装载机是一种应用广泛的土石方施工机械，主要用于土壤、砂石、石灰、煤炭、沥青混合料和混凝土铲装；推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。是工程建设中主要建筑机械机种之一。其作业是通过工作装置铰接在车架上，由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸、动臂油缸等组成。铲斗通过连杆和摇臂与转斗油缸铰接。动臂与车架、动臂油缸铰接的连接构件就是连接器。
连接器的特点：管状悬臂薄壁铸件、曲面尺寸和形状复杂、型号多、规格尺寸多。材料牌号：SCSiMn1H.成分如下：
机械性能：抗拉强度≥620N/mm²、下屈服强度≥490N/mm²、延伸率≥15%、断面收缩率≥40%
调质处理：硬度HB179～230。
为了连续大批量生产连接器调质处理的质量稳定，把机、电、液一体化、自动化控制技术，改善工作环境降低劳动强度和提高和稳定产品质量，提高设备使用寿命和可靠性作为设计热处理设备的思路方向。
该调质处理设计分三大部分：一是传统的热处理炉及水槽部分；二是行走机械部分；三是控制部分；该设计屏弃了传统热处理设备的人工操作模式。在X、Y、Z三个自由度方向由行走机构部分通过控制部分自动定位、自动操控、自动控温保温、自动冷却。除了工件装篮和卸料是人工操作，其余均实现自动化操作。彻底杜绝了人为操作失误、不符合工艺文件而生产出不合格品现象；并且不同炉号也可以同时实现不同工艺产品的灵活切换和调整；在保证产品质量的前提下极大的提高生产效率和降低劳动强度。本文着重讨论设备冷却能和设备配套选型设计。
一.炉型选择与炉体结构设计：
连接器特点：铸件管状悬臂结构、所有型号整体尺寸差异不太大，图纸要求性能指标一致。加热工艺有部分相似性的特点，选择按装炉量2吨的中温箱式电阻炉。
1.淬火加热炉与回火加热炉
根据以连接器产品为主的配套设备思路，连接器淬火温度为870℃，回火温度最高600℃。我们选定淬火加热炉最大温度为950℃、回火加热炉最大温度为700℃。主要由炉壳、炉衬、加热元件、炉内承重台、热风循环系统（回火炉）、炉门及升降机构等组成。
从节能和成本及便于维护角度设计，
1.1炉衬材料设计如下：体积密度小、导热系数低、抗压强度大，从而保证炉衬吸热少、降低炉壁热损失、促使炉子升温快。炉底耐火层由重质高铝砖砌成，电热元件搁砖为高铝质炉底搁带砖，保温隔热层采用轻质标准砖蜂窝填充硅酸铝耐火纤维原棉。炉子砌体为全纤维结构，标准型1000℃的300×300×250mm折叠竖砌砖状结构，砌筑方法为交错竖砌，砌块通过预铆固螺母固定在炉体钢构上。炉壁（含炉门）炉衬砌筑厚度≥350mm。
1.2加热元件
分为两侧和底部布置。两侧安装开放式电热辐射管，底部安装电阻带。
两侧开放式电热辐射管选用在炉顶安装卡扣式电加热管，加热器芯棒材质为310S，采用0Cr21AI6Nb优质耐热合金绕制成，螺旋形绝缘子（材质刚玉），导电杆及支架组成。加热器与炉体之间采用硅酸铝纤维密封，防止热量外溢。选用此加热器目的便于维修。即使在加热过程中，其中一组加热器故障，也可在不停炉状态下，直接更换加热器，大大节约能源和保证生产效率。底部电阻带选用优质高温合金0Cr21AI6Nb电阻带均绕制成“W”型，采用整体抽屉式直接放置在炉底高铝搁带砖上。上部放置SiC盖板。有效防止被氧化皮侵蚀和有利于氧化皮清理清扫。
1.3炉内承重台
炉内承重台采用Cr25Ni20铸件2排布置安装。回火炉炉内承重台采用CrMnN铸件2排布置安装.
