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摘 要：本文对比分析了干冰冷装法、液氮冷装法、低温箱冷装法在5?英尺西蒙斯圆锥破碎机的铜衬套上的应用，从工艺性、成本性、工人劳动强度、环保性、节约性等方面确定在不同的场合选用适当的冷装工艺方法进行装配。
关键词：矿山设备；冷装工艺；干冰；液氮；低温箱
1. 概述
在矿山设备中经常使用铜衬套作为滑动轴承，如架体衬套、传动衬套、油缸衬套等，而铜套与相关件的配合经常是有盈量的过渡或过盈配合。过去装配时常采用压装法（如冲击压入、工具压入、压力机压入等）进行装配。但这种方法往往使铜套外径对基孔的内表面产生挤压和刮削效应，造成基孔内表面的粗糙度和配合盈量均受到影响。在日后产品运行中，会出现衬套与孔之间因张力不足而出现窜动，进而磨损基孔而影响产品质量。再加上由于这种工艺手段的装配不均匀性，往往在铜衬压装时会产生一些不规则的收缩变形，必须重新进行刮削或重新上机床加工，费时费工。
此时可采用冷装工艺。采用冷装后，由于装配的间隙增大了，完全避免了上述问题，确保了零件装配的质量与精度。而且适当的低温也改善了金属材料的金相组织，使零件的强度、硬度、耐磨性等性能提高。
但不同的冷装方法其工艺性、成本性、工人劳动强度、环保性、节约性是不同的。本文根据对矿山设备中经常使用的圆锥破碎机的架体衬套的冷装工艺探讨，来对比、分析不同冷装方法对上述因素的影响，最终确定在不同场合选择合适的冷装方法进行装配。
2 对5 ?英尺西蒙斯弹簧圆锥破碎机的架体衬套冷装工艺分析
2.1 冷装铜套及相关件架体
图1和图2分别为我公司5?英尺西蒙斯弹簧圆锥破碎机的架体和架体衬套简图。
架 体：材料，铸钢ZG270-500，重量10000kg；
架体衬套：材料，铸青铜ZQSn10-5，重量315kg；
由图可知，其配合直径为φ533，最大盈量为0.13。
图1 5?架体 图2 5?架体衬套
2.2 冷却温度计算
零件冷装时的冷却温度：
式中：
——冷却温度，单位为℃；
——铜套外径的冷缩量（等于配合的最大过盈量与冷装装配间隙之和），单位（mm）；
——材料冷却时的线膨胀系数，单位℃-1，见表1；
——配合直径，单位为mm；
——配合的最大过盈量，单位mm；
——冷装时的装配间隙，一般可取（0.0005～0.0015） ，我们去0.00075 ；
带入数据后，得：
即只需将铜套冷却到-57℃就可满足冷装要求。
2.3 冷装方法
常用的冷装方法有干冰冷装（-78℃）；液态气体冷装，如液氮（-195℃），液氧（-180℃），液氨（-120℃）；低温箱冷装（-40℃～-140℃）。
以上各种冷装方法均能满足本例的要求，下面分别以干冰冷装、液氮冷装、低温箱（-80℃）冷装方法进行讨论。
3. 干冰冷装工艺
3.1 干冰冷装原理
干冰冷装就是把铜衬放在冷却器中，在冷却容器中放入足够的干冰，由于干冰（固态二氧化碳）有不经过液体而直接从固体变为气体的性质（即升华），而在升华过程中，吸收大量的热，从而使铜衬的温度迅速降低，使铜衬的外径缩小，变过盈装配为间隙装配，当铜衬温度回升到室温时，便实现过盈配合。
3.2 干冰用量的计算
干冰由固态直接升华为气体，要吸收大量的热，这些热量理论上就等于衬套冷却至干冰升华温度时放出的热量，即Q吸=Q放，另外可根据铜衬的质量以及铜衬的比热来计算放出的热量：
式中：
——被冷却铜衬的质量；
——铜衬的比热， ；
