下料裝置結構設計及效益計算

張玲玲

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司， 遼寧 沈陽 110141)

0 引言

跟著制鋁行業的腳步，電解槽技術正在向大容量預焙電解槽的目標前進[1]，為了確保預焙電解槽現代化、高效率的穩定出產，決定了鋁電解多功能起重機必須具有越來越完善的功能。

鋁電解多功能起重機的主要功能之一即是向電解槽內添加覆蓋料，此項功能是由機組的下料裝置完成[2]。下料裝置的主要部件包括：料倉、旋轉裝置、垂直升降系統、下料閥、下料料位控制及對位開關等。

1 下料閥結構改進

目前電解鋁工藝不斷發展，電解鋁廠內氧化鋁物料顆粒不斷增大，下料裝置在實際使用過程中，極易出現卡料、堵料，漏料等狀況，嚴重影響正常使用，甚至降低整個機組的工作效率[3]。由于原有結構的空間位置有限，改進設計方案的制定受到下料系統的上、下標高和下料行程限制，為滿足用戶的大容積料倉且大行程要求，在現有條件下進行結構改進較為困難[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異形件鋼板組焊而成，另外還包括一套復雜的傳動系統，結構極為復雜，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。

原有下料閥結構包括閥體、閥板、拐軸、曲柄、氣缸等，閥體和拐軸上分別設置有閥板，閥板通過曲柄分別同閥體內的氣缸相連。其主要工作原理是由氣缸控制進料口的開啟和關閉，從而實現物料通過料倉進入下料管內，進行下料作業，具體結構如圖1、圖2所示。

1.料倉 2.下料閥 3.垂直升降裝置 4.旋轉裝置圖1 優化前下料裝置結構

圖2 原有下料閥結構

為解決上述問題，綜合考慮實用性及可操作性，經過多次調研用戶實際使用工況，在保留原有結構優勢的基礎上，最終確定采用外購成品氣動刀型閘閥加連接管的結構形式替代原有的焊接結構的下料閥。

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，通過氣缸活塞運動，實現新型下料閥閥板半開、全開，全閉三個動作。通過連接管的過渡，將下料閥與下部料管連接在一起。

新型下料閥結構中由氣缸直接控制閥板，無延時、效率高；閘板閥和接料管總高185 mm，比原結構在高度上縮小150 mm，最大限度滿足實際使用的空間要求，為料倉及行程設計留出足夠的空間；新型下料閥結構在生產制造周期、產品質量控制及制造成本上都具有較大的優勢，能夠實現結構優化，重量減輕，制造成本減少，產品質量提高，使用更加便捷、維護方便等優點，具體結構如圖3、圖4所示。

1.料倉 2.氣動刀型閘板閥 3.垂直升降裝置 4.旋轉裝置圖3 優化后下料裝置結構

圖4 改進后下料閥結構

2 下料閥優化設計的經濟效益計算

2.1 原有下料閥的成本情況

將原有下料閥的結構進行拆分，按組成單件逐一計算其成本(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，在根據各個單件的實際加工步驟計算每道工序所需的加工費用(其中不包括輔助生產費用)，之后再逐個相加后，即可得到單件的生產成本，具體成本計算過程如下[5]。

閥體，主要是由多個異形件鋼板組焊加工而成，成本計算如下：

①材料成本(閥體采用鋼板Q235A，單價為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×工時成本)：

鉚焊(工時成本：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如下得：

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

閥體成本合計為：1 027.9+4 599.1=5 627元。

(2)座成本計算如下：

①材料成本(座體采用鋼板Q235A，單價為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。

座成本合計為：133+199=332元。

(3)曲柄成本計算如下：

①材料成本(曲柄采用鋼板Q235A，單價為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。

曲柄成本合計為：18.2+454.8=473元。

(4)軸套，成本計算如下：

①材料成本，(采用45#鋼，單價為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。

軸套成本合計為：5.4+10.2=15.6元。

(5)拐軸成本計算如下：

①材料成本(拐軸采用鋼板Q235A，單價為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。

拐軸成本合計為：21.5+674.5=696元。

(6)軸成本計算如下：

①材料成本，(采用鋼板45#鋼，單價為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；

數控車床：0.75×40=30元；

劃線步驟：0.25×10=2.5元；

萬能銑床：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。

軸成本合計為：36.1+69.3=105.4元。

(7)整個下料閥的裝配成本計算如下：

總裝：24×10=240元。

(8)外委件、庫領件成本如表1所示。

表1 外委件、庫領件成本明細

(9)單臺改進前下料閥的總合計成本如下：

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

改進后的下料閥，主要由連接管和氣動刀型閘閥組成，改進后的下料閥廠內不進行加工制造，全部由外委加工完成。

(1)連接管：外委件成本為960元；

(2)氣動刀型閘閥：4 600元/件；

總成本合計為：960+5 000=5 960元。

綜上所述，整個下料裝置中除垂直升降裝置和旋轉裝置不變外，僅下料閥改進前的成本是7 928元，改進后下料閥的成本是5 960元，故每套下料裝置節省的成本約為：7 928-5 960=1 968元。另外，新型下料閥組件少，加工難度低，故成品質量較好，減少了設備維護時間，提高了勞動效率。

3 結論

本項目通過對下料裝置中下料閥的結構改進，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題，同時還具有以下特點。

(1)新型下料閥進一步完善了原有下料系統功能的需求，使整個系統結構布置更加緊湊，為其它結構的設計留出了足夠的空間，能夠最大限度滿足用戶對料倉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構中存在的缺陷，避免了原有結構的復雜加工過程，簡化了加工難度，提高了產品質量，進而提高了勞動效率；

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

(4)新型結構降低了生產制造成本，每臺降低了成本1 968元，沈冶公司年產鋁電解多功能機組約百臺，且部分機組需要兩套下料裝置，因此具有極大的推廣和使用價值，為新型下料裝置的設計研發奠定了基礎。