帶弧面調(diào)節(jié)絲桿支撐裝置的設(shè)計與應(yīng)用

許 然，沈美華，吳夢麗，韓 劍，葉學(xué)華

（曲靖卷煙廠曲靖天福煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司，云南 曲靖 655001）

0 引言

煙葉在打葉復(fù)烤加工過程中需要經(jīng)歷鋪葉擺把、潤葉篩沙、打葉風(fēng)分、葉片復(fù)烤等一系列工藝環(huán)節(jié)。不同品種的煙葉具有不同的加工特性，在加工過程中要進(jìn)一步提升煙葉外在質(zhì)量以及內(nèi)在品質(zhì)，使煙葉質(zhì)量充分滿足工業(yè)公司配方需求。曲靖天福煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司是一家具備智能化、自動化煙葉復(fù)烤加工模式的工廠。在煙葉加工環(huán)節(jié)中，廣泛使用到風(fēng)力輸送管道系統(tǒng)，其主要功能是把上一級打葉或風(fēng)分后的葉、梗、梗帶葉混合物料通過風(fēng)力輸送管道送到指定加工通道，便于下一工序的加工，同時也將物料中的細(xì)小顆粒在管路輸送過程中通過除塵系統(tǒng)排放回收，在煙葉加工中運用較為廣泛，起到閉環(huán)生產(chǎn)線的重要作用。

1 現(xiàn)狀

煙葉經(jīng)過風(fēng)分倉后，由風(fēng)分拋料將煙葉定向拋出，使煙葉在風(fēng)分倉體內(nèi)懸浮，從而利用不同尺寸的煙葉懸浮速度、高度差異將大中片煙葉、煙梗、碎煙及灰塵進(jìn)行分離[1]。分離出的葉片通過風(fēng)力輸送管道進(jìn)入落料器中以完成大片分離；部分碎片及灰塵通過風(fēng)力輸送管道送入碎煙收集管道及除塵房，繼續(xù)下一步工序處理，如圖1 所示。

圖1 風(fēng)分倉實物圖

風(fēng)力輸送管道使用方便，輸送可靠，且為負(fù)壓空氣帶動運輸，清潔無污染，但在拆卸維護方面卻廣泛存在以下問題：

1.1 風(fēng)力輸送管道拆卸頻率高

在實際生產(chǎn)中，在風(fēng)分倉風(fēng)力輸送位置處風(fēng)力輸送管道以法蘭盤抱箍連接在風(fēng)分風(fēng)機及切向落料器兩端[1-2]，為其形成閉合通路及保證風(fēng)分倉葉片風(fēng)分效果，常需要定期維護更換輸送管路連接兩端接口處的環(huán)形密封圈、拆卸管路維護風(fēng)機葉輪、風(fēng)機軸承及維修落料器等，平均更換維護周期為3 周/次，最短更換周期為環(huán)形密封圈平均2 周/次，風(fēng)力輸送管道拆裝頻率較高，便捷更換及維護已是迫在眉睫。

1.2 風(fēng)力輸送管道拆卸困難

在拆卸時，風(fēng)力管道平均重量在100 kg 以上，且大部分風(fēng)道安裝于距工作平面超過3 m 以上，人工拆卸安裝操作困難。局限于工藝布局限制，在目前的生產(chǎn)車間內(nèi)，風(fēng)力輸送管道共計約1200 根，其中約600根主要集中于風(fēng)分倉區(qū)域。

在使用中，風(fēng)分倉管道未輔聯(lián)管道，通常搭配大型設(shè)備使用，且使用數(shù)量多，布局分布集中，多安裝于高空作業(yè)區(qū)域面以預(yù)留足夠的安裝空間。以曲靖天福煙葉復(fù)烤公司為例，目前風(fēng)分倉區(qū)域主要占地為200 m2，設(shè)備總長50 m，寬3 m，共分為A/B 兩組并列擺放，風(fēng)分管路安裝于風(fēng)分倉頂部約3 m 位置處，頂部無支撐懸吊設(shè)置，由于前期工藝路線設(shè)計要求，設(shè)備內(nèi)側(cè)圖1 無足夠空間預(yù)留維修過道，僅可依靠維修作業(yè)人員攀爬設(shè)備進(jìn)行風(fēng)分倉維護，安全平臺搭建難以完全覆蓋以上區(qū)域。A/B 兩線間過道寬2 m，但未留有直通設(shè)備頂部維修平臺，且經(jīng)過現(xiàn)場維修反饋登高車等高處作業(yè)設(shè)備無法有效抵達(dá)風(fēng)分倉位置，導(dǎo)致拆卸作業(yè)只能依靠人工進(jìn)行。風(fēng)力管道均為圓弧設(shè)計，受力困難，人工拆卸時目前依靠人力肩扛支撐，人工拆卸時需要多人人力支撐對點安裝，平均檢修作業(yè)時間均在3 小時以上。