——铜衬由室温降至干冰升华低温的温差，铜衬升华温度为-78.5℃，取室温为 20℃时， =20-（-78.5）=98.5℃；
当质量为1kg时， ；
而
式中：
——冷却剂的用量，单位kg；
——在标准大气压下汽化热（升华）， ；
所以
即每千克铜衬所消耗的干冰量为0.067千克，所以本衬套（质量为315kg）理论上所需干冰重量为315×0.067=21.1kg，但考虑到冷却时要消耗冷却剂，包括预冷消耗、容器消耗、衬套取放时在空气中的损失等，实际使用时一般可按每千克铜衬耗用0.2～0.3千克的计量计算。本例中按每千克铜衬用干冰量为0.3千克，故需干冰计量为：
315×0.3=95kg
3.3 工艺步骤
（1）复检铜衬外径与架体内径的尺寸公差符合实际公差要求；
（2）衬套底部用如图3所示的胎具托住，胎具通过钢丝绳吊挂在天车上；
（3）在衬套内倒入酒精（无水或95%的C2H5OH溶剂），再放入少许干冰。在酒精作用下，干冰会迅速升华成CO2，并充满衬套内孔，使衬套内孔空间迅速降温，达到预冷效果；
（4）将95千克干冰装入衬套内孔中，以缩小衬套，为使干冰 图3 胎具示意图；
最大限度解除衬套，可以在衬套中心放入少许填料，如在衬套中放入四块50mm×50mm的木方围绕在钢丝绳周围，其外围留有足够的空间可放入足量的干冰使衬套缩小；用石棉板盖住铜套上方，冷却时间大约为两个小时；在衬套外包几层帆布，防止形成霜冻，霜冻将妨碍衬套装入机架，用帆布包裹还有助于获得更好的冷却效果；
（5）测量衬套外径和机架内孔直径，以确定衬套是否充分冷却；
（6）把衬套吊到机架内孔上方，与机架内孔对正；把衬套迅速装入架体到设计位置。（见图4吊装衬套示意图）。 图4 吊装衬套示意图。
3.4 成本分析
（1）一次投入成本：
一次性投入为胎具、木方、帆布、石棉板，成本约150元。
（2）使用成本：
干冰消耗95kg，按现在干冰市场价格10元/千克计算，每使用一次需用950元；如果多件同时安装，剩余的干冰可以继续使用，使用成本会相应降低。
3.5 干冰冷装特点
优点：
（1） 经复检衬套温度回升到室温后，内孔尺寸公差即椭圆度满足设计要求，不需重新刮研，且衬套与架体结合牢固；
（2） 干冰冷装仅需胎具、木方、帆布、石棉板等简单工具，不需要制作复杂的工装或设备，操作较易实现，尤其适合缺少条件的矿山现场操作；
（3）一次性成本较低。
缺点：
（1） 冷冻过程中，需要操作者反复测量衬套外径以确定达到安装条件，劳动强度较大；
（2）有大量的干冰被消耗做无用功，装配后剩余的干冰无法回收利用，造成浪费；
（3）使用成本较高；
（4）CO2为温室气体，造成一定的环境污染。
4. 液氮冷装工艺
4.1 液氮冷装原理
液氮的温度为-195℃，将液氮装入特制的冷却箱内，再将衬套浸入液体中，可使衬套温度迅速降低，从而使衬套直径缩小，达到冷装要求。
4.2 液氮冷装工艺计算
4.2.1 冷装容器的设计
液氮冷冻的过程需在专用的冷却容器内完成，如图5所示为冷却箱示意图。冷却箱的内腔容积为 。冷却箱的内壁采用304不锈钢板焊接而成，厚度为5mm，此材料在低温下机械性能变化小，导热性好，在冷却剂注入后内壁迅速冷却，使液氮在较短时间内停止沸腾；外层为普通碳素结构钢板焊接而成；容器夹壁内的填充保温材料为一级膨胀珍珠岩粉，填充时，将珍珠岩粉夯实，保温层的厚度约为150mm。由于冷却剂挥发快，为使箱内压力不超过大气压，上盖应由放气孔，使箱内挥发的氮气能够及时通过放气孔排除，以防止压力过大而爆炸。 图5 液氮冷装箱示意图
