影響靜壓造型線可靠性的因素分析

李來升，陸定富，趙林棟，王德成，張海龍，董永博，王慶攀

（1.濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東濟(jì)南 250306；2.濰柴動(dòng)力揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州 225000)

近10年來，隨著我國(guó)鑄造業(yè)的飛速發(fā)展，靜壓造型線的數(shù)量越來越多。國(guó)內(nèi)正常生產(chǎn)的靜壓造型線約有一百余條，主要有全進(jìn)口、全國(guó)產(chǎn)和主機(jī)進(jìn)口輔機(jī)國(guó)產(chǎn)等三種形式。靜壓造型線運(yùn)行的好壞直接影響到鑄造廠的經(jīng)濟(jì)效益，直接關(guān)系到鑄造車間其他工部效率的發(fā)揮。從目前國(guó)內(nèi)靜壓造型線生產(chǎn)情況來看，影響造型線可靠性的因素很多，我們從以下幾個(gè)主要方面進(jìn)行闡述。

1 設(shè)計(jì)原因

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

靜壓造型線中的設(shè)備有些結(jié)構(gòu)的不合理會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

圖1 造型機(jī)接箱缸支撐塊

例1：靜壓造型機(jī)的支撐塊感應(yīng)架結(jié)構(gòu)如圖1，進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)靜壓造型機(jī)一般都是這種結(jié)構(gòu)，感應(yīng)塊比較長(zhǎng)，安裝在來回運(yùn)動(dòng)的支撐塊上很容易導(dǎo)致感應(yīng)塊顫動(dòng)，并且支撐塊的運(yùn)動(dòng)頻率很高，造型線的生產(chǎn)率以每小時(shí)80整型計(jì)算，單班支撐塊運(yùn)動(dòng)的次數(shù)高達(dá)1200多次，很容易導(dǎo)致感應(yīng)塊的松動(dòng)或疲勞強(qiáng)度不夠而折斷。如果按圖2改進(jìn)，直接用油缸銷軸作為感應(yīng)塊，與原結(jié)構(gòu)相比，簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，完全避免了原結(jié)構(gòu)帶來的問題，同時(shí)減少了一個(gè)零件。

例2：靜壓造型機(jī)升降機(jī)構(gòu)導(dǎo)向桿的間距如果設(shè)計(jì)太小，就會(huì)造成升降機(jī)構(gòu)升降過程中明顯擺動(dòng)搖晃，造成導(dǎo)向桿密封件及導(dǎo)向環(huán)的損壞和升降機(jī)構(gòu)不到位等故障。

1.2 頻繁受力件的強(qiáng)度不夠

靜壓造型線根據(jù)砂箱規(guī)格的大小，其運(yùn)行負(fù)荷各不相同，大規(guī)格的砂箱運(yùn)行時(shí)設(shè)備承受的負(fù)荷相對(duì)較大，這就需要加強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。但是在設(shè)計(jì)過程中往往很容易忽視這個(gè)環(huán)節(jié)，有時(shí)砂箱規(guī)格加大了，但與之配套的受力件強(qiáng)度并沒有相應(yīng)的增強(qiáng)。

圖2 造型機(jī)接箱缸支撐塊

例1：靜壓造型線上的刮砂機(jī)、松砂機(jī)，在設(shè)計(jì)過程中如果不對(duì)其進(jìn)行受力分析計(jì)算，隨著砂箱寬度的增加，其受力明顯增加，在生產(chǎn)過程中很容易造成設(shè)備變形甚至損壞。

例2：鑄型輸送機(jī)軌道上的臺(tái)車止回機(jī)構(gòu)（圖3）也是如此，其受力隨著砂箱規(guī)格的加大而增加，如果強(qiáng)度不夠，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中很容易斷裂?？梢酝ㄟ^增加筋板或者改為雙排勾來加強(qiáng)。

圖3 臺(tái)車止回機(jī)構(gòu)

例3：推送油缸的支座、抓取機(jī)械手的力臂等機(jī)構(gòu)都需要根據(jù)載荷的不同進(jìn)行校核計(jì)算，以確保其運(yùn)行的可靠性。

