基于廢鋼包塊的拆包設備開發與應用

凌志

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417009）

采用廢鋼包塊煉鋼具備節能減排等優勢，國內鋼鐵公司增大了對廢鋼包塊的采購力度，部分商家在利益的驅動下往廢鋼包塊中摻雜弄假，對公司造成了較大的經濟損失。因此，有必要開發一種高效率廢鋼包塊拆包設備來廢鋼包塊進行拆包檢查，以捍衛公司的利益。

廢鋼包塊拆包設備是一種專業拆包廢金屬包塊、廢鐵鋼筋包塊的設備。現有的廢鋼包塊拆包設備主油缸與蝴蝶梁之間采用剛性連接，導致拆包拉拔時的附加載荷直接傳遞給主油缸，因而易出現活塞桿彎曲，甚至折斷等高失效現象。因此，有必要設計一種廢鋼包塊拆包設備，包括底座、固定在底座上的主油缸以及活動設置在底座的蝴蝶梁；蝴蝶梁通過活動結與主油缸的活塞桿連接；活動結的兩連接端包括一個能夠在底座延伸平面方向旋轉的第一樞紐端和一個能夠在底座垂直平面方向旋轉的第二樞紐端。蝴蝶梁與活動結通過銷軸鉸接，拆包時，由于活動結具有萬向補償作用，能夠避免主油缸活塞桿容易受載不均而導致彎曲，甚至折斷等高失效現象。

1 設備主要結構

廢鋼包塊拆包設備由主機、液壓系統、蝴蝶梁、拉拔機械手等組成。

所述廢鋼包塊拆包設備，如圖1為廢鋼包塊拆包設備的結構示意圖所示，包括底座100、固定在底座100上的主油缸200以及活動設置在底座100的蝴蝶梁300；蝴蝶梁300通過活動結400與主油缸200的活塞桿連接；活動結400的兩連接端包括一個能夠在底座100延伸平面方向旋轉的第一樞紐端410和一個能夠在底座100垂直平面方向旋轉的第二樞紐端420。

底座100可為金屬框架構造，其上表面對應主油缸200、蝴蝶梁300的工作區域可為平整表面。主油缸200可通過焊接、螺接等方式固定在底座100上，提高穩定性。蝴蝶梁300活動設置在底座100上，其為拉拔機械機構如拉拔機械的安裝部件。同時，蝴蝶梁300通過活動結400與主油缸200的活塞桿連接，在活塞桿的作用下活動于底座100上，進而帶動拉拔機械機構運動。

具體的，活動結400一端與活塞桿連接，另一端與蝴蝶梁300連接。兩個連接端中，其中一個連接端可在底座100延伸平面方向旋轉，即該連接端的旋轉平面與底座100的上表面平行，其為第一樞紐端410。另一個連接端可在沿底座100垂直平面方向旋轉，即該連接端的旋轉平面與底座100的上表面平行，其為第二樞紐端420。

第一樞紐端410可與活塞桿連接，此時，第二樞紐端420相應與蝴蝶梁300連接。反之，第二樞紐端420可與活塞桿連接，此時，第一樞紐端410相應與蝴蝶梁300連接。第一樞紐端410可以在底座100延伸平面內偏轉，使得蝴蝶梁300可在一定范圍內左右調節。第二樞紐端420可在底座100垂直平面內偏轉，使得蝴蝶梁300可在一定范圍內上下調節。因而可補償拉拔時產生的復雜尺寸偏差，進而保護主油缸200不容易被破壞。

本文提供的廢鋼包塊拆包設備，與現有技術相比，本文廢鋼包塊拆包設備主油缸200與蝴蝶梁300之間采用活動結400連接，第一樞紐端410可以在底座100延伸平面內偏轉，第二樞紐端420可以在底座100垂直平面內偏轉，從而補償拉拔時產生的復雜尺寸偏差，進而保護主油缸200不容易被破壞，降低主油缸200失效率，延長整個廢鋼包塊拆包設備的使用壽命。

第一樞紐端410與蝴蝶梁300連接，第一樞紐端410為水平鉸鏈，第二樞紐端420與活塞桿連接，第二樞紐端420為豎直鉸鏈。

由于蝴蝶梁300在底座100延伸平面方向即橫向空間較大，第一樞紐端410設置在蝴蝶梁300這一端，有較好的安裝空間和偏轉空間。第一樞紐端410為水平鉸鏈，如通過豎直銷軸540和蝴蝶梁300連接，繞豎直銷軸540進行周向轉動。第二樞紐端420為豎直鉸鏈，如通過水平銷軸540和活塞桿連接，繞水平銷軸540進行周向轉動。該種方式的第一樞紐端410和第二樞紐端420結構簡單，可靠性高。

蝴蝶梁300通過導向支撐機構500與底座100連接；導向支撐機構500包括設置于蝴蝶梁300兩側以底座100為中心對稱設置的兩個導輪架510，兩個導輪架510延伸至底座100的邊緣附近，導輪架510設有與底座100的上表面接觸配合的上導輪520。

兩個導輪架510延伸至底座100兩側邊緣，配合蝴蝶梁300形成一個寬度略寬于底座100的框架。框架通過上導輪520與底座100兩側邊緣滾動，從而限定蝴蝶梁300沿底座100的延伸方向運動。該種設計結構簡單緊湊，設備運行可靠。