4.2.2 冷却时间
零件所需冷去时间
式中：
——零件冷却所需的时间，单位为min；
——与零件材质和冷却介质有关的综合系数，单位min/mm，见表2；
——被冷却零件的最大半径或壁厚，单位为mm；
带入数值， min，即22.6分钟后铜套温度达到液氮的温度 -195℃。而我们实际需要的温度仅为-66℃，经多次试验，铜套在液氮内浸10分钟即可满足要求。
4.2.3 冷却剂消耗量
冷却剂的消耗量应根据被冷却件放置于冷却箱中后，液面应浸没被冷却见配合表面，并高出约100mm的容积计算。
液氮的挥发损失按20%计算，实际需要的液氮量为1.2V=394L
4.3 工艺步骤
（1）复检铜衬外径与架体内径的尺寸公差符合实际公差要求；
（2）利用衬套上端面的两个吊环螺孔将衬套放入冷却容器中，吊环留在铜套上，布带绳留在冷却器外，以保证随时起吊安装；
（3）工人穿戴好特制防护服将液氮均匀倒入容器中，直至淹没衬套配合外径以上100mm的高度。由于容器、衬套与液氮的温差大，液氮在容器中激烈沸腾，容器周围散发出大量的白雾，随温差逐渐减小，白雾明显减少；盖好容器盖板，并确保盖板的放气孔不被堵塞；
（4）在液面下停留10分钟，期间挥发掉的液氮需随时补充；
（5）迅速将衬套吊出，随即装入架体孔中，衬套吊运要注意同心不得歪斜，动作要迅速，以免中途产生“抱住”的危险。在装配中产生的歪斜，允许用木锤进行敲击予以纠正。
4.4 成本分析
（1）一次投入成本：
制作冷装容器中的钢板、不锈钢板、珍珠岩粉填充物、盖板；购买特制工人防护服等，合计约9500元。
（2）使用成本：
干冰消耗394L，按现在干冰市场价格12元/L计算，每使用一次需用4782元；如果多件同时安装，平均使用成本会相应降低。
4.5液氮冷装特点：
优点：
（1）经复检衬套温度回升到室温后，内孔尺寸公差即椭圆度满足设计要求，不需重新刮研，且衬套与架体结合牢固；
（2）冷冻时间仅为10分钟，效率高；
（3）液氮为-195℃，低温改善了铜衬套的金相组织，使铜套耐磨性增强，使用寿命延长。
缺点：
（1）需要制作复杂的冷却容器，一次性投入较大；
（2）液氮价格较高，使用成本较高；
（3）在装配过程中，时刻需要工人添加挥发掉的液氮，且液氮温度过低，倾倒液氮时容易飞溅伤人，工人劳动强度很大；
（4）使用剩余的液氮不能再利用，造成浪费；
5.低温箱冷装工艺
5.1 低温箱冷装原理
5.1.1 低温箱结构
如图6为低温箱结构示意图。低温箱分前、后两部分，前部分为冷冻室，后部分为制冷系统室。冷冻室的外壁及内腔材质为SUS304#不锈钢板；底部采用加强筋以实现高承载能力；夹层保温材料为100mm高压发泡聚氨酯；有顶掀门和前门两种开门方式，顶掀门用伺服电机控制，供天车吊装作业，前门在小件取放及清理内室时使用；温度控制采用TEMI300可编程控制器来完成，可实现实时温度显示即自动化控制；制冷系统室与工作室之间用大风量离心式风机使冷空气强制循环，使冷冻室内形成强风对流，冷气直接吹到工件上，令工件迅速降温，且工作室内不易结霜。 图6 低温箱结构示意图
5.1.2 制冷系统原理
