氣沖造型線鑄型輸送系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

郭炳紅

（東風(fēng)商用車有限公司鑄造二廠，湖北十堰 442000）

氣沖造型線投產(chǎn)使用二十年后，主機(jī)機(jī)架開裂，經(jīng)過(guò)兩次大修隱患仍然無(wú)法解除。工廠將造型主機(jī)更新為靜壓造型主機(jī)，主機(jī)節(jié)拍由60 s/型縮短至48 s/型，砂箱內(nèi)腔尺寸（單位：mm）亦由1 850×800×300/300更改為1850×850×300/300.造型主機(jī)更新完成后，造型線仍存在以下問(wèn)題：1）冷卻時(shí)間短，無(wú)法滿足產(chǎn)品工藝要求。因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，整箱鐵液重量差異增大，部分產(chǎn)品澆注后因冷卻時(shí)間過(guò)短導(dǎo)致硬度不均勻，磕碰廢品增多。同時(shí)因潰散性差，大量型砂無(wú)法回收，造成型砂質(zhì)量惡化，增加砂處理難度。2）氣沖造型線鑄型輸送系統(tǒng)提速時(shí)穩(wěn)定性差，節(jié)拍慢，不能滿足造型主機(jī)的節(jié)拍要求，成為制約造型主機(jī)生產(chǎn)能力的瓶頸。氣沖造型自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備布局如圖1所示。

為了提高造型線產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，工廠根據(jù)工藝需要延長(zhǎng)了原鑄型輸送機(jī)，并對(duì)關(guān)鍵輔助設(shè)備進(jìn)行了改造。

1 鑄型輸送系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案

根據(jù)鑄型輸送系統(tǒng)存在的問(wèn)題，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：

1）延長(zhǎng)原鑄型輸送系統(tǒng)，其澆注段及2條冷卻段各增加6副鑄工小車，改造原冷卻段液壓驅(qū)動(dòng)裝置，更新其推送油缸、緩沖油缸及比例控制閥。改固定式澆注為移動(dòng)式澆注；

2）增加兩條冷卻段，增加部分安裝在原有冷卻段的正上方，與其呈上下兩層分布；同時(shí)增加一套鑄工小車升降裝置，用于鑄工小車在上下二層冷卻段之間升降過(guò)渡；

3）更新5套橫向過(guò)渡小車，將橫向過(guò)渡小車傳動(dòng)方式由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)+鏈輪鏈條傳動(dòng)變更為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)+齒輪齒條傳動(dòng)，提高其運(yùn)動(dòng)速度及定位精度；

4）改造移箱機(jī)，原移箱機(jī)移動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差。原驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)+曲柄連桿傳動(dòng)，占用空間大。且該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在冷卻段的正上方，妨礙布置上層冷卻段。改造時(shí)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)+齒輪齒條傳動(dòng)代替原驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以節(jié)省空間，縮短節(jié)拍時(shí)間，提高其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。

圖1 氣沖造型自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備布局示意圖

與原有鑄型輸送系統(tǒng)相比，改造技術(shù)方案具有如下特點(diǎn)：

1）鑄型輸送系統(tǒng)冷卻段長(zhǎng)度增加1.3倍以上，在節(jié)拍不變的情況下，冷卻時(shí)間亦延長(zhǎng)1.3倍以上。并且鑄型輸送機(jī)可以分段運(yùn)行，以適應(yīng)不同產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的冷卻時(shí)間要求；

2）鑄型輸送系統(tǒng)各輔機(jī)驅(qū)動(dòng)方式由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)+鏈輪鏈條傳動(dòng)改造為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)+齒輪齒條傳動(dòng)后，運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，運(yùn)行速度滿足造型機(jī)節(jié)拍要求；

3）鑄型輸送系統(tǒng)冷卻段液壓驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)化及控制閥更新，顯著提高其響應(yīng)速度及運(yùn)行平穩(wěn)性。

2 上層冷卻段設(shè)計(jì)

上層冷卻段設(shè)計(jì)如圖2所示，包含機(jī)架、軌道、驅(qū)動(dòng)裝置、橫向過(guò)渡小車、鑄工小車升降裝置及鑄工小車定位機(jī)構(gòu)等，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮結(jié)構(gòu)合理、定位準(zhǔn)確、運(yùn)行平穩(wěn)、牢固可靠，并滿足主機(jī)節(jié)拍要求。

