新型鋁電解多功能機組橋架裝配專用治具設計

黃 浩

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司技術管理辦公室， 遼寧 沈陽 110141)

新型鋁電解多功能機組橋架裝配專用治具設計

黃 浩

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司技術管理辦公室， 遼寧 沈陽 110141)

本文針對過去鋁電解多功能起重機橋架裝配過程中出現的各種弊端，經過多年的實踐摸索和現場裝配經驗的積累，通過改進原設計治具結構，優化結構設計方案，研發設計了一套用于橋架裝配使用的新型專用治具，該專用治具采用特殊框架結構形式，解決了以往天車橋架裝配效率低、裝配質量差、安全性差的落后裝配方式，滿足橋架裝配平面度、各梁間平行度、端梁直線度、端梁與主梁間垂直度等工藝要求，為鋁電解多功能起重機橋架裝配提供了質量保障。

鋁電解多功能起重機； 橋架； 結構； 裝配； 治具

0 概述

鋁電解多功能機組是國內外制鋁行業大型預焙陽極電解廠的關鍵設備之一，沈冶機械公司是國內最早具備鋁電解多功能機組生產的專業廠家，也是目前國內最大和具備出口能力的鋁電解多功能機組制造企業，近年來隨著國內外制鋁市場的變化，沈冶機械生產的鋁電解多功能機組也由原來單一的兩梁單車結構，重新開發設計了新型的大跨距三梁兩車結構，特別是2011～2013年間開發設計的500 kA、600 kA電解槽用鋁電解多功能機組，是目前國內跨距最大的新型三梁鋁電解多功能機組，跨距分別為：28.5 m、33 m，主要由大車、工具小車、出鋁小車、液壓系統、氣動系統和電控系統等部分組成，大車是鋁電解多功能天車工具小車、出鋁小車運行的橋架部分，大車主要由主梁、端梁、車輪等部件構成，其結構特點是大車設置有三個主梁，主梁是一種移動式金屬結構，是天車的主要承載部件結構，大跨度天車的主梁重量占到整機自重的50%～60%，所以合理的確定主梁的結構參數和裝配形式，對減輕主梁的自重防止主梁變形導致工具小車、出鋁小車偏軌的關鍵所在；兩個主梁之間設置有工具小車、出鋁小車，工具小車、出鋁小車分別以四個車輪支撐在主梁的軌道上，電解多功能機組的核心部件如：打殼機構、下料機構、更換陽極裝置、液壓裝置及操縱室都安裝在工具小車上，工具小車在大車上運行并實現打殼、下料、陽極更換等動作，滿足了國內外大型鋁電解廠高溫熔鹽，大電流、強磁場、多粉塵及HF煙氣的工況要求和工藝需要。

1 改進前工裝治具

以往沈冶機械公司在天車橋架裝配過程中雖然采用了很多的措施，用于保障和實現天車裝配的高質高效，但由于缺少專用治具對天車橋架裝配全方位的控制保障，橋架裝配的形位公差很難保證，其裝配質量和裝配效率一直沒有明顯的改觀，而且存在安全隱患，如：

(1)最早采用的橋架裝配支撐底座為兩個連體鑄鋼件長方型底座，由于底座結構笨重難于搬運，靈活性很差，同時由于鑄造時間長、且鑄造結構中存在鑄造沙眼、氣孔等弊端，當自重很重的橋架擺放上面之后，極易在鑄造不均勻處產生裂紋，導致底座支撐開裂，安全隱患嚴重；同時由于兩端梁間直線度難保證，導致主梁間平行度、主梁與端梁的垂直度嚴重超差，裝配時調整時間長，效率低下。

(2)通過實踐，改進了橋架裝配底座設計，將鑄鋼件底座改進設計成焊接結構形式的幾組專用等高墊，在等高墊表面一端用固定塊定位后將端梁擺放上面，這種結構形式的等高墊由于高度一致，對端梁與主梁的框架結構裝配有了明顯改善，同時由于等高墊一端有定位塊限制，兩端梁的直線度調整時間明顯縮短，但該結構對幾組等高墊的平面度及擺放的直線度要求極高，端梁裝配之后長度近30 m的直線度要求保障在±0.03 mm，調整仍然相當困難，裝配質量和裝配效率還是很不理想，以至于對后期的主梁裝配影響很大，反復調整裝配效率很低。

2 新型橋架裝配專用治具結構設計

新型橋架裝配專用治具是由：底部裝置、組合梁裝置、端梁定位鎖緊裝置、車輪調整H型專用治具等部分組成，結構示意圖見圖1。

圖1 新型橋架裝配專用治具結構示意圖

(1)底座裝置的設計：底座是保證和承載天車橋架重量和裝配的載體，主要由：上下蓋板、側板、隔板、鋼管、微調裝置等部件組成，焊接完成后的箱格式框架結構四個為一組，根據端梁長度確定擺放間隔，放置于地基平面上，調整四個底座使之直線度、平行度滿足公差要求，通過壓板將底座用高強度螺栓固定好；之后通過調節底座上微調裝置，將組合梁精確定位鎖緊，避免組合梁平面移動；再通過腰型孔及高強度螺栓將組合梁及底座牢固把合，形成統一整體[1]。底部支撐裝置結構示意圖見圖2。

