下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及效益計(jì)算

張玲玲

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

0 引言

跟著制鋁行業(yè)的腳步，電解槽技術(shù)正在向大容量預(yù)焙電解槽的目標(biāo)前進(jìn)[1]，為了確保預(yù)焙電解槽現(xiàn)代化、高效率的穩(wěn)定出產(chǎn)，決定了鋁電解多功能起重機(jī)必須具有越來(lái)越完善的功能。

鋁電解多功能起重機(jī)的主要功能之一即是向電解槽內(nèi)添加覆蓋料，此項(xiàng)功能是由機(jī)組的下料裝置完成[2]。下料裝置的主要部件包括：料倉(cāng)、旋轉(zhuǎn)裝置、垂直升降系統(tǒng)、下料閥、下料料位控制及對(duì)位開(kāi)關(guān)等。

1 下料閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)

目前電解鋁工藝不斷發(fā)展，電解鋁廠內(nèi)氧化鋁物料顆粒不斷增大，下料裝置在實(shí)際使用過(guò)程中，極易出現(xiàn)卡料、堵料，漏料等狀況，嚴(yán)重影響正常使用，甚至降低整個(gè)機(jī)組的工作效率[3]。由于原有結(jié)構(gòu)的空間位置有限，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的制定受到下料系統(tǒng)的上、下標(biāo)高和下料行程限制，為滿足用戶的大容積料倉(cāng)且大行程要求，在現(xiàn)有條件下進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)較為困難[4]。

下料裝置中大部分組成部件多采用焊接件形式，其中下料閥則是由多個(gè)異形件鋼板組焊而成，另外還包括一套復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，加工、裝配難度較大，大大增加了鉚焊車間和裝配車間的工作難度和工作周期。

原有下料閥結(jié)構(gòu)包括閥體、閥板、拐軸、曲柄、氣缸等，閥體和拐軸上分別設(shè)置有閥板，閥板通過(guò)曲柄分別同閥體內(nèi)的氣缸相連。其主要工作原理是由氣缸控制進(jìn)料口的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)物料通過(guò)料倉(cāng)進(jìn)入下料管內(nèi)，進(jìn)行下料作業(yè)，具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

1.料倉(cāng) 2.下料閥 3.垂直升降裝置 4.旋轉(zhuǎn)裝置圖1 優(yōu)化前下料裝置結(jié)構(gòu)

圖2 原有下料閥結(jié)構(gòu)

為解決上述問(wèn)題，綜合考慮實(shí)用性及可操作性，經(jīng)過(guò)多次調(diào)研用戶實(shí)際使用工況，在保留原有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，最終確定采用外購(gòu)成品氣動(dòng)刀型閘閥加連接管的結(jié)構(gòu)形式替代原有的焊接結(jié)構(gòu)的下料閥。

新型下料閥主要由閘板閥和連接管組成。其工作原理是由氣缸活塞桿直連圓形閥板，通過(guò)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)新型下料閥閥板半開(kāi)、全開(kāi)，全閉三個(gè)動(dòng)作。通過(guò)連接管的過(guò)渡，將下料閥與下部料管連接在一起。

新型下料閥結(jié)構(gòu)中由氣缸直接控制閥板，無(wú)延時(shí)、效率高；閘板閥和接料管總高185 mm，比原結(jié)構(gòu)在高度上縮小150 mm，最大限度滿足實(shí)際使用的空間要求，為料倉(cāng)及行程設(shè)計(jì)留出足夠的空間；新型下料閥結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)制造周期、產(chǎn)品質(zhì)量控制及制造成本上都具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，重量減輕，制造成本減少，產(chǎn)品質(zhì)量提高，使用更加便捷、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

1.料倉(cāng) 2.氣動(dòng)刀型閘板閥 3.垂直升降裝置 4.旋轉(zhuǎn)裝置圖3 優(yōu)化后下料裝置結(jié)構(gòu)

圖4 改進(jìn)后下料閥結(jié)構(gòu)

2 下料閥優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

2.1 原有下料閥的成本情況

將原有下料閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分，按組成單件逐一計(jì)算其成本(包括直接加工成本和直接材料成本)，下料閥的具體組成部件包括閥體、閥板、拐軸、曲柄、氣缸等組成，在根據(jù)各個(gè)單件的實(shí)際加工步驟計(jì)算每道工序所需的加工費(fèi)用(其中不包括輔助生產(chǎn)費(fèi)用)，之后再逐個(gè)相加后，即可得到單件的生產(chǎn)成本，具體成本計(jì)算過(guò)程如下[5]。