2.1 機(jī)架

機(jī)架用于鋪設(shè)鑄工小車軌道，鑄工小車軌道用于上層冷卻段砂箱及鑄工小車的支撐。機(jī)架采用工字鋼和槽鋼焊接組成，其中用于鋪裝軌道的支撐平面要求加工成型。設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)須充分考慮下層砂箱熱輻射環(huán)境的影響，機(jī)架結(jié)構(gòu)整體須有足夠的剛度，保證在重載、熱環(huán)境下不變形。在設(shè)計(jì)機(jī)架鋼結(jié)構(gòu)立柱的分布時(shí)，充分考慮砂箱橫向移進(jìn)移出的方便性，當(dāng)鋼構(gòu)支架與現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備設(shè)施發(fā)生干涉時(shí)，設(shè)計(jì)需作特殊布置。軌道與軌道之間用夾板連接。軌道的固定采用壓板固定，壓板固定時(shí)有防松裝置。軌道安裝時(shí)，須保證兩軌道之間的精度技術(shù)要求，不得有扭曲變形現(xiàn)象。

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置

上層冷卻段驅(qū)動(dòng)方式與下層冷卻段驅(qū)動(dòng)方式相同，鑄工小車推送及緩沖均采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)方式。其中推送油缸采用比例閥調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度，緩沖油缸采用二級(jí)背壓液壓回路，以使其在提高響應(yīng)速度的同時(shí)兼顧運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。由于液壓油缸行程長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)須考慮合理的油缸導(dǎo)向裝置，以提高液壓元器件壽命，避免漏油。用于安裝驅(qū)動(dòng)裝置的平臺(tái)要求穩(wěn)固可靠，按照安全規(guī)范設(shè)置護(hù)欄。

2.3 橫向過(guò)渡小車

橫向過(guò)渡小車用于上層兩條冷卻段之間的鑄工小車轉(zhuǎn)運(yùn)，采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)，油缸用比例閥調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度。油缸配備相應(yīng)的導(dǎo)向裝置。橫向過(guò)渡小車、鑄工小車軌道鋪設(shè)均應(yīng)符合技術(shù)規(guī)范，確保鑄工小車進(jìn)入及離開橫向過(guò)渡小車時(shí)平穩(wěn)，不出現(xiàn)啃軌、掉軌。設(shè)計(jì)合適的定位裝置使鑄工小車平穩(wěn)、準(zhǔn)確定位在橫向過(guò)渡小車上。此外，橫向過(guò)渡小車與下層砂箱之間須設(shè)置隔熱層，保證驅(qū)動(dòng)油缸不受高溫環(huán)境影響。

圖2 冷卻段布局示意圖

圖3 鑄工小車升降裝置及冷卻段布置示意圖

2.4 鑄工小車升降裝置

鑄工小車升降裝置如圖3所示，用于上下兩層砂箱及鑄工小車的升降轉(zhuǎn)換。由龍門架、升降工作臺(tái)、升降軌道、導(dǎo)向輪、液壓油缸、小車定位裝置等組成，安裝在冷卻一線緩沖端第四臺(tái)鑄工小車位置處。升降工作臺(tái)升降動(dòng)作由液壓油缸驅(qū)動(dòng)完成，液壓油缸速度由比例閥控制，升降速度可以調(diào)節(jié)。為節(jié)省空間，液壓油缸安裝在兩根升降軌道之間。為了保證升降工作臺(tái)在升降時(shí)的穩(wěn)定性，升降軌道上安裝了4組共12個(gè)導(dǎo)向輪，使其在升降過(guò)程中具有很好的導(dǎo)向性。導(dǎo)向輪為偏心輪，磨損后可以適當(dāng)調(diào)整，保證導(dǎo)向裝置的可靠性。升降工作臺(tái)配備有到位檢測(cè)開關(guān)，防止因誤動(dòng)作造成鑄工小車掉軌。為保證升降工作臺(tái)在轉(zhuǎn)運(yùn)砂箱及鑄工小車時(shí)與上下兩層冷卻段相鄰小車及砂箱不出現(xiàn)干涉，升降機(jī)構(gòu)兩側(cè)冷卻段鑄工小車均用定位油缸定位，升降工作臺(tái)上的鑄工小車采用機(jī)械定位。

圖4 移箱機(jī)改造方案示意圖

2.5 定位機(jī)構(gòu)

