拆卸设计

拆卸设计（精选十篇）

拆卸设计 篇1

1 结构设计

轴承拆卸过程中, 最常用的方式就是采用拉马装置进行拆卸, 其工作原理如图1所示。拉杆4勾住轴承5的内圈, 手柄1 (也可用扳手) 带动螺杆3传动, 从而通过螺旋副产生一个轴向力把轴承从轴6中拉出来, 但这种拆卸存在摩擦力大容易拉伤轴、不能拆卸轴过长的轴承装置[2]、拉马与轴承内圈接触处容易打滑等一些缺点[2]。

为了尽量克服上述缺点, 同时提高拆卸装置的通用性, 有针对性的对拆卸装置进行了改进。首先, 要想办法克服拉马与轴承内圈接触处的打滑, 其次要让装置具有通用性, 设计采用了10mm厚的双半圆拉环组合并用螺纹联接, 同时在其圆周方向均匀的分布有3个孔, 拉环整体结构设计如图2和图3所示。

2 工作原理

在修理作业中拆卸轴承、齿轮使用的拉具一般都设计成图1所示的结构。该种拉具由于拉爪端部有一定的厚度, 同时可能因为轴肩高度太低从而导致轴承拆卸困难。为此, 针对上述情况将所设计拉环与拉马结合, 设计了一种新型拉马式通用轴承拆卸装置, 如图4所示。

拆卸轴承时, (1) 先松开两半圆拉环的螺栓, 将半拉环的内圆弧与轴贴合并紧挨轴承内圈, 随后用螺纹连接使其将轴抱紧。 (2) 调整图1所示拉马的螺杆长度, 用拉马的3个拉杆钩头分别拉住双半拉环上的3个均布孔, 将螺杆的端部顶住轴端。 (3) 转动手柄传动螺杆, 通过拉杆, 螺杆和2个半圆形拉环向外拉动轴承, 最终将轴承拆除。

整个拉具设计中, 半圆形拉环的尺寸最为重要, 要根据轴的外径尺寸确定, 此时一定要注意拉环的直径应该小于或等于轴的直径, 只有这样才能有效保证半圆形拉环将轴抱紧;拉环材料采用10mm厚度的45钢, 使其在螺栓连接时能产生一定的弹性变形, 在获得足够的摩擦力的同时弥补结构设计时的圆环尺寸误差。

3 不同场合的轴承拆卸技巧

(1) 轴承生锈或损坏, 轴的精度不高时。对于这种情况, 可先用煤油对轴承配合处进行浸润, 然后用所设计的拉马进行拆卸;如果拉力不够大, 可将图1所示螺杆换成千斤顶进行供力, 也可先用拉马将轴承拉紧, 然后对轴承内圈处用气割加热, 便能对其进行拆除。

(2) 轴的精度高, 不允许伤轴时。对于这种情况, 主要是防止两半圆拉环把轴擦伤, 可以先在轴上安装拉环的位置包上一层薄铜片。为防止轴过热, 可将毛纸 (用麦杆等制作的纸, 纸面粗糙) 打湿预敷在轴上。采用介绍的第一种方法拆除轴承。

(3) 轴的精度高, 不允许使用气割和伤轴时。此时, 先用薄铜片保护好拉环与轴的接触处, 随后用拉马螺杆或千斤顶拉紧轴承。把90℃~100℃的热油浇到轴承上 (为防止热油浇到轴上, 可先用石棉或硬纸包在轴上) [1]。

通常情况下, 轴承拆卸采用上述3种方法或它们的合理有效组合都能进行拆除。

4 结语

针对不同直径的轴承, 只需设计不同尺寸的双半圆拉环, 以实现不同尺寸轴承的拆卸, 通过不断的摸索积累, 极大地缩短了检修时间, 提高了检修水平。

摘要：针对机械设备检修作业中遇到的轴承拆卸问题, 为了降低检修成本, 根据实践经验研制了一种新型轴承拆卸装置, 文章着重介绍了该装置的结构特点、工作原理及轴承拆卸技巧。

关键词：滚动轴承,拆卸,设计

参考文献

[1]孔芸.滚动轴承的装拆方式及监测方法[J].有色冶金节能, 2002, 19 (1) :32-33.

[2]张自亮.轴承拆卸液压装置的设计[J].液压与气动, 2003 (10) :17-18.

井下巷道拆卸工字钢液压支架的设计 篇2

关键词：工字钢；巷道支护；液压拆卸；手动方便；缓慢控制；安全拆卸

中图分类号：TD355.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01

一、现有巷道支护现状

我国现在巷道支护主要有以下几种支护方式：木支架支护、金属支架支护、石材支护、锚杆支护、锚索支护、喷射混凝土支护。

二、巷道拆卸工字钢支架的大体结构

（一）大体结构主要有以下几部分组成：底座、升降杆、顶梁、立柱、活动导向筒、调正千斤顶、升降爪、控制爪千斤顶、升降千斤顶、推移千斤顶、液压控制系统。如图所示：

图1 巷道拆卸工字钢支架简图

（二）巷道拆卸工字钢支架工作原理。该支架放置在巷道里，布置在端头支架的前部，底座一侧可以布置转载机，用于拆卸工作面巷道布置的工字钢，并支护顶板，防止拆卸工字钢后顶板冒落。此支架只适用于拆卸矩形或梯形巷道搭接布置工字钢。其基本过程如下，首先在顶梁不支撑顶板状态调整推移千斤顶，使升降爪大体处于要拆卸工字钢正下方，然后再升降顶梁。顶梁就带动升降杆上升支撑顶板，防止在拆卸工字钢后顶板冒落。在支撑顶板后调节控制爪千斤顶，使控制爪完全张开，再调节升降千斤顶使升降爪上升到工字钢附近，这时通过调节调正千斤顶，使控制爪完全对正工字钢后，再调节升降千斤顶上升到控制爪能完全夹住、夹稳工字钢状态。这时就可以调节控制爪千斤顶使控制爪夹稳并抓紧工字钢，等两个控制爪都抓稳后，人工拆卸掉两侧立撑的工字钢。

两侧立着的支撑腿工字钢拆卸完后，控制两个升降千斤顶使控制爪带着横梁工字钢缓慢降落，等降到人能够用肩膀扛得高度就停止下降，在有人扶着工字钢得同时调节控制爪千斤顶，使控制爪张开，此时就可以用一个人或者两人调整工字钢带出巷道。拆卸完这个后再调整一下为拆卸下一个做准备。等端头支架向前移架后就可以通过调节推移千斤顶向前推移拆卸工字钢支架，在移架过程中注意调节顶梁，若顶梁上方出现工字钢，使布置在顶梁正上方的工字钢落在顶梁上部凹槽内，然后再支撑好顶板，进行下一个拆卸工字钢作业。

三、巷道拆卸工字鋼支架的具体结构设计

（一）对巷道整体适应性设计。巷道拆卸工字钢支架布置在工作面巷道里，同时巷道里也有转载机，这样要留出转载机布置空间及人行通道。从图1俯视图中就可以看到，在顶梁正下方的位置布置升降杆，用于控制顶梁做上下运动时周圈限位，在升降杆两侧布置有单独控制两个活动导向筒的千斤顶，两个活动导向筒分别从底座右侧安装。在升降杆位置的最外侧布置有两个立柱，用于控制顶梁的上下运动。最后部外侧布置有两个独立的推移千斤顶，用来控制本支架的移架及位置调整。

（二）底座具体结构设计。本支架的底座结构简图如图2。该支架底座大体成船型，前后设置成滑撬结构，减小移架阻力。底板为整个钢板，上面焊接有链接各个部件的附属结构。在底座的中间是焊接的供升降杆上下运动的板式导向筒。导向筒两侧即底座的边侧是供安装立柱的柱窝，底座前部中外侧是两个安装调正千斤顶的耳板，调正千斤顶另一侧安装在活动导向筒上，底座后部两侧为活动导向筒设计的导向槽，活动导向筒的下部是一块钢板，钢板正好在导向槽内运动。导向槽外侧，是焊接的脚踏板，由于工字钢在被控制爪放下后有的还有很高的高度，人不便向下拆卸，此时工作人员就可以到脚踏板上拆卸。在底座最后部的两侧是布置的连接推移千斤顶的耳板，用来通过销轴连接推移千斤顶

图2 底座简图 图3 顶梁及升降杆简图

（三）顶梁和升降杆的结构设计。本支架的顶梁及升降杆结构简图如图3，该支架顶梁的设计主要考虑到与顶板的适应性，在设计时采用可以使顶梁左右摆动的铰接销轴连接方式与升降杆相连，顶梁采用箱型结构设计，顶板为了避让还没有拆卸的工字钢预留出一凹槽，这样既可以支护顶板又可以适应因工字钢布置间隙不同带来的不便。顶梁前后由于受到销轴和升降杆的限位作用不能摆动，其上端通过铰接销轴与顶梁连接，下端安装在底座的板式导向筒内。升降杆与顶梁铰接销轴连接处采用舌板连接方式，可有效减小销轴受力，增加销轴的使用寿命。

