渣罐倾翻机构的设计缺陷解决对策

许燕燕

(石钢京诚装备技术有限公司，辽宁115000)

在设计机械设备时，存在对大型构件制造工艺不熟悉，而造成只考虑设备的使用性和功能性，而容易忽视设备制造过程的工艺性，有些工艺性比较差的设计往往最终无法实现加工，或是无法实现设备的设计功能。对于大型铸锻件来说，附属设施的工艺性尤为重要，工艺性差的设计影响大型设备的功能实现。因此在设计时应该多考虑零部件加工时的工艺性，使设备更好实现它的设计功能。

1 案例分析

公司依照现有图纸为外方加工了一套渣罐。渣罐是冶金行业中炼钢过程的重要设备，是一种用于盛装钢铁冶炼过程中产生的高温熔渣，具有两侧带有吊装耳轴的碗状容器。此套渣罐包括渣罐本体(铸造加工)和倾翻装置两部分，渣罐本身重约68 t，倾翻装置重量约为2.8 t，主要由摆臂4、支架5、摆臂1、支架3和支架2等组成。渣罐在工作时，主要靠摆臂1与摆臂4的转动最终实现渣罐的倾翻动作。主动力作用在摆臂1上带动摆臂4转动，当摆臂1通过挂钩与支架3相连接时，该机构完成挂钩动作，摆臂4与摆臂1需要与支架3完成分离，实现脱钩动作。渣罐的这两部分分别生产完毕后即将进行装配焊接时，技术人员发现其中的摆臂1无法完成脱钩，影响渣罐本体的使用，如图1所示。分析原因发现摆臂4在有限的转动范围内无法使摆臂1中的挂钩达到预期的位置。

1—摆臂 2—支架 3—支架 4—摆臂 5—支架图1 渣罐本体Figure 1 Slag pot

2 解决方案

由于渣灌本体为铸件成品，无法进行改动，要改变这种情况只能对倾翻装置进行变更，为此提供如下三种方案：

方案一：修改挂钩在摆臂1中的位置，由原来的距边界中心孔尺寸468 mm变更为590 mm，同时对支架2进行切割将摆臂1转动时与之干涉的部位进行切除，具体脱钩及挂钩状态如图2所示。这种修改方案需要把摆臂1中的原有挂钩切除，重新在摆臂1中开孔焊接新的挂钩，同时需要将支架2在图示的位置切割。该方案需要在摆臂1及支架2上进行更多的焊接及气割动作，容易造成焊接件的变形，同时对焊接件的强度也有一定的影响。方案有一定的修改难度。

方案二：不变更摆臂1，将支架2在原有焊接位置的基础上下移，同时将支架2做适当切割，通过反复论证，具体切割位置如图3(a)所示。支架3与摆臂1具体挂钩与脱钩状态详见图3所示，这种修改主要基于支架2尚未与渣灌本体进行焊接，一旦焊接完毕将增加修改难度。方案二主要变更件2的形状与安装位置，较方案一变更的零件及部位变少，更易于操作。但此方案需要注意的是修改降低了摆臂4在挂钩状态时距离地面的距离。

(a)挂钩状态

1—摆臂 2—支架 3—支架 4—摆臂 5—支架图4 方案三渣罐本体的脱钩状态Figure 4 Unhooking status of slag pot of scheme 3

方案三：不需要变更摆臂1中挂钩的位置，也不需要变更支架2在渣灌中的焊接位置，此方案需要对支架3中靠近钩头一端的孔进行扩长孔，长度为24 mm；需要对支架2进行适当的切割。整体结构按照详细尺寸方案修改后，支架3的脱钩状态如图4所示。这种修改方案需要特别注意的是：原本设计中支架3与支架2呈现平行状态。修改后两者之间有一定的夹角，并且处于约束不充分的状态，所以在倾翻机构工作时，可能出现一定程度的卡阻或失效。

3 三种方案的理论依据

上述三种方案的理论依据是：将此运动结构简化为双曲柄机构，第一个曲柄即摆臂4可以旋转一定的角度，第二个曲柄即摆臂1，摆臂中部焊接挂钩的位置就是此结构最终实现运动目的的位置，也可以看作是第二个曲柄的终点位置，曲柄2可以绕曲柄1与曲柄2的连接点做圆周运动。整个结构最终的工作状态分为两种，分别是挂钩状态和脱钩状态。也就是在支架3与支架2相对位置不变的情况下需要完成的挂钩点与脱钩点是固定的。方案一是在挂钩点与脱钩点不变的情况下，通过改变曲柄2的长度，即加大曲柄2最终的活动范围，用以覆盖固定的挂钩点及脱钩点来完成最终动作。方案二是通过改变支架3与支架2的装配位置，从而改变挂钩点与脱钩点的位置，在第二个曲柄的运动半径不变的情况下，改变该机构两个最终运动实现点，从而实现曲柄运动范围覆盖挂钩点与脱钩点来完成最终的动作。方案三是通过改变支架3与支架2的夹角，从而改变挂钩点与脱钩点的位置，在第二个曲柄的活动范围不变，并可以覆盖修改后的挂钩点与脱钩点的情况下，实现最终动作。三个方案最终都实现了该机构的设计功能，但综合比较以上方案，从安全性、经济性以及操作性等方面进行比较，最终选择用方案二对该结构进行整改，主要原因是方案二需要二次加工的量比较小，对原有设备造成的损坏比较小，具有更高的性价比，同时安全系数较其他方案也有所提高。

4 结语

机械设计是以实现机械设备的预期动作为最终设计目的，庞大的设计工作往往使设计者忽略机构实现过程的工艺性，增加了机械加工及装配时的难度。在设计出现问题时，首先要简化机械结构，搞清楚最终要实现的机械动作，通过改变不同参数，给出多种修改方案，综合不同方案的经济性与安全性、操作性等各方面因素，选出最优的解决方案。