1.3 感應(yīng)開關(guān)的位置

一條靜壓造型線有200多個(gè)感應(yīng)開關(guān)，要使造型線運(yùn)行可靠就必須保證所有開關(guān)發(fā)訊正常。在實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障率最高的就是開關(guān)信號(hào)不正常,造成故障的主要原因是開關(guān)的位置設(shè)計(jì)不合理。例如感應(yīng)砂箱的毛坯面，整條造型線一般擁有200套左右的砂箱，箱體上的毛坯面很難保證尺寸一致，這就導(dǎo)致了有些砂箱能感應(yīng)到有些就感應(yīng)不到；其次是感應(yīng)塊與感應(yīng)開關(guān)的接觸面積太小，稍有偏移就會(huì)導(dǎo)致無(wú)信號(hào)；還有就是感應(yīng)開關(guān)的感應(yīng)面一般都是朝上,這樣一旦有金屬物如鐵豆濺落在感應(yīng)面上就會(huì)造成誤信號(hào)。

1.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是靜壓造型線的主要?jiǎng)恿υ?，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題，整條造型線就要停止運(yùn)行。在設(shè)計(jì)過程中容易造成失誤的的地方主要是油溫和流量。一般的的液壓站都配置有一臺(tái)變量液壓泵，但個(gè)別造型線沒有配置變量泵而全部使用定量泵，這樣在系統(tǒng)不用油的情況下泵會(huì)持續(xù)溢流而發(fā)熱，導(dǎo)致油溫快速升高，如果冷卻器選型不合理，很容易使整個(gè)液壓系統(tǒng)油溫過高而無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響造型線效率的發(fā)揮；另外全線液壓元件的流量計(jì)算不準(zhǔn)確、蓄能器的配備不合理，造成液壓系統(tǒng)的流量不足，直接影響到執(zhí)行液壓元件運(yùn)行的平穩(wěn)性。

2 現(xiàn)場(chǎng)安裝

由于靜壓造型線設(shè)備復(fù)雜，結(jié)構(gòu)龐大，整條生產(chǎn)線無(wú)法作為一個(gè)整體來運(yùn)輸，所有靜壓造型線都是在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單機(jī)設(shè)備組裝連接?，F(xiàn)場(chǎng)安裝的質(zhì)量非常關(guān)鍵，實(shí)際生產(chǎn)過程中很多故障都是由于安裝質(zhì)量、精度等達(dá)不到要求引起的。下面是幾個(gè)典型的安裝問題。

2.1 軌道不平、不直

靜壓造型線的軌道一般是用壓板把輕軌壓在軌枕上或者是把輕軌直接焊接在軌枕上。如果安裝過程控制不嚴(yán)格，就可能造成整條軌道平直度不符合要求，這樣會(huì)導(dǎo)致臺(tái)車滾輪的嚴(yán)重磨損甚至造成臺(tái)車脫軌而翻車等現(xiàn)象。因?yàn)樵谕扑瓦^程中，臺(tái)車前后兩端的推緩油缸夾持力很容易把臺(tái)車架空，如果軌道不平或者不直，臺(tái)車容易離開軌道，等推緩缸夾持力取消后臺(tái)車落不到軌道上而造成脫軌（圖4）。

圖4 臺(tái)車和軌道

2.2 受力點(diǎn)焊接不牢

由于靜壓造型線的沖擊載荷較大，如果設(shè)備和基礎(chǔ)焊接不牢容易導(dǎo)致設(shè)備地腳開焊。例如兩端的推緩機(jī)構(gòu)受力較大，并且受力頻率較高，設(shè)備必須和基礎(chǔ)焊接牢靠，否則一旦開焊極易造成嚴(yán)重故障甚至對(duì)人員造成傷害，所以在安裝過程中一定注意檢查，以確認(rèn)此處的焊接情況。

2.3 液壓管路安裝不合理

安裝液壓管路應(yīng)該由專業(yè)安裝人員實(shí)施，影響造型線可靠運(yùn)行的管路問題主要有以下幾方面。一是管路拐角太多。液壓管路要盡可能的走直線，因?yàn)楣战翘幦菀滓鹨簤簺_擊而導(dǎo)致管路頻繁震動(dòng)，造成緊固件松動(dòng)而漏油；二是法蘭密封圈沒安裝到位，在緊固時(shí)容易把密封圈擠壞導(dǎo)致有壓力時(shí)漏油甚至大量噴油；三是法蘭緊固螺釘緊固不均勻，造成密封不良導(dǎo)致漏油；四是安裝位置不合理，比如澆注段的管路應(yīng)該架高，否則跑漏的鐵液澆在管路上容易燒壞管路或者密封圈引起漏油。

2.4 液壓系統(tǒng)清潔度差

靜壓造型線的液壓系統(tǒng)必須要高度清潔，一旦在初始安裝過程中把關(guān)不嚴(yán)，極易造成液壓系統(tǒng)不清潔，對(duì)設(shè)備運(yùn)行帶來長(zhǎng)期的故障隱患，嚴(yán)重影響靜壓造型線的可靠性。