（四）活动导向筒及升降爪的结构设计。活动导向筒及升降爪的结构图见图1。活动导向筒是一个套筒焊接在下面的一块钢板上，并套筒和钢板之间用筋板连接，筋板加强的同时也作为安装调正千斤顶的耳板，通过调节调正千斤顶来调整活动导向筒的左右位置。活动导向筒内部安装升降千斤顶，升降千斤顶下部通过销轴固定在活动导向筒内部，升降千斤顶的上部通过销轴连接升降爪，控制升降爪的上下移动。升降爪的张开与闭合靠控制爪千斤顶控制。

四、控制系统

该支架的液压控制系统采用本架手动控制，为了方便操作和控制，所有的立柱千斤顶都采用独立换向阀控制，这样更用力于支架的灵活操作，使用更方便。

五、结束语

目前，支架的前期设计工作已经完成。该支架的使用可以大幅度提高拆卸工字钢的效率，增加工作人员的安全性，可以有效减小顶板冒落，减小操作工人的劳动强度，快速安全的拆除工作面前部巷道里工字钢。

参考文献：

[1]孙广义.采煤概论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[2]王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999.

拆卸盲孔中轴承装置的设计 篇3

1 拆卸盲孔中薄壁轴承装置的设计

1.1 拆卸盲孔中薄壁轴承装置的结构如图1所示。

1.2 拆卸薄壁轴承装置的使用方法.

拆卸轴承装置使用时, 先将三块胀块5放入箱体装轴承孔的底部, 再将定心锥块4-放入胀块5的锥孔中, 定心锥块的外端面应与胀块的外端面大致平齐, 然后用三个内六角螺钉2将导向块3联接到胀块上, 联接螺钉应顺时针、交错逐步拧紧, 螺钉拧紧后的结合件应能转动, 否则要径向调整螺钉安装在导向块上的位置, 将击锤7套在拔杆8上, 最后将拔杆旋入导向块3。拆卸装置安装好后, 托住拔杆使它与轴承孔同心, 然后用击锤反复敲击拔杆后座直至薄壁轴承取出。

1.薄壁轴承2.内六角圆柱头螺钉3.导向块4.定心锥块5.胀块6.箱体7.击锤8.拔杆

1.箱体2.滚动轴承3.支撑座4.拉杆5.支架6.螺杆7.旋柄8.销钉

1.3 关键零件的设计、制造

1.3.1 胀块5的设计、制造。

将棒料先加工成一个圆盘, 圆盘外径略小于轴承安装孔内径, 然后再将圆盘中心车出一个小锥度的锥孔, 最后用锯片铣刀将胀块铣成三片, 控制铣刀宽度, 使胀块能通过轴承内孔。

1.3.2 定心锥块4的设计、制造。

定心锥块加工成一个锥形柱体, 锥块的锥度等于胀块5锥孔的锥度, 锥块的大圆锥直径小于胀块的大圆锥孔径0.5mm, 锥块的厚度小于胀块厚度0.5mm, 这样设计防止锥块将胀块撑大与箱体发生干涉。

1.3.3 拔杆8的设计、制造。

拔杆由螺柱和后座组成, 分别将它们加工成型, 然后焊成一体。拔杆的螺柱与杆体设计成台阶形状, 螺柱的长度小于导向块3的厚度, 这样避免螺柱顶住定心锥块, 从而使胀块撑得过大与箱体发生干涉。拆卸轴承时拔杆承受载荷F一般按经验公式计算。

经验工式:F=9.8αYL (1)

1.3.4 导向块3的设计。

导向块的直径要稍小于拆卸轴承的内径, 导向块块上的螺钉过孔设计成均布的径向长孔, 这样方便螺钉与胀块联接。 (2)

1.4 另一型号拆卸盲孔中薄壁轴承装置的设计

用上述装置拆卸尺寸较大的薄壁轴承, 比较费力, 劳动强度大, 我们在原装置的基础上设计了另一型号的拆卸装置。新的拆卸盲孔中薄壁轴承装置采用螺旋挤压法, 用该方法设计的拆卸装置在工作过程中几乎无振动, 对轴承和箱体伤害更小, 特别适用精密部件的拆卸。新型号的拆卸轴承装置把原装置的击锤7取消, 改为支撑座。对原装置的拔杆8进行改动, 缩短了拔杆8的杆长, 并且在拔杆的后座上增加均布的三个螺孔。

新型号装置使用方法。拆卸轴承开始时, 胀块、定心锥块、导向块的方法不便, 紧接着将拔杆旋入导向块, 然后将支撑座装于拔杆、箱体之间, 最后将螺栓通过拔杆的后座顶在支撑座上, 用螺栓将轴承从箱体中拉出。操作时, 应顺时针、交错逐步拧动螺栓, 注意使螺栓均匀伸出拔杆的后座。这种方法大大降低了操作工的劳动强度。

2 拆卸盲孔中滚动轴承装置的设计

2.1 拆卸薄壁轴承装置的结构如图2所示

2.2 拆卸盲孔中滚动轴承装置的使用方法

拆卸轴承时, 先将支撑座3放到箱体1上, 然后将拉杆4穿过支撑座并钩住滚动轴承2, 最后用旋柄7带动螺杆6顶在支撑座上, 这样逐渐将轴承从箱体中拉出。

结语

在生成过程中遇到拆卸盲孔中的轴承, 由于没有专用工装, 拆卸卸盲轴承作业给一线员工带来不便, 为了解决这个问题, 设计制造了几种型号的拆卸轴承装置。用这几种装置拆卸盲孔中的轴承, 既省力又不损伤箱体, 大大降低了操作工的劳动强度, 提高了效率, 节省了人力。该装置操作简捷, 现场使用效果良好, 得到了一线员工的好评。

参考文献

[1]王先奎, 艾兴.机械装配工艺[M].北京:机械工业出版社, 2010.

内燃机的拆卸与安装要领 篇4

1. 拆卸的原则：①首先要了解被拆机器的结构，弄清正确的拆卸顺序，切不可盲目乱拆。②拆卸时一般应按由表及里的原则，先拆外部附件，然后再拆总成、部件，最后分解成零件。③拆卸成组的螺纹结构件，也应先外后内，并做到对角交叉分2～3次拧松。④拆卸轴端的螺母时首先弄清螺纹的旋转方向，其旋转方向一般与轴的工作旋向相同或与轴上旋转零件的工作旋向相反（例如齿轮、轴承）。

2. 拆卸的工具和方法：①拆卸飞轮、齿轮、皮带轮等部件时，应用专用的拉拔器工具拉出，必要时，可用铜棒接触被拆件的非工作面进行适当的敲击。②拆卸孔或轴用的挡圈时，应使用专用的卡钳取出。③拆卸螺栓、螺母时要用合适的扳手。对锈死难拆的螺栓或螺母，要事先用汽油渗透，再用手锤敲击其头部四周，使锈层疏松以利拆卸。④当六角螺栓头部因磨损或腐蚀无合适的扳手选用时，可直接用锤打击头部，达到延展变形，再将扳手以一定的紧度强迫套入，先向旋紧方向用力，再向旋松方向使力，反复操作直到松动。⑤有些螺母用扭动扳手不易拆卸，可用“力偶矩方法”拆卸。

3. 为便于装配应做好配对记号：①为提高装配质量和效率，对非互换件零件和配合件，应核对原有“记号”或重新做记号，并配对分类放置。例如：活塞连杆组、轴瓦与轴颈及轴承座、气门与气门座、正时齿轮、精密偶件、飞轮与离合器、传动叉头、圆锥滚子轴承部件等都应做到原装或配对记号。②实践表明，类似配气机构中的挺柱和推杆，虽然理论上各自有互换性，但在使用中接触面形成各有差异，做上记号原样装回很有必要。

4. 拆卸中应注意安全：①一要戴防护手套，二要做好搬动中万一发生打滑的准备。②拆卸气门时要用专用工具，谨防锁瓣弹出打伤眼睛。

二、内燃机的装配

1. 装配前的质量检验：①多缸发动机的气缸间隙，活塞环的边间隙、端间隙均应在标准间隙范围内，并力求间隙一致。②各缸连杆组件质量差应控制在规定要求的范围内。③重要的结合面，例如：机体与缸盖、曲轴的后端面、单缸柴油机曲轴与飞轮配合锥度等，均无碰伤。④高强度螺纹副在自由状态下，能用手拧动而无松动或阻滞。