圖2 底部支撐裝置結構示意圖

(2)組合梁的結構選擇及對接方式的確定：組合梁裝置的結構的選擇是根據天車橋架裝配的總體布置方案選型論證、分體控制裝置設計及整體裝配專用治具結構在多工況下的強度、剛度分析后，最終確定專用治具結構的優化設計方案。由：組合梁、組合梁連接板、車輪定位軌道等部件組成，每件組合梁斷面上焊接有組合梁連接板，連接板上設計有定位準確的定位鍵，兩件組合梁定位準確后，通過連接板上把合螺栓將兩件組合梁把合成統一整體，每件組合梁上表面定位軌道的設計，既解決了單個端梁上車輪直線度及定位問題，又有效解決了長達12 m的天車橋架裝配過程中直線度要求在±0.03 mm范圍內的圖紙設計要求；組合梁及對接裝置結構示意圖見圖3[2]：

圖3 組合梁及對接裝置結構示意圖

(3)端梁定位鎖緊裝置的設計：由側向支板、加強筋板、上支撐、下支撐、導向輪、定位鎖緊螺栓及螺母、調整裝置等部分組成，其中上、下支撐的設計充分考慮各類型天車端梁截面設計尺寸問題，按最大截面尺寸設計；天車端梁的定位鎖緊，是通過調整裝置實現；當該裝置通過定位鎖緊螺栓螺母定位安裝在組合梁上后，通過導向輪的行走功能，實現該裝置在不同端梁長度上的橫向行走定位鎖緊，人性化的設計方案為天車橋架裝配提供了方便，端梁調整裝置結構示意圖見圖4。

圖4 端梁調整裝置結構示意圖

(4)車輪調整H型專用治具設計：其主要由H型底座、軌道定位塊、止動墊鐵、螺紋孔調整墊、光孔調整墊、微調頂絲等部分組成。橋架裝配過程中，兩端梁直線度公差保障是確保主梁裝配時三梁間平行度、主梁與端梁垂直度的關鍵所在，當端梁的車輪裝配完成后，為確保端梁的直線度要求，設計研發了該端梁車輪調整H型專用治具。其中H型底座通過軌道定位塊安放在組合梁軌道上，與組合梁的定位軌道精準定位，實現組合梁定位軌道長度上四個H型車輪專用治具的直線度定位基準的統一；端梁車輪安放在該治具上，微調和定位通過設計增加的微調頂絲實現定位鎖緊；為防止車輪在裝配過程中橫向轉動，在H型底座上設計了專用的止動墊鐵，解決了車輪的轉動問題，車輪調整H型專用治具結構示意圖見圖5。

圖5 車輪調整H型專用治具結構示意圖

3 結論

新型鋁電解多功能機組橋架裝配專用治具設計，結構設計合理、緊湊、實用性強，整個治具高度限制在1600 mm，減少高空裝配帶來的安全隱患，方便使用；改變了原有落后的裝配調整方式，縮短了橋架裝配時間，提高裝配質量的同時提高工作效率達50%；由于設計采用了組合梁定位軌道對車輪在長度上的限位作用，使得端梁裝配在12 m長度上實現了±0.03 mm的直線度要求；易于組裝及拆卸，靈活性強；適宜各種不同類型及規格的天車橋架裝配需要，現應用于本公司各類天車橋架裝配中，使用效果很好。

[1] 吳拓.現代機床夾具設計[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2] 中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊—焊接結構[M].北京：機械工業出版社，1992.

Design of Crane Bridge Assembly Special Fixture for New-type Pot Tending Machine

HUANG Hao

(Technology Management Office, NFC (Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

According to disadvantages of old pot tending machine in the assembly process, after many years of exploration and practice field assembly experience, by improving the original design of fixture structure and optimizing the structure design, a set of new special tool assembly used for bridge has been researched and developed. The special frame structure has been used for this special fixture, solves the problems of low efficient crane bridge assembly, the poor assembly quality and poor reliability, meets the process requirements of crane bridge assembly flatness, parallelism between the girders, the straightness of end beams, and the verticality between end beams and the girders, provides quality guarantee for the crane bridge assembly of pot tending machine.

pot tending machine； crane bridge； structure； assembly； fixture

2013-09-22

黃浩(1962-),女，遼寧沈陽人，工程師，大學本科，主要從事公司科技研發項目工作。

TF821

B

1003-8884(2014)01-0009-03