基于電解鋁廠的車間陽極組裝設備裝配研究

曲 斌

（中國有色（沈陽）冶金機械有限公司，遼寧 沈陽 110027）

在電解鋁產(chǎn)業(yè)中，陽極組裝車間作為生產(chǎn)程度最高的車間，生產(chǎn)工序較多，并與上下游工序相連接[1]。而陽極組自動化處理工藝較高，陽極組裝除了個別工序，大多為自動化生產(chǎn)，這也就需要陽極組裝設備具有高精度的特性。而在對陽極組裝設備進行裝配時，往往會因裝配中的問題，導致裝配精度不足，使設備的生產(chǎn)精度下降。而近些年國內(nèi)外的研究中，對車間陽極組裝設備的裝配研究較少，研究方向大多為陽極組裝設備自身的精度提高的方向。另外也有部分學者的研究方向為使用PLC設備對裝配過程進行監(jiān)控。但對具體的陽極組裝設備裝配研究仍然較少[2]。

1 電解鋁廠的車間陽極組裝設備裝配方法設計

1.1 建立分段構(gòu)件模型

在進行陽極組裝設備的裝配前，要對設備的每個構(gòu)件進行分析，建立3D模型。將陽極組裝設備的構(gòu)件結(jié)構(gòu)劃分為多個模塊，保證建立的3D構(gòu)件模型里模塊均為獨立裝配單元[3]。并根據(jù)構(gòu)件功能和構(gòu)建的安裝位置進行標注，并在3D結(jié)構(gòu)模型中，依據(jù)模型整體結(jié)構(gòu)，建立模擬構(gòu)件裝配模塊模型。所建立的模型，需要滿足對模塊的幾何特征、構(gòu)件的種類、以及在陽極組裝設備中的模塊所處的位置等[4]。另外對陽極組裝設備構(gòu)件的開孔屬性以及在工作中構(gòu)建所承受的幾何應力進行分析。在陽極組裝設備的分段模型力，根據(jù)陽極組裝設備的結(jié)構(gòu)特性和設備中功能特征進行劃分，常見的劃分類型為：設備構(gòu)件的特征結(jié)構(gòu)、構(gòu)件表面結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件配合結(jié)構(gòu)和構(gòu)件運動結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)類型。在陽極組裝設備的裝配模型建立中，可將裝配復雜的構(gòu)件分為兩類。構(gòu)件存在曲面的模型，另一個則為構(gòu)件中的非曲面構(gòu)件模型。如設備主軸，肋板等曲面構(gòu)件，在構(gòu)建分段構(gòu)件模型時要充分考慮到設備曲線，并分析出陽極組裝設備的輪廓，保證分段構(gòu)件模型的準確性。在建立構(gòu)件模型后，存入數(shù)據(jù)庫并對不同的構(gòu)件進行編號，另外對構(gòu)件中的曲面信息內(nèi)容進行記錄。同時建立構(gòu)件的剖切面模型，從而為構(gòu)件焊接裝配提供工藝基礎。

1.2 設備軸孔裝配配合選擇

在進行電解鋁廠的車間陽極組裝設備的裝配研究中，對設備的裝配方法往往采用間隙配合。但間隙配合容易導致組裝設備松動，因此本文在裝配配合的選擇中選擇過盈配合連接裝配。過盈配合的選擇主要為依靠孔與軸的配合后產(chǎn)生的過盈值而達到緊固連接的目的，對比間隙配合的連接，更緊固，同時工作時軸與孔直徑產(chǎn)生壓力，依靠該壓力產(chǎn)生的摩擦力，來進行扭矩和軸向力的傳導，力矩傳導對比間隙配合損失更小。在應用過盈連接裝配中，要選擇合適的過盈量，過盈量過小會導致力矩傳導不滿足要求，過大則會使裝配難度，同時要保證配合表面的精度，同時軸孔要滿足同軸度要求，保證對中性。本文在對電解鋁廠的車間中設備的軸孔的過盈配合裝配方法選擇錘擊法，在裝配前，要保證孔端和軸端進行倒角，同時去除到零件上表面的毛刺，并將其擦凈，同時在表面涂潤滑油，在進行錘擊時，在錘擊部位上添加軟金屬點，將軸插入控制，放正并用錘子敲擊墊板，保證敲擊力的平衡。該方法較為簡單，同時更適用于配合要求低的連接位置中。對車間陽極組裝設備上對配合要求較低的部位則采用壓入法來實現(xiàn)，但需要另外引入壓力機。