如图7为制冷系统原理图。本低温箱采用R404A/R23为制冷剂的复叠式制冷系统。低温制冷系统用R23（三氟甲烷）作制冷剂，R23蒸发从冷冻室吸热，它的标准沸点为-82.1℃，冷冻室的-80℃～-60℃的低温即通过R23蒸发吸热获得。高温制冷系统用R404A（有R125、R143a、R134a按质量分数44：52：4混合而成）作制冷剂，高压的R404A蒸汽液化温度可以高于环境温度，能把热量散发到箱外。两个制冷系统通过蒸发冷凝器连接，它是R23的冷凝器又是R404A的蒸发器，在这里低温制冷系统向高温制冷系统传递热量，使两个单级制冷系统复叠成统一工作单元。R404A的标准沸点为-46.4℃，由于有R404A系统可将RRR3液化的温度设计较低，从而降低制造成本。膨胀容器可以保护R23系统；截止阀、电磁阀可协助控制蒸发和冷凝的平衡；两个单级系统的平衡，使低温箱能按设定参数精确控制工作室的温度。
图7 复叠式制冷系统原理图
5.2 工艺步骤
（1）复检铜衬外径与架体内径的尺寸公差符合实际公差要求；
（2）将衬套用吊车吊入低温箱的冷冻室内，关好门；
（3）通过控制器设定冷冻温度为-70℃；
（4）待控制面板显示已达到设定温度后（约3个小时），用吊车吊出并快速装入架体内。
5.3成本分析
（1）一次投入成本：
采购低温箱约16万元。
（2）使用成本：
低温箱的平均功率为15KW，运行3小时，耗电45KW·时，工业用电按2元/KW·时计算，每装配一次成本约90元。
5.4 液氮冷装特点：
优点：
（1）经复检衬套温度回升到室温后，内孔尺寸公差即椭圆度满足设计要求，不需重新刮研，且衬套与架体结合牢固；
（2）衬套冷冻过程中无需人员坚守，劳动强度很低，易操作；
（3）由于使用电能，不存在剩余材料利用问题，无浪费；
（4）使用成本很低；
（5）由于采用R404A/R23作为冷却剂，取代了原来R22/R23（R22为二氟一氯甲烷即氟利昂）冷却剂，不会破坏大气臭氧层，不产生温室效应，环保。
缺点：
（1）一次性投入大；
（2）需要设专人使用、维护设备。
6. 结论
从上述对不同冷装方法的对比分析，我们可以看出，冷装工艺均能解决由压装工艺产生的基孔磨损、尺寸公差不能保证等问题，确保了产品的质量。
但对于生产制造厂来说，低温箱冷装虽然一次性投入较大，但其工艺性、使用成本、劳动强度、环保性、节约性等方面都有较好表现，因此可以推广使用。
对于矿山现场整机安装或备件安装来说，使用低温箱或液氮冷装柜由于使用数量、冷却剂使用都不方便。而由于干冰采购、运输容易实现，且安装只需使用较少的工具就可以实现，因此采用干冰冷装法比较合适。
至于液氮冷装法，由于其效率高（仅10分钟就可以完成），可以在大批量生产中使用，而且其温度极低，对于大过盈量的装配可以采用这种方法实现。
参考文献：
[1]重型机械通用技术条件，第10部分：装配，JB/T 5000.10-2007
[2]中国第一重型机械集团公司编著.吕亚晨主编.重型机械工艺手册.哈尔滨.哈尔滨出版社，1998
[3]李妙玲，阎明印，王凡.冷装技术在机器装配中的应用.起重运输机械，2005（7）：57-58
[4]刘凌，李彬.冷装工艺方法探索.煤矿机械.2009（09）
[5]吴善根.干冰冷装铜衬新工艺.辽宁机械.1985（01）
[6]梁忠.冷装配工艺在设备检修中的应用.四川有色金属.2006（3）
[7]陈光明，陈国邦.制冷与低温原理.北京：机械工业出版社.2002：129
[8]袁秀玲.制冷与空调装置.西安：西安交通大学出版社.2001
作者简介：
徐岩（1984.11—），男，满族，黑龙江省齐齐哈尔市人，2007年毕业于沈阳理工大学机械设计制造及其自动化专业，现供职于沈阳顺达重矿机械制造有限公司，中国机械工程学会会员，工程学士学位，研究方向为矿山设备。