2. 装配前的清洗润滑：①装配前必须认真彻底清洗所有待装零件，并对机器的润滑油道用高压空气吹干净。②对相对运动的配合件接触面，应涂上与工作时相一致的润滑油或润滑脂。

3. 装配的顺序：①按记号由内向外，先将零件组装成部件。②再由部件和零件装配成整机。千万注意不可漏装或错装。

4. 正确的装配方法：①装配活塞连杆时，应将活塞放入水中加热使销孔膨胀，然后对正方向，很快将活塞销推入孔中。②装配正时齿轮之前，应将曲轴飞轮组和活塞连杆组安装妥当后再进行。③安装正时齿轮罩盖前应先将油封压入罩盖内，再进行装配，拧紧螺纹时，应一边转动曲轴，一边拧紧螺丝。④安装高压油管前，使喷油泵泵头充分溢油再进行。⑤拧紧高压油管时，应先拧紧喷油泵连结的一端，喷油器一端等充分溢油后再拧紧。⑥安装橡胶油封时，对其孔唇边进行必要的润滑和导正。⑦有些机器的正时齿轮盖与机体之间设有定位销，安装时要检查定位销的可靠性。⑧滚动轴承的安装：向轴上安装时，应在内圈上用力推进；向孔内安装时，应在轴承外圈上用力推进。

5. 装配过程中的检查：①活塞、活塞销和连杆装配后，要检查连杆与活塞之间转动是否灵活。②活塞连杆组向发动机内安装时，应边紧连杆螺栓边摇转曲轴，以检查有无卡滞情况，并检查活塞在气缸内上行移动时有无偏磨现象，同时观察各缸活塞顶面相对气缸体体平面的凹下或突出是否一致。③气门组装后，可用木槌沿轴向轻拍尾端，以利气门销瓣振动落实达到安全可靠。④有密封要求的结合面，其密封条或密封垫子应确保完整无损。⑤重要部位的安全锁紧零件，必须可靠销紧。⑥变速箱在装配过程中，必须做到每装配一步都应进行试转，检验是否灵活，确保挡位无错乱，换挡无阻滞。

（作者联系地址：陕西省西乡县农机管理站 邮编：723599）

紧密纺小罗拉轴承拆卸器设计 篇5

小罗拉轴承是紧密纺细纱机的重要牵伸集聚零件, 在正常的纺纱过程中, 由于纺纱车间环境中飞花、粉尘较多, 我们经常会遇见小罗拉轴承与内圈抱死或磨损严重的现象[1], 这样会造成小罗拉在转动过程中产生跳动, 从而使纤维须条输送速度不均, 进而造成纺纱数据严重恶化的现象。因此发现小罗拉轴承磨损后, 必须及时进行更换。

1 常规轴承拆卸方法

目前轴承常用的拆卸方法有以下几种[2]:

(1) 敲击法。用铜棒或者其他软金属加在轴承内圈, 用手锤轻轻敲下, 要求每打击一次后, 就要移一个位置, 使内圈四周都受到均匀的打击力。

(2) 拉出法。一般采用二爪或者三爪的拉马, 拆卸轴承时, 拉马勾住轴承内圈, 旋动手柄, 就可以将轴承慢慢拉出来。

(3) 推压法。用压力机推压, 注意压力机的着力点必须在罗拉轴的中心上。

(4) 热拆法。将加热的机油浇注到待拆的轴承上, 待轴承受热膨胀后, 即可用工具拉出。

2 小罗拉轴承装配的结构特点

本文所述的紧密纺小罗拉轴承选用的是61900-2LS, 该轴承属于微型轴承, 参数为22*10*6 (外径*内径*厚度) , 与小罗拉过盈配合, 一般采用拉马来进行拆卸。

但是, 如图1所示, 小罗拉轴承档短小, 轴承与罗拉端面间隙小, 而普通拉马 (如图2所示) 在操作时需要较大的夹持空间, 使用常规的拉马不能便捷的取出轴承, 甚至不能取出轴承。

针对以上情况, 利用拉马原理, 设计出了一种新型小罗拉轴承专用拆卸器 (图3所示) 。该拆卸器改进了普通拉马拉杆夹持部位过厚的问题, 并且解决了普通拉马工作时横臂受力后会呈弧状, 拉杆会向横臂两端滑动的弊端。

3 结构设计

本文设计的小罗拉轴承拆卸器主要由拉杆1、销子2、螺杆3、卡箍4、手柄5组成, 拆卸轴承时, 将螺杆3旋到合适位置, 松开两半圆拉杆1, 将拉杆1端部内台阶与小罗拉轴贴合并紧挨轴承, 套上卡箍4将拉杆1抱紧, 旋动手柄5将螺杆3顶住小罗拉中心孔, 半圆拉杆1相应退后从而将轴承拉出。

使用该拆卸器, 一人即可操作, 不占空间, 受力均匀, 不会对小罗拉造成破坏。该拆卸器对于外圈破损只剩内圈的轴承同样适用。

3.1 拉杆

拉杆1 (如图4) 是最关键部件, 其巧妙之处在于设计成两个半圆结构, 如图所示, 拉杆内部设计有与拉杆配合的螺纹孔, 端部内孔尺寸小于轴承外圈尺寸且大于轴承内圈孔尺寸, 内腔尺寸大于轴承尺寸, 直接将轴承包裹了起来。作为直接受力部位, 拉杆1需要进行热处理达到一定的硬度。本文设计的拉杆1的两半圆是同时加工后线切割而成的, 两半圆之间一致性更好, 受力更加均匀。

3.2 销子

销子2的作用是将线切割分开的两半圆拉杆重新连接到拉杆本体上, 销子孔是未线切割前加工下来的。这样的结构对制作精度的要求比较低, 但是装配后的配合又非常好。两半圆拉杆通过销子可以自由活动, 针对不同大小的轴承都能配套使用。

3.3 卡箍

卡箍4是用来箍紧可活动的拉杆, 不会像普通拉马那样向横臂两端滑动。拉杆外圈还设计有台阶防止卡箍滑出。

3.4 螺杆、手柄

螺杆3头部打孔, 配合手柄5使用即可带动螺杆运动。螺杆也可以用普通内六角螺杆加工, 配合内六角扳手也是一样的效果。

4 结束语

本文设计的小罗拉轴承拆卸器结构简单, 容易加工, 成本低廉, 使用方便、省时、省力, 实用性很强。使用本文设计小罗拉轴承专用拆卸工具, 不需要敲打轴承就可拆卸轴承, 不会对罗拉造成任何伤害, 并且拆卸轴承简便, 一人就可操作, 省时省力。

摘要：文章根据实际生产经验, 设计出一种紧密纺小罗拉轴承专用拆卸器, 用于紧密纺异型管组件的维护和保养。该拆卸器具有结构简单、易操作的优点。文章着重介绍了该拆卸器的工作原理和结构特点。

关键词：紧密纺,小罗拉,轴承,拆卸,设计

参考文献

[1]艾尼瓦尔·阿皮孜.滚动轴承失效原因分析及使用维护研究[J].煤炭技术, 2010.6, 1008-8725 (2010) -06-0034-03.

[2]宋秀明.拆卸滚动轴承的方法[J].山东农机化, 2000:10.

农业机械设计中的可拆卸性设计 篇6

1 可拆卸性设计的内容及特点

1.1 可拆卸性设计的必要性

产品的维护和再利用的关键技术问题在于怎样更快地将在工作中失效的零件拆卸, 便于更换满足工作条件的零件, 而且不要损害其他零部件的整体性能和使用寿命。由于设计过程只考虑到制造环节, 忽略了处理环节的重要性 (零件损坏后的处理成本由社会负责, 跟制造商和使用者没有关系) 。最终导致了设计的产品难以拆卸, 甚至有时在拆卸过程损坏了其他原本正常工作的部件, 造成了生产资料的大量浪费, 产生了很多垃圾。造成零件不易拆卸的主要原因是零件的设计没有很好考虑到零件维修过程的修理和零件的再回收利用, 一味地节省成本, 提高其经济性, 使用大量的不可回收的材料, 忽略了日后的维修成本带来的高额费用。造成了零件在使用阶段产生的污染、腐蚀等所需要维修的材料缺乏完整的资料信息, 不便于工人维修。

1.2 可拆卸性设计内容

可拆卸性设计的英文缩写为DFD (Design for disassembly) 。它是绿色设计的核心内容之一, 要求设计者在设计起始阶段把零件的可拆卸设计考虑进去。根据可拆卸过程不同的目标, 主要可分为两类, 一类是面向产品回收 (Design For Recycling) 的可拆卸性设计, DFR主要是指零件的重复使用, 着重考虑机器使用寿命结束时, 把更多的零部件回收利用, 到达节约生产成本的目的, 或者是将一些对环境和人有危害的加工材料在设计过程中避免掉, 从而除去了失效产品对环境的污染。另一类是面向产品维修 (Design For maintenance) 的可拆卸性设计, 主要是使零件易于维修与安装, 而且在拆卸和维护中不影响其他正常工作的零部件。DFM设计适用于易磨损、需要定期维修或更换的零部件之间的联接。总之DFD在设计起初阶段就很好地考虑到了零部件的拆卸和重复使用, 极大地节约了产生资源, 是一种先行的设计方法。

