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摘要：通过对中煤北京煤机公司下料中心工艺设计，介绍了液压支架生产工厂下料车间包括工艺选择、设备确定，定员，生产面积计算等工艺参数的选择，可对结构件生产车间的设计提供参考。
关键词：液压支架工厂设计结构件
中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2010)011-018-02
相对于一般工厂设计而言，液压支架结构件下料车间设计属于非标结构件加工范畴，但对于一般的机械工厂设计有其特殊性，主要表现在如下几个方面：(1)设计任务量大，需大批量成套生产；(2)下料的厚度较大，最大可达到200mm；(3)根据受力和结构特点，结构件多为非直线切口：(4)需要大量的坡口切割。
中煤北京煤矿机械有限责任公司是生产液压支架的专业工厂，新建下料中心集钢板预处理、下料、切割坡口为一体的加工车间，是液压支架结构件生产的第一道工序，也是影响产品质量和生产的关键工序。新建下料中心设计生产纲领及原则为：(1)加工范围为液压支架结构件的下料和预处理，下料量为8万t/a，切割钢板最大厚度200mm，下料后板材最大尺寸1.5×4.5(m)。(2)生产工人两班作业，管理人员一班生产。年时基数设备3740h，工人1790h。(3)可适应柔性生产系统，结构件下料可根据产品型号做适当调整。
1 工艺选择及参数确定
1.1 工艺选择
目前切割下料主要有热切割和冷切割两种方式，比较成熟的切割工艺主要有：剪切、锯切、水射流切割、激光束切割、等离子切割和火焰切割等。通过各切割工艺特点分析，可用于液压支架下料的工艺主要有火焰切割和剪切。
火焰切割特点为：切割质量中等：切割面光滑、垂直：以金属学角度来看其氧化表面好：在热影响区碳化及硬化；高热输入；材料范围有限；切割速度较低。
剪切切割的特点为剪切精度好、生产效率高、操作方便、锯刀使用寿命长。
两种下料方式的最大不同是：剪切下料只能切割直线切口，切割厚度受到一定限制，投资成本较大但运营成本较低，而火焰切割正相反。考虑液压支架各种结构件的特点，设计在不同工位采用了两种不同的切割方式，其中下料厚度小于16mm且为直线切割的采用了剪板下料，其它工位均采用火焰切割下料。
1.2 工艺参数确定
工艺参数是设备能力计算、作业面积选择、定员计算的依据，根据近年来设计经验及计算，确定下料主要工艺参数如下：
(1)成材率：80％。成材料的选择对后续工艺计算有一定的影响，根据国内生产液压支架的下料成材率水平，我们经过北煤机等企业近几年生产统计，取了一个较高的数值。
(2)氧气消耗量：41mm/t，丙烷消耗量：6.8m/t。
(3)电力消耗：39.60kW·h，t。
(4)钢丸消耗：7kg/t。该部分消耗量较小，而且可重复使用。
(5)在制品生产周期：10天。
2 下料设备选型
根据下料生产纲领、生产周期及成材率，计算月下料量为8340t/月。
设计选用6000×18000数控切割机(10枪)6台进行主材下料，选用2500×9000小型数控切割机(6枪)4台进行小尺寸钢板下料，选用半自动切割机20台进行补充。
剪板机仅用于普板，薄板的直边零件的下料，选用20×31001剪板机1台，32x3100剪板机1台，34×25联合冲剪机1台。
3 面积计算
下料中心面积计算主要依据设备生产占用面积、半成品和待加工原材料占用面积、车间通道占用面积等组成，根据选用设备及在制成品数量，确定厂房占用面积2720m2。
4 劳动定员
劳动定员完全按岗位确定，辅助工人按生产一线人员的20％设计，确定生产人员组成为65人。其中铆工19人，操作工16人，焊工20人，辅助工人10人。
5 其它工序
5.1 预处理
钢材预处理工艺是指钢材在加工前(即原材料状态)进行表面抛丸除锈的加工工艺。根据产量定额及成材率，车间生产任务量为10万Va，合8340t/月。
预处理线分钢板预处理线和零件预处理线。
预处理生产线选用青岛铸机厂生产的轨道式抛丸机。该设备在抛丸室封闭性能、除尘系统环保性能、设各生产效率及工作可靠性等方面均优于国内同类设备。预处理工序占用面积750m2，定员7人。
5.2 坡口切割