1.3 組裝設備導軌裝配技術改良

在對陽極組裝設備的裝配中，對設備的導軌裝配精度要求較高，因為導軌作為工序中的直接對材料進行移動的結(jié)構(gòu)，精度不足容易出現(xiàn)加工偏移的現(xiàn)象[5]。在裝配過程中，陽極組裝設備中的導軌構(gòu)件及組件，在進行具體裝配前，應首先安裝線型軌道材料，并將其安裝在陽極組設備內(nèi)部，同時對構(gòu)件進行適當調(diào)節(jié)，從而保障軌道底座與陽極組設備處于水平狀態(tài)。在進行裝配處理時，當導軌出現(xiàn)反向間隙差等裝配誤差現(xiàn)象時，可將裝配時的動作形式抬高，并且保證轉(zhuǎn)動性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動速率參數(shù)數(shù)值水平低于100.00。在裝配中要使用工具刀刮去導軌構(gòu)件結(jié)構(gòu)表面的油漆材料，然后使用油石在導軌構(gòu)件結(jié)構(gòu)表面上，進行托滑處理，保證導軌的消刺，并且將其中的鑄造件，和線型軌道支撐材料的固定構(gòu)件，進行的吹干處理。在工序完成后，將陽極組裝設備的線型軌道放到軌道底座承靠面上，扭力參數(shù)數(shù)值設為780.22N*m，保證緊迫螺絲可以在扭力的作用下，使導軌緊迫螺絲在中間點位上，向兩側(cè)點位的對稱鎖緊。在進行陽極組裝設備導的裝配時，需要對裝配工序中，涉及到的導軌精度參數(shù)進行分析，使具體的裝配工序在開展時，導軌的安裝參數(shù)滿足需求。

1.4 裝配過程自動監(jiān)控

為了保證裝配質(zhì)量，在裝配中每個工序中，選用ControLogix PLC作為工序控制子站，在子站中選用Rockwell公司的網(wǎng)絡模式并形成控制網(wǎng)，網(wǎng)絡模式選擇為ControNet。控制網(wǎng)中采用通用工業(yè)協(xié)議，并使I/O網(wǎng)絡以及相關的工業(yè)控制網(wǎng)絡相互連接，在ControNet中，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)里的每條鏈路中存在95個網(wǎng)絡節(jié)點，并將其依靠不同的通訊介質(zhì)以及中繼器進行連接，在陽極組裝車間中，往往長度在30m以上，因此采用多節(jié)點連接組網(wǎng)，在設備裝配中，依據(jù)不同的裝配工序，分別用獨立的PLC主機進行控制，而對材料構(gòu)件的運輸則可以使用一個或多個PLC主機進行控制，主機之間采用RG-6電纜biang將其串聯(lián)成ContrNet鏈路。同時PLC間在ContrNet鏈路網(wǎng)站中，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互通信。運用懸鏈網(wǎng)絡的工業(yè)控制網(wǎng)，將I/O點布置于在陽極組裝車間中，在整體懸鏈中停止器達到91個，其中均可以執(zhí)行開關動作，并且存在數(shù)量較多的道岔單元，這些輸入PLC的I/O點數(shù)量較多，主機與單點的信息采集較為復雜，因此本文采用I/O現(xiàn)場總線的采集方式，利用FLEX I/O現(xiàn)場模塊，通過一根DeviceNe總線將所有I/O信號送至主控PLC中，保證在裝配過程中，可以對設備裝配的每個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，提高裝配精度。

2 實驗論證分析

為了驗證設計的車間陽極組裝設備裝配方法的可行性，本文通過在某電解鋁廠車間中的陽極組裝設備使用本文方法和傳統(tǒng)方法進行裝配實驗，并測量兩種方法進行裝配后設備與擬定位置的偏差數(shù)值。判斷優(yōu)劣性。

2.1 實驗裝配對象

實驗中選擇的裝配對象為陽極車間中BROCHOT公司的殘極壓脫機，該殘極壓脫機的工作周期和參數(shù)如下所示：

表1 殘極壓脫機擬定工藝參數(shù)

2.2 實驗結(jié)果

使用兩種裝配方法對殘極壓脫機進行裝配，并對裝配后的各設備部位的偏差值進行檢測。實驗結(jié)果如下所示：

表2 殘極壓脫機設備裝配后構(gòu)件偏差值

在表2中，殘極壓脫機在裝配中，傳統(tǒng)方法在對輸送機導軌的裝配中超出了允許偏差值，而對其它構(gòu)件部位的裝配均滿足設備的允許偏差值，而運用本文設計的裝配方法構(gòu)件部位的偏差值均在允許范圍中，而使用兩個方法獲得的合計偏差值進行計算發(fā)現(xiàn)，本文使用的構(gòu)件裝配法對比傳統(tǒng)方法偏差精度提高46.9%，證明本文設計的電解鋁廠的車間陽極組裝設備裝配方法具有可行性。

3 結(jié)束語

本文通過對現(xiàn)有電解鋁廠的車間陽極組裝設備裝配方法進行優(yōu)化設計，提高了陽極組裝設備裝配精度。但在研究中，缺乏對具體的某樣設備的具體流程式裝配研究，研究方向較為籠統(tǒng)，未來研究將會向著具體的科學裝配流程方向進行研究。