整體發運與抗剪塊技術在大車行走機構生產中的應用

□ 季愛軍

上海振華重工(集團)股份有限公司長興分公司 上海 201913

1 研究背景

當前,我國經濟正處在轉變發展方式、優化經濟結構的階段,已經逐步由高速增長轉向高質量發展。隨著港機業務市場的逐漸飽和,需求的數量有所下降,公司的港口業務市場增長潛力較小。對于制造型的企業來說,必須以技術革新為龍頭,對技術進行知識沉淀,加強產品的技術改造和設計優化升級,同時設計制作各類輔助設備,從而提升產品質量,降低企業的運行成本[1-2]。上海振華重工(集團)股份有限公司長興分公司大車行走配套事業部主要向公司各總裝現場配套成套的大車行走機構,每年可生產成套大車行走機構400臺。大車行走機構如圖1所示,是橋吊產品的重要組成部件,主要由四組行走機構加門框的結構形式組合而成,實現沿鋪設的軌道水平移動,四組行走機構的排裝控制精度至關重要。鑒于此,筆者提出以改變抗剪塊連接方式的一次排裝技術,擺脫了對總裝現場操作者技能和經驗的依賴,在制造效率和裝配質量上都得到了很大的改善,同時結合設計整體發運工裝,實現了整機運輸至總裝現場,極大地保證了產品最終的交付質量,并縮短了生產制造的周期。

圖1 大車行走機構

2 難點分析

抗剪塊的作用是在裝配時通過抗剪塊的定位,限制機構的自由度,從而保證機構件裝配的直線度和垂直度要求,使行走機構的車輪啃軌現象逐漸減少,提升產品的質量[3-4]。

大車行走機構目前主流的裝配方式如下:根據設計圖紙和工藝技術要求,平衡梁及車架構件焊接完工后,轉運到裝配車間軌道排裝進行預裝配;調整好直線度和垂直度后,進行抗剪塊的定位;將抗剪塊兩側坡口點焊固定,待排裝后拆下再焊滿;超聲波檢測合格后進行打磨,發涂裝車間進行油漆。為保證大車行走機構在軌道排裝拆卸后能夠正確安裝,大車行走機構在軌道排裝完成后,要對平衡梁及車架進行編號,并在銷軸處敲打鋼印編號,便于總裝時按編碼進行安裝,保證產品裝配質量。

對以上裝配方式進行難點分析。

(1) 定位抗剪塊由于部分構件已經完成油漆處理,而在設計時,抗剪塊裝配形式為焊接式的構件,焊接時會對構件造成二次污染,降低產品質量,降低客戶滿意度。抗剪塊裝配形式如圖2所示。

圖2 抗剪塊裝配形式

(2) 車間預裝定位如圖3所示,抗剪塊需要每次對機構件進行預排裝和二次裝配,并對抗剪塊進行定配加工,會增加制造等待時間和企業運行成本。同時在構件油漆處理后由于漆膜厚度的影響,可能造成二次裝配精度下降,最終產生質量事故[5]。

圖3 車間預裝定位

(3) 進行抗剪塊定位操作時,工人在高空復雜環境下操作,有發生生產安全事故的隱患。

(4) 單件產品發運至總裝現場,再進行二次拼裝,降低了裝配的質量,增加了大量的成本。

3 抗剪塊制作方案

針對一系列問題,通過對抗剪塊的形式進行分析研究,改變原先固定焊接式為可調節柔性連接形式,共形成兩種方案。

方案1為抗剪塊L形加調整墊片形式。結構組焊成型,進金工車間進行銑削加工,將抗剪塊加工成L形抗剪塊,如圖4所示。在排裝時,通過定配調整墊片塞入間隙進行調整,確保裝配達到設計圖紙要求。同時在抗剪塊的兩端增加卡板,用螺栓的方式進行固定,最終裝配以保證整體結構的穩定性。最終裝配如圖5所示。根據公司的實際加工制作情況,使用L形抗剪塊加調整墊片形式,在機加工工序會增加銑削抗剪塊和定配調整墊片的工作,并且定配調整墊片需要較長的等待時間,浪費工時,不能有效節約成本。

圖4 L形抗剪塊

圖5 最終裝配

方案2為螺栓調節。具體做法為對抗剪塊進行預加工,完成后進行結構組焊,之后再對各機械連接部位進行加工,實現抗剪塊螺栓調節。抗剪塊部分通過鉆孔、攻絲工序來進行處理。在平衡梁上開相應的螺栓孔,利用增加的外置螺栓、螺母進行調節,同時利用雙螺母進行固定鎖死,實現快速調整大車裝配要求。

螺栓調節如圖6所示。

圖6 螺栓調節

方案2與方案1相比較,在結構成型方面,只需要通過劃線來保證基本基準;在機加工方面有所優化,不需要增加額外的機加工工序;在裝配方面,只需要進行一次排裝,在降低工人勞動強度的同時,提升了產品的裝配質量。