于杰（1985.3—），女，汉族，内蒙古呼伦贝尔盟人，2007年毕业于沈阳理工大学机械设计制造及其自动化专业，现供职于沈阳兴华航空电器有限责任公司，机械工程师，工程学士学位，研究方向为航空电器。
关键词：矿山设备；冷装工艺；干冰；液氮；低温箱
1. 概述
在矿山设备中经常使用铜衬套作为滑动轴承，如架体衬套、传动衬套、油缸衬套等，而铜套与相关件的配合经常是有盈量的过渡或过盈配合。过去装配时常采用压装法（如冲击压入、工具压入、压力机压入等）进行装配。但这种方法往往使铜套外径对基孔的内表面产生挤压和刮削效应，造成基孔内表面的粗糙度和配合盈量均受到影响。在日后产品运行中，会出现衬套与孔之间因张力不足而出现窜动，进而磨损基孔而影响产品质量。再加上由于这种工艺手段的装配不均匀性，往往在铜衬压装时会产生一些不规则的收缩变形，必须重新进行刮削或重新上机床加工，费时费工。
此时可采用冷装工艺。采用冷装后，由于装配的间隙增大了，完全避免了上述问题，确保了零件装配的质量与精度。而且适当的低温也改善了金属材料的金相组织，使零件的强度、硬度、耐磨性等性能提高。
但不同的冷装方法其工艺性、成本性、工人劳动强度、环保性、节约性是不同的。本文根据对矿山设备中经常使用的圆锥破碎机的架体衬套的冷装工艺探讨，来对比、分析不同冷装方法对上述因素的影响，最终确定在不同场合选择合适的冷装方法进行装配。
2 对5 ?英尺西蒙斯弹簧圆锥破碎机的架体衬套冷装工艺分析
2.1 冷装铜套及相关件架体
图1和图2分别为我公司5?英尺西蒙斯弹簧圆锥破碎机的架体和架体衬套简图。
架 体：材料，铸钢ZG270-500，重量10000kg；
架体衬套：材料，铸青铜ZQSn10-5，重量315kg；
由图可知，其配合直径为φ533，最大盈量为0.13。
图1 5?架体 图2 5?架体衬套
2.2 冷却温度计算
零件冷装时的冷却温度：
式中：
——冷却温度，单位为℃；
——铜套外径的冷缩量（等于配合的最大过盈量与冷装装配间隙之和），单位（mm）；
——材料冷却时的线膨胀系数，单位℃-1，见表1；
——配合直径，单位为mm；
——配合的最大过盈量，单位mm；
——冷装时的装配间隙，一般可取（0.0005～0.0015） ，我们去0.00075 ；
带入数据后，得：
即只需将铜套冷却到-57℃就可满足冷装要求。
2.3 冷装方法
常用的冷装方法有干冰冷装（-78℃）；液态气体冷装，如液氮（-195℃），液氧（-180℃），液氨（-120℃）；低温箱冷装（-40℃～-140℃）。
以上各种冷装方法均能满足本例的要求，下面分别以干冰冷装、液氮冷装、低温箱（-80℃）冷装方法进行讨论。
3. 干冰冷装工艺
3.1 干冰冷装原理
干冰冷装就是把铜衬放在冷却器中，在冷却容器中放入足够的干冰，由于干冰（固态二氧化碳）有不经过液体而直接从固体变为气体的性质（即升华），而在升华过程中，吸收大量的热，从而使铜衬的温度迅速降低，使铜衬的外径缩小，变过盈装配为间隙装配，当铜衬温度回升到室温时，便实现过盈配合。
3.2 干冰用量的计算
干冰由固态直接升华为气体，要吸收大量的热，这些热量理论上就等于衬套冷却至干冰升华温度时放出的热量，即Q吸=Q放，另外可根据铜衬的质量以及铜衬的比热来计算放出的热量：
式中：
——被冷却铜衬的质量；
——铜衬的比热， ；
——铜衬由室温降至干冰升华低温的温差，铜衬升华温度为-78.5℃，取室温为 20℃时， =20-（-78.5）=98.5℃；
