帶弧面調節絲桿支撐裝置的設計與應用

許 然，沈美華，吳夢麗，韓 劍，葉學華

（曲靖卷煙廠曲靖天福煙葉復烤有限責任公司，云南 曲靖 655001）

0 引言

煙葉在打葉復烤加工過程中需要經歷鋪葉擺把、潤葉篩沙、打葉風分、葉片復烤等一系列工藝環節。不同品種的煙葉具有不同的加工特性，在加工過程中要進一步提升煙葉外在質量以及內在品質，使煙葉質量充分滿足工業公司配方需求。曲靖天福煙葉復烤有限責任公司是一家具備智能化、自動化煙葉復烤加工模式的工廠。在煙葉加工環節中，廣泛使用到風力輸送管道系統，其主要功能是把上一級打葉或風分后的葉、梗、梗帶葉混合物料通過風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小顆粒在管路輸送過程中通過除塵系統排放回收，在煙葉加工中運用較為廣泛，起到閉環生產線的重要作用。

1 現狀

煙葉經過風分倉后，由風分拋料將煙葉定向拋出，使煙葉在風分倉體內懸浮，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、碎煙及灰塵進行分離[1]。分離出的葉片通過風力輸送管道進入落料器中以完成大片分離；部分碎片及灰塵通過風力輸送管道送入碎煙收集管道及除塵房，繼續下一步工序處理，如圖1 所示。

圖1 風分倉實物圖

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

1.1 風力輸送管道拆卸頻率高

在實際生產中，在風分倉風力輸送位置處風力輸送管道以法蘭盤抱箍連接在風分風機及切向落料器兩端[1-2]，為其形成閉合通路及保證風分倉葉片風分效果，常需要定期維護更換輸送管路連接兩端接口處的環形密封圈、拆卸管路維護風機葉輪、風機軸承及維修落料器等，平均更換維護周期為3 周/次，最短更換周期為環形密封圈平均2 周/次，風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 風力輸送管道拆卸困難

在拆卸時，風力管道平均重量在100 kg 以上，且大部分風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，在目前的生產車間內，風力輸送管道共計約1200 根，其中約600根主要集中于風分倉區域。

在使用中，風分倉管道未輔聯管道，通常搭配大型設備使用，且使用數量多，布局分布集中，多安裝于高空作業區域面以預留足夠的安裝空間。以曲靖天福煙葉復烤公司為例，目前風分倉區域主要占地為200 m2，設備總長50 m，寬3 m，共分為A/B 兩組并列擺放，風分管路安裝于風分倉頂部約3 m 位置處，頂部無支撐懸吊設置，由于前期工藝路線設計要求，設備內側圖1 無足夠空間預留維修過道，僅可依靠維修作業人員攀爬設備進行風分倉維護，安全平臺搭建難以完全覆蓋以上區域。A/B 兩線間過道寬2 m，但未留有直通設備頂部維修平臺，且經過現場維修反饋登高車等高處作業設備無法有效抵達風分倉位置，導致拆卸作業只能依靠人工進行。風力管道均為圓弧設計，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

由于采用風力輸送模式運送物料，在負壓風機牽引下帶動物料在風力管道中運動，會產生跟隨震動及共振現象，導致風機葉輪安裝位置不穩。在除塵風機發生異響、震動時，大多數都是由于風機密封圈磨損、破例或軸承損壞，葉輪葉片損壞時，需要拆卸風道進行維修。

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

2.2 拆卸困難原因分析

由于風力輸送管道位置較高，檢修平臺難以受力支撐，風分段設備布局局限性吊裝設備難以安裝、管道拆卸頻率高等現象，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”型支架進行加固受力，該方案能解決拆卸安裝風力輸送管道問題，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，難以滿足風力輸送管道拆卸頻率需求，拆卸時仍依靠大量人力調試、搬運，維修安全難以保證，維修周期長，效率低。

根據拆卸風力輸送管道時維修人員操作便捷性進行受力分析，分析圖如圖2。

圖2 風力管路圖

如圖2 可知在目前的風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，將自重傳導至機組本體以相互抵消，產生受力平衡；在風道拆卸過程中，必須拆除法蘭盤連接以便風道拆卸。在維修人員拆卸時，常采取先松開一邊法蘭鏈接，對其進行人力支撐后再松開另一邊的方式進行維修，在法蘭盤松勁后，其固定力自然消除，導致風道受力不均衡，常出現下沉并伴隨重力慣性力作用，如不設置可靠支撐，將導致風道受力扭曲、破損。若松開兩邊法蘭鏈接，此時風道僅受重力作用，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行受力支撐以抵消其重力作用。

