淺談JLK-630 型框絞機(jī)上盤機(jī)構(gòu)的優(yōu)化改造

余德洋

（上海華新麗華電力電纜有限公司，上海 201802）

引言

本文以JLK-630 型37B/6+12+18 框絞機(jī)為例, 以下簡稱：37B 框絞機(jī)(三段絞籠共36 個(gè)放線盤,和前端1 個(gè)中心線放線盤）,用于扇形導(dǎo)體絞制緊壓，圓形導(dǎo)體絞合拉制緊壓等。自2003 年使用至今，底部液壓上盤裝置經(jīng)多次整修, 升降系統(tǒng)可靠性仍得不到保障，影響正常生產(chǎn)。同時(shí)因液壓系統(tǒng)外漏和內(nèi)泄的原因，一方面污染周邊環(huán)境，另一方面升降過程存在較大的安全隱患。“安全”、“環(huán)?！?、“生產(chǎn)”，一系列急待解決的問題擺在我們面前。

圖0 -1 37B/6+12+18 框絞機(jī)現(xiàn)場布局圖

1 現(xiàn)況分析

1.1 機(jī)構(gòu)功能說明

底部上盤裝置由液壓升降臺(tái)、載盤平移小車和推動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。液壓升降臺(tái)為叉式結(jié)構(gòu)，通過液壓缸的動(dòng)作可使裝載線盤的平移小車上升或下降。

平移小車上由可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤，線盤推上小車后需旋轉(zhuǎn)90°，以便絞籠頂針裝夾線盤。平移小車由推動(dòng)機(jī)構(gòu)中的氣缸作用，經(jīng)過導(dǎo)軌推入液壓升降臺(tái)或拉出液壓升降臺(tái)。

圖1 -1 37B 框絞機(jī)底部上盤裝置圖（以12 盤為例）

37B 框絞機(jī)上盤流程：

“平臺(tái)上升至地面（液壓）”→“滑移小車載盤”→“小車平移至后限位（氣壓）”→“平臺(tái)上升至絞籠位（液壓）”→“線盤裝夾”→“平臺(tái)下降至下限位（液壓）”→“滑移小車平移至前限位（氣壓）”→“上盤結(jié)束”。

37B 框絞機(jī)下盤流程：

“滑移小車平移至后限位（氣壓）”→“平臺(tái)上升至絞籠位（液壓）”→“空線盤下卸至滑移小車”→“平臺(tái)下降至地面平齊（液壓）”→“滑移小車載空線盤平移至前限位（氣壓）”→“推線盤下小車”→“平臺(tái)下降至下限位（液壓）”→“下盤結(jié)束”。

由設(shè)備說明書可知液壓系統(tǒng)：6 盤最大起升力為100kN，12 盤最大起升力為100kN，18 盤最大起升力為200kN。

另外氣壓部分：6 盤、12 盤和18 盤各1 套氣缸。則輸出推力5020N，輸出拉力4530N。

1.2 故障問題點(diǎn)說明

（1）液壓系統(tǒng)的內(nèi)漏外泄：一方面污染環(huán)境，另一方面導(dǎo)致平臺(tái)升降無力，特別是線盤滿盤時(shí)，（單個(gè)Φ630 線盤滿盤時(shí)重量為500kg，其中6B 段承重2 噸，12B 段承重3 噸，18B 段承重4.5 噸）,平臺(tái)在上升送盤過程中，上升不到位，而導(dǎo)致上盤失敗。同時(shí)因上盤失敗需操作人員下基坑處理，由此產(chǎn)生很大的安全隱患。

（2）平移小車推動(dòng)機(jī)構(gòu)氣缸劣化串氣嚴(yán)重：平移小車裝載線盤后，因無足夠的推拉力，在送盤或接盤過程中出現(xiàn)平移小車停滯不前，進(jìn)而導(dǎo)致上下線盤失敗。

（3）底部上盤裝置的不穩(wěn)定性：導(dǎo)致生產(chǎn)連續(xù)性無法得到保障，為不耽誤生產(chǎn)，采用叉車上下線盤，由于操作的不可控性，存在著較大的安全隱患。

（4）維修成本高

通過對(duì)37B 框絞機(jī)底部上盤裝置2018 年上半年度修繕費(fèi)總計(jì)：104621 元，其中損耗的液壓油費(fèi)用占總費(fèi)用的86%，半年高達(dá)約9 萬元，推算全年將浪費(fèi)掉約18 萬元的液壓油。若此狀態(tài)持續(xù)下去，2018 年全年的總修繕費(fèi)將高達(dá)約20 萬元。（注：不含危廢垃圾處理費(fèi)）