当质量为1kg时， ；
而
式中：
——冷却剂的用量，单位kg；
——在标准大气压下汽化热（升华）， ；
所以
即每千克铜衬所消耗的干冰量为0.067千克，所以本衬套（质量为315kg）理论上所需干冰重量为315×0.067=21.1kg，但考虑到冷却时要消耗冷却剂，包括预冷消耗、容器消耗、衬套取放时在空气中的损失等，实际使用时一般可按每千克铜衬耗用0.2～0.3千克的计量计算。本例中按每千克铜衬用干冰量为0.3千克，故需干冰计量为：
315×0.3=95kg
3.3 工艺步骤
（1）复检铜衬外径与架体内径的尺寸公差符合实际公差要求；
（2）衬套底部用如图3所示的胎具托住，胎具通过钢丝绳吊挂在天车上；
（3）在衬套内倒入酒精（无水或95%的C2H5OH溶剂），再放入少许干冰。在酒精作用下，干冰会迅速升华成CO2，并充满衬套内孔，使衬套内孔空间迅速降温，达到预冷效果；
（4）将95千克干冰装入衬套内孔中，以缩小衬套，为使干冰 图3 胎具示意图；
最大限度解除衬套，可以在衬套中心放入少许填料，如在衬套中放入四块50mm×50mm的木方围绕在钢丝绳周围，其外围留有足够的空间可放入足量的干冰使衬套缩小；用石棉板盖住铜套上方，冷却时间大约为两个小时；在衬套外包几层帆布，防止形成霜冻，霜冻将妨碍衬套装入机架，用帆布包裹还有助于获得更好的冷却效果；
（5）测量衬套外径和机架内孔直径，以确定衬套是否充分冷却；
（6）把衬套吊到机架内孔上方，与机架内孔对正；把衬套迅速装入架体到设计位置。（见图4吊装衬套示意图）。 图4 吊装衬套示意图。
3.4 成本分析
（1）一次投入成本：
一次性投入为胎具、木方、帆布、石棉板，成本约150元。
（2）使用成本：
干冰消耗95kg，按现在干冰市场价格10元/千克计算，每使用一次需用950元；如果多件同时安装，剩余的干冰可以继续使用，使用成本会相应降低。
3.5 干冰冷装特点
优点：
（1） 经复检衬套温度回升到室温后，内孔尺寸公差即椭圆度满足设计要求，不需重新刮研，且衬套与架体结合牢固；
（2） 干冰冷装仅需胎具、木方、帆布、石棉板等简单工具，不需要制作复杂的工装或设备，操作较易实现，尤其适合缺少条件的矿山现场操作；
（3）一次性成本较低。
缺点：
（1） 冷冻过程中，需要操作者反复测量衬套外径以确定达到安装条件，劳动强度较大；
（2）有大量的干冰被消耗做无用功，装配后剩余的干冰无法回收利用，造成浪费；
（3）使用成本较高；
（4）CO2为温室气体，造成一定的环境污染。
4. 液氮冷装工艺
4.1 液氮冷装原理
液氮的温度为-195℃，将液氮装入特制的冷却箱内，再将衬套浸入液体中，可使衬套温度迅速降低，从而使衬套直径缩小，达到冷装要求。
4.2 液氮冷装工艺计算
4.2.1 冷装容器的设计
液氮冷冻的过程需在专用的冷却容器内完成，如图5所示为冷却箱示意图。冷却箱的内腔容积为 。冷却箱的内壁采用304不锈钢板焊接而成，厚度为5mm，此材料在低温下机械性能变化小，导热性好，在冷却剂注入后内壁迅速冷却，使液氮在较短时间内停止沸腾；外层为普通碳素结构钢板焊接而成；容器夹壁内的填充保温材料为一级膨胀珍珠岩粉，填充时，将珍珠岩粉夯实，保温层的厚度约为150mm。由于冷却剂挥发快，为使箱内压力不超过大气压，上盖应由放气孔，使箱内挥发的氮气能够及时通过放气孔排除，以防止压力过大而爆炸。 图5 液氮冷装箱示意图
4.2.2 冷却时间