大部分液壓系統(tǒng)故障是由于液壓油污染造成的。在初始安裝過程中要注意檢查如下幾點(diǎn)。一是液壓站的油箱，在注油前一定要打開油箱門做一次全面檢查，包括油箱內(nèi)部的各個(gè)角落，以及各種管道的內(nèi)外壁，一般是用面團(tuán)粘擦一遍，不允許有肉眼看見的小顆粒雜物存在；二是管路內(nèi)壁，靜壓造型線的液壓管路很多是在使用現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接的，焊接完畢要進(jìn)行酸洗，根據(jù)酸洗液的濃度不同以及車間內(nèi)氣溫的不同酸洗的時(shí)間也不同，但酸洗的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是一樣的，即把管道內(nèi)的氧化物和油污去除干凈，使管道內(nèi)壁光滑，在安裝前每根管路都要檢查一遍；三是各個(gè)液壓閥塊，一條靜壓造型線一般配有30個(gè)左右的單獨(dú)液壓閥塊，在安裝管路前要查看每個(gè)閥塊油路內(nèi)是否有污物。靜壓造型線的液壓系統(tǒng)只要在最初的安裝階段保證了清潔，之后的生產(chǎn)過程中的液壓故障就會(huì)大幅度減少。

2.5 電氣安裝

電氣故障大部分是因接線松動(dòng)引起的，電氣柜內(nèi)的電線以及編碼器的連接一旦松動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致故障，所以安裝過程中一定要確保每一處連接都牢靠。

3 調(diào)試過程

靜壓造型線運(yùn)行的好壞與現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試有著密切的關(guān)系，造型線是非標(biāo)設(shè)備，布局或運(yùn)行流程各不相同，調(diào)試主管調(diào)試風(fēng)格也不盡相同，影響造型線可靠性的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)一定要抓好。

3.1 全線的精確定位

靜壓造型線的精確定位以關(guān)鍵設(shè)備靜壓造型機(jī)為基準(zhǔn)向兩端逐個(gè)展開，最后在一端會(huì)合。每臺(tái)設(shè)備的定位都是以其前邊的設(shè)備為基礎(chǔ)，所以在定位過程中一旦某個(gè)地方出現(xiàn)偏差就容易導(dǎo)致一連串的返工。定位時(shí)砂箱或臺(tái)車之間的間隙不能太小也不能過大，太小的間隙容易導(dǎo)致碰撞甚至造成翻車等故障；間隙過大又容易造成定不上位或者推送時(shí)帶來撞擊。合理的定位間隙要滿足四點(diǎn)要求：一是能夠保證垂直方向運(yùn)行的設(shè)備順利通過；二是滿足砂箱、臺(tái)車由于熱脹冷縮帶來的長(zhǎng)度變化的需要；三是避免撞擊；四是盡量減少定位機(jī)構(gòu)的磨損。生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的定位故障主要是因?yàn)樵O(shè)備間的間隙不合適，需要重新調(diào)整。

3.2 接近開關(guān)的位置調(diào)整

靜壓造型線運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)的開關(guān)故障很多都是因?yàn)殚_關(guān)位置調(diào)整處在臨界狀態(tài)，油缸或其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)稍微不到位，感應(yīng)開關(guān)就無(wú)信號(hào)。在確保安全的情況下要盡可能地增加開關(guān)的感應(yīng)量以保證信號(hào)的滿足。例如，有些定位油缸在剛開機(jī)時(shí)由于油溫比較低，可能出現(xiàn)伸縮不到底的現(xiàn)象，如果要等到油缸伸縮到位開關(guān)才有信號(hào)是完全沒有必要的。圖5所示的臺(tái)車定位機(jī)構(gòu)，當(dāng)定位機(jī)構(gòu)已經(jīng)離開臺(tái)車軸的最底端時(shí)，雖然定位油缸未縮到底，但臺(tái)車可以安全通過，沒有必要等到油缸縮到底再發(fā)信號(hào)。按照這種思路來調(diào)節(jié)造型線上其他開關(guān)，不僅可以提高運(yùn)行的可靠性，而且還可以提高造型線的生產(chǎn)率。

圖5 臺(tái)車定位機(jī)構(gòu)