閥體，主要是由多個(gè)異形件鋼板組焊加工而成，成本計(jì)算如下：

①材料成本(閥體采用鋼板Q235A，單價(jià)為2 800元/t)：

0.367 1 t×2 800元/t=1 027.9元。

②加工成本(加工成本=工時(shí)×工時(shí)成本)：

鉚焊(工時(shí)成本：2 545元/t)：0.367 1×2 545=934.3元；

壓容(鋸床)：0.15×12=1.8元；

下料：7×10=70元；

鉚：18×18=324元；

劃線工序：2.5×10=25元；

125鏜床：16×200=3 200元；

劃線工序：1.5×10=15元；

鉆床：2×12=24元；

鉗工工序：0.5×10=5元。

由上可知，其單件加工成本匯總?cè)缦碌茫?/p>

934.3+1.8+70+324+25+3 200+15+24+5=4 599.1元。

閥體成本合計(jì)為：1 027.9+4 599.1=5 627元。

(2)座成本計(jì)算如下：

①材料成本(座體采用鋼板Q235A，單價(jià)為2 800元/t)：

0.047 5 t×2 800元/t=133元。

②加工成本：

鉚焊(2 545元/t)：0.047 5×2 545=120.9元；

壓容(鋸床)：0.3×12=3.6元；

牛頭刨床：3×12=36元；

劃線工序：0.1×10=1元；

63車床：2.5×15=37.5元。

由上可知，其單件加工成本匯總得：120.9+3.6+36+1+37.5=199元。

座成本合計(jì)為：133+199=332元。

(3)曲柄成本計(jì)算如下：

①材料成本(曲柄采用鋼板Q235A，單價(jià)為2 800元/t)：

6.5/1 000 t×2 800元/t=18.2元。

②加工成本：

鉚焊(2 545元/t)：6.5/1 000×2 545=16.6元；

壓容(鋸床)：0.15×12=1.8元；

下料：0.5×10=5元；

鉚：0.8×18=14.4元；

劃線工序：0.25×10=2.5元；

鏜床：4×100=400元；

劃線工序：0.25×10=2.5元；

插床：1×12=12元。

由上可知，其單件加工成本匯總得：16.6+1.8+5+14.4+2.5+400+2.5+12=454.8元。

曲柄成本合計(jì)為：18.2+454.8=473元。

(4)軸套，成本計(jì)算如下：

①材料成本，(采用45#鋼，單價(jià)為3 800元/t)：1.4/1 000 t×3 800元/t=5.4元。

②加工成本：

鉚焊(2 545元/t)：1.4/1 000×2545=3.6元；

壓容(鋸床)：0.05×12=0.6元；

62車床：0.5×12=6元。

由上可知，其單件加工成本匯總得：3.6+0.6+6=10.2元。

軸套成本合計(jì)為：5.4+10.2=15.6元。

(5)拐軸成本計(jì)算如下：

①材料成本(拐軸采用鋼板Q235A，單價(jià)為2 800元/噸)：7.65/1 000 t×2 800元/噸=21.5元。

②加工成本：

鉚焊(2 545元/噸)：7.65/1 000×2 545=19.5元；

下料：0.6×10=6元；

鉚：1×18=18元；

劃線工序：0.25×10=2.5元；

小鏜：2×100=200元；

鉗工工序：0.5×10=5元；

劃線工序：0.5×10=5元；

鏜床：4×100=400元；

鉆床：0.25×12=3元；

鉗工工序：0.35×10=3.5元；

插床：1×12=12元；

由上可知，其單件加工成本匯總得：19.5+6+18+2.5+200+5+5+400+3+3.5+12 =674.5元。

拐軸成本合計(jì)為：21.5+674.5=696元。

(6)軸成本計(jì)算如下：

①材料成本，(采用鋼板45#鋼，單價(jià)為3 800元/t)：9.5/1 000 t×3 800元/t=36.1元。

②加工成本：

鉚焊(2 545元/t)：9.5/1 000×2 545=24.2元；

壓容(鋸床)：0.05×12=0.6元；

數(shù)控車床：0.75×40=30元；

劃線步驟：0.25×10=2.5元；

萬(wàn)能銑床：1×12=12元。

由上可知，其單件加工成本匯總得：24.2+0.6+30+2.5+12 =69.3元。

軸成本合計(jì)為：36.1+69.3=105.4元。

(7)整個(gè)下料閥的裝配成本計(jì)算如下：

總裝：24×10=240元。

(8)外委件、庫(kù)領(lǐng)件成本如表1所示。

表1 外委件、庫(kù)領(lǐng)件成本明細(xì)

(9)單臺(tái)改進(jìn)前下料閥的總合計(jì)成本如下：

5627+332+473+15.6+696+105.4+439+240=7 928元。

2.2 新型下料閥的成本情況

改進(jìn)后的下料閥，主要由連接管和氣動(dòng)刀型閘閥組成，改進(jìn)后的下料閥廠內(nèi)不進(jìn)行加工制造，全部由外委加工完成。

(1)連接管：外委件成本為960元；

(2)氣動(dòng)刀型閘閥：4 600元/件；

總成本合計(jì)為：960+5 000=5 960元。

綜上所述，整個(gè)下料裝置中除垂直升降裝置和旋轉(zhuǎn)裝置不變外，僅下料閥改進(jìn)前的成本是7 928元，改進(jìn)后下料閥的成本是5 960元，故每套下料裝置節(jié)省的成本約為：7 928-5 960=1 968元。另外，新型下料閥組件少，加工難度低，故成品質(zhì)量較好，減少了設(shè)備維護(hù)時(shí)間，提高了勞動(dòng)效率。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)下料裝置中下料閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，不僅能夠解決目前下料裝置在電解鋁廠使用中存在的諸多問(wèn)題，同時(shí)還具有以下特點(diǎn)。

(1)新型下料閥進(jìn)一步完善了原有下料系統(tǒng)功能的需求，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置更加緊湊，為其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)留出了足夠的空間，能夠最大限度滿足用戶對(duì)料倉(cāng)容積及下料行程的要求；

(2)新型下料閥克服了原有下料閥結(jié)構(gòu)中存在的缺陷，避免了原有結(jié)構(gòu)的復(fù)雜加工過(guò)程，簡(jiǎn)化了加工難度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而提高了勞動(dòng)效率；

(3)新的閥結(jié)構(gòu)，占地面積小，操作方便，并能滿足在此領(lǐng)域工作的功能的用戶的需求；

(4)新型結(jié)構(gòu)降低了生產(chǎn)制造成本，每臺(tái)降低了成本1 968元，沈冶公司年產(chǎn)鋁電解多功能機(jī)組約百臺(tái)，且部分機(jī)組需要兩套下料裝置，因此具有極大的推廣和使用價(jià)值，為新型下料裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。