下料装置结构设计及效益计算

张玲玲

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

0 引言

跟着制铝行业的脚步，电解槽技术正在向大容量预焙电解槽的目标前进[1]，为了确保预焙电解槽现代化、高效率的稳定出产，决定了铝电解多功能起重机必须具有越来越完善的功能。

铝电解多功能起重机的主要功能之一即是向电解槽内添加覆盖料，此项功能是由机组的下料装置完成[2]。下料装置的主要部件包括：料仓、旋转装置、垂直升降系统、下料阀、下料料位控制及对位开关等。

1 下料阀结构改进

目前电解铝工艺不断发展，电解铝厂内氧化铝物料颗粒不断增大，下料装置在实际使用过程中，极易出现卡料、堵料，漏料等状况，严重影响正常使用，甚至降低整个机组的工作效率[3]。由于原有结构的空间位置有限，改进设计方案的制定受到下料系统的上、下标高和下料行程限制，为满足用户的大容积料仓且大行程要求，在现有条件下进行结构改进较为困难[4]。

下料装置中大部分组成部件多采用焊接件形式，其中下料阀则是由多个异形件钢板组焊而成，另外还包括一套复杂的传动系统，结构极为复杂，加工、装配难度较大，大大增加了铆焊车间和装配车间的工作难度和工作周期。

原有下料阀结构包括阀体、阀板、拐轴、曲柄、气缸等，阀体和拐轴上分别设置有阀板，阀板通过曲柄分别同阀体内的气缸相连。其主要工作原理是由气缸控制进料口的开启和关闭，从而实现物料通过料仓进入下料管内，进行下料作业，具体结构如图1、图2所示。

1.料仓 2.下料阀 3.垂直升降装置 4.旋转装置图1 优化前下料装置结构

图2 原有下料阀结构

为解决上述问题，综合考虑实用性及可操作性，经过多次调研用户实际使用工况，在保留原有结构优势的基础上，最终确定采用外购成品气动刀型闸阀加连接管的结构形式替代原有的焊接结构的下料阀。

新型下料阀主要由闸板阀和连接管组成。其工作原理是由气缸活塞杆直连圆形阀板，通过气缸活塞运动，实现新型下料阀阀板半开、全开，全闭三个动作。通过连接管的过渡，将下料阀与下部料管连接在一起。

新型下料阀结构中由气缸直接控制阀板，无延时、效率高；闸板阀和接料管总高185 mm，比原结构在高度上缩小150 mm，最大限度满足实际使用的空间要求，为料仓及行程设计留出足够的空间；新型下料阀结构在生产制造周期、产品质量控制及制造成本上都具有较大的优势，能够实现结构优化，重量减轻，制造成本减少，产品质量提高，使用更加便捷、维护方便等优点，具体结构如图3、图4所示。

1.料仓 2.气动刀型闸板阀 3.垂直升降装置 4.旋转装置图3 优化后下料装置结构

图4 改进后下料阀结构

2 下料阀优化设计的经济效益计算

2.1 原有下料阀的成本情况

将原有下料阀的结构进行拆分，按组成单件逐一计算其成本(包括直接加工成本和直接材料成本)，下料阀的具体组成部件包括阀体、阀板、拐轴、曲柄、气缸等组成，在根据各个单件的实际加工步骤计算每道工序所需的加工费用(其中不包括辅助生产费用)，之后再逐个相加后，即可得到单件的生产成本，具体成本计算过程如下[5]。

阀体，主要是由多个异形件钢板组焊加工而成，成本计算如下：

①材料成本(阀体采用钢板Q235A，单价为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=工时×工时成本)：