經過專家組成員的討論和分析,一致認為方案2更加適合公司當前的發展需要。

4 可行性驗算

根據公司大車行走機構的特點,對35～160 t車輪的輪壓進行分類,并進行計算。40Cr螺栓材料靜應力σ+1p為300 MPa,為確保螺栓的使用壽命,所選用的安全因數n在1.3～1.4范圍內,啃軌力因數取0.1。

選用M24螺栓進行應力計算,首先計算構件在實際工況中的最大應力[σ+1p]:

[σ+1p]=σ+1p/n

(1)

計算可得[σ+1p]為226 MPa。

設計時的工作輪壓P為35 t,啃軌力因數r為0.1,工作螺栓為M24規格,計算實際應力σ:

(2)

計算可得σ為152 MPa。由于工作實際應力小于調節螺栓最大許用應力,因此可以滿足實際工況需要。同時根據公司主要機型進行逐個計算,形成抗剪塊螺栓選用系列表,見表1,供設計部門在設計之初對應選擇合適螺栓[6]。

表1 抗剪塊螺栓選用系列表

5 抗剪塊試驗

選擇岸橋32輪行走機構項目為研究對象,如圖7所示,最大工作輪壓為50 t,最大非工作輪壓為70 t,啃軌力因數為0.1,結合安全因數,螺栓直徑選用第二系列M30螺栓。

圖7 岸橋32輪行走機構

根據計算式可得靜壓力為139 MPa,小于40Cr螺栓材料靜應力。根據計算結果,選用M30螺栓可以滿足實際使用要求。

具體制作如下。

(1) 預加工。對抗剪塊等小件進行預加工,保證各個面的相對位置要求。

(2) 成型。根據圖紙要求對構件進行拼裝、施焊,完工后劃十字中心線,按中心線裝配抗剪塊,完成抗剪塊的施焊。

(3) 金加工。金工車間對構件進行整體加工,通過鉆、鉸、攻絲工序加工抗剪塊位置的螺栓孔,保證各加工位置的表面粗糙度和尺寸精度。

(4) 沖砂、油漆。構件加工平面、螺栓孔位置利用工裝進行保護后,按照涂裝工藝要求沖砂、油漆。

(5) 裝配。構件完工后,轉入裝配車間,根據總裝圖紙和工藝要求進行裝配。利用激光測量儀進行精度控制,通過工具移動構件,確保車輪中心與軌道中心重合。旋入螺栓,使用雙螺母進行緊固。自檢復測數據之后,邀請第三方監理公司進行項目的驗收工作[7]。

通過對整個制作流程的控制和質量控制,記錄抗剪塊及螺栓處的變形數據、總裝碼頭的試機,收集用戶使用的反饋,確認螺栓調節形式完全滿足使用需要,可進行推廣。螺栓調節現場如圖8所示。

圖8 螺栓調節現場

6 整體發運設計使用

為有效解決二次排裝的問題,使行走機構在車間里完成所有零部件的安裝和調試,整體運輸到總裝現場,結合目前公司項目的結構設計特點,設計轉運設備。

由于有四組行走機構,考慮到構件的大小和每組質量約45 t,通過三維軟件設計大型龍門擱架,如圖9所示,由此進行轉運,每次轉運兩組[8]。此工裝有兩條平行導軌用于承載兩組整機,兩條導軌分別由四根橫梁共同承載整機的重力。制作六個支腿以增大承載力,提高工裝的穩定性。兩個支腿之間留足空間,便于液壓平板車能夠將整個工裝整體頂升后轉運。

圖9 大型龍門擱架

使用車間75 t行車將整機吊運至整體發運工裝,如圖10所示。以導軌作為承載平臺,將整機落至此平臺上[9]。在兩軌道之間有一個支架,用于隔開兩個整機構件。兩側邊緣各有一個支架,支架上裝配有機加工螺桿。整機和支架之間放置枕木,用以保護工件表面。調節四根螺桿,壓緊平衡梁的側面,減少在轉運過程中由于路面顛簸等引起整機發生縱向竄動。利用平衡梁的吊裝孔,完工之后進行整體發運,如圖11所示。用綁扎帶通過四個吊裝孔將整機與工裝底架綁扎,保證在轉運過程中整機的穩定性。

圖10 吊運至整體發運工裝

圖11 完工后整體發運

通過改進可調整式抗剪塊和設計制作大車整體發運設備,可將原二次排裝減少為一次,且全部工作量在車間內完成,提升產品的質量和精度,使各基準更加準確可靠,降低車輪啃軌的可能性,縮短產品整體的制作周期。大車行走機構制作周期整體縮短5 d,大大節約了生產基地排裝的成本。

7 結束語

創新是企業發展動力的源泉,筆者通過理論聯系實踐,分析了大車行走機構抗剪塊存在的問題和問題的癥結所在,通過方案論證和設計計算,選擇可行性方案進行試驗論證,將整體發運與抗剪塊技術應用于大車行走機構生產中,取得了成功[10]。結合設計制造整體發運設備,向總裝現場輸送成套的行走機構,改變了以往零部件配送的轉運方式,保證了產品整體制作的質量,縮短了機構件整體制造的周期。所做研究為公司后續設計創新升級和設計制作轉運類似的結構件提供了借鑒,為建設精益化制造型企業打下了堅實的基礎。