零件所需冷去时间
式中：
——零件冷却所需的时间，单位为min；
——与零件材质和冷却介质有关的综合系数，单位min/mm，见表2；
——被冷却零件的最大半径或壁厚，单位为mm；
带入数值， min，即22.6分钟后铜套温度达到液氮的温度 -195℃。而我们实际需要的温度仅为-66℃，经多次试验，铜套在液氮内浸10分钟即可满足要求。
4.2.3 冷却剂消耗量
冷却剂的消耗量应根据被冷却件放置于冷却箱中后，液面应浸没被冷却见配合表面，并高出约100mm的容积计算。
液氮的挥发损失按20%计算，实际需要的液氮量为1.2V=394L
4.3 工艺步骤
（1）复检铜衬外径与架体内径的尺寸公差符合实际公差要求；
（2）利用衬套上端面的两个吊环螺孔将衬套放入冷却容器中，吊环留在铜套上，布带绳留在冷却器外，以保证随时起吊安装；
（3）工人穿戴好特制防护服将液氮均匀倒入容器中，直至淹没衬套配合外径以上100mm的高度。由于容器、衬套与液氮的温差大，液氮在容器中激烈沸腾，容器周围散发出大量的白雾，随温差逐渐减小，白雾明显减少；盖好容器盖板，并确保盖板的放气孔不被堵塞；
（4）在液面下停留10分钟，期间挥发掉的液氮需随时补充；
（5）迅速将衬套吊出，随即装入架体孔中，衬套吊运要注意同心不得歪斜，动作要迅速，以免中途产生“抱住”的危险。在装配中产生的歪斜，允许用木锤进行敲击予以纠正。
4.4 成本分析
（1）一次投入成本：
制作冷装容器中的钢板、不锈钢板、珍珠岩粉填充物、盖板；购买特制工人防护服等，合计约9500元。
（2）使用成本：
干冰消耗394L，按现在干冰市场价格12元/L计算，每使用一次需用4782元；如果多件同时安装，平均使用成本会相应降低。
4.5液氮冷装特点：
优点：
（1）经复检衬套温度回升到室温后，内孔尺寸公差即椭圆度满足设计要求，不需重新刮研，且衬套与架体结合牢固；
（2）冷冻时间仅为10分钟，效率高；
（3）液氮为-195℃，低温改善了铜衬套的金相组织，使铜套耐磨性增强，使用寿命延长。
缺点：
（1）需要制作复杂的冷却容器，一次性投入较大；
（2）液氮价格较高，使用成本较高；
（3）在装配过程中，时刻需要工人添加挥发掉的液氮，且液氮温度过低，倾倒液氮时容易飞溅伤人，工人劳动强度很大；
（4）使用剩余的液氮不能再利用，造成浪费；
5.低温箱冷装工艺
5.1 低温箱冷装原理
5.1.1 低温箱结构
如图6为低温箱结构示意图。低温箱分前、后两部分，前部分为冷冻室，后部分为制冷系统室。冷冻室的外壁及内腔材质为SUS304#不锈钢板；底部采用加强筋以实现高承载能力；夹层保温材料为100mm高压发泡聚氨酯；有顶掀门和前门两种开门方式，顶掀门用伺服电机控制，供天车吊装作业，前门在小件取放及清理内室时使用；温度控制采用TEMI300可编程控制器来完成，可实现实时温度显示即自动化控制；制冷系统室与工作室之间用大风量离心式风机使冷空气强制循环，使冷冻室内形成强风对流，冷气直接吹到工件上，令工件迅速降温，且工作室内不易结霜。 图6 低温箱结构示意图
5.1.2 制冷系统原理
