fā)生生產(chǎn)安全事故的隱患。

(4) 單件產(chǎn)品發(fā)運(yùn)至總裝現(xiàn)場,再進(jìn)行二次拼裝,降低了裝配的質(zhì)量,增加了大量的成本。

3 抗剪塊制作方案

針對(duì)一系列問題,通過對(duì)抗剪塊的形式進(jìn)行分析研究,改變?cè)裙潭ê附邮綖榭烧{(diào)節(jié)柔性連接形式,共形成兩種方案。

方案1為抗剪塊L形加調(diào)整墊片形式。結(jié)構(gòu)組焊成型,進(jìn)金工車間進(jìn)行銑削加工,將抗剪塊加工成L形抗剪塊,如圖4所示。在排裝時(shí),通過定配調(diào)整墊片塞入間隙進(jìn)行調(diào)整,確保裝配達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求。同時(shí)在抗剪塊的兩端增加卡板,用螺栓的方式進(jìn)行固定,最終裝配以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。最終裝配如圖5所示。根據(jù)公司的實(shí)際加工制作情況,使用L形抗剪塊加調(diào)整墊片形式,在機(jī)加工工序會(huì)增加銑削抗剪塊和定配調(diào)整墊片的工作,并且定配調(diào)整墊片需要較長的等待時(shí)間,浪費(fèi)工時(shí),不能有效節(jié)約成本。

圖4 L形抗剪塊

圖5 最終裝配

方案2為螺栓調(diào)節(jié)。具體做法為對(duì)抗剪塊進(jìn)行預(yù)加工,完成后進(jìn)行結(jié)構(gòu)組焊,之后再對(duì)各機(jī)械連接部位進(jìn)行加工,實(shí)現(xiàn)抗剪塊螺栓調(diào)節(jié)?？辜魤K部分通過鉆孔、攻絲工序來進(jìn)行處理。在平衡梁上開相應(yīng)的螺栓孔,利用增加的外置螺栓、螺母進(jìn)行調(diào)節(jié),同時(shí)利用雙螺母進(jìn)行固定鎖死,實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整大車裝配要求。

螺栓調(diào)節(jié)如圖6所示。

圖6 螺栓調(diào)節(jié)

方案2與方案1相比較,在結(jié)構(gòu)成型方面,只需要通過劃線來保證基本基準(zhǔn);在機(jī)加工方面有所優(yōu)化,不需要增加額外的機(jī)加工工序;在裝配方面,只需要進(jìn)行一次排裝,在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí),提升了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。

經(jīng)過專家組成員的討論和分析,一致認(rèn)為方案2更加適合公司當(dāng)前的發(fā)展需要。

4 可行性驗(yàn)算

根據(jù)公司大車行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)35～160 t車輪的輪壓進(jìn)行分類,并進(jìn)行計(jì)算。40Cr螺栓材料靜應(yīng)力σ+1p為300 MPa,為確保螺栓的使用壽命,所選用的安全因數(shù)n在1.3～1.4范圍內(nèi),啃軌力因數(shù)取0.1。

選用M24螺栓進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算,首先計(jì)算構(gòu)件在實(shí)際工況中的最大應(yīng)力[σ+1p]:

[σ+1p]=σ+1p/n

(1)

計(jì)算可得[σ+1p]為226 MPa。

設(shè)計(jì)時(shí)的工作輪壓P為35 t,啃軌力因數(shù)r為0.1,工作螺栓為M24規(guī)格,計(jì)算實(shí)際應(yīng)力σ:

(2)

計(jì)算可得σ為152 MPa。由于工作實(shí)際應(yīng)力小于調(diào)節(jié)螺栓最大許用應(yīng)力,因此可以滿足實(shí)際工況需要。同時(shí)根據(jù)公司主要機(jī)型進(jìn)行逐個(gè)計(jì)算,形成抗剪塊螺栓選用系列表,見表1,供設(shè)計(jì)部門在設(shè)計(jì)之初對(duì)應(yīng)選擇合適螺栓[6]。

表1 抗剪塊螺栓選用系列表

5 抗剪塊試驗(yàn)

選擇岸橋32輪行走機(jī)構(gòu)項(xiàng)目為研究對(duì)象,如圖7所示,最大工作輪壓為50 t,最大非工作輪壓為70 t,啃軌力因數(shù)為0.1,結(jié)合安全因數(shù),螺栓直徑選用第二系列M30螺栓。

圖7 岸橋32輪行走機(jī)構(gòu)

根據(jù)計(jì)算式可得靜壓力為139 MPa,小于40Cr螺栓材料靜應(yīng)力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,選用M30螺栓可以滿足實(shí)際使用要求。

具體制作如下。

(1) 預(yù)加工。對(duì)抗剪塊等小件進(jìn)行預(yù)加工,保證各個(gè)面的相對(duì)位置要求。

(2) 成型。根據(jù)圖紙要求對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拼裝、施焊,完工后劃十字中心線,按中心線裝配抗剪塊,完成抗剪塊的施焊。

