基于废钢包块的拆包设备开发与应用

2020-11-09凌志

中国设备工程 2020年20期

凌志

（湖南华菱涟源钢铁有限公司，湖南娄底 417009）

采用废钢包块炼钢具备节能减排等优势，国内钢铁公司增大了对废钢包块的采购力度，部分商家在利益的驱动下往废钢包块中掺杂弄假，对公司造成了较大的经济损失。因此，有必要开发一种高效率废钢包块拆包设备来废钢包块进行拆包检查，以捍卫公司的利益。

废钢包块拆包设备是一种专业拆包废金属包块、废铁钢筋包块的设备。现有的废钢包块拆包设备主油缸与蝴蝶梁之间采用刚性连接，导致拆包拉拔时的附加载荷直接传递给主油缸，因而易出现活塞杆弯曲，甚至折断等高失效现象。因此，有必要设计一种废钢包块拆包设备，包括底座、固定在底座上的主油缸以及活动设置在底座的蝴蝶梁；蝴蝶梁通过活动结与主油缸的活塞杆连接；活动结的两连接端包括一个能够在底座延伸平面方向旋转的第一枢纽端和一个能够在底座垂直平面方向旋转的第二枢纽端。蝴蝶梁与活动结通过销轴铰接，拆包时，由于活动结具有万向补偿作用，能够避免主油缸活塞杆容易受载不均而导致弯曲，甚至折断等高失效现象。

1 设备主要结构

废钢包块拆包设备由主机、液压系统、蝴蝶梁、拉拔机械手等组成。

所述废钢包块拆包设备，如图1为废钢包块拆包设备的结构示意图所示，包括底座100、固定在底座100上的主油缸200以及活动设置在底座100的蝴蝶梁300；蝴蝶梁300通过活动结400与主油缸200的活塞杆连接；活动结400的两连接端包括一个能够在底座100延伸平面方向旋转的第一枢纽端410和一个能够在底座100垂直平面方向旋转的第二枢纽端420。

底座100可为金属框架构造，其上表面对应主油缸200、蝴蝶梁300的工作区域可为平整表面。主油缸200可通过焊接、螺接等方式固定在底座100上，提高稳定性。蝴蝶梁300活动设置在底座100上，其为拉拔机械机构如拉拔机械的安装部件。同时，蝴蝶梁300通过活动结400与主油缸200的活塞杆连接，在活塞杆的作用下活动于底座100上，进而带动拉拔机械机构运动。

具体的，活动结400一端与活塞杆连接，另一端与蝴蝶梁300连接。两个连接端中，其中一个连接端可在底座100延伸平面方向旋转，即该连接端的旋转平面与底座100的上表面平行，其为第一枢纽端410。另一个连接端可在沿底座100垂直平面方向旋转，即该连接端的旋转平面与底座100的上表面平行，其为第二枢纽端420。

第一枢纽端410可与活塞杆连接，此时，第二枢纽端420相应与蝴蝶梁300连接。反之，第二枢纽端420可与活塞杆连接，此时，第一枢纽端410相应与蝴蝶梁300连接。第一枢纽端410可以在底座100延伸平面内偏转，使得蝴蝶梁300可在一定范围内左右调节。第二枢纽端420可在底座100垂直平面内偏转，使得蝴蝶梁300可在一定范围内上下调节。因而可补偿拉拔时产生的复杂尺寸偏差，进而保护主油缸200不容易被破坏。

本文提供的废钢包块拆包设备，与现有技术相比，本文废钢包块拆包设备主油缸200与蝴蝶梁300之间采用活动结400连接，第一枢纽端410可以在底座100延伸平面内偏转，第二枢纽端420可以在底座100垂直平面内偏转，从而补偿拉拔时产生的复杂尺寸偏差，进而保护主油缸200不容易被破坏，降低主油缸200失效率，延长整个废钢包块拆包设备的使用寿命。

第一枢纽端410与蝴蝶梁300连接，第一枢纽端410为水平铰链，第二枢纽端420与活塞杆连接，第二枢纽端420为竖直铰链。

由于蝴蝶梁300在底座100延伸平面方向即横向空间较大，第一枢纽端410设置在蝴蝶梁300这一端，有较好的安装空间和偏转空间。第一枢纽端410为水平铰链，如通过竖直销轴540和蝴蝶梁300连接，绕竖直销轴540进行周向转动。第二枢纽端420为竖直铰链，如通过水平销轴540和活塞杆连接，绕水平销轴540进行周向转动。该种方式的第一枢纽端410和第二枢纽端420结构简单，可靠性高。

蝴蝶梁300通过导向支撑机构500与底座100连接；导向支撑机构500包括设置于蝴蝶梁300两侧以底座100为中心对称设置的两个导轮架510，两个导轮架510延伸至底座100的边缘附近，导轮架510设有与底座100的上表面接触配合的上导轮520。