1.4炉门及升降机构
炉门及升降机构由型钢和钢板的钢结构为主体，上下行程开关控制。耐火保温层采用标准型耐火纤维块组件耐火纤维毯相组合砌墙方式固定在预设的炉门螺母上。
升降炉门采用电动卷扬机形式，电动葫芦、钢丝绳、链条、链轮、龙门架等组成。
炉门密封采用气缸主动压紧炉门钢构带动炉门衬里耐火保温层贴合压实炉口外壳实现密封。
炉门升降立柱设计安装手动安全插销，确保炉膛维护进出人员安全。
二.电阻炉功率计算：
电阻炉功率大小关系到效率和空间布置。
输入总功率=各项能耗总和 设计功率。炉子耗能包括加热工件所需的热能Q工、炉衬吸热损失热能Q衬、其他热损Q它、由于炉门常闭，通过炉门热损失与炉门缝隙热损失忽略不计。
1.工件加热所需热能Q工计算：
生产率按照一天两个班，每个班8小时计算，生产率P=2000kg/8时=250kg/h，加热工件所需热量：Q工=P（c2t2－ c1t1）=250（0.6789×950℃－0.4939×20℃）=158769.25kJ/h。
2.炉衬吸热损失热能Q散计算：
炉衬的热损失主要有：炉墙、炉顶、炉底、料框（料盘）、支承台吸收的热量。
电热元件要求具有良好的的高温力学性能和化学稳定性、高电阻率、较小的电阻温度系数和良好的机械加工性能、以及使用寿命与工作稳定性等等。综合以上因素，初选抗腐蚀能力强、高温力学性能好、电阻率大、电阻温度系数小且功率稳定的0Cr25A15合金作电热元件。轴向波折形笼柜式电热辐射管（俗称鼠笼式）
其结构是将加热元件的电阻丝（带）弯成“U”形串入多块绝缘耐高温的陶瓷支撑盘中，中间用一根耐热棒固定，这种辐射管寿命较长。其优点是：安装、检测、维修均在炉外进行。无须停炉或冷却炉温进行维修。正常生产情况下，更换仅需10分钟，减少劳动强度，提高生产率；结构紧凑，性能稳定、单根功率大、使用寿命是普通管几倍。
选择辐射管7.4KW/件、电压44V、5支串联/相。共10支辐射管两侧列排分布。
底部电阻带：5.2M长，热阻0.168Ω冷阻0.155Ω、共8根电阻带底部串联。
电阻带与辐射管接法三角形接法，电压380V.
回火炉主要由炉壳、炉衬、加热元件、炉内承重台、炉门及升降系统构成设计思路同上。增加热风循环系统。
热风循环系统设置在回火炉炉顶，设置1台离心循环风机，通过循环风道，导流板将加热元件散发的热量送入炉膛，再由吸风口返回构成热风循环。热风循环系统由循环风机、循环风道、导流板构成。风机采用整体法兰形式固定在回火炉炉顶。风机传动轴承采用铝质散热盘冷却，不消耗电能。风扇、轴均采用1Cr18Ni9Ti材料。炉顶导流罩采用圆弧顶状设计，增加强度减少风阻，设置分片吊挂可拆式结构。
回火炉辐射管采用5.83KW，电压55V\4支/相。共12支辐射管两侧排列。采用星形接法。电压220V。
三、冷却系统设置：
冷却系统分：淬火槽体、循环搅拌系统、冷却装置。
淬火水槽的选择与结构的设计：
1、最大装炉重量：2吨
工件比热：0.46×10³ J/（kg•℃）
工件入水前温度870℃，工件出水温度200℃
2、水的比热：4.178*10³J/（㎏•℃）
30℃水的比重：0.9956 t/m³
初始水温33℃，出料水温45℃
3、实际需要冷却水量计算：
所需水的重量= 2X0.46X（870-200）/ 4.178X0.9956X（45-33）
=616.4/49.9154
=12.35吨
4.设计水槽尺寸：3.6X2.0X3.3米
水的重量：3.6X2.0X3.3=23.76 吨
换水能力：1吨/min。
循环喷射冷却能力：0.9吨/min，扬程32米。压力：0.5MPa。
结论：设计水池水量=23.76t ＞ 12.35t，冷却能力充分。
另设室外储水池蓄水量25吨。池设置换水泵，每21分钟，还可以将淬火水池中的水与室外水池中的水相互置换一次。