(3) 金加工。金工車間對(duì)構(gòu)件進(jìn)行整體加工,通過鉆、鉸、攻絲工序加工抗剪塊位置的螺栓孔,保證各加工位置的表面粗糙度和尺寸精度。

(4) 沖砂、油漆。構(gòu)件加工平面、螺栓孔位置利用工裝進(jìn)行保護(hù)后,按照涂裝工藝要求沖砂、油漆。

(5) 裝配。構(gòu)件完工后,轉(zhuǎn)入裝配車間,根據(jù)總裝圖紙和工藝要求進(jìn)行裝配。利用激光測量儀進(jìn)行精度控制,通過工具移動(dòng)構(gòu)件,確保車輪中心與軌道中心重合。旋入螺栓,使用雙螺母進(jìn)行緊固。自檢復(fù)測數(shù)據(jù)之后,邀請(qǐng)第三方監(jiān)理公司進(jìn)行項(xiàng)目的驗(yàn)收工作[7]。

通過對(duì)整個(gè)制作流程的控制和質(zhì)量控制,記錄抗剪塊及螺栓處的變形數(shù)據(jù)、總裝碼頭的試機(jī),收集用戶使用的反饋,確認(rèn)螺栓調(diào)節(jié)形式完全滿足使用需要,可進(jìn)行推廣。螺栓調(diào)節(jié)現(xiàn)場如圖8所示。

圖8 螺栓調(diào)節(jié)現(xiàn)場

6 整體發(fā)運(yùn)設(shè)計(jì)使用

為有效解決二次排裝的問題,使行走機(jī)構(gòu)在車間里完成所有零部件的安裝和調(diào)試,整體運(yùn)輸?shù)娇傃b現(xiàn)場,結(jié)合目前公司項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。

由于有四組行走機(jī)構(gòu),考慮到構(gòu)件的大小和每組質(zhì)量約45 t,通過三維軟件設(shè)計(jì)大型龍門擱架,如圖9所示,由此進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn),每次轉(zhuǎn)運(yùn)兩組[8]。此工裝有兩條平行導(dǎo)軌用于承載兩組整機(jī),兩條導(dǎo)軌分別由四根橫梁共同承載整機(jī)的重力。制作六個(gè)支腿以增大承載力,提高工裝的穩(wěn)定性。兩個(gè)支腿之間留足空間,便于液壓平板車能夠?qū)⒄麄€(gè)工裝整體頂升后轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖9 大型龍門擱架

使用車間75 t行車將整機(jī)吊運(yùn)至整體發(fā)運(yùn)工裝,如圖10所示。以導(dǎo)軌作為承載平臺(tái),將整機(jī)落至此平臺(tái)上[9]。在兩軌道之間有一個(gè)支架,用于隔開兩個(gè)整機(jī)構(gòu)件。兩側(cè)邊緣各有一個(gè)支架,支架上裝配有機(jī)加工螺桿。整機(jī)和支架之間放置枕木,用以保護(hù)工件表面。調(diào)節(jié)四根螺桿,壓緊平衡梁的側(cè)面,減少在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中由于路面顛簸等引起整機(jī)發(fā)生縱向竄動(dòng)。利用平衡梁的吊裝孔,完工之后進(jìn)行整體發(fā)運(yùn),如圖11所示。用綁扎帶通過四個(gè)吊裝孔將整機(jī)與工裝底架綁扎,保證在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中整機(jī)的穩(wěn)定性。

圖10 吊運(yùn)至整體發(fā)運(yùn)工裝

圖11 完工后整體發(fā)運(yùn)

通過改進(jìn)可調(diào)整式抗剪塊和設(shè)計(jì)制作大車整體發(fā)運(yùn)設(shè)備,可將原二次排裝減少為一次,且全部工作量在車間內(nèi)完成,提升產(chǎn)品的質(zhì)量和精度,使各基準(zhǔn)更加準(zhǔn)確可靠,降低車輪啃軌的可能性,縮短產(chǎn)品整體的制作周期。大車行走機(jī)構(gòu)制作周期整體縮短5 d,大大節(jié)約了生產(chǎn)基地排裝的成本。

7 結(jié)束語

創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展動(dòng)力的源泉,筆者通過理論聯(lián)系實(shí)踐,分析了大車行走機(jī)構(gòu)抗剪塊存在的問題和問題的癥結(jié)所在,通過方案論證和設(shè)計(jì)計(jì)算,選擇可行性方案進(jìn)行試驗(yàn)論證,將整體發(fā)運(yùn)與抗剪塊技術(shù)應(yīng)用于大車行走機(jī)構(gòu)生產(chǎn)中,取得了成功[10]。結(jié)合設(shè)計(jì)制造整體發(fā)運(yùn)設(shè)備,向總裝現(xiàn)場輸送成套的行走機(jī)構(gòu),改變了以往零部件配送的轉(zhuǎn)運(yùn)方式,保證了產(chǎn)品整體制作的質(zhì)量,縮短了機(jī)構(gòu)件整體制造的周期。所做研究為公司后續(xù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新升級(jí)和設(shè)計(jì)制作轉(zhuǎn)運(yùn)類似的結(jié)構(gòu)件提供了借鑒,為建設(shè)精益化制造型企業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。