2 原因分析

2.1 拆卸頻率高原因分析

由于采用風(fēng)力輸送模式運送物料，在負(fù)壓風(fēng)機牽引下帶動物料在風(fēng)力管道中運動，會產(chǎn)生跟隨震動及共振現(xiàn)象，導(dǎo)致風(fēng)機葉輪安裝位置不穩(wěn)。在除塵風(fēng)機發(fā)生異響、震動時，大多數(shù)都是由于風(fēng)機密封圈磨損、破例或軸承損壞，葉輪葉片損壞時，需要拆卸風(fēng)道進(jìn)行維修。

在物料運動下，也會對密封裙邊、密封圈不斷沖擊摩擦，導(dǎo)致其失去設(shè)計密封效果，因此，必須按期拆開風(fēng)力管道對關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查更換。目前拆卸檢修周期為3 月/次。

2.2 拆卸困難原因分析

由于風(fēng)力輸送管道位置較高，檢修平臺難以受力支撐，風(fēng)分段設(shè)備布局局限性吊裝設(shè)備難以安裝、管道拆卸頻率高等現(xiàn)象，目前采用的是搭建臨時腳手架的方式作為支撐，將腳手架搭建至與輸送管路水平，并搭建固定腳架“井”型支架進(jìn)行加固受力，該方案能解決拆卸安裝風(fēng)力輸送管道問題，但搭建臨時腳手架費時費力，且局限于檢修空間不足，風(fēng)分倉無維修通道，在搭建腳手架時無法找到有效支撐橫梁受力，且局限于風(fēng)分倉寬度影響，腳手架搭建寬度較大，無上層空間受力支撐，在搭建時常采取縫隙穿插搭建架腳架固定方式，受力不均衡且受力點找尋困難，難以滿足風(fēng)力輸送管道拆卸頻率需求，拆卸時仍依靠大量人力調(diào)試、搬運，維修安全難以保證，維修周期長，效率低。

根據(jù)拆卸風(fēng)力輸送管道時維修人員操作便捷性進(jìn)行受力分析，分析圖如圖2。

圖2 風(fēng)力管路圖

如圖2 可知在目前的風(fēng)力輸送管道拆卸過程中，管道通過固定在兩端的法蘭盤連接，其固定時受自身重力G 作用及法蘭盤兩端拉力F1 及F2 作用，將自重傳導(dǎo)至機組本體以相互抵消，產(chǎn)生受力平衡；在風(fēng)道拆卸過程中，必須拆除法蘭盤連接以便風(fēng)道拆卸。在維修人員拆卸時，常采取先松開一邊法蘭鏈接，對其進(jìn)行人力支撐后再松開另一邊的方式進(jìn)行維修，在法蘭盤松勁后，其固定力自然消除，導(dǎo)致風(fēng)道受力不均衡，常出現(xiàn)下沉并伴隨重力慣性力作用，如不設(shè)置可靠支撐，將導(dǎo)致風(fēng)道受力扭曲、破損。若松開兩邊法蘭鏈接，此時風(fēng)道僅受重力作用，為使其力偶平衡，目前可采用的方法為在其上方搭建臨時受力橫梁，使用安全帶對其進(jìn)行吊裝，使其重力與向上牽引力相互平衡；或使用人工對其下方進(jìn)行受力支撐以抵消其重力作用。

3 設(shè)計思路

根據(jù)目前采用的以上兩種風(fēng)力通道拆卸力平衡思路，結(jié)合生產(chǎn)實際，對其平衡實施難度及優(yōu)劣進(jìn)行了分析見表1。

表1 方案對比表

若想解決風(fēng)力輸送管道拆卸困難的問題，結(jié)合現(xiàn)場維修實際，急需設(shè)計一種能滿足高空拆卸的可伸縮調(diào)節(jié)的受力裝置。裝置要求伸縮調(diào)節(jié)范圍在1.5 ～3.5 m范圍；裝置受力可靠，據(jù)計算風(fēng)力輸送管道采用鋼水澆筑而成，單個風(fēng)道平展后其長為2.5 m，寬1.8 m，板厚6 mm，鋼材密度7.85 kg/m3，既每個風(fēng)道總重為2.5*1.8*6*7.85=211.95 kg，則其單位受力為7.85 kg/m3，風(fēng)力輸送管道為以中間焊接線對稱兩端長度相等的小L 型圓柱型管道，其平衡重心有三處，分別位于中間焊接線下方，兩端水平位置二分之一處，三等份受力后平均各處需滿足211.95 ÷ 3 = 70.65 kg 方可滿足平衡要求。三處平衡力單項受力需在80 kg 以上kg范圍；根據(jù)剛體受力平衡思路，受力裝置需保持在支撐時同時為風(fēng)力輸送管道提供三力平衡條件[2]，且兩平衡力以線狀受力[2]方式提供支撐，以滿足弧形外殼受力要求。

