發(fā)動機裝配清洗及油霧處理綜合工作臺的設(shè)計

劉 亮

(山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

工程防爆車輛由于長時間在高負載下工作，致使發(fā)動機的拆修和裝配非常頻繁，其主要維修工序之一是在拆解后利用柴油或者煤油等有機溶劑對發(fā)動機內(nèi)部進行清洗。為了保證清洗的精度并降低清洗的成本，需要將溶劑進行加壓和霧化，在清洗的過程中會產(chǎn)生大量的油霧，這些有機溶劑產(chǎn)生的油霧擴散在空氣中形成氣溶膠。一方面油霧在遭遇明火時容易燃燒甚至在一定程度下會爆炸，存在重大的安全隱患；另一方面，發(fā)動機維修人員在作業(yè)時身處油霧之中，雖然佩戴防塵口罩等防護用品，但是仍然有部分器官暴露，使得從業(yè)人員職業(yè)健康受到威脅。為此，本文設(shè)計出了一種能夠滿足清洗功能并且同時具備油霧收集和工件旋轉(zhuǎn)等輔助功能的工作臺。

1 設(shè)計思路和整體結(jié)構(gòu)的確定

1.1 設(shè)計思路

本文設(shè)計了一種防爆車輛發(fā)動機裝配清洗及油霧處理綜合工作臺，其主要功能為發(fā)動機的清洗。為了能夠滿足所有防爆車輛發(fā)動機的維修，首先對整體框架和負載能力進行研究，通過查閱資料和實際測量來確定整個工作臺的尺寸等參數(shù)；其次，為了防止工作臺工作過程中油霧的擴散，應(yīng)設(shè)計油霧阻止裝置，因為在清洗的過程中必須由作業(yè)人員通過目視觀察其清洗的程度和質(zhì)量，所以阻擋裝置必須透明或者半透明，且整體重量要輕，方便作業(yè)人員作業(yè)；再者，清洗所產(chǎn)生的油霧必須通過輔助裝置進行收集液化以便于重復(fù)利用，達到環(huán)保和節(jié)能的目的；最后設(shè)計的工作臺必須能夠多角度旋轉(zhuǎn)，由于發(fā)動機一般比較重，因此應(yīng)保證旋轉(zhuǎn)工作臺在旋轉(zhuǎn)的過程中靈活和穩(wěn)定，保證清洗的安全性。

1.2 整體結(jié)構(gòu)及其工作原理

從以上的整體思路出發(fā)，設(shè)計的工作臺整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由清洗噴油口、油霧收集管道、冷凝管、油霧屏蔽罩箱、旋轉(zhuǎn)工作臺、起重掛鉤等幾部分組成。其工作原理如下：

(1)由控制臺控制起重機將油霧屏蔽罩提升轉(zhuǎn)移至空中。

(2)將需要清洗的發(fā)動機轉(zhuǎn)運至旋轉(zhuǎn)的工作臺上。

(3)作業(yè)人員確認清洗位置后將油霧屏蔽罩扣在工作臺上。

(4)打開清洗噴油嘴進行清洗，清洗過程中產(chǎn)生的油霧通過收集管道進入到冷凝器中冷凝收集，通過屏蔽罩觀察清洗的程度，當(dāng)需要調(diào)整清洗角度時，通過控制單元旋轉(zhuǎn)底座，實現(xiàn)無死角的清洗。

(5)清洗完成后關(guān)閉噴油機構(gòu)，當(dāng)屏蔽罩內(nèi)的油霧被收集裝置收集完后，吊起屏蔽罩，將清洗后的發(fā)動機轉(zhuǎn)運，完成整個清洗作業(yè)。收集后的有機溶劑通過過濾等操作，重新用于清洗。

1-冷凝收集器；2-冷凝管；3-旋轉(zhuǎn)電機；4-油霧屏蔽箱；5-旋轉(zhuǎn)工作臺；6-清洗噴油口；7-油霧收集管道；8-起吊掛鉤

2 主要機構(gòu)的設(shè)計

2.1 整體尺寸的設(shè)計

通過查閱資料和參考相關(guān)工作經(jīng)驗，防爆車輛所使用的發(fā)動機多為柴油發(fā)動機，需要清洗的發(fā)動機整體重量為80 kg～200 kg，由于本設(shè)計工作臺一般清洗小型或中型發(fā)動機，因此選取型號為6CTA8.3-G1的發(fā)動機參數(shù)為設(shè)計參數(shù)，發(fā)動機需要清洗部分的重量為137 kg，外形尺寸為1.3 m×0.8 m×1.1 m。綜合考慮，本工作臺的尺寸為：平臺4 m×3 m，旋轉(zhuǎn)底座半徑0.5 m，屏蔽罩箱1.5 m×1 m×1.4 m，工作時升降高度1.5 m，平移半徑2.5 m，旋轉(zhuǎn)平臺最高載重150 kg。通過實際操作和計算檢驗，本設(shè)計的尺寸能夠滿足大多數(shù)發(fā)動機的清洗要求。