2 农业机械中的可拆卸设计

2.1 可拆卸的设计原则

(1) 易维修。产品在设计过程中, 为维修工具留出足够的操作空间, 使维修工具很容易到达维修处, 方便维护人员操作, 减少维修时间, 提高维护人员的作业效率。

(2) 易操作。产品在设计过程中, 尽量不要使用有毒材料, 同时要避免材料密封有毒液体 (如废液等) , 防止污染环境, 以免对维修人员身体造成危害。

(3) 易拆散。产品在设计过程中, 避免零件表面的二次加工 (油漆、涂覆、电镀等) , 同时避免在拆卸失效零件时破坏与其连接处其他正常工作的零部件, 甚至是整个机器。

2.2 可拆卸设计的设计方法

(1) 基于“典型模块”的可拆卸性设计 (CMDFD) 。CMDFD (Classical Module DFD) 是可拆卸性设计方法发展的初期阶段, 它是在设计过程中, 尽可能地直接或者间接利用现有的、已被验证具有良好拆卸性的一些典型结构模块, 应用在新产品的设计上, 达到良好的拆卸性目标。如果没有直接相同的结构模块, 应该灵活设计, 在已有的相似结构模块上进行适当的创新, 达到设计要求, 更好的实现新产品的可拆卸性。在设计中, 要多采用灵活的结构, 如螺栓连接, 键连接, 销连接等易于拆卸的结构, 尽量少使用甚至不使用焊接、过盈配合等不易拆卸维修的结构。此外, 利用摩擦性相互配合的结构, 也是一种很好的可拆卸性结构。

(2) 计算机辅助可拆卸性设计 (CADFD) 。CADFD是把经模块设计和CAD及CAM等工程软件综合起来进行产品设计, 实现计算机辅助设计。CADFD是指在完成产品设计之后对设计方法进行相应的评价。利用计算机手段, 对设计过程中有连接要求和维修的零件进行安装方式的优化和相应的结构设计。并利用适当的计算仿真模拟软件将需要经常拆卸的零部件模拟仿真, 计算机可以测出所需要的时间、拆卸的成本以及结构的合理性, 从而对设计的产品进行综合评判。对不合理的地方进一步修改完善, 以节省拆卸时间, 最终达到提高维修效率。

3 农业机械中可拆卸设计的核心技术

3.1 建立农业机械的“典型模块化”数据库

大量收集农业机械在平时使用中一些常用的故障, 统计或者直接根据经验判断经常需要更换的零部件, 同时收集和整理一些典型的或者易于变化的结构, 将其建成图库和数据库。在设计起始阶段, 在建立好的图库和数据库里面进行比较和直接调用一些典型的结构, 在其上进行适当的修改, 得到理想的设计方案, 然后对所设计结构分析比较, 进而完善设计结构, 最终设计出最优的可拆卸性零部件。

3.2 建立计算机仿真技术评价体系的知识库和数据库

在农业机械的可拆卸性设计中, 可以利用CAD和CAM仿真软件与DFD进行并行设计, 使用计算机辅助设计必须建立相应的数据库。计算机仿真技术评价体系的建立是可拆卸设计的主要组成部分。计算机仿真技术评价体系知识库包括拆卸的可行性、农业机械基本的工艺准则以及农业机械基本的设计标准;数据库包括拆卸所需要的时间长短、拆卸的经济性、材料重复使用的价值以及拆卸过程中形成有毒物质的量等。

3.3 建立计算机网络化设计

计算机网络化设计是指对需要分析的结构, 利用计算机网络技术, 在网络上查找相应的可拆卸设计, 用网络理论建立拆卸模型, 优化设计模型, 实现网络资源共享。建立和完善农业机械的网络数据库, 也会极大地提高设计效率。

4 小麦精播机上开沟器的可拆卸设计

4.1 小麦精播机上需要联接和拆卸的结构

气吸式小麦精播机由精量排种器装置、传动装置、四连杆机构、开沟器、覆土器、种子箱和支撑机架等构件组成。第一代小麦精播机的结构存在大量的死连接 (焊接, 过盈配合等) , 造成了第一代小麦精播机可拆性极差, 给机器以后的维修带来很大不便。以下着重分析小麦精播机上开沟器的可拆卸设计。

4.2 小麦精播机上开沟器的可拆卸性设计

如图1所示, 小麦精播机上的箭铲式开沟器主要由接种漏斗1、开沟器导管4、开沟铲3和播深调节板6组成。开沟器导管是一中空的圆管, 通过焊铁5、播深调节板6与之焊接一起, 调节板利用其上面的调节孔把开沟器固定在地轮的纵梁上。为了实现开沟器的可拆卸性设计, 在焊铁处开一个螺纹孔, 将播深调节板用螺栓与焊铁联接。如果播深调节板损坏时, 就可以将螺栓旋下, 拆下损坏的播深调节板, 换上新的播深调节板, 其结构简单, 易于拆卸, 满足可拆卸性的设计要求。具体结构如图2所示。

1.接种漏斗2.开沟器固定螺纹孔3.箭铲4.导管5.焊铁板6.播深调节板

5 总结

拆卸设计 篇7

随着经济的全球化和资源能源需求的日益加剧, 社会经济发展对新形势下的现代物流模式提出了更高的要求, 尤其是对基于可拆卸回收产品的逆向物流模式提出了新的挑战。传统正向物流模式下的供应、设计、制造、销售、废弃的开环系统, 对生态环境造成了极为严重的危害[1]。一方面造成了资源能源的巨大浪费, 另一方面因废弃物的不恰当处置而造成了严重的环境污染。实践证明科学的废旧产品回收利用, 既可以充分利用资源和保护环境, 同时还能降低生产企业的产品成本和增加回收的效益[2]。许多国家或地区早在上个世纪就高度关注了这方面的研究和实践[3][4]。

Fleischmann (1997, 2000) 综述了废旧产品逆向物流的研究, 认为该网络系统具有高复杂性、目标的多样性、天生的供需失衡性以及具有“从多到少 (many to few) ”的特征, 这些特性导致了逆向物流网络运作的低效率[5][6]。周根贵和曹振宇 (2005) 在只考虑了配送中心或回收中心的情况下, 构建了一个逆向物流网络中的选址模型, 并基于遗传算法探讨了该模型的具体应用[7]。马祖军和代颖等人 (2005) 考虑再制造物流系统中废旧产品回收量和再生产品需求量的不确定性, 研究了一种单产品、单周期、有能力限制的再制造物流网络稳健优化设计模型, 但是只考虑了回收中心、再制造工厂和再分销中心三种设施的数量和位置确定问题[8]。唐加福 (2005) 从物流网络系统的角度考虑全球制造环境下单产品在多个供应商和多个用户之间的联合物流决策问题, 但限于正向物流[9]。

再制造 (remanufacturing) 是指通过必要的拆卸、检修和零部件更换等, 将废旧产品恢复得如同新的一样的过程[10]。实施再制造处理需要适当的物流网络支撑, 包括对回收站、再制造工厂、外包商、两级产品市场等设施主体的产品流量配置的确定, 以及产品在设施主体之间的运输等[11]。这一逆向物流网络的设计是否合理, 从根本上决定了逆向物流管理的效率和效益[12][13], 一般而言, 这种网络大多是在不改变原有正向物流网络的基础上进行构建的。

为此, 作者在研究文献的基础上, 针对可拆卸再制造产品的回收, 构建起以制造商为核心, 并涉及到回收站、再制造加工厂、外包商、两级产品市场的逆向物流网络, 进而建立起一种包含多产品的、有能力限制的闭环物流网络的混合整数规划模型, 并通过一算例验证模型的有效性和可行性。

2 问题描述

以制造商为核心的产品回收逆向物流网络, 如图1, 由回收站、再制造加工厂、建立外包合约关系的加工厂商 (外包商) 和两级产品市场构成。从逆向物流的运作流程看, 其回收处理方式包含再制造、转售、再用和废弃处置的四种处理方式。废旧产品经回收、检测、拆卸分解等运作过程之后, 除了废弃处置以外的合格产品, 其中一部分直接被运往二级市场 (二手市场) 进行销售, 剩余部分被送往再制造加工厂。核心制造商再进行分类, 将其再制造加工厂中的部分回流产品进行再用 (零部件或原材料的再用) , 余下的回收产品又做两部分处置, 一部分交由专门从事该类废旧产品再制造的企业 (外包商) 负责实施再制造。另外一部分由自己进行自行加工再制造。最后, 把外包商负责加工的产品以及自行加工再制造的产品集中运往一手产品市场 (新产品市场) 进行销售。这里, 核心制造商实行的是自营和外包两种物流模式。