綜上所述，徹底解決37B 框絞機(jī)因底部上盤裝置故障所帶來的一系列問題迫在眉睫。

2 新方案的制定

2.1 設(shè)計(jì)理念

要徹底解決問題，就要淘汰原來的老舊裝置。設(shè)計(jì)出安全環(huán)保型上盤裝置是我們的終極目標(biāo)。

通過與同行交流，目前新型的絞線設(shè)備已經(jīng)采用翻轉(zhuǎn)式—45°側(cè)下方絲桿機(jī)構(gòu)上盤裝置。該絲桿機(jī)構(gòu)與液壓機(jī)構(gòu)相比，除了上下線盤方便可靠之外，重要的是現(xiàn)場環(huán)境整潔。

但是該上盤裝置的絲桿易損壞，因其呈45°狀態(tài)工作，其總的提升力F，分解為水平方向力Fx 和豎直方向力Fy 所致。受力分析如下圖所示：

圖2 -1 絲桿受力分析圖

雖然該種裝置存在一些缺陷，但絲桿升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)無疑是一款新穎的設(shè)計(jì)理念。

2.2 改造方案擬定

通過對(duì)原底部液壓上盤裝置和側(cè)下方絲桿上盤裝置的綜合對(duì)比與分析，擬定出環(huán)保型新式底部上盤裝置方案及簡圖：

（1）6B、12B、18B 絞體分別有一個(gè)電動(dòng)升降平臺(tái),采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)帶動(dòng)升降平臺(tái)的傳動(dòng)方式。平臺(tái)采用豎直式絲桿升降機(jī)構(gòu)，平臺(tái)下方四個(gè)角各裝一臺(tái)蝸輪絲桿升降機(jī)，保障平臺(tái)的平穩(wěn)性。

（2）為保證傳動(dòng)比的一致性，電機(jī)通過同步齒形帶直接驅(qū)動(dòng)左右兩側(cè)蝸輪絲桿升降機(jī)，前后兩側(cè)蝸輪絲桿升降機(jī)由萬向傳動(dòng)軸相連。

（3）載盤平移小車的移動(dòng)采用電動(dòng)絲桿結(jié)構(gòu)，出于負(fù)荷、摩擦和運(yùn)行位置精度方面的考量，平移小車移動(dòng)導(dǎo)向采用直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌固定在升降臺(tái)上，滑塊固定在平移小車底面。

（4）升降臺(tái)基座采用厚鋼板，框架采用鋼板焊接，經(jīng)整體退火加工，確保強(qiáng)度和剛性。

圖2 -2 新型底部上盤裝置方案簡圖

2.3 主要構(gòu)件的配置

從生產(chǎn)工藝、安全可靠、采購成本及后期維護(hù)等多方評(píng)估，選型如下：

（1）蝸輪絲桿升降機(jī)選用標(biāo)準(zhǔn)型SWL10 系列蝸輪絲桿升降機(jī)（查閱JB/T8809-2010.SWL 蝸輪螺桿升降機(jī)形式、參數(shù)與尺寸〔S〕附錄C“絲桿長度與極限負(fù)荷關(guān)系表”-SWL10 系列：提升力20kN,4 組即為80kN，起升速度V=0.9m/min）,現(xiàn)場需求最大負(fù)荷18B 為45 kN，升降速度0.5 m/min，滿足生產(chǎn)需求。

（2）升降機(jī)電機(jī)型號(hào)選用YES2-132M2-6 電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，P=5.5 kW,n=960 r/min （設(shè)計(jì)理論轉(zhuǎn)速1000 r/min，升降臺(tái)總功率3.56 kW；取安全系數(shù)K=1.5，具備自鎖性），符合選型要求。

（3）帶傳動(dòng)選用型：帶輪齒數(shù)Z=Z1=Z2=28，節(jié)距Pb=14M, 帶寬bS=40mm, 帶長L0根據(jù)實(shí)際長度定。（查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第2 卷“表 14.1-72”，計(jì)算得帶輪直徑d1=124.8mm；由“表14.1-69d”： 查得可傳遞功率P0=11.59kW），滿足使用需求（設(shè)計(jì)理論帶輪最小直徑109.4mm，總功率5.5kW）。

（4） 平移小車機(jī)構(gòu)選型： 平移推動(dòng)絲桿選用Tr44×12，直線滑塊（4 套）采用HGW45CC（綜合摩擦系數(shù)為0.05）,斜齒-錐齒齒輪馬達(dá)KYW67S-4-Y-1.1-B3適合工況需求, 電機(jī)功率1.1 kW，速比1：4，n =1450r/min，n =362.5r/min 。