需割坡口量按30％结构件数量设计，割坡口量为2000t/月。选用AX-MV6型双工位机器人切割工作站5台作业，2×5(m)坡口切割机械手两台，半自动切割机10台。割坡口定员32人。占用面积850m2。
5.3 校平
调平按下料量的30％计算，调平生产纲领为2000t/月。选用了W435-30×2500七辊校平机1台和压力为4500kN单臂液压机。
6 辅助工序
6.1 起重运输
因该单位已设有准轨铁路，本设计采用电动轨道平板车为主要运输设备，辅助以叉车、起重机吊装。起重机最大吨位按最大件(包括毛坯件)重量确定。
下料中心处理量(搬运量)为10万t/a。在车间布置纵向和横向通道，并在车间主要生产道路布置1435mm轨距轨道，该轨道与厂区其他车间轨道相连形成有轨运输网。
生产物料进出采用20吨汽车平板车和1435mm轨距电动平板车(25t)完成，专用运输车根据搬运量设置三台，电动平板车选用25t三台。
车间内部运输采用叉车，同时叉车担负物料的搬运和零件上料、翻转等作业。叉车选用10t一台，8t两台，5t一台。
在车间采用起重机完成加工件的装卸、搬运以及上料翻转等作业。由于零部件加工过程中可能出现吊装翻转而产生起重机小车掉道事故，将起重机设置为双梁，每一跨均设置20／5吨桥式起重机，共三台，另外根据作业量再设置10吨桥式起重机5台。在主要设备处设置摇臂起重机完成加工件上料、翻转下料等作业，以减少车间双梁起重机的作业负荷。
起重运输操作人员(司机)20人，均包含在各工序内。
6.2 管道布置
车间生产需用给水、燃气、压缩空气、采用用蒸汽等夺路管道。设计在车间除主要设备直接连接外，均设置了动力点。
6.3 仓储
根据作业量，在车间内设置原材料和半成品码放区。其中原材料(整板)码放区三个，每个码放区面积为280m2零件存放区一个，面积280m2。另设面积为360m2的工具设备库，满足生产工具和小型设备存放要求。
7 项目主要技术指标及设计总结
本项目下料量8万t/a，生产车间面积11624.9m2(包括通道及辅助作业面积)，车间起重机轨面标高9m。车间设备91台(其中主要起重设备8台)，定员200人。
我公司对该项目的工艺、土建及辅助设施进行了设计，该工程于2008年投入生产，经过一年多的运行，各项指标均达到了设计要求，各设备负荷率与设计较吻合，工艺参数如动力消耗、辅助材料消耗与原设计也比较接近，达到了设计的预期目的。
关键词：液压支架工厂设计结构件
中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2010)011-018-02
相对于一般工厂设计而言，液压支架结构件下料车间设计属于非标结构件加工范畴，但对于一般的机械工厂设计有其特殊性，主要表现在如下几个方面：(1)设计任务量大，需大批量成套生产；(2)下料的厚度较大，最大可达到200mm；(3)根据受力和结构特点，结构件多为非直线切口：(4)需要大量的坡口切割。
中煤北京煤矿机械有限责任公司是生产液压支架的专业工厂，新建下料中心集钢板预处理、下料、切割坡口为一体的加工车间，是液压支架结构件生产的第一道工序，也是影响产品质量和生产的关键工序。新建下料中心设计生产纲领及原则为：(1)加工范围为液压支架结构件的下料和预处理，下料量为8万t/a，切割钢板最大厚度200mm，下料后板材最大尺寸1.5×4.5(m)。(2)生产工人两班作业，管理人员一班生产。年时基数设备3740h，工人1790h。(3)可适应柔性生产系统，结构件下料可根据产品型号做适当调整。
1 工艺选择及参数确定
1.1 工艺选择
目前切割下料主要有热切割和冷切割两种方式，比较成熟的切割工艺主要有：剪切、锯切、水射流切割、激光束切割、等离子切割和火焰切割等。通过各切割工艺特点分析，可用于液压支架下料的工艺主要有火焰切割和剪切。
火焰切割特点为：切割质量中等：切割面光滑、垂直：以金属学角度来看其氧化表面好：在热影响区碳化及硬化；高热输入；材料范围有限；切割速度较低。
剪切切割的特点为剪切精度好、生产效率高、操作方便、锯刀使用寿命长。
两种下料方式的最大不同是：剪切下料只能切割直线切口，切割厚度受到一定限制，投资成本较大但运营成本较低，而火焰切割正相反。考虑液压支架各种结构件的特点，设计在不同工位采用了两种不同的切割方式，其中下料厚度小于16mm且为直线切割的采用了剪板下料，其它工位均采用火焰切割下料。