3 模型构建

3.1 模型假设

为便于模型的建立, 作如下假设:

(1) 假设只有一家大型回收站, 该回收站是核心制造商在回收区域中建立起来的, 且该回收站只为该核心制造商服务。

(2) 回收站回收的废旧产品的调配计划由核心制造商做出, 通常情况下, 回收站把经过处理后的合格回收品运送到距离较近或者加工能力较充余的再制造加工厂。

(3) 回收站对回收产品的处理费用包括产品的回收、检测、拆卸分解三部分费用。

(4) 假设外包商从再制造加工厂M运出回收品, 在经过其加工处理完成之后, 新产品仍运回再制造加工厂M, 并且该过程中的承运成本由该外包商承担。

(5) 制造厂针对每种类型的产品, 根据单位最低外包费用或最低单位运输成本两种外包原则, 已经完成了各自建立外包关系的外包商选择。

(6) 废旧产品的回收量、各种设施的处理能力、单位运营成本、回收处理成本、支付给各外包商的单位处理费用、设施间的运输成本、两级市场的需求量, 以及二手产品、新产品的单位收益等都是已知确定的。

(7) 经回收站处理并检验合格的回收产品一部分被运往二手产品市场直接卖出, 另一部分运往再制造加工厂, 不合格的产品将被进行废弃处置, 假设产品的废弃处置率为w (包含整个网络中的损耗率) , 另外, 假设运往市场上的新产品均能全部售出。

(8) 不考虑再制造物流网络的多周期动态扩展, 只建立单周期静态模型。

3.2 模型建立

(1) 符号与模型参数

M为再制造加工厂的集合, m∈M;

K为长期建立外包协议的外包商的集合, k∈K;

J为二手产品市场的集合, j∈J;

I为回收产品的种类, i∈I;

N为一手产品市场的集合, n∈N;

Vi为该回收区域对产品i的最大回收量;

Xi为回收产品i运往回收站的数量;

Ti_MIN为回收站对第i种回收产品的最小处理能力;

Ti_MAX为回收站对第i种回收产品的最大处理能力;

Pmi_MIN为再制造加工厂m对第i种回收产品的最小处理能力;

Pmi_MAX为再制造加工厂m对第i种回收产品的最大处理能力;

Oki_MIN为外包商k对第i种回收产品的最小处理能力;

Oki_MAX为外包商k对第i种回收产品的最大处理能力;

Zji_MIN为二手市场j对产品i的最小需求量;

Zji_MAX为二手市场j对产品i的最大需求量;

Zni_MAX为一手产品市场 (新产品市场) n对产品i的最大需求量;

TCi为回收产品i运送到回收站的单位回收成本 (含有单位运输费用) ;

TCmi为回收产品i从回收站运送到再制造加工厂m的单位运输成本;

TCji为回收产品i从回收站运送到二手产品市场j的单位运输成本;

TCmki为回收产品i在再制造加工厂m与外包商k之间进行运输的单位运输成本;

TCmni为产成品i从核心制造商下的再制造加工厂m到一手产品市场n的单位运输成本;

FC为回收站的固定成本;

DCm为再制造加工厂m的固定成本;

OCi为回收产品i在回收站中的单位处理成本;

OCβmi为回收产品i在再制造加工厂m中进行再用的单位处理成本;

OCαmi为回收产品i在再制造加工厂m中进行再生的单位处理成本;

OCmki为再制造加工厂m支付给外包商k的第i种产品的单位支付成本;

OCki为外包商k对回收产品i进行加工的单位成本;

PCi为回收产品i在回收站所产生废弃物的单位处理成本;

BTji为回收产品i从回收站运到二手产品市场j的单位转售收益;

BUmi为再制造加工厂m对回收产品i进行再用生产下的单位产品收益;

BOni为再生的产成品i运到一手产品市场n的单位产品收益;

Ri为回收站对第i种产品的回收率;

w为回收产品i的废弃处置率 (包含各种原因造成的损耗率) ;

αi为再制造加工厂对第i种回收品中进行再用的产品比重, 即再用率;

(2) 决策变量

Ymi为回收产品i从回收站运往再制造加工厂m的数量;

Zji为回收产品i从回收站运往二手产品市场j的数量;

δmki再制造加工厂m对回收后的合格产品i外包给外包商k的外包率;

I-δmki为再制造加工厂m对第i种回收品中用于自行加工再制造的产品比重, 即再生率;

Ymki为外包商k从再制造加工厂m运出的回收品i的数量, 该数量也是外包商k在加工完成后必须运回的数量;

Wmni为产成品i从再制造加工厂m运到一手产品市场n的总运量;

Oi为第i种产品建立外包的流通量;

Tmi为0-1变量, 表示加工厂m是否进行了第i种回收品的处理, 是则取1, 否则取0;

Pki为0-1变量, 表示外包商K是否承担了第i种回收品的外包, 是则取1, 否则取0;

(3) 目标函数

$\max \text{F}={\displaystyle \sum _{\text{j}\in \text{J}}{\displaystyle \sum _{\text{j}\in \text{Ι}}\text{B}}}\text{Τ}{}_{\text{j}\text{i}}\text{Ζ}{}_{\text{j}\text{i}}+{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{B}}}\text{U}{}_{\text{m}\text{i}}\text{Y}{}_{\text{m}\text{i}}\text{α}{}_{\text{i}}+{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}{\displaystyle \sum _{\text{n}\in \text{Ν}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{B}}}}\text{Ο}{}_{\text{n}\text{i}}\text{W}{}_{\text{m}\text{n}\text{i}}-{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Τ}}\text{C}{}_{\text{i}}\text{X}{}_{\text{Ι}}-{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Τ}}}\text{C}{}_{\text{m}\text{i}}\text{Y}{}_{\text{m}\text{i}}-{\displaystyle \sum _{\text{j}\in \text{J}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Τ}}}\text{C}{}_{\text{j}\text{i}}\text{Ζ}{}_{\text{j}\text{i}}-{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}{\displaystyle \sum _{\text{n}\in \text{Ν}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Τ}}}}\text{C}{}_{\text{m}\text{n}\text{i}}\text{W}{}_{\text{m}\text{n}\text{i}}-{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Ο}}\text{C}{}_{\text{i}}\text{X}{}_{\text{i}}(1-\text{w})-{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Ρ}}\text{C}{}_{\text{i}}\text{X}{}_{\text{i}}\text{w}-{\displaystyle \sum _{\text{k}\in \text{Κ}}{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Ο}}}}\text{C}\text{α}{}_{\text{m}\text{i}}\text{Y}{}_{\text{m}\text{i}}(1-\text{α}{}_{\text{i}})(1-\text{δ}{}_{\text{m}\text{k}\text{i}})-{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Ο}}}\text{C}\text{β}{}_{\text{m}\text{i}}\text{Y}{}_{\text{m}\text{i}}\text{α}{}_{\text{i}}-{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}{\displaystyle \sum _{\text{k}\in \text{Κ}}{\displaystyle \sum _{\text{i}\in \text{Ι}}\text{Ο}}}}\text{C}{}_{\text{m}\text{k}\text{i}}\text{Y}{}_{\text{m}\text{k}\text{i}}-\left(\text{F}\text{C}+{\displaystyle \sum _{\text{m}\in \text{Μ}}\text{D}}\text{C}{}_{\text{m}}\right)(1)$

(4) 约束条件

模型中, 目标函数式是用来求解核心制造商的总利润, 其总利润是用总收益减去总费用。其总收益包括四部分:从回收站转售到二手产品市场的回收品收益、再制造加工厂对回收品再用的收益, 再制造加工厂自营下的再生产品和外包制造下的产成品集中运送到一手产品市场上的收益。而其总费用含有十一部分:产品运送到回收站的回收成本, 从回收站到再制造加工厂、二手产品市场和一手产品市场的运输费用, 回收站对回收产品的处理成本和产品的报废成本, 再制造加工厂用于产品再生、再用和支付给外包商的费用, 以及回收站和再制造加工厂的固定成本, 其目标函数是使总利润最大。

式 (2) 和式 (3) 为流量平衡约束条件, 式 (4) 至式 (9) 为各设施的处理能力约束。式 (10) 至式 (12) 分别是运往二手产品市场和一手产品市场的产品需求量约束。式 (13) 为外包价值约束, 即支付给外包商的单位支付费用要小于自营下的单位处理费用。式 (14) 是从外包商角度考虑的承包价值约束, 即外包商的收益要大于自身将要承担的加工成本和运输费用。式 (15) 至式 (17) 是各节点流量平衡约束, 式 (18) 至式 (22) 是各决策变量的取值范围约束。