圖1 廢鋼包塊拆包設備的結構示意圖

圖2為廢鋼包塊拆包設備的另一視角結構示意圖；圖3為廢鋼包塊拆包設備A處局部放大示意圖；底座100兩側的邊緣設有與底座100自身延伸方向平行的導軌550，導輪架510在上導輪520的下方設有與導軌550接觸配合的下導輪530。

導輪機構的下導輪530與增設的導軌550接觸導向的同時，上導輪520與底座100導軌550面接觸導向，即雙面導向，大大提高了接觸剛度，整個廢鋼包塊拆包設備運行更可靠和穩定。

圖2 廢鋼包塊拆包設備的另一視角示意圖

圖4為導輪架的配合結構示意圖；圖5為導輪架的另一視角配合結構示意圖；圖6為銷軸的配合結構示意圖。參照圖4～6可知，下導輪530通過具有螺紋部541的銷軸540與導輪架510連接，螺紋部541的直徑大于下導輪530的直徑。

下導輪530為易損件，更換頻率相對較高。并且下導輪530一端固定在導輪架510，另一端靠近底座100的側部，因而安裝空間較小，無法直接拆卸。基于此，螺紋部541的直徑大于下導輪530的直徑，導輪架510設有相應的螺紋孔。下導輪530可以從導輪架510遠離底座100的一側進行更換，安裝時從螺紋孔穿入，擰緊銷軸540即完成下導輪530的安裝。拆卸時，擰松銷軸540將下導輪530從螺紋孔中抽出。該設計的導輪架510可實現方便、高效更換下導輪530，從而大大降低維護和維修成本。

參照圖4～6可知，銷軸540露出于導輪架510上設有限制銷軸540繞自身軸心轉動的限位部542，導輪架510設有壓板560，壓板560開設有與限位部542配合的限位孔。

為防止銷軸540在使用過程中繞自身軸心轉動，造成松動。在銷軸540上設有限位部542，限位部542的形狀為非圓柱結構，如棱柱結構。壓板560上設有與限位部542形狀對應的限位孔，壓板560上套設在限位部542上并固定在導輪架510上。因此，銷軸540無法繞自身軸心轉動，持續保持緊固狀態。

參照圖4～6可知，上導輪520通過螺栓和螺母配合固定在導輪架510上。上導輪520的一端固定在導輪架510上，另一端沒有其他部件抵近。因而上導輪520靠近底座100一側的空間相對較大，可以從該側進行安裝，通過螺栓和螺母配合固定在導輪架510上。該種方式結構簡單，成本較低。

參照圖4～5可知，在任一導輪架510中，上導輪520和下導輪530的數量均為多個且一一對應設置，上導輪520和下導輪530沿底座100的延伸方向等間距均勻分布。該種方式，導輪架510受力均勻，避免出現應力集中現象。

參照圖1可知，蝴蝶梁300上設有第一拉拔機械手600。第一拉拔機械手600包括分設蝴蝶梁300兩側的拉拔油缸和夾爪。當主油缸200伸縮時，第一拉拔機械手600張合，可對廢鋼包塊進行處理。底座100遠離主油缸200的一端設有第二拉拔機械手700。第二拉拔機械手700可采用第一拉拔機械手600類似結構。第二拉拔機械和第一拉拔機械手600配合使用，加大了廢鋼包塊拆包設備對各形狀鋼材的處理能力。

其中，圖中各附圖標記：

100-底座；200-主油缸；300-蝴蝶梁；400-活動結；500-導向支撐機構；600-第一拉拔機械手；700-第二拉拔機械手；

410-第一樞紐端；420-第二樞紐端；

510-導輪架；520-上導輪；530-下導輪；540-銷軸；541-螺紋部；542-限位部；550-導軌；560-壓板。

圖3 A處局部放大示意圖

表1 廢鋼包塊拆包設備主要參數

圖4 導輪架的配合結構示意圖

2 工作原理

廢鋼包塊拆包設備是通過液壓柱塞泵向集成油路供油，經過分配手動閥向液壓缸傳送后，提供動力。壓力可以根據實際不同情況調到需要的額定值(額定值大小由壓力表顯示)。拆包設備通過液壓機械手抓擠壓分離，并分解，從而拆解包塊。表1為廢鋼包塊拆包設備主要參數，圖7為廢鋼包塊拆包設備液壓系統原理圖。

圖6 銷軸的配合結構示意圖

圖7 液壓系統原理圖

3 應用效果

該廢鋼包塊拆包設備的開發與應用，現場應用表明，采用銷軸將活動結與主油缸和蝴蝶梁鉸接，當蝴蝶梁受拉拔力時，由于活動結具有補償作用，能夠補償拉拔拆包時產生的附加載荷，避免發生主油缸受載不均導致活塞桿彎曲、折斷等失效現象。達到了預期的效果。該系統設備現場照片如圖8所示。與蝴蝶梁直接和主油缸剛性連接效果對比如表2所示，銷軸鉸接方式，具有受力補償性，失效率也低。

圖8 廢鋼包塊拆包設備現場照片

表2 效果比較

4 結語

本文所述的廢鋼包塊拆包設備結構設計合理，采用銷軸將活動結與主油缸和蝴蝶梁鉸接，當蝴蝶梁受拉拔力時，由于活動結具有補償作用，能夠補償拉拔拆包時產生的附加載荷，避免發生主油缸受載不均導致活塞桿彎曲、折斷等失效現象。該設備結構形式能夠對受力復雜設備的開發具有指導和參考作用。