通過參照“單牙式手搖千斤頂”[3]（絲桿車用千斤頂），設(shè)計了帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置。在保證單牙式手搖千斤頂抬升力的同時，加裝了可調(diào)節(jié)式弧面，滿足弧面托舉受力平衡，保證多直徑弧面托舉需求。為滿足人工拆卸工作效率，降低人力成本的同時，保證維修操作的安全性、穩(wěn)定性。同時，目前市面上沒有提供弧面支撐受力的有效設(shè)備，該工裝的設(shè)計保證不同半徑弧面可調(diào)節(jié)式支撐，純機械式設(shè)計避免漏油、取電等其余問題產(chǎn)生。

4 實施步驟

根據(jù)以上設(shè)計思路，具體設(shè)計圖及結(jié)構(gòu)（圖3）分析如下。

11—可調(diào)式支撐弧面下端面；12—定位直槽口；13 支撐弧面螺紋桿；21—支撐弧面上端面；22—調(diào)節(jié)槽口；24—固定螺母；25—φ6 固定螺桿；26—固定螺桿六角螺帽。圖3 可調(diào)式支撐弧面組裝圖

在使用時調(diào)節(jié)絲桿長度可升高或下降裝置高度對風(fēng)力輸送通道拆卸后進(jìn)行支撐。

結(jié)構(gòu)簡介：如圖4 所示，首先，帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置設(shè)計，參照單牙式手搖千斤頂部分設(shè)計[3-2]，加裝了可調(diào)式支撐弧面1 通過調(diào)節(jié)螺栓2 與支撐圓弧板12 連接，通過調(diào)節(jié)螺栓2 在滑槽內(nèi)移動，可使支撐圓弧面1 展開或收縮以形成不同直徑圓弧面需求。上連接塊11 與支撐圓弧板12 采用螺栓固定，兩端分別與左右兩個上力臂3 通過連接螺栓4 進(jìn)行連接，分別通過連接塊連接下力臂6，下力臂6 連接配重底板8，通過調(diào)節(jié)絲桿5 形成上下兩部分三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，由調(diào)節(jié)絲桿5 旋入或旋出帶動兩邊連接塊完成絲桿支撐裝置的上升及下降。

1—可調(diào)式支撐弧面；2—調(diào)節(jié)螺栓；3—上力臂，4—連接螺栓；5—調(diào)節(jié)絲桿；6—下力臂；7—底板緊固螺栓；8—配重底板；9—調(diào)節(jié)把手；10—絲桿鎖緊螺母；11—上連接塊；12—支撐圓弧板；13—調(diào)節(jié)凹槽。圖4 帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置設(shè)計示意圖

使用說明：如圖3、4 所示，裝置采用全部件可調(diào)式設(shè)計，扭動調(diào)節(jié)螺栓2 可使可調(diào)式支撐弧面1 沿調(diào)節(jié)凹槽13 上下滑動，產(chǎn)生支撐圓弧半徑在0.4 ～0.8 m范圍內(nèi)調(diào)整變化；扭動調(diào)節(jié)把手9 可使調(diào)節(jié)絲桿5 運動，使裝置抬升或下降；扭動底板緊固螺栓7 可調(diào)整配重底板8 水平角度[4-5]，以適用不同角度受力面或更換不同規(guī)格配重底板以達(dá)到受力不同需求。

使用方式：如圖5 所示，在維修過程中，需對風(fēng)力輸送管道進(jìn)行拆卸或安裝時，首先現(xiàn)場操作人員需對風(fēng)力輸送管道半徑進(jìn)行目測，并扭動調(diào)節(jié)螺栓2 將可調(diào)式支撐弧面1 調(diào)試為適當(dāng)半徑，以便對管道進(jìn)行三點受力支撐；其次，觀察現(xiàn)場維修環(huán)境，為配重底板8找到合適受力平面，并根據(jù)受力面角度不同調(diào)節(jié)底板緊固螺栓7 以達(dá)到水平；接著，調(diào)整調(diào)節(jié)把手9 使裝置抬升，將管理置調(diào)節(jié)后的可調(diào)式支撐弧面1 上，并扭動調(diào)節(jié)螺栓2 對管路進(jìn)行適當(dāng)鎖緊，保證管路受力平衡；最后，繼續(xù)抬升帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置將風(fēng)力輸送管道進(jìn)行支撐即可。