淬火槽分油槽、清水槽、盐水槽。其中淬火清水槽配置一套开放式冷却塔和外置的室外储水池，用于裝盛清水。内部设置导液泵、管路、阀门进行清水的置换冷却。淬火油槽配备板式换热器，通过油泵、管道、阀门对淬火油的冷却。淬火清水槽、油槽四个角液面1米处均设置测温装置。油槽设置含水量检测仪。清洗槽中设置利用水的张力系数小于油的张力系数原理，将漂浮于不锈钢板上的油污分离到导油槽，再倒集油桶。油水分离装置由鼓风机、自动刮油机、管道、集油桶等组成。
四.自动淬火系统
该机构设计控制三个自由度：X轴大车行走、Z轴小车行走、Y轴料叉升降。驱动为液压和电机传动。
电器控制系统：包括PLC控制器、接近开关、接触器等。
液压系统：包括液压阀、液压泵、液压马达、油箱、油泵电机等。
其中大车、小车采用伺服电机驱动，电机正反转，实现前后左右运动，通过接近开关，实现精准定位。误差在±5mm内；
液压系统为自动淬火机升降提供动力源。系统最高油压18MPa，液压油路采用大小双路阀组、保持快速下降淬火时缓冲稳定。
电器控制系统分淬火区和回火区。这里主叙淬火区。温度控制采用高精度智能仪表、PID调节，以4～20mA逻辑电流输出方式，经固态继电器，改变固态继电器功率输出百分比，达到控温。每组电加热回路为防止短路和过载，设置隔离开关。亮点是设置一套冗余控制温度系统，及在加热主回路上增加大型交流接触器。用温度表的报警触电通过小型中间继电器来控制。正常时为固态继电器控制，一旦固态继电器某一相被击穿，温控表会立即自动切换到冗余温度控制系统上，达到不停炉温度可继续控制保证炉内工件的合格。温度仪表采用日本岛电高精度智能仪表，自带多段程序，网络通讯接口。
PLC动作控制：
西门子S7系列PLC为控制中心，实现和协调整个系统的动作程序控制，并实现和上位机通讯。
PLC动作和传动控制包括：
炉门升降、压紧；
循环风机、加热；
自动淬火机控制；
循环泵控制；
连锁保护控制；
具有手动/自动切换功能；
设置有各动作和动作到位指示；
上位机集中控制：
控制系统配备一套工控机，配置22寸液晶显示屏、intel处理器3.0Hz，4G内存，2T硬盘，UPS后背电源、Windows7操作平台。操作者可以在上位机设定升温曲线、根据工艺文件编制录入指令。
设备检验：通过九点测温法对炉温均匀性进行测评，对淬火炉和回火炉分别做九点测温实验。实验数据温度误差控制住±7.5℃范围内。淬火炉和回火炉炉温均匀性达到A级。
连接器调质处理生产线设备一年多的连续生产，连接器调质处理合格率达到100%。连接器全部出口。获得国际最顶级工程机械生产商对我公司热处理设备最长的5年期限的《调质处理认证证书》。
国产装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，以自己特色和优势逐渐从低水平的无序竞争中，向质量、耐用、维护方便、操作简易发展。广东省韶铸集团韶关铸锻机械设备有限公司竭诚以最优质的产品质量和服务为工程机械及矿山机械提供最优质的零部件。
参考文献：
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[2]北京机电研究所《先进热处理设备制造技术》北京 机械工业出版社.2002
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[4]李国彬主编《热处理工艺规范与数据手册》.北京：化学工业出版社，2012.9
[5]上海市热处理协会编 薄鑫涛 郭海祥 袁凤松主编《实用热处理手册》.上海科学技术出版社2014.2
[6]叶卫平 张覃庆主编《热处理实用》
论文作者:陈志杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
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