3.3 電氣控制

為了避免誤操作而帶來的誤動(dòng)作，靜壓造型線在手動(dòng)操作程序上加了很多連鎖條件，但在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)一些連鎖條件就需要取消，否則會(huì)影響造型線的運(yùn)行節(jié)拍，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致停線。這就要求電氣程序進(jìn)行優(yōu)化，自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，只要確保設(shè)備運(yùn)行順暢，連鎖條件越少越好。

3.4 液壓執(zhí)行元件的調(diào)試

靜壓造型線的運(yùn)行主要靠大量的液壓油缸來驅(qū)動(dòng)，每個(gè)油缸需要調(diào)試的快慢取決于全線動(dòng)作流程的時(shí)序表。并不是速度越快越好，應(yīng)該快的油缸一定要快，否則將影響全線的運(yùn)行節(jié)拍；應(yīng)該慢的油缸就要慢，反之則會(huì)占用液壓系統(tǒng)的流量，給其他液壓執(zhí)行元件帶來不穩(wěn)定性。

4 日常維護(hù)和保養(yǎng)

靜壓造型線進(jìn)入生產(chǎn)階段后，要保持全線可靠穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)至關(guān)重要，平均每個(gè)班次高達(dá)幾百次甚至上千次的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)很容易導(dǎo)致設(shè)備緊固件的松動(dòng)以及磨損等問題，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，對(duì)生產(chǎn)將造成嚴(yán)重影響。

4.1 生產(chǎn)中的日常巡視不得輕視

由于靜壓造型線由多臺(tái)單機(jī)組成，設(shè)備復(fù)雜，且地面上下都有，要想掌握每臺(tái)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況必須對(duì)造型線進(jìn)行整體巡視。尤其是地溝內(nèi)的設(shè)備，在地面以上很難發(fā)現(xiàn)其問題。生產(chǎn)過程中每個(gè)班巡視的次數(shù)不得低于兩次，做到早發(fā)現(xiàn)早處理，把故障消滅在萌芽狀態(tài)，將損失降低到最低限度。例如地溝內(nèi)的主液壓油管，一旦漏油就可能造成重大損失，所以在發(fā)現(xiàn)有不正?，F(xiàn)象時(shí)，及早處理以避免大量漏油；另外，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)更容易發(fā)現(xiàn)異常問題，因?yàn)樵O(shè)備如果有問題在動(dòng)態(tài)情況下很容易表現(xiàn)出來，而在靜止時(shí)卻很難發(fā)覺。

4.2 加強(qiáng)緊固件的防松檢查

設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行很容易造成一些緊固螺釘?shù)乃蓜?dòng)，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)就會(huì)影響造型線的正常生產(chǎn)。比如內(nèi)壁清理機(jī)和臺(tái)面清掃機(jī)上連接扭簧和刮砂板的螺釘以及造型主機(jī)立柱和橫梁之間的連接螺釘?shù)?，都是日常維護(hù)檢查的重點(diǎn)。

4.3 潤(rùn)滑點(diǎn)定期加注潤(rùn)滑油

靜壓造型線上的潤(rùn)滑點(diǎn)主要有垂直升降或水平運(yùn)行的導(dǎo)向桿、造型主機(jī)模板快換的旋轉(zhuǎn)軸和減速電機(jī)等，這些地方要定期加注潤(rùn)滑油，以免出現(xiàn)干摩擦而造成設(shè)備的損壞。

4.4 及時(shí)清理設(shè)備周圍的散落砂

在造型、捅箱和砂箱運(yùn)行等過程中有些砂散落在設(shè)備上，時(shí)間久了越積越多就會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的不利影響，這就要求檢修人員定期對(duì)容易積砂的部位進(jìn)行清理。比較明顯的部位有造型主機(jī)舉升工作臺(tái)的下邊和下捅式捅箱機(jī)捅頭的下邊。

5 總結(jié)

總之，影響靜壓造型線運(yùn)行可靠性的因素很多，只要在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)等環(huán)節(jié)上控制好，靜壓造型線的可靠性肯定會(huì)大幅度提高。例如濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司給濰柴動(dòng)力揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司提供的1000mm×800mm×320/320mm的靜壓造型線輔機(jī)，通過細(xì)心調(diào)整和維護(hù)，可靠性大大提高，生產(chǎn)率已經(jīng)超過120整型/h。

[1]袁漢林.靜壓造型線的技術(shù)改造[J].中國(guó)鑄機(jī),1996,3.

[2]鄭國(guó)偉.機(jī)械設(shè)備維修問答叢書 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006，8.

[3]武明懷，李專政.國(guó)內(nèi)外靜壓造型工藝與設(shè)備簡(jiǎn)介[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2012,4.