2.2 油霧屏蔽罩的設(shè)計

根據(jù)設(shè)計的目的和思路，油霧屏蔽罩箱是油霧吸收的關(guān)鍵，油霧屏蔽罩箱結(jié)構(gòu)如圖2所示。它安裝在可控制自由升降和平移的氣動機械手臂上，并且本設(shè)計為半自動操作，因此必須保證清洗過程中的可視化操作，且整體重量要輕，方便調(diào)運。在外形設(shè)計上，將整個油霧屏蔽罩設(shè)計成一個長方體，其尺寸為1.5 m×1 m×4 m，這樣能夠?qū)⒉灰?guī)則的發(fā)動機整個包裹起來，且留有清洗的空間；屏蔽罩結(jié)構(gòu)設(shè)計成框架拼接的形式，由于清洗劑大多為柴油和煤油等有機溶劑，對一些材料具有腐蝕作用，因此屏蔽罩主框架選用鋁合金焊接而成，在保證其支撐強度的同時減輕重量，框架鑲嵌材料必須保證具有一定的可視性，但是由于清洗件為金屬部件，在搬運的過程中可能會對屏蔽罩產(chǎn)生磕碰，故不選用玻璃，本設(shè)計采用PMMA(亞克力)為鑲嵌材料，這種材料強度高、透明性高且重量輕，能夠滿足設(shè)計需求；在屏蔽罩側(cè)邊設(shè)計出一個活動窗口，清洗一些小的零部件或者需要手動操作時，不用移開整個屏蔽罩便能將清洗的零件取出；屏蔽罩的上方開一個圓形的口用來安裝油霧收集管，在周圍的約束下，油霧只能通過管道進入冷凝器進行回收，不會向周圍擴散。

圖2 油霧屏蔽罩箱示意圖

2.3 旋轉(zhuǎn)底座的設(shè)計

旋轉(zhuǎn)底座如圖3所示，罩在屏蔽罩下面，將需要清洗的發(fā)動機零部件放置在旋轉(zhuǎn)平臺上，通過旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，從而保證所清洗的每個零部件都能清洗干凈。根據(jù)設(shè)計需求設(shè)定旋轉(zhuǎn)底座半徑為0.5 m，旋轉(zhuǎn)平臺最高載重為150 kg，臺面選用Q235材料，具有良好的塑性、韌性和焊接性能，通過加工使得表面拉花，從而保證與工件的接觸面能夠產(chǎn)生很大的摩擦力，使得工件隨轉(zhuǎn)盤一起旋轉(zhuǎn)而不會發(fā)生相對移動；在旋轉(zhuǎn)的過程中只需要電機提供轉(zhuǎn)矩保證旋轉(zhuǎn)，所以對電機的負載能力要求不高，且為車間使用，為了防止電機產(chǎn)生明火及其爆炸，故選擇220 V單相防爆電機，將發(fā)動機整機置于工作臺面之上，通過電機提供動力，采用皮帶傳動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速比1∶1 500，達到工作臺面和發(fā)動機同時可以垂直于工作臺軸線進行360°低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的目的，從而可以對發(fā)動機零部件的任意面進行清洗或觀察。

圖3 旋轉(zhuǎn)底座示意圖

2.4 油霧收集及冷凝裝置的設(shè)計

多功能罩箱將油霧控制在內(nèi)部，在罩箱后部連接油霧吸收管，所有的油霧只能通過管道排出。為了加快油霧的流動，在管道末端設(shè)計了一個大功率吸風(fēng)扇，由于柴油和煤油等有機溶劑的冷凝溫度比較高，因此將管道設(shè)計成多處“S”型冷卻管路，這樣便可將油霧液化形成液滴并且在重力的作用下流向油液收集槽。另外，由于清洗的過程中會出現(xiàn)一些雜質(zhì)，為了保證油液的重復(fù)利用，需要在油液回收槽的上端設(shè)計一個濾清器實現(xiàn)過濾，最終通過油泵將收集過濾后的油液抽取至清洗裝置，實現(xiàn)循環(huán)利用。

綜合以上設(shè)計，最終的工作臺實物如圖4所示。

圖4 工作臺實物

3 結(jié)語

本設(shè)計研發(fā)的礦用防爆膠輪車發(fā)動機配件清洗油霧回收裝置平臺，具有防止油霧擴散、對罩箱內(nèi)油霧做有效的回收處理以及靈活穩(wěn)定的自動旋轉(zhuǎn)等功能，能夠在滿足發(fā)動機清洗的主要功能基礎(chǔ)上實現(xiàn)對作業(yè)人員的健康保護，全套工裝可以有效地消除發(fā)動機大修工作各個環(huán)節(jié)存在的安全風(fēng)險，并可提高工作效率，對發(fā)動機的拆修清理工作具有重大意義。