轧花工艺中设备支架采用工厂标准化制作的应用

■王韶斌赵鹏达窦志鹏许江涛

〔1山东天鹅棉业机械股份有限公司，山东济南250032〕

〔2新疆天鹅现代农业机械装备有限公司，新疆五家渠831300〕

轧花工艺中设备支架采用工厂标准化制作的应用

■王韶斌1赵鹏达2窦志鹏1许江涛2

〔1山东天鹅棉业机械股份有限公司，山东济南250032〕

〔2新疆天鹅现代农业机械装备有限公司，新疆五家渠831300〕

棉机制造业在国家行业分类中是一个小的行业，关注度低，影响面小。特别是棉机的现场安装工作，任务繁重，工作环境恶劣，所以很多年轻人不愿意干这项工作，造成了从事安装工作的人员多为四五十岁甚至六十岁的老工人的被动局面，严重缺乏新生力量。棉花加工设备的安装中如何减少安装人员以及降低安装现场工作量，加快安装进度，增强安全性，怎样把与主机配套的支架在出厂前做成标准化的成品，在现场像拼接积木一样把支架平台连接好，增加布局的合理性和耐用性，增加设备的稳定性并发挥最大性能，更好地服务于棉花加工单位，是棉机制造企业需要考虑的事情。

一、支架的设计理念

（一）规范化

以前棉机制造企业只是单纯的提供设备，设备安装支架都是安装公司根据设备尺寸现场制作，一旦安装公司和棉机制造企业以及使用单位沟通不畅，就会造成安装质量参差不齐。因为每个人的设计思路不同、出发点不一样，制作完成的支架也是大小不一、高低不同、用料不合理，结果是同一套工艺、同一种设备，不同的安装队伍安装出来的外观和使用效果就不一样。为此，支架采用工厂标准化制作，把每个平台设计成不同的块状，安装现场只用螺栓连接块状即可，这样相同设备的支架就达到了规范化。

（二）统一性

轧花工艺不同，支架的层数也不同，少的2层，多的5层，每层平台分承重部分和检修部分，两部分要尽量做到左右对称，每一层平台可以分4个～5个小块，出厂前把小块焊接好，做好标记，方便现场安装。比如立柱的间距、平台的宽度、护栏的高度和长度等。

（三）互换性

每个支架会有斜撑和楼梯平台以及爬梯，支架的斜撑尽量做到互换，楼梯平台也是一致的，爬梯的宽度和斜度也尽量达到一致，方便制作和现场的安装。

二、支架的构成

（一）样式

整体为螺栓连接结构，立柱采用H型钢，方便加工和现场的螺栓连接；支撑设备的横梁用20#以上的工字钢做支撑；平台和立柱、斜撑全部用高强度8.8级螺栓连接，每一层大平台由4组～5组已经焊接好4 mm花纹板的单一框架式小平台组成；梯子两侧选用C型钢，踏步4 mm厚花纹板，踏步的宽度和踏步高以及倾斜角度完全按照GB 4053.2-2009《固定式钢梯及平台安全要求第2部分：钢斜梯》的国标要求，既有强度又起到对平台的加固作用。防护栏杆从手的握紧力以及舒适性选定的圆管，每一侧的护栏由几组单独的护栏组成，隔1 500 mm左右会有一根直径42.25 mm、壁厚3.23 mm的立杆和平台连接，上面的横杆是整根钢管，单独护栏的连接选用玛钢材料的三通、四通和弯头，拐弯处采用弯头的管接头，塑性和韧性好，摔一下还不容易损坏，同时有高度120 mm、厚度2.5 mm的踢脚板做安全防护，极大地保证了护栏的稳定型和安全性（详见图1和图2）。

图1 支架图片

图2 支架近景图

（二）加工尺寸

每一层平台由4组～5组小平台组成，小平台的组成是单一型材下完料钻好孔然后再焊接，四周采用槽钢焊接成一个整体的框，上面敷设花纹板，整体性强、变形量小。为保证制作件连接孔的准确定位，公司专门购买了三维数控钻床，把电子版的图纸输入程序里，只要保证初始定位准确了，孔的间距误差可以控制在0.3 mm以内。立柱为做到互换性，钻孔数量高达100多个，保证了立柱的一致性和准确性。关键部件甚至用加工中心或镗床来完成，大大提高了制作效率和准确性。花纹板规则的用剪板机下料，其他全部采用激光下料完成，保证了平台的有效尺寸（详见图3）。