如图7为制冷系统原理图。本低温箱采用R404A/R23为制冷剂的复叠式制冷系统。低温制冷系统用R23（三氟甲烷）作制冷剂，R23蒸发从冷冻室吸热，它的标准沸点为-82.1℃，冷冻室的-80℃～-60℃的低温即通过R23蒸发吸热获得。高温制冷系统用R404A（有R125、R143a、R134a按质量分数44：52：4混合而成）作制冷剂，高压的R404A蒸汽液化温度可以高于环境温度，能把热量散发到箱外。两个制冷系统通过蒸发冷凝器连接，它是R23的冷凝器又是R404A的蒸发器，在这里低温制冷系统向高温制冷系统传递热量，使两个单级制冷系统复叠成统一工作单元。R404A的标准沸点为-46.4℃，由于有R404A系统可将RRR3液化的温度设计较低，从而降低制造成本。膨胀容器可以保护R23系统；截止阀、电磁阀可协助控制蒸发和冷凝的平衡；两个单级系统的平衡，使低温箱能按设定参数精确控制工作室的温度。
图7 复叠式制冷系统原理图
5.2 工艺步骤
（1）复检铜衬外径与架体内径的尺寸公差符合实际公差要求；
（2）将衬套用吊车吊入低温箱的冷冻室内，关好门；
（3）通过控制器设定冷冻温度为-70℃；
（4）待控制面板显示已达到设定温度后（约3个小时），用吊车吊出并快速装入架体内。
5.3成本分析
（1）一次投入成本：
采购低温箱约16万元。
（2）使用成本：
低温箱的平均功率为15KW，运行3小时，耗电45KW·时，工业用电按2元/KW·时计算，每装配一次成本约90元。
5.4 液氮冷装特点：
优点：
（1）经复检衬套温度回升到室温后，内孔尺寸公差即椭圆度满足设计要求，不需重新刮研，且衬套与架体结合牢固；
（2）衬套冷冻过程中无需人员坚守，劳动强度很低，易操作；
（3）由于使用电能，不存在剩余材料利用问题，无浪费；
（4）使用成本很低；
（5）由于采用R404A/R23作为冷却剂，取代了原来R22/R23（R22为二氟一氯甲烷即氟利昂）冷却剂，不会破坏大气臭氧层，不产生温室效应，环保。
缺点：
（1）一次性投入大；
（2）需要设专人使用、维护设备。
6. 结论
从上述对不同冷装方法的对比分析，我们可以看出，冷装工艺均能解决由压装工艺产生的基孔磨损、尺寸公差不能保证等问题，确保了产品的质量。
但对于生产制造厂来说，低温箱冷装虽然一次性投入较大，但其工艺性、使用成本、劳动强度、环保性、节约性等方面都有较好表现，因此可以推广使用。
对于矿山现场整机安装或备件安装来说，使用低温箱或液氮冷装柜由于使用数量、冷却剂使用都不方便。而由于干冰采购、运输容易实现，且安装只需使用较少的工具就可以实现，因此采用干冰冷装法比较合适。
至于液氮冷装法，由于其效率高（仅10分钟就可以完成），可以在大批量生产中使用，而且其温度极低，对于大过盈量的装配可以采用这种方法实现。
参考文献：
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[2]中国第一重型机械集团公司编著.吕亚晨主编.重型机械工艺手册.哈尔滨.哈尔滨出版社，1998
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[7]陈光明，陈国邦.制冷与低温原理.北京：机械工业出版社.2002：129
[8]袁秀玲.制冷与空调装置.西安：西安交通大学出版社.2001
作者简介：
徐岩（1984.11—），男，满族，黑龙江省齐齐哈尔市人，2007年毕业于沈阳理工大学机械设计制造及其自动化专业，现供职于沈阳顺达重矿机械制造有限公司，中国机械工程学会会员，工程学士学位，研究方向为矿山设备。
于杰（1985.3—），女，汉族，内蒙古呼伦贝尔盟人，2007年毕业于沈阳理工大学机械设计制造及其自动化专业，现供职于沈阳兴华航空电器有限责任公司，机械工程师，工程学士学位，研究方向为航空电器。