為保證砂箱及鑄工小車轉(zhuǎn)運(yùn)平穩(wěn)，各運(yùn)行機(jī)構(gòu)不發(fā)生干涉，除必須對(duì)冷卻段的鑄工小車與橫向過(guò)渡小車上的鑄工小車進(jìn)行分離和準(zhǔn)確定位外，還須設(shè)置到位檢測(cè)開關(guān)。冷卻段推送油缸將一串鑄工小車推送到位后，推送端鑄工小車定位器可以隨即定位，該處采用機(jī)械定位裝置，彈簧復(fù)位，以防止鑄工小車逆向移動(dòng)。而緩沖端鑄工小車須先進(jìn)行回?fù)?，與其它鑄工小車分離后再行定位，回?fù)軙r(shí)需要一定的驅(qū)動(dòng)力，因此該處采用液壓油缸定位器進(jìn)行定位。橫向過(guò)渡小車上的鑄工小車采用機(jī)械裝置定位，以確保鑄工小車在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中平穩(wěn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)要求使用耐磨材料制造定位撞塊、并便于更換。

3 移箱機(jī)改造

移箱機(jī)的功能是搬運(yùn)砂箱，將完成造型的上砂箱搬運(yùn)至上砂箱輥道、下砂箱搬運(yùn)至下芯段鑄工小車上。原移箱機(jī)小車由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)占用空間大，與新增上層冷卻段位置發(fā)生干涉；移箱機(jī)機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)為單導(dǎo)桿導(dǎo)向，導(dǎo)向穩(wěn)定性差；此外，移箱機(jī)移動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，亦不滿足造型主機(jī)的節(jié)拍要求。

為節(jié)省空間，縮短砂箱移動(dòng)時(shí)間，提高移箱機(jī)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)，移箱機(jī)小車采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)+齒輪齒條傳動(dòng)方式；移箱機(jī)小車升降機(jī)構(gòu)增加雙導(dǎo)桿導(dǎo)向裝置，以提高機(jī)械手升降時(shí)的穩(wěn)定性；更新移箱機(jī)機(jī)械手；對(duì)移箱機(jī)機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，保證移箱機(jī)機(jī)架整體穩(wěn)固。圖4為移箱機(jī)改造方案。

4 下層橫向過(guò)渡小車改造

橫向過(guò)渡小車用于砂箱及鑄工小車在各鑄型輸送線之間的轉(zhuǎn)運(yùn)。改造前采用變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鏈輪鏈條傳動(dòng)，小車運(yùn)行穩(wěn)定性差，定位精度低，經(jīng)常出現(xiàn)鑄工小車掉軌。改造設(shè)計(jì)時(shí)，橫向過(guò)渡小車采用SEW伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪齒條傳動(dòng)，小車行程兩端均設(shè)置有機(jī)械限位裝置，并且限位行程可以調(diào)節(jié)。橫向過(guò)渡小車采用硬化重型輥輪，并設(shè)置可靠的定位裝置，避免轉(zhuǎn)運(yùn)砂箱及鑄工小車時(shí)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。

5 改造效果

1）通過(guò)對(duì)鑄型輸送系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，延長(zhǎng)冷卻段長(zhǎng)度，冷卻段共有4種不同的運(yùn)行方式：a）下層冷卻段一條冷卻線運(yùn)行；b）下層冷卻段兩條冷卻線運(yùn)行；c）下層冷卻段冷卻一線與上層兩條冷卻線運(yùn)行；d）下層兩條冷卻線與上層兩條冷卻線全部運(yùn)行。按48s/型節(jié)拍時(shí)間計(jì)算，4種運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)的冷卻時(shí)間分別為 33min、63min、93min、123min.因此，可以根據(jù)不同產(chǎn)品的工藝要求執(zhí)行對(duì)應(yīng)的冷卻段運(yùn)行方案，使鑄件保持適合的冷卻時(shí)間。此舉不僅可以解決鑄件硬度不均的問(wèn)題，同時(shí)還可以提高型砂回用比率，減少型砂損失。

2）橫向過(guò)渡小車、移箱機(jī)移動(dòng)小車等輔機(jī)改用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)后，定位精度提高，響應(yīng)速度加快，運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)拍時(shí)間縮短20%以上。

3）對(duì)影響造型自動(dòng)線節(jié)拍的鑄型輸送系統(tǒng)關(guān)鍵輔機(jī)進(jìn)行改造，提高其運(yùn)行速度，可顯著提升造型線生產(chǎn)效率。

［1］ 謝祖錫，夏鵬成，孫乃坤，等.一種新型氣沖造型機(jī)實(shí)砂過(guò)程及效果的探討［J］.鑄造設(shè)備研究，2002（6）：3-10.

［2］ 薛曉江,魏江波,姜金貴.GF氣沖造型機(jī)故障判斷與排除［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2013（3）：1-2.

［3］ 謝祖錫.談氣沖氣推成形觸頭造型機(jī)的開發(fā)研制［J］.鑄造設(shè)備研究，2004（3）：4-8.