澆冒口自動輸送系統(tǒng)的工藝與裝備

劉楠楠，王前進

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

我公司承包某鑄造企業(yè)一期年產(chǎn)5萬噸鑄造項目，該項目采用靜壓造型線生產(chǎn)薄壁、高強度、高精度的柴油機缸體、缸蓋、高韌性曲軸等鑄件，此類鑄件的生產(chǎn)屬大批量、專業(yè)化流水線生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序多、工藝裝備要求高[1]。澆冒口是鑄造廠重要的回爐料，由于中頻感應(yīng)電爐對爐料清潔度的要求，澆冒口必須經(jīng)過分離、破碎、拋丸后方能回爐利用[2]。

該鑄造企業(yè)澆冒口的傳統(tǒng)輸送方法是：在鑄件澆冒口分離后，集中收集至轉(zhuǎn)運斗，再由叉車轉(zhuǎn)運至后續(xù)工序處理，存在以下問題：（1）必須配備專門的叉車和司機負責澆冒口轉(zhuǎn)運；（2）必須規(guī)劃物流輸送的通道；（3）叉車運輸環(huán)節(jié)多、人工成本高、安全系數(shù)低。為了解決以上問題，經(jīng)過工藝論證和調(diào)研，決定采用自動澆冒口輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動化程度高、運輸能力可滿足工藝要求、簡單可靠、維修保養(yǎng)成本低。

1 工藝流程及布局

經(jīng)造型、澆注、冷卻環(huán)節(jié)后，包裹著鑄件的砂胎從砂箱中頂出，再經(jīng)振動輸送機進入落砂機落砂。使用機械手在振動輸送機上敲擊分離澆冒口，然后機械手將澆冒口、披縫和出氣系統(tǒng)等拾起放入輸送料斗中，隨后自行葫蘆輸送機將料斗輸送至回爐料處理間，料斗輸送至破碎機緩存料斗上方，隨后料斗在下降過程中打開料斗底部，將回爐料落入破碎機緩存料斗，通過振動輸送機澆冒口進入破碎工序，隨后破碎機工作，破碎后的澆冒口再經(jīng)過拋丸機清理，清理后的澆冒口由叉車轉(zhuǎn)運至爐后回爐料坑供電爐配料使用。

由于振動落砂機和機械手操作區(qū)域揚塵、噪音較大，因此設(shè)置了落砂隔間，室內(nèi)設(shè)置強力除塵設(shè)施。破碎機屬于破壞性設(shè)備，工作噪音大，因此和拋丸機一起設(shè)置在獨立房間內(nèi)。澆冒口需要從振動落砂機處運輸至破碎機處。為了實現(xiàn)安全、高效、節(jié)能的輸送方式，采用了如下設(shè)計方案：

如圖1、2所示，軌道總長度約112m，軌道相對車間地面高度11m，軌道上運行3臺由自行小車帶動的輸送料斗，料斗規(guī)格為1700mm×1400mm×800mm，料斗下方有鋼結(jié)構(gòu)平臺，高度7m，用于員工行走和設(shè)備檢修。

整個輸送系統(tǒng)有4個工位，下降工位、上升工位、傾倒工位和維修工位。1.1.1 下降工位

圖1 澆冒口輸送系統(tǒng)布局示意圖1—軌道 2—振動落砂機 3—機械手 4—破碎機 5—拋丸機

圖2 澆冒口輸送系統(tǒng)設(shè)備示意圖1—鋼結(jié)構(gòu)支撐梁 2—軌道連接件 3—高強度鋁合金軌道和滑觸線4—小車組件 5—電葫蘆 6—料斗 7—鋼結(jié)構(gòu)平臺

圖3 澆冒口輸送系統(tǒng)三工位圖

自行葫蘆到達下降工位前，下降工位的門自動打開，隨后自行葫蘆輸送機在下降工位停下，將料斗勻速放下，下降工位自動門關(guān)閉，防止粉塵向外擴散。落砂隔間內(nèi)的機械手開始從震動輸送機上敲擊澆冒口，將擊斷的澆冒口拾取放入料斗。

1.1.2 上升工位

料斗裝滿后，由機械手控制室操作員按動料斗提升按鈕，自行葫蘆和料斗先平移至上升工位，然后料斗上升，同時震動落砂隔間頂部自動門打開，料斗上升到位后開始行走，自動門關(guān)閉。

圖4 機械手將澆冒口放入料斗

圖5 料斗底部打開將澆冒口落入破碎機緩存斗

1.1.3 傾倒工位

自行葫蘆輸送機行走至傾倒工位上方后，自行葫蘆停止、料斗下降，在下降過程中底部打開機構(gòu)與下部軌道配合，底部打開，澆冒口掉落至振動輸送槽緩存斗，振動輸送槽啟動，將澆冒口輸送至破碎機。料斗將澆冒口傾倒后上升，再運行至下降工位，完成一個工作循環(huán)。

1.1.4 維修工位

為了在設(shè)備保養(yǎng)及維修時不影響其它2臺輸送料斗的正常使用，設(shè)置了維修工位，維修道岔的開合由人工控制，道岔合直時為正常工作狀態(tài)，合彎時為出入維修工位狀態(tài)。出于安全的考慮，道岔的開合與運行小車組之間存在互鎖關(guān)系。當?shù)啦砗蠌澓现辈坏轿粫r，環(huán)形線路上運行的小車組將在距道岔一定距離時停止前進。

2 工藝優(yōu)化過程

此系統(tǒng)最初設(shè)計方案在考慮下降工位和上升工位時，使用同一個屋面洞口，此方案的缺點是只要料斗上升，機械手將只能停止工作，等待下一個料斗下降，降低了生產(chǎn)效率。后經(jīng)過方案優(yōu)化：下降工位和上升工位分別設(shè)置一個屋面洞口，料斗下降到位后可平移至上升工位，然后再提升，在此過程中，后一個料斗已經(jīng)開始下降，進入受料工位，每個工作循環(huán)節(jié)省時間約2分鐘。因鑄件品種不同、操作工熟練程度不同，機械手操作工裝滿一個料斗用時會有不同，經(jīng)過多次測試后的平均值為5分鐘，因此1臺自行小車循環(huán)一周約為9分鐘。由于有3臺小車，所以每3分鐘就會有1個料斗循環(huán)至下降工位前。此設(shè)計提高了工作效率，滿足了生產(chǎn)要求。也為機械手操作工提高工作效率預(yù)留了空間。

以1臺自行小車循環(huán)一圈為一個周期，分7個階段運行，運行時間如表1所示。

表1 自行小車各運行階段所需時間

3 設(shè)備構(gòu)成及特點

該項目的鑄件平均出品率約為70%，澆冒口數(shù)量約為每年1.5萬噸，經(jīng)過收集、輸送、破碎、拋丸處理、回爐利用。根據(jù)實際生產(chǎn)情況計算，確定輸送效率需達到12t/h。

此套系統(tǒng)采用自行小車設(shè)備，融合了機械、電氣、計算機、自動控制，集倉儲、運輸、裝卸、工藝操作四大環(huán)節(jié)為一體的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。設(shè)備主要由載物車組、承載梁、電動葫蘆、軌道、滑導(dǎo)線軌、集電器、道岔、升降站及電控系統(tǒng)（主控柜、按鈕站、顯示屏、隨車電器箱）等組成。自行小車采用3套2t×2進口自行葫蘆，搭配3只下開式料斗。電動葫蘆升降速度有快速（4m/min）和慢速（1m/min）兩種速度可調(diào)，最大功率1.7kW。采用鋁合金軌道（約110m），行走電機要求變頻調(diào)速，速度為(5～20)m/min，設(shè)備噪聲≤80dB(A)。

電控系統(tǒng)采用PLC控制。采用監(jiān)控系統(tǒng)完成實時監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報警等功能，設(shè)自動和手動兩種工作方式。

全部自行小車通過系統(tǒng)中央電控柜的主控PLC的控制，由滑觸線將控制信號傳輸?shù)叫≤嚿?，小車按程序可?zhí)行相應(yīng)的工藝動作，用以滿足生產(chǎn)的需要，每