楊 杰 池 力 陳云雷
中國航空規(guī)劃設計研究總院有限公司 北京 100120
機械加工設備(以下簡稱機加設備)精度越來越高,設備精度不僅依靠設計、制造技術,設備基礎對其加工精度亦至關重要。一般需要將該類設備置于獨立的基礎上,滿足正常運行需求,并減少對環(huán)境的不利影響。基礎足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性,能夠保證設備的加工精度,并延長使用壽命。優(yōu)良的基礎設計能夠有效減少設備對廠房、人員和其他設備的不利影響。然而,設備基礎設計涉及專業(yè)多、內容雜,工藝條件設計難度較大。因此,針對精密機加設備基礎的工藝條件設計的研究,對于保證設備正常運行、減少對廠房環(huán)境影響和提高設計效率具有重要意義。
因此,本文首先研究常規(guī)設備基礎條件,形成工藝條件設計方法和流程;然后,深入研究精密機加設備的基礎設計要點。
工藝條件設計首先應保證條件的全面性、準確性,才能保證基礎滿足設備使用需求,設計過程一般包括了解設備特點、明確專業(yè)要求、設計工藝條件。
為保證基礎滿足設備安裝、使用要求,首先明確設備構成、作用,運行方式、操作方式等;其次明確設備的水、電、動力、環(huán)境、空間等需求;最后明確設備對環(huán)境的物理、化學等的負面影響。在此基礎上,結合基礎設計涉及專業(yè),初步擬定條件要素。
在充分了解設備特點的基礎上,分專業(yè)整理基礎設計條件,各專業(yè)要素如下:
建筑專業(yè)包括表面設計、隔振設計、定位設計,表面設計含水平度、防水、防油、防滲漏、防腐蝕,隔振設計含隔振形式、隔振材料等,定位設計用于確定設備位置。
結構專業(yè)主要設計基礎實體,主要包括設備技術參數、圖紙、基礎要求、基礎資料和地勘資料等。
動力專業(yè)包括壓縮空氣、真空、供熱、氣體供應、油類及冷卻液等要素,各要素均涉及壓力、流量、品質、使用點、載荷系數、用氣系數等。
電氣專業(yè)包括電源、照明和接地等要素,電源設計重點含電壓、功率、頻率、電流、供電品質、使用點等。
給排水專業(yè)包括給水、排水,細化要素包含用水性質、用水方式、水量、水質等。
暖通專業(yè)包括通風和空氣調節(jié)(溫度、濕度),細化要素包括方式、風量、有害物質、溫度梯度、濕度梯度等。
弱電專業(yè)設計網絡類別、位置和數量等。
在前述工作基礎上,按專業(yè)設計工藝條件,包括條件單、條件圖(定位、結構、載荷、預埋件、外形等圖)及其他相關資料等。
針對精密機加設備基礎設計,在常規(guī)基礎工藝條件設計方法的基礎上,需根據該類設備的特點進行建筑、結構、暖通、動力、電氣專業(yè)要點設計。
建筑設計要點主要包括定位、隔振和表面設計。
定位設計:首先應明確設備操作面,結合操作需求,將操作面設置在靠近廠房物流、人流通道處;然后應考慮設備工作臺尺寸、原材料外形尺寸、物流周轉空間和運輸方式,保證足夠的上下料空間。綜合考慮上述因素,確定基礎定位尺寸。
隔振設計:機加設備對振動較為敏感,不確定振動影響設備加工精度,同時設備運行載荷較大時,對周圍環(huán)境的影響較大,因此需要設計基礎隔振。設備基礎隔振形式包括:四周隔振、五面隔振、隔振縫和隔振板。隔振溝、縫內宜空或填充海綿、細砂等疏松材料,隔振板包括泡沫塑料、聚苯乙烯等。
表面設計:基礎表面設計包括平面度和處理方法。平面度影響設備的調平,表面處理關注于粉塵、水、油、腐蝕性液體等對基礎剛度、強度的影響,需要明確平面度、表面防護做法。
結構專業(yè)設計要點包括基礎變形、不均勻沉降等。
基礎變形:通常情況,設備基礎變形趨于穩(wěn)定,但在較大的動靜荷載作用下,若基礎剛度不足或地基基床系數過低,可能產生過大的彈性變形或不可預知的永久變形,影響設備的加工精度,需要明確設備的重量、重心、動靜載荷,明確結構設計允許的基礎變形范圍等。
不均勻沉降:基礎不均勻沉降可導致社會被轉動時產生軸向顫動,導致軸瓦磨損,降低加工精度;當不均勻沉降超過設備調整極限,甚至導致附加應力、拉裂等破壞情況,造成基礎報廢、設備無法正常使用,因此需要明確基礎的不均勻沉降范圍。
暖通專業(yè)設計要點包括通風和空氣調節(jié)。
通風:非全封閉機加設備可能產生粉塵、廢氣等有害物質,影響自身及其他設備的加工精度,甚至惡化廠房環(huán)境、危害工人健康等,需要明確有害物成分和影響通風量的規(guī)格參數,防火、防爆要求。
空氣調節(jié):當廠房溫濕度達不到設備運行要求時,設備可能因不同部位溫濕度敏感度不同或者補償無效,加工精度降低,需要明確溫濕度范圍、控制方式等。
動力專業(yè)設計要點主要為壓縮空氣設計。當壓縮空氣與設備、產品的精密表面接觸時,其中的油類物質、固體顆粒物等可能污染、腐蝕精密表面,導致精密表面精度降低,需要明確油量、水蒸汽量、固體粒子尺寸和濃度等氣質要求。
精密機加設備對電源品質要求較高,電壓、頻率等過大波動可能引起主軸振顫,導致加工精度下降,需要明確供電品質要求。
本文研究了常規(guī)設備基礎設計,形成了實用性較強的工藝條件設計流程和要求;深入研究了精密機加設備基礎設計要點,形成該類設備基礎工藝條件設計要點,具有較強的指導意義、實用價值。
未來可從廣度上拓展鈑金、裝配等大型加工設備的基礎設計研究,從深度上對設備基礎的隔振、施工技術等方面進行深入研究。