该问题涉及到运筹学中的运输问题研究, 所建立的模型是一种混合整数规划 (MINLP) 模型, 可以采用专门的求解软件Lingo11.0进行求解。

4 算例分析

某企业 (核心制造商) 考虑在现有的网络基础上建立逆向物流回收网络, 回收两种废旧产品。假设有1个大型的回收站, 3个二手产品销售市场, 3个再制造加工厂 (原加工厂的扩建) , 2个外包商, 以及2个一手产品市场 (一手货市场) ;回收站对产品1、2的回收率都是60%, 废弃处置率w都是15%, 再制造加工厂对产品1、2的再用率分别是20%、40%, , 回收站对产品1、2的最大回收量是350、420;回收站对回收产品1、2的最小处理能力都是50, 最大处理能力分别是370和410;再制造加工厂M1 , M2, M3对回收产品1 (2) 的最小处理能力分别为10 (10) 、5 (5) 、10 (10) , 最大处理能力分别为350 (310) 、360 (320) 、380 (330) ;外包商K1, K2对回收产品1 (2) 的最小处理能力分别为4 (6) 、6 (4) , 最大处理能力分别为350 (310) 、360 (320) 。二手产品市场J1 , J2, J3对二手产品1的最大 (最小) 需求量分别为80 (8) 、100 (9) 、110 (8) , 而对产品2的分别为90 (10) 、100 (8) 、120 (10) ;一手产品市场N1, N2对产品1的最大需求量分别为200、150, 而对产品2的分别为320、200。

废旧产品1, 2运到回收站的单位回收成本分别为18、20。回收产品1 (2) 从回收站到加工厂M1, M2, M3的单位运输成本分别为5 (7) 、6 (7) 、8 (6) ;回收产品1 (2) 从回收站到二手市场J1, J2, J3的单位运输成本分别为5 (4) 、6 (6) 、7 (9) 。表4中未提及的相应外包商选择时, 默认δmki为0;回收站和三个再制造加工厂的单位运营成本分别是15、 20、25和20。对于单位产品1 (2) , 再制造加工厂M1, M2, M3支付给外包商K1的外包费用为16 (15) 、17 (16) 、17 (15) ;而支付给外包商K2的外包费用为14 (16) 、17 (16) 、16 (15) 。产品1 (2) 在加工厂M1, M2, M3的再用收益分别为15 (14) 、16 (16) 、18 (18) ;二手产品1 (2) 在二手市场J1, J2, J3的单位收益分别为50 (55) 、55 (60) 、60 (65) ;再生的产品1 (2) 在一手市场N1, N2的单位收益分别为120 (125) 、130 (134) 。其余相关数据如表1—17所示:

将以上数据带入目标函数和约束条件, 利用Lingo11.0求解, 所得的结果为:产品1仅送到再制造加工厂M1生产, 产品2仅送到加工厂M3生产;两家再制造加工厂除了进行自己再用以外的所有产品全部运往外包商进行加工再制造;加工厂M1把产品1送往一手产品市场N2的运量为120, 加工厂M3把产品2送往一手产品市场N2的运量为111;另外, 当不考虑整数规划限制时, 从对偶价格看出, 增加一单位回收品1所带来的目标函数总利润增加量大于一单位回收品2引发的利润增加量。最后, 求得的最大利润为12968, 利润率为55.925%。具体的结果见下表:

由结果可见, 三家再制造加工厂中仅有M1与M3参与到回收处理中, 因此可以考虑仅建立或扩建两家再制造加工厂, 即M1与M3。另外, 由于加工厂的再生处理技术, 不如专门从事外包加工业务的外包商专业, 因此两家再制造加工厂均把自己的再生业务外包出去。

为了进一步验证该模型的可行性, 将通过一组有规律的数据进行灵敏度分析。通过改变回收率和废弃率的取值, 进一步观察, 在其他已知数据不改变时, 由该模型计算出的利润、成本、利润率以及各种设施数量的变化情况。回收率的取值范围是20%—90%, 废弃处置率是15%—45%。把相关数据均带入该模型之后得到如下结果。

从上面的数据可见, 再制造加工厂的数量多数维持在2个, 外包商的数量并未发生改变, 在相同的回收率情况下, 随着废弃率的上升, 利润会下降;另一方面, 在相同的废弃率情况下, 随着回收率的上升, 利润也会上升。即回收率越高, 报废率越小, 产生的利润就越高。

5 结论

本文针对多产品、有能力约束的可拆卸再制造产品回收网络的优化设计问题进行分析, 提出了再制造逆向物流网络优化的MINLP模型, 模型中考虑了回收站、再制造加工厂、外包商、二手产品市场和一手产品市场的五个层次的回收处理设施, 以及拆卸后的转售、再制造、再用、废弃处置4种回收处理方式, 具有较强的通用性, 并给出具体的算例, 实现了以该类制造商为核心的逆向物流网络整体利润的最大化目标。

然而, 逆向物流网络中的产品供需往往存在着随机性的特点, 因而, 解决不确定环境下可拆卸再制造产品的逆向物流网络规划问题, 可以作为进一步的研究方向。此外, 还可以考虑将传统的正向物流网络与可拆卸再制造产品的逆向物流网络进行整合, 对正逆向物流同时进行优化设计的问题研究。

拆卸设计 篇8

随着汽车工业的飞速发展, 近年来我国的汽车保有量迅速增长, 报废汽车的数量也呈现出很高的增长趋势。报废汽车的增长一方面给环境造成了很大的压力, 另一方面也使很多有用的资源搁置或浪费, 如何有效地回收和拆解报废汽车的工作成了当务之急, 而报废汽车的拆卸是回收利用的关键环节。由于汽车上有大量的螺纹连接件, 对汽车螺纹连接件的拆解是报废汽车拆解的重要组成部分。在传统的拆解方法中, 工人用扳手或气枪来拆解螺栓或螺母, 其劳动强度大, 而且工作效率低。针对这种情况, 本文对报废汽车的自动化拆解做一个探索性研究, 设计出一种自动拆卸螺母的机器人工具, 其旋松对象是报废汽车上的螺母。利用机器人灵活运动的特点, 把这种工具作为机器人的末端执行器, 通过对机器人编程实现对报废汽车上螺母的拆卸。该工具与机器人结合, 可以代替人工操作, 在很大程度上降低了劳动强度, 同时也提高了作业效率, 为将来实现报废汽车的自动化拆解奠定了技术基础。

1国内外研究现状

自20世纪70年代起, 许多发达国家开始重视报废汽车的处理工作, 投入了大量的资金和人力, 基本做到了报废汽车的循环再利用, 其中以美国、日本和欧盟国家最为突出。例如美国的通用、福特和克莱斯勒3大汽车公司在1994年联合建立了一个汽车回收研究试验中心, 工作人员大多是各汽车公司派来的技术专家, 一方面是提高废旧汽车的拆解效率, 另一方面为日后汽车的绿色设计提供经验。又如德国的大众、宝马、梅塞德斯汽车企业也建立了汽车拆卸试验中心。据文献资料介绍, 目前有许多专业人士正在致力于报废汽车的拆解研究。德国U.Buker[1]等人研究了一种基于视觉控制和视觉导航的自动化拆卸系统, 该系统用一个自动的立体摄像机系统作为视觉传感器, 并利用对象轮廓识别和位置测量相结合的方法来进行工具的定位, 该系统对汽车轮毂螺母的拆卸可以不依赖于车轮的类型、大小以及车轮上螺母的多少。目前这个系统对汽车轮毂螺母的自动拆卸已经在实验室获得成功。法国Carolina Diaz[2]等人研究了两个或多个机械手如何以协调的方式完成拆卸任务, 介绍了在一个拆卸机器人系统里, 两个或多个机械手以相互协调的方式来执行拆卸任务, 这种方法是建立在决策图表方案的基础上的。

我国的报废汽车拆解行业起步较晚, 目前大多数拆解企业所采用的主要是手工气割等比较原始的拆解方式。对汽车上螺纹连接件的拆卸也是以手工扳手或气枪为主, 其专用的拆解设备很少, 有限的专用设备绝大部分只是实现了机械化和半自动化。清华大学的杨润泽[3]等人研制了基于霍尔传感器的螺纹连接件智能拆解, 可以对拆解状态进行检测分析, 进而自动决定后续动作的智能控制设备。但该设备工件的装夹和拆卸仍需要人工完成, 而且只适用于某些特定的螺纹连接件的拆解, 从而限制了其使用范围。合肥工业大学、上海交通大学等对螺纹自动拧紧机作了大量的研究, 这种螺纹自动拧紧机主要针对主减速器装配过程中螺栓螺母的拧紧, 如合肥工业大学的卫道柱、林巨广和刑刚等[4,5], 采用扭矩转角法来控制螺母螺栓的拧紧, 控制系统采用闭环控制, 提高了拧紧力矩的控制。上海交通大学的胡洪国[6]对新型汽车主锥全自动拧紧机控制系统作了深入的研究, 针对国内已有汽车主锥总成拧紧自动化设备工作不可靠和效率低的现状, 在拧紧机结构设计、力矩参数测量、对孔检测、控制系统设计等方面采用了一系列新的方法。目前这种设备在东风汽车、江淮汽车的主减速器的装配线上已投入使用。