铆焊(工时成本：2 545元/t)：0.367 1×2 545=934.3元；

压容(锯床)：0.15×12=1.8元；

下料：7×10=70元；

铆：18×18=324元；

划线工序：2.5×10=25元；

125镗床：16×200=3 200元；

划线工序：1.5×10=15元；

钻床：2×12=24元；

钳工工序：0.5×10=5元。

由上可知，其单件加工成本汇总如下得：

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

阀体成本合计为：1 027.9+4 599.1=5 627元。

(2)座成本计算如下：

①材料成本(座体采用钢板Q235A，单价为2 800元/t)：

0.047 5 t×2 800元/t=133元。

②加工成本：

铆焊(2 545元/t)：0.047 5×2 545=120.9元；

压容(锯床)：0.3×12=3.6元；

牛头刨床：3×12=36元；

划线工序：0.1×10=1元；

63车床：2.5×15=37.5元。

由上可知，其单件加工成本汇总得：120.9+3.6+36+1+37.5=199元。

座成本合计为：133+199=332元。

(3)曲柄成本计算如下：

①材料成本(曲柄采用钢板Q235A，单价为2 800元/t)：

6.5/1 000 t×2 800元/t=18.2元。

②加工成本：

铆焊(2 545元/t)：6.5/1 000×2 545=16.6元；

压容(锯床)：0.15×12=1.8元；

下料：0.5×10=5元；

铆：0.8×18=14.4元；

划线工序：0.25×10=2.5元；

镗床：4×100=400元；

划线工序：0.25×10=2.5元；

插床：1×12=12元。

由上可知，其单件加工成本汇总得：16.6+1.8+5+14.4+2.5+400+2.5+12=454.8元。

曲柄成本合计为：18.2+454.8=473元。

(4)轴套，成本计算如下：

①材料成本，(采用45#钢，单价为3 800元/t)：1.4/1 000 t×3 800元/t=5.4元。

②加工成本：

铆焊(2 545元/t)：1.4/1 000×2545=3.6元；

压容(锯床)：0.05×12=0.6元；

62车床：0.5×12=6元。

由上可知，其单件加工成本汇总得：3.6+0.6+6=10.2元。

轴套成本合计为：5.4+10.2=15.6元。

(5)拐轴成本计算如下：

①材料成本(拐轴采用钢板Q235A，单价为2 800元/吨)：7.65/1 000 t×2 800元/吨=21.5元。

②加工成本：

铆焊(2 545元/吨)：7.65/1 000×2 545=19.5元；

下料：0.6×10=6元；

铆：1×18=18元；

划线工序：0.25×10=2.5元；

小镗：2×100=200元；

钳工工序：0.5×10=5元；

划线工序：0.5×10=5元；

镗床：4×100=400元；

钻床：0.25×12=3元；

钳工工序：0.35×10=3.5元；

插床：1×12=12元；

由上可知，其单件加工成本汇总得：19.5+6+18+2.5+200+5+5+400+3+3.5+12 =674.5元。

拐轴成本合计为：21.5+674.5=696元。

(6)轴成本计算如下：

①材料成本，(采用钢板45#钢，单价为3 800元/t)：9.5/1 000 t×3 800元/t=36.1元。

②加工成本：

铆焊(2 545元/t)：9.5/1 000×2 545=24.2元；

压容(锯床)：0.05×12=0.6元；

数控车床：0.75×40=30元；

划线步骤：0.25×10=2.5元；

万能铣床：1×12=12元。

由上可知，其单件加工成本汇总得：24.2+0.6+30+2.5+12 =69.3元。

轴成本合计为：36.1+69.3=105.4元。

(7)整个下料阀的装配成本计算如下：

总装：24×10=240元。

(8)外委件、库领件成本如表1所示。

表1 外委件、库领件成本明细

(9)单台改进前下料阀的总合计成本如下：

5627+332+473+15.6+696+105.4+439+240=7 928元。

2.2 新型下料阀的成本情况

改进后的下料阀，主要由连接管和气动刀型闸阀组成，改进后的下料阀厂内不进行加工制造，全部由外委加工完成。

(1)连接管：外委件成本为960元；

(2)气动刀型闸阀：4 600元/件；

总成本合计为：960+5 000=5 960元。

综上所述，整个下料装置中除垂直升降装置和旋转装置不变外，仅下料阀改进前的成本是7 928元，改进后下料阀的成本是5 960元，故每套下料装置节省的成本约为：7 928-5 960=1 968元。另外，新型下料阀组件少，加工难度低，故成品质量较好，减少了设备维护时间，提高了劳动效率。

3 结论

本项目通过对下料装置中下料阀的结构改进，不仅能够解决目前下料装置在电解铝厂使用中存在的诸多问题，同时还具有以下特点。

(1)新型下料阀进一步完善了原有下料系统功能的需求，使整个系统结构布置更加紧凑，为其它结构的设计留出了足够的空间，能够最大限度满足用户对料仓容积及下料行程的要求；

(2)新型下料阀克服了原有下料阀结构中存在的缺陷，避免了原有结构的复杂加工过程，简化了加工难度，提高了产品质量，进而提高了劳动效率；

(3)新的阀结构，占地面积小，操作方便，并能满足在此领域工作的功能的用户的需求；

(4)新型结构降低了生产制造成本，每台降低了成本1 968元，沈冶公司年产铝电解多功能机组约百台，且部分机组需要两套下料装置，因此具有极大的推广和使用价值，为新型下料装置的设计研发奠定了基础。