3 設計思路

根據目前采用的以上兩種風力通道拆卸力平衡思路，結合生產實際，對其平衡實施難度及優劣進行了分析見表1。

表1 方案對比表

若想解決風力輸送管道拆卸困難的問題，結合現場維修實際，急需設計一種能滿足高空拆卸的可伸縮調節的受力裝置。裝置要求伸縮調節范圍在1.5 ～3.5 m范圍；裝置受力可靠，據計算風力輸送管道采用鋼水澆筑而成，單個風道平展后其長為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；根據剛體受力平衡思路，受力裝置需保持在支撐時同時為風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），設計了帶弧面調節的絲桿支撐裝置。在保證單牙式手搖千斤頂抬升力的同時，加裝了可調節式弧面，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、穩定性。同時，目前市面上沒有提供弧面支撐受力的有效設備，該工裝的設計保證不同半徑弧面可調節式支撐，純機械式設計避免漏油、取電等其余問題產生。

4 實施步驟

根據以上設計思路，具體設計圖及結構（圖3）分析如下。

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

在使用時調節絲桿長度可升高或下降裝置高度對風力輸送通道拆卸后進行支撐。

結構簡介：如圖4 所示，首先，帶弧面調節的絲桿支撐裝置設計，參照單牙式手搖千斤頂部分設計[3-2]，加裝了可調式支撐弧面1 通過調節螺栓2 與支撐圓弧板12 連接，通過調節螺栓2 在滑槽內移動，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，通過調節絲桿5 形成上下兩部分三角穩定結構，由調節絲桿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—可調式支撐弧面；2—調節螺栓；3—上力臂，4—連接螺栓；5—調節絲桿；6—下力臂；7—底板緊固螺栓；8—配重底板；9—調節把手；10—絲桿鎖緊螺母；11—上連接塊；12—支撐圓弧板；13—調節凹槽。圖4 帶弧面調節的絲桿支撐裝置設計示意圖

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

使用方式：如圖5 所示，在維修過程中，需對風力輸送管道進行拆卸或安裝時，首先現場操作人員需對風力輸送管道半徑進行目測，并扭動調節螺栓2 將可調式支撐弧面1 調試為適當半徑，以便對管道進行三點受力支撐；其次，觀察現場維修環境，為配重底板8找到合適受力平面，并根據受力面角度不同調節底板緊固螺栓7 以達到水平；接著，調整調節把手9 使裝置抬升，將管理置調節后的可調式支撐弧面1 上，并扭動調節螺栓2 對管路進行適當鎖緊，保證管路受力平衡；最后，繼續抬升帶弧面調節的絲桿支撐裝置將風力輸送管道進行支撐即可。

圖5 帶弧面調節的絲桿支撐裝置受力示意圖

注意事項[5]：帶弧面調節的絲桿支撐裝置，只需在使用時為配重底板8 找到一個合適的受力平面，根據平面的傾斜度適當調整底板緊固螺栓7 達到受力平衡，其余進行標準化操作便可，支撐可靠，調整方便。

5 結果分析

如圖5 所示，帶弧面調節的絲桿支撐裝置設計完成后，其在使用過程中，可通過調節螺栓2 以改變可調式支撐弧面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道僅受重力作用下滑，本設計只在拆卸法蘭連接盤前先使用本工裝，調節其高度將風道先與支撐面接觸，后在調節弧面，檢查其滿足弧面支撐要求（風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道鏈接，此時本工裝產生的支撐力F1、F2，經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形成下壓力L1、L2，受力發散，在使用時采用三個弧面支撐裝置分別對風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行支撐完全滿足弧面風道支撐需求，輕松實現受力平衡穩固。

工裝實物圖如圖6 所示。從圖6 看，帶弧面調節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。經過砝碼受力測試，成品受力極限為1220 kg，完全滿足風力輸送通道拆卸需求?？烧{節式弧面收緊狀態尺寸為φ40 mm，可調節極限尺寸為φ120 mm，覆蓋了現有風力輸送通道全尺寸需求。使用過程中，弧面調節頂面設計為360°可調節模式，便于現場使用操作。

圖6 帶弧面調節的絲桿支撐裝置實物及使用圖

經過近一個月的維修使用觀察，在風道拆卸時，該工裝設計合理，受力可靠，受力范圍在1000 kg 以內，并可根據不同尺寸弧面的風力輸送管道進行調節，以達到最佳受力支撐效果，有效提升了維修效率，縮短風道拆卸更換時間，具體數據見表2。

表2 風道拆卸安裝用時率

在使用了帶弧面調節的絲桿支撐裝置后，風力輸送管道更換作業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，避免了維修作業人員邊人力提供支撐邊進行檢修更換的情況，維修質量得到極大增強，降低了設備由于安裝誤差、安裝手法導致的二次更換概率，為風道檢修維護創造了充足的檢修時間，為預防性維修提供了新的思路。

本設計已成功申請國家實用新型專利，見圖7。通過設計并使用帶弧面調節的絲桿支撐裝置，大大提高了風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，也為今后的設備維修改造提供了積極的思路。本設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任公司維修全過程及云南昆明船舶有限責任公司等工業生產制造企業。

6 結語

通過對風力輸送管道拆卸維修現狀進行分析，結合維修工維修實際及習慣，設計的帶弧面調節的絲桿支撐裝置有效提升了風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，為企業節約來自風管拆卸維護造成的停產時間、人工及物料損耗，為精細化生產創造條件，為均質化加工及精細化設備管控提供重要保障。