圖5 帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置受力示意圖

注意事項[5]：帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置，只需在使用時為配重底板8 找到一個合適的受力平面，根據(jù)平面的傾斜度適當(dāng)調(diào)整底板緊固螺栓7 達(dá)到受力平衡，其余進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作便可，支撐可靠，調(diào)整方便。

5 結(jié)果分析

如圖5 所示，帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置設(shè)計完成后，其在使用過程中，可通過調(diào)節(jié)螺栓2 以改變可調(diào)式支撐弧面1 的半徑，完成對所需弧面尺寸的完全緊固受力，在拆卸過程中，完成法蘭連接盤拆卸后的風(fēng)道僅受重力作用下滑，本設(shè)計只在拆卸法蘭連接盤前先使用本工裝，調(diào)節(jié)其高度將風(fēng)道先與支撐面接觸，后在調(diào)節(jié)弧面，檢查其滿足弧面支撐要求（風(fēng)道弧面至少完全呈兩線或整面接觸）后，即可再拆卸法蘭連接盤松開風(fēng)道鏈接，此時本工裝產(chǎn)生的支撐力F1、F2，經(jīng)過砝碼受力測試后單個裝置受力范圍為100 kg以上，并通過受力平面均勻傳導(dǎo)形成下壓力L1、L2，受力發(fā)散，在使用時采用三個弧面支撐裝置分別對風(fēng)力輸送通道弧形彎曲焊接縫中下部及水平段二分之一處進(jìn)行支撐完全滿足弧面風(fēng)道支撐需求，輕松實現(xiàn)受力平衡穩(wěn)固。

工裝實物圖如圖6 所示。從圖6 看，帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置采用45#鋼制造，裝置自重為15 kg，上下部連接模塊處加裝有限位齒輪，以滿足受力需求，通過絲桿與上部力臂形成兩個對稱的等邊三角形，承載重力及沖擊載荷能力較強。經(jīng)過砝碼受力測試，成品受力極限為1220 kg，完全滿足風(fēng)力輸送通道拆卸需求。可調(diào)節(jié)式弧面收緊狀態(tài)尺寸為φ40 mm，可調(diào)節(jié)極限尺寸為φ120 mm，覆蓋了現(xiàn)有風(fēng)力輸送通道全尺寸需求。使用過程中，弧面調(diào)節(jié)頂面設(shè)計為360°可調(diào)節(jié)模式，便于現(xiàn)場使用操作。

圖6 帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置實物及使用圖

經(jīng)過近一個月的維修使用觀察，在風(fēng)道拆卸時，該工裝設(shè)計合理，受力可靠，受力范圍在1000 kg 以內(nèi)，并可根據(jù)不同尺寸弧面的風(fēng)力輸送管道進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳受力支撐效果，有效提升了維修效率，縮短風(fēng)道拆卸更換時間，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 風(fēng)道拆卸安裝用時率

在使用了帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置后，風(fēng)力輸送管道更換作業(yè)所用時間得到極大降低，每次更換時長由原有平均2 h 將至半小時以下，同時，在有工裝輔助后，解放了維修人員人力，避免了維修作業(yè)人員邊人力提供支撐邊進(jìn)行檢修更換的情況，維修質(zhì)量得到極大增強，降低了設(shè)備由于安裝誤差、安裝手法導(dǎo)致的二次更換概率，為風(fēng)道檢修維護創(chuàng)造了充足的檢修時間，為預(yù)防性維修提供了新的思路。

本設(shè)計已成功申請國家實用新型專利，見圖7。通過設(shè)計并使用帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置，大大提高了風(fēng)道拆卸安裝的維修效率，降低了人力成本，保護維修人員維修安全，確保安裝到點到位，保證安裝精度，避免二次安裝返工，也為今后的設(shè)備維修改造提供了積極的思路。本設(shè)計已申請國家實用新型專利[6]，目前已獲批，并逐步推廣于曲靖天福煙葉有限責(zé)任公司維修全過程及云南昆明船舶有限責(zé)任公司等工業(yè)生產(chǎn)制造企業(yè)。

6 結(jié)語

通過對風(fēng)力輸送管道拆卸維修現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合維修工維修實際及習(xí)慣，設(shè)計的帶弧面調(diào)節(jié)的絲桿支撐裝置有效提升了風(fēng)力輸送管道的拆卸維修效率，降低了維修更換人力消耗，方便了維修工的同時，更保障了維修過程安全性，為企業(yè)節(jié)約來自風(fēng)管拆卸維護造成的停產(chǎn)時間、人工及物料損耗，為精細(xì)化生產(chǎn)創(chuàng)造條件，為均質(zhì)化加工及精細(xì)化設(shè)備管控提供重要保障。