2报废汽车拆卸机器人自动拆卸螺母工具的设计

为了实现报废汽车的大批量拆解自动化, 必须引入工业机器人。本文研究的机器人拆解工具作为机器人的末端执行器, 利用机器人的灵活性, 通过编程方便地实现报废汽车上不同规格螺母的拆卸。这里, 以拆卸汽车轮胎上的螺母为例, 设计自动拆卸螺母的机器人工具。

2.1 自动拆卸螺母机器人工具的功能设计

报废汽车的拆解不同于汽车装配, 汽车装配时螺母的功能状态基本一致, 而拆卸时其螺母状态千差万别, 有的已经破损, 有的甚至锈死, 绝大多数处于拧紧状态。螺母拆卸的目的就是把拧紧状态的螺母旋松, 并将其取下, 或者直接通过暴力破坏该螺纹连接。

该工具是针对第一种情况, 将螺母旋松并取下。旋松过程需要驱动机构和执行机构共同完成, 在此过程中, 由控制器来控制整个机构的运行。如果遇到螺母锈死的状况, 会使负载超过电机的最大功率, 以致电机烧坏和机械机构破损, 所以系统需要有过载保护的功能。过载保护通过控制器控制电磁离合器的开闭来实现。控制功能由计算机来实现, 主要控制电机的开启和接收传感器信息, 以判断是否执行过载保护。为了获得工具正常的工作速度, 需在电机和执行机构中间加一减速机构。工具的功能原理图见图1。

2.2 自动拆卸螺母机器人工具的工作原理

根据前述功能的设计要求, 初拟自动拆卸螺母机器人工具的工作原理, 见图2。

电机在控制系统的控制下启动, 通过减速机构将动力传送至旋松装置。扭矩传感器用来采集旋松主轴的旋松扭矩信号, 控制系统根据此信号控制电机的转速和过载保护机构的工作。

根据此工作原理, 设计了一个多轴型自动拆卸螺母或螺栓机器人工具, 这样会更大程度地提高报废汽车的拆卸效率。但是就目前的技术来看, 设计多轴自动拆卸螺母的机器人工具存在着一些难以解决的问题。针对这种情况, 本文设计了一个单轴自动拆卸螺母的机器人工具。工具本身带有电机, 在工作过程中由电机驱动执行机构旋松螺母。由于汽车型号不同, 其轮胎上所用螺母的大小、规格也不尽相同, 机器人工具可以根据螺母大小和规格的不同自动更换工具。该工具有两种工作状态:由于工作对象是拧紧状态的螺母, 需要工具的初始工作状态是低转速大扭矩, 一般情况下, 此时的转速是3 r/min～5 r/min, 扭矩以旋动螺母为参考;随着工作对象的旋松, 所需的扭矩越来越小, 工作状态转为高转速小扭矩, 此时主轴转速可达到20 r/min～30 r/min, 而扭矩则小到不用考虑。但是, 在工作的过程中如果遇到螺母拧不下来的情况, 控制系统则会根据扭矩传感器检测到的信号来判断是否过载, 如果过载, 控制系统发出指令给过载保护机构来切断动力, 从而保护电机和工具。

2.3 自动拆卸螺母机器人工具的机械结构设计

图3是自动拆卸螺母的机器人工具的机械结构简图, 该机器人工具能与工业机器人结合起来完成对螺母的自动拆卸。由于交流伺服电机的功率范围大, 最高转动速度低, 且随着功率的增大速度快速降低, 适合在低速平稳运动的场合, 所以在此选用交流伺服电机。为了使机器人能根据不同的工作对象来自动更换工具, 工具与机器人连接的接头做成了标准的。控制部分以计算机为核心, 另外配备一块DSP2812板, DSP2812板具备A/D、D/A和I/O等多种功能, 控制系统根据扭矩传感器采集的信号控制电机的转速和过载保护机构的工作。下面对该机器人工具的主要部分进行详细的说明。

(1) 标准的自动更换接头。

它是正六棱柱形的柱体, 每个侧面上切有一个凹槽, 用于工具的定位和锁紧。

(2) 蜗轮蜗杆减速机构。

减速机构的作用有两个:一是将电机的转速降下来, 达到使用要求, 因为一般电机的转速都在每分钟几千转, 而最终旋松装置只需要每分钟几转, 这就需要减速机构把速度降下来;二是通过减速机构的减速来增大输出扭矩, 从而达到工作的要求。

(3) 过载保护机构。

此处的过载保护机构是一个电磁离合器, 控制系统根据扭矩传感器采集信号, 随时监控工具的工作状况, 从而起到保护电机和工具的作用。

(4) 扭矩传感器。

扭矩传感器与旋松装置直接相连, 用来采集旋松螺母时的扭矩信号。它采用应变电测技术, 利用应变片感应弹性轴受力变形而输出电压信号。扭矩传感器测得扭矩信号作为反馈信号, 经转换、放大传递到控制部分, 再由控制部分控制电机的运转和过载保护机构的工作。

(5) 旋松装置。

由轴套、旋松主轴和套筒组成, 旋松主轴与套筒的配合原理图见图4。套筒的一端开有方孔, 在方孔内开有凹槽与主轴末端方头上的钢珠相配合, 旋松的扭矩就是靠方头来传递的, 而钢珠和凹槽的配合用来保证轴向的锁定。这样, 套筒可以根据工作对象的不同来更换套筒 (如不同大小、规格的螺母) , 一方面扩大了工具的应用范围, 另一方面提高了工具的自动化程度。

1—工具自动更换接头;2—蜗轮蜗杆减速机构;3—过载保护机构4—扭矩传感器;5—轴套;6—旋松主轴;7—套筒

3结论

本文初步探讨了报废汽车自动拆卸螺母的机器人工具, 利用机器人灵活运动的特点, 将拆卸螺母的工具作为机器人的末端执行器, 通过机器人编程方便地实现报废汽车上不同规格螺母的拆卸。机器人可以根据不同的工况自动更换工具, 扩大了机器人的使用范围。这种工具较之其他拆卸螺母工具的优点是能实现螺母的完全自动化拆解, 可以适应将来大批量报废汽车的自动化拆解。报废汽车自动拆卸螺母机器人工具在报废汽车拆卸过程中的应用可以改善工人的劳动环境, 降低劳动强度, 提高作业效率, 也为下一步报废汽车的自动化拆解打下基础。

参考文献

[1]U Buker, S Drüe, N Gotze, et al.Vision-based control ofan autonomous disassembly station[J].Robotics andAutonomous Systems, 2001, 35:179-189.

[2]Carolina Diaz, Santiago Puente, Fernando Torres.Taskplanner for a cooperative disassembly robotic system[G]//Proceedings Volume from the 12thIFACConference.France:Saint-Etienne, 2006:161-166.

[3]杨润泽, 黄靖远, 黄华星.基于霍尔传感器的螺纹连接件智能拆卸[J].现代机械, 2004 (6) :4-7.

[4]卫道柱, 林巨广.智能型螺母拧紧机的研制[J].合肥工业大学学报 (自然科学版) , 2003, 26 (5) :1016-1020.

[5]邢刚, 陈欣, 石爱文.多轴型螺母拧紧机的机制[J].中国科技信息, 2006 (19) :91-94.