因18B 段負(fù)載最大Fa（4500×9.8×0.05=2205 N），故取18B 段數(shù)據(jù)計(jì)算(其中S：絲桿導(dǎo)程12mm，η：進(jìn)給絲桿的正效率0.94)

絲桿推力F=2πηT/S=2×3.14×0.94×（9550×1.1÷362.5）÷0.012,則F=14255.8N ＞Fa,故滿足使用需求。

（5）平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)要求：升降臺(tái)基座采用30mm 厚鋼板，框架采用鋼板及12#槽鋼焊接，經(jīng)整體退火加工，確保強(qiáng)度和剛性?；菩≤囖D(zhuǎn)盤采用45#鋼調(diào)質(zhì)處理，厚度增加至18mm，提升載盤的強(qiáng)度與剛性。

綜上所述，經(jīng)過對(duì)新型底部上盤裝置主要構(gòu)件的選型，電控絲桿上盤裝置的方案已得到確定，前期的準(zhǔn)備工作基本完成。

3 優(yōu)化改造

改造前后單次上盤數(shù)量相同，即6B 段平臺(tái)每次可上盤2 只，12B 段平臺(tái)每次可上盤3 只，18B 段平臺(tái)每次可上盤5 只。我廠的框絞機(jī)絞籠為四等分，每次上盤絞籠旋轉(zhuǎn)90°，即可實(shí)現(xiàn)6B 段裝載6 個(gè)線盤（出廠設(shè)置6 個(gè)線盤位，其它2 個(gè)為空位），12B 段裝載12 個(gè)線盤，18B 段裝載18個(gè)線盤的功能（出廠設(shè)置18 個(gè)線盤位，其它2 個(gè)為空位）。

2018 年7 月底新上盤裝置加工完成到廠，經(jīng)過基坑改造及現(xiàn)場確認(rèn)等前置作業(yè)完成后，于2018 年8 月5 日37B 框絞機(jī)新型底部上盤裝置安裝完成。經(jīng)試機(jī)作業(yè)，對(duì)“上”“下”“前”“后”四個(gè)限位開關(guān)進(jìn)行了修正。測試結(jié)果：上盤裝置技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計(jì)方案技術(shù)要求并滿足現(xiàn)場生產(chǎn)使用需求。2018 年8 月8 日該上盤裝置正式投入使用。

圖3 -1 新型底部上盤裝置現(xiàn)場圖

4 改造效果

37B 框絞機(jī)底部上盤裝置改造為電控絲桿上盤裝置后，自2018 年8 月投入使用至2019 年4 月底，上盤裝置故障為零。（1）上下盤作業(yè)安全可靠，設(shè)備生產(chǎn)連續(xù)性得到有效的保障。（2）“無污染”的特性，使周邊的環(huán)境得到改善，絞線班因此在“6S”評(píng)比活動(dòng)中，取得第一名的好成績。（3）該項(xiàng)優(yōu)化改造，受到了ISO14001 環(huán)境管理體系外審組的一致認(rèn)同。（4）“節(jié)能”方面也取得一些小成果，改造前上盤裝置電機(jī)功率為15kW,改造后電機(jī)功率為6.6kW。每天實(shí)際使用2 小時(shí)，則日節(jié)電約16.8 度。則年節(jié)約電費(fèi)：16.8度/天×0.96 元/度×26 天×12 個(gè)月=5031.94 元。

本次改造費(fèi)總計(jì)19.5 萬元，基本與改造前全年20 萬元修繕費(fèi)持平。

5 結(jié)語

在電纜行業(yè)中，絞線設(shè)備占據(jù)重要位置。JLK-630 型37B 框絞機(jī)做為我司的主力設(shè)備，經(jīng)過優(yōu)化改造，除了去除生產(chǎn)瓶頸，同時(shí)還在“安全”“環(huán)?！薄肮?jié)能”方面達(dá)到理想的狀態(tài)。另外該項(xiàng)技改可通用于JLK 系列框絞設(shè)備。

回顧此次的改造歷程，本人也有了不小的收獲和體會(huì)。

（1）采購的新設(shè)備，除了滿足生產(chǎn)工藝要求 ，還要綜合評(píng)估“安全”、“環(huán)?！焙汀澳芎摹钡确矫?；

（2）在用的設(shè)備，預(yù)防性點(diǎn)檢維護(hù)必須落實(shí)到位，設(shè)備得到有效的維保，使用壽命得以延長，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益；

（3）“工欲善其事，必先利其器”，對(duì)于老舊設(shè)備或機(jī)構(gòu)，做適時(shí)的汰換或技改，以期實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和降低故障率的目的；

（4）“節(jié)能減排”是企業(yè)義不容辭的責(zé)任，用實(shí)際行動(dòng)守護(hù)好我們的“綠水青山”。