两个导轮架510延伸至底座100两侧边缘，配合蝴蝶梁300形成一个宽度略宽于底座100的框架。框架通过上导轮520与底座100两侧边缘滚动，从而限定蝴蝶梁300沿底座100的延伸方向运动。该种设计结构简单紧凑，设备运行可靠。

图1 废钢包块拆包设备的结构示意图

图2为废钢包块拆包设备的另一视角结构示意图；图3为废钢包块拆包设备A处局部放大示意图；底座100两侧的边缘设有与底座100自身延伸方向平行的导轨550，导轮架510在上导轮520的下方设有与导轨550接触配合的下导轮530。

导轮机构的下导轮530与增设的导轨550接触导向的同时，上导轮520与底座100导轨550面接触导向，即双面导向，大大提高了接触刚度，整个废钢包块拆包设备运行更可靠和稳定。

图2 废钢包块拆包设备的另一视角示意图

图4为导轮架的配合结构示意图；图5为导轮架的另一视角配合结构示意图；图6为销轴的配合结构示意图。参照图4～6可知，下导轮530通过具有螺纹部541的销轴540与导轮架510连接，螺纹部541的直径大于下导轮530的直径。

下导轮530为易损件，更换频率相对较高。并且下导轮530一端固定在导轮架510，另一端靠近底座100的侧部，因而安装空间较小，无法直接拆卸。基于此，螺纹部541的直径大于下导轮530的直径，导轮架510设有相应的螺纹孔。下导轮530可以从导轮架510远离底座100的一侧进行更换，安装时从螺纹孔穿入，拧紧销轴540即完成下导轮530的安装。拆卸时，拧松销轴540将下导轮530从螺纹孔中抽出。该设计的导轮架510可实现方便、高效更换下导轮530，从而大大降低维护和维修成本。

参照图4～6可知，销轴540露出于导轮架510上设有限制销轴540绕自身轴心转动的限位部542，导轮架510设有压板560，压板560开设有与限位部542配合的限位孔。

为防止销轴540在使用过程中绕自身轴心转动，造成松动。在销轴540上设有限位部542，限位部542的形状为非圆柱结构，如棱柱结构。压板560上设有与限位部542形状对应的限位孔，压板560上套设在限位部542上并固定在导轮架510上。因此，销轴540无法绕自身轴心转动，持续保持紧固状态。

参照图4～6可知，上导轮520通过螺栓和螺母配合固定在导轮架510上。上导轮520的一端固定在导轮架510上，另一端没有其他部件抵近。因而上导轮520靠近底座100一侧的空间相对较大，可以从该侧进行安装，通过螺栓和螺母配合固定在导轮架510上。该种方式结构简单，成本较低。

参照图4～5可知，在任一导轮架510中，上导轮520和下导轮530的数量均为多个且一一对应设置，上导轮520和下导轮530沿底座100的延伸方向等间距均匀分布。该种方式，导轮架510受力均匀，避免出现应力集中现象。

参照图1可知，蝴蝶梁300上设有第一拉拔机械手600。第一拉拔机械手600包括分设蝴蝶梁300两侧的拉拔油缸和夹爪。当主油缸200伸缩时，第一拉拔机械手600张合，可对废钢包块进行处理。底座100远离主油缸200的一端设有第二拉拔机械手700。第二拉拔机械手700可采用第一拉拔机械手600类似结构。第二拉拔机械和第一拉拔机械手600配合使用，加大了废钢包块拆包设备对各形状钢材的处理能力。

其中，图中各附图标记：

100-底座；200-主油缸；300-蝴蝶梁；400-活动结；500-导向支撑机构；600-第一拉拔机械手；700-第二拉拔机械手；

410-第一枢纽端；420-第二枢纽端；

510-导轮架；520-上导轮；530-下导轮；540-销轴；541-螺纹部；542-限位部；550-导轨；560-压板。

图3 A处局部放大示意图

表1 废钢包块拆包设备主要参数

图4 导轮架的配合结构示意图

2 工作原理

废钢包块拆包设备是通过液压柱塞泵向集成油路供油，经过分配手动阀向液压缸传送后，提供动力。压力可以根据实际不同情况调到需要的额定值(额定值大小由压力表显示)。拆包设备通过液压机械手抓挤压分离，并分解，从而拆解包块。表1为废钢包块拆包设备主要参数，图7为废钢包块拆包设备液压系统原理图。

图6 销轴的配合结构示意图

图7 液压系统原理图

3 应用效果

该废钢包块拆包设备的开发与应用，现场应用表明，采用销轴将活动结与主油缸和蝴蝶梁铰接，当蝴蝶梁受拉拔力时，由于活动结具有补偿作用，能够补偿拉拔拆包时产生的附加载荷，避免发生主油缸受载不均导致活塞杆弯曲、折断等失效现象。达到了预期的效果。该系统设备现场照片如图8所示。与蝴蝶梁直接和主油缸刚性连接效果对比如表2所示，销轴铰接方式，具有受力补偿性，失效率也低。