拆卸设计 篇9

关键词：会展家具；拆卸回收；评估系统；研究

拆卸设计与装配设计概述

装配与拆卸设计（Design for Assembly and Disassembly， DFA&DFD）的基本含义是：在会展家具开发的早期就兼顾可装配性能和可拆卸性能，立足于产品的整个生命周期设计（Life Cycle Design），从家具性能、拆卸组合、回收利用等角度，充分考虑产品的装配与拆卸环节以及其相关的各种因素的影响，以便在保证会展家具功能要求的前提下，使产品装配与拆卸的成本最低。

1.实施装配与拆卸设计的意义

在产品设计的早期实施装配与拆卸设计具有重要的意义，主要表现在以下几个方面：

（1）有利于降低生产成本，提高产品利用率，通过运用DFA&DFD方法对产品的整个结构进行优化，在设计开发的早期进行纠错，从而提高会展家具使用效率，并节约开发的开发成本。

（2）有助于会展家具设计集成和综合质量的提高，从家具性能，结构，装配，回收等角度对产品进行DFA&DFD的设计，能够使设计出来的会展家具不仅满足可装配的要求，而且在其整个生命周期中，能多次折叠拆卸&回收利用，从而系统的提高产设计的综合质量。

（3）能够方便产品的维修和回收处理，延长产品的使用周期，良好的可拆卸性（DFA）性能，是会展家具能够进行维修或再利用的前提条件，通过对拆卸与装配设计的研究，可以推迟新的废弃物产生的时间，方便废弃物的处理，既可节约资源又有益于环境保护。

2. 面向拆卸与装配的家具设计

拆卸与装配是设计和使用和回收家具的过程中正好相反的两个过程，装配设计（DFA）与拆卸设计（DFD）之间既有相同点又有不同点。单纯依照装配设计（DFA）设计原则设计出来的产品不一定便于拆卸，反之，依照拆卸设计（DFD）原则设计出来的产品也不一定便于装配。

拆卸就是从家具的部件上有规律的拆下可用的零部件的过程，同时保证不因拆卸过程而影响后续工艺对零部件性能的要求。其主要的应用领域包括：家具的折叠，拆装，组合，再利用，维修、回收等。拆卸按方式进行分类，可以分为以下几种：破坏性拆卸（Destructive Disassembly）、部分破坏性拆卸（ Partial Destructive Disassembly ）和非破坏性拆卸（Non-destructive Disassembly）三种。本文主要集中于非破坏性拆卸的研究。拆卸在实际的设计应用中，可以作为实现有效回收策略的重要手段，它不仅有助于实现材料的回收，而且有助于零部件的重用和再制造。对资源的综合利用和可持续制造有重要的意义。

会展家具拆卸与回收模型的建立

1.可拆卸式会展家具的优点

可拆卸式会展家具不仅在设计、生产、运输、销售、储存、安装等方面能够适应现代化大工业生产方式，而且从生态环保的角度，它对环境保护具有重要的意义，有着一般会展家具难以比拟的优点：

（1）产品结构模块化、统一化，使产品有较大的可预测性；

（2）减少了可回收零部件和材料再次使用所需的工作量；

（3）拆卸分离简单快捷；

（4）拆下的零部件易于手工或自动化处理；

（5）回收材料及残余废弃物易于分类和处理。

2.会展家具拆卸与回收模型

会展家具的拆卸回收应该充分利用已有的产品装配模型。在综合设计和决策人员的知识以及经验基础上，交互式建立产品拆卸回收分析模型。在已有模型的基础上，针对维修和回收的特点，研究新的、更有效的产品拆卸回收模型。

（1）生命周期模型

生命周期设计（Life Cycle Design）是从产品性能、环境保护、经济可行性的角度，考虑产品开发全生命周期（包括产品设计、原材料的提取、产品的制造、包装、销售和使用、用后的回收与处置全过程）。生命周期的设计是从产品概念设计阶段一开始就要考虑产品周期的各个环节，以提高产品综合性能，满足产品的绿色属性要求。

（2）并行工程模型

并行工程模型是指在家具设计的初期就考虑产品从概念形成到产品报废各阶段的因素，并在设计过程中随时进行信息交流和反馈，实现多因素，多目标、闭环设计过程的产品最优化。使后续环节中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现，并得到解决，从而使会展家具在具有良好的可制造性、可装配性、可维护性及回收再生等方面的特性。

（3）模块化模型设计

模块化模型设计是指人们用各种连接件或插接结构将零部件组装而成、可以反复拆卸和安装，设计并划分出一系列基本功能模块、辅助功能模块和备选功能模块。力求以尽量少的模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉。其目的在于用有限的产品品种和规格来最大限度又经济合理地满足用户的要求。

会展家具拆卸与回收模型的评估系统

会展家具的拆卸回收，应该根据企业的设备情况、当地的资源、能源等因素选择不同的拆卸方法和回收流程。因此回收工艺流程的评价指标要能尽可能地涵盖回收流程决策评价中的各种因素。

1.动态性。会展家具拆卸与回收模型的评估指标应是动态的，可以后续根据会展企业或参展商的实际需求和使用情况，及时进行调整和修改：增加、删减、调整或修改指标体系中的任一指标。

2.灵活性。该指标系统的框架要求会展家具的拆卸和回收具有可移动性和可扩展性。即拆卸与回收指标体系中的子指标可以独立成为新的评价指标方案，同时各个子结构之间可以互相调换和重组。

3.唯一性。会展家具拆卸与回收模型中的评价指标不能随意替换，体系中的任一指标都不允许重复出现在同一个评价指标方案中，即该指标体系中的评价指标具有唯一性。

4.层次性。拆卸与回收的指标评估体系中的每一个指标都可以由若干个子指标构成，这样有利于更加全面的描述某项评价因素的复杂内容。

5.顺序性。会展家具拆卸与回收的指标体系有严格的顺序性，层级和顺序已经确定的评价指标不能再和它的父级或子级交换位置，以此保证整个指标体系具有一致方向。

随着国民经济的快速发展，会展家具的可回收和再利用的程度，逐渐成为人们关注的焦点，也决定了我国的会展产业能否持续和健康发展，会展家具的可装配性和拆卸性是产品能够再生的重要前提，面向拆卸的设计是解决产品回收和再利用的有效设计方法。在产品的设计过程中适当的采用拆卸和装配设计，对提高拆装零部件的效率，降低拆装费用和提高会展家具的回收利用率具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 徐滨士. 中国再制造产业及再制造技术新进展[J]. 热喷涂技术. 2010（03）

[2] 李雪莲.家具模块化设计方法研究与设计实务[D].南京林业大学硕士学位论文，2007：24

[3] 陈志伟，徐鸿翔. 面向拆卸设计的可拆卸性评价指标研究[J]. 制造业自动化. 2003（07）

（作者单位：南京工业大学）

作者简介：周波（1979-），男，籍贯：江苏南京，南京工业大学副教授，南京林业大学博士研究生，研究方向：展示设计、室内设计。

拆卸设计 篇10

1 需求分析

部队在针对某型装备导弹运输车维护过程中, 需要对车辆车轮轴承进行检查并涂抹黄油。操作过程首先要用套筒将固定车轮的螺母拆卸下来 (如图1所示) , 车轮与车轴分离后, 才能暴露出轴承并进行检查。但是因为套筒机械结构磨损严重或螺母与螺杆间锈蚀等原因, 造成套筒使用时受力分散, 沿轴向向螺母外侧脱出, 不能将螺母拧下。部队一般经验是, 用除锈剂清洗螺母、螺栓连接处, 擦拭螺母外侧、套筒内侧油污, 多人协力纵向顶住套筒从而防止螺母从套筒中脱出。这些方法虽然较为麻烦, 但是也确实能够拧下多数的螺母。对于依旧不能拧下的螺母, 部队一般采用的办法是用錾子配合锤子将螺母敲击下来 (如图2所示) , 费时费力的同时, 对装备结构性能也会造成一定影响。

2 设计思路

为解决该问题, 从以下几个改进方面进行研究。

1) 增加除锈剂使用量, 减少螺杆、螺母间摩擦力。

2) 增加套筒内表面与螺母外表面摩擦系数, 增加相互间摩擦力。

3) 纵向顶住套筒, 使其不能够纵向移动, 确保与螺母密切配合。

经过论证, 第一种方法中的除锈剂含有腐蚀性, 会对装备结构造成影响。第二种方法实现难度较大, 不易于在部队进行大面积推广。所以从第三种方法着手进行设计。

在对实际装备进行观察后发现, 螺母拧到螺杆底部时, 螺杆有较大部分露在螺母外部。同时在对螺母进行拆卸时, 都是最开始时不容易拧动。所以解决问题的思路是设计一种能够通过内螺纹与螺杆进行连接并压住套筒, 使套筒不能纵向移动确保与螺母良好受力的装置 (如图3所示) 。待螺母被拧松动后, 将该装置取下, 使用一般套筒拆卸方法将螺母完全取下。

3 模型设计

通过Solid W orks软件, 对装置的结构及配合关系进行了设计 (如图4所示) , 其中结构 (1) 为两个90°的方孔方便穿过套筒撬棒使用, 结构 (2) 是与螺杆等径的攻丝有内螺纹的通孔保证与螺杆连接, 结构 (3) 为外径大于套筒外径的圆台起到压住套筒作用, 结构 (4) 外径应小于套筒内径使其能够深入套筒内。

4 优势及不足

该装置解决套筒与螺母间连接不牢靠, 拆卸螺母困难的问题。同时其操作方便、结构简单、成本不高, 有利于在部队进行广泛推广, 解决实际困难。