图3 三维钻床

（三）焊接质量和精度

在图纸中清晰地标明焊接方式、长度、起始点、间距等，制作当中更是严格把关品质，件件检查，认真对待。精度主要体现在孔的定位和焊接后是否有应力变形，框架总体点焊后测量孔位，不容错位和变形，尤其是受力部位的平台更应如此。

（四）材质的受力分析

选材时受力分析是必要的，尤其是承重横梁和立柱的连接，承重横梁两端焊接端板的尺寸一般大于承重横梁尺寸的1.5倍，目的是增加接触面积，增加摩擦力和扭矩。

以复合式籽清机支架为例，分析支架结构，设备支撑横梁直接承受设备重量，并将力分散传导至框架立柱上，受力的薄弱点在设备底部的横梁上（图4），对其进行有限元分析。

图4 支架结构示意图

1.首先计算设备重心位置，并计算出设备每个支腿上的受力，这些力即为设备支撑在各个接触点上受到的外力。根据实际使用的情况，作用在单根横梁上的力可简化为前后两个分力，分别为：

2.根据设计图纸建立模型，材料选用普通碳钢（表1）

表1 材料的物理属性

3.确定支撑横梁上相应的约束点和受力点的分布位置（图5、图6）。

图5 横梁约束点

图6 横梁受力分布

4.将以上受力与约束分别设置到被分析零件上，设置安全系数S=2，以此得出横梁的最低安全系数为2.5789，满足设计要求（图7）。

图7 设置安全系数

5.经过划分单元格后进行有限元分析（图8）。

图8 有限元分析

6.最终得到分析报告，得出零件各处所受最大应力为85.55 N∕mm，＜220.594N∕mm2，最大位移形变量为0.74 mm，均满足设计要求（图9、图10）。

图9 静态位移

图10 应力分布

（五）现场安装图纸

一个支架类似于一个产品，大约有200多张图纸，要简化流程，方便现场快速安装就需要提供单独的安装图纸，每层平台以及梯子和护栏都有相对应的图号，发货时图号各部分已经做了标记，现场安装时按照图纸进行，只用螺栓连接即可（见图11）。

图11 现场安装

三、支架起到的作用

（一）降低故障率

轧花工艺中的籽清部分绝大部分架设在空中，设备性能的稳定性以及发挥最大的效能是至关重要的，只有保证安装支架稳定了，才能让设备运行平稳，降低故障率。

（二）方便检修

只要是机械设备都会存在一个检修的过程，支架的设计必须考虑设备检修的方便以及安全，检修的到位以及检修精度的恢复。

（三）提高设备运行效率

在加工过程中，籽棉的品质、天气或设备等情况会有所变化，继而发生棉花塞车现象，这时候就需要快速地把棉花掏干净，尽量少耽误开车时间。平台设计应考虑到这种情况，既方便工人干活，又使掏出来的棉花有地方存放，提高了设备的运行效率，降低了加工成本。

三、支架的优势

（一）达到统一性

首先是工艺的统一，然后是平台的统一，这样不管多少条生产线、不管哪家公司安装，只要支架一致了，管道的走向就容易统一了，最终生产线是一致统一的，安装后想要达到的使用效果会一样，再不会出现这家好用、那家不好用的现象，增加了整体实用性和美观性。

（二）缩短了安装工期

把每层平台分4个～5个小块，出厂前把小块焊接好，安装现场只用螺栓连接块，大大节省了人力和劳动强度。以4台MY171机采棉工艺为例，一般有重杂、三丝、提净、回收、集棉和不孕籽共计11组支架，安装人员在6人～8人的情况下，所有设备吊装到位（不包含护栏）安装主机工期可以压缩在15天左右。

（三）美观大方

外观新颖，用材合理，敦实厚重。☆