1.2 工艺参数确定
工艺参数是设备能力计算、作业面积选择、定员计算的依据，根据近年来设计经验及计算，确定下料主要工艺参数如下：
(1)成材率：80％。成材料的选择对后续工艺计算有一定的影响，根据国内生产液压支架的下料成材率水平，我们经过北煤机等企业近几年生产统计，取了一个较高的数值。
(2)氧气消耗量：41mm/t，丙烷消耗量：6.8m/t。
(3)电力消耗：39.60kW·h，t。
(4)钢丸消耗：7kg/t。该部分消耗量较小，而且可重复使用。
(5)在制品生产周期：10天。
2 下料设备选型
根据下料生产纲领、生产周期及成材率，计算月下料量为8340t/月。
设计选用6000×18000数控切割机(10枪)6台进行主材下料，选用2500×9000小型数控切割机(6枪)4台进行小尺寸钢板下料，选用半自动切割机20台进行补充。
剪板机仅用于普板，薄板的直边零件的下料，选用20×31001剪板机1台，32x3100剪板机1台，34×25联合冲剪机1台。
3 面积计算
下料中心面积计算主要依据设备生产占用面积、半成品和待加工原材料占用面积、车间通道占用面积等组成，根据选用设备及在制成品数量，确定厂房占用面积2720m2。
4 劳动定员
劳动定员完全按岗位确定，辅助工人按生产一线人员的20％设计，确定生产人员组成为65人。其中铆工19人，操作工16人，焊工20人，辅助工人10人。
5 其它工序
5.1 预处理
钢材预处理工艺是指钢材在加工前(即原材料状态)进行表面抛丸除锈的加工工艺。根据产量定额及成材率，车间生产任务量为10万Va，合8340t/月。
预处理线分钢板预处理线和零件预处理线。
预处理生产线选用青岛铸机厂生产的轨道式抛丸机。该设备在抛丸室封闭性能、除尘系统环保性能、设各生产效率及工作可靠性等方面均优于国内同类设备。预处理工序占用面积750m2，定员7人。
5.2 坡口切割
需割坡口量按30％结构件数量设计，割坡口量为2000t/月。选用AX-MV6型双工位机器人切割工作站5台作业，2×5(m)坡口切割机械手两台，半自动切割机10台。割坡口定员32人。占用面积850m2。
5.3 校平
调平按下料量的30％计算，调平生产纲领为2000t/月。选用了W435-30×2500七辊校平机1台和压力为4500kN单臂液压机。
6 辅助工序
6.1 起重运输
因该单位已设有准轨铁路，本设计采用电动轨道平板车为主要运输设备，辅助以叉车、起重机吊装。起重机最大吨位按最大件(包括毛坯件)重量确定。
下料中心处理量(搬运量)为10万t/a。在车间布置纵向和横向通道，并在车间主要生产道路布置1435mm轨距轨道，该轨道与厂区其他车间轨道相连形成有轨运输网。
生产物料进出采用20吨汽车平板车和1435mm轨距电动平板车(25t)完成，专用运输车根据搬运量设置三台，电动平板车选用25t三台。
车间内部运输采用叉车，同时叉车担负物料的搬运和零件上料、翻转等作业。叉车选用10t一台，8t两台，5t一台。
在车间采用起重机完成加工件的装卸、搬运以及上料翻转等作业。由于零部件加工过程中可能出现吊装翻转而产生起重机小车掉道事故，将起重机设置为双梁，每一跨均设置20／5吨桥式起重机，共三台，另外根据作业量再设置10吨桥式起重机5台。在主要设备处设置摇臂起重机完成加工件上料、翻转下料等作业，以减少车间双梁起重机的作业负荷。
起重运输操作人员(司机)20人，均包含在各工序内。
6.2 管道布置
车间生产需用给水、燃气、压缩空气、采用用蒸汽等夺路管道。设计在车间除主要设备直接连接外，均设置了动力点。
6.3 仓储
根据作业量，在车间内设置原材料和半成品码放区。其中原材料(整板)码放区三个，每个码放区面积为280m2零件存放区一个，面积280m2。另设面积为360m2的工具设备库，满足生产工具和小型设备存放要求。
7 项目主要技术指标及设计总结
本项目下料量8万t/a，生产车间面积11624.9m2(包括通道及辅助作业面积)，车间起重机轨面标高9m。车间设备91台(其中主要起重设备8台)，定员200人。
我公司对该项目的工艺、土建及辅助设施进行了设计，该工程于2008年投入生产，经过一年多的运行，各项指标均达到了设计要求，各设备负荷率与设计较吻合，工艺参数如动力消耗、辅助材料消耗与原设计也比较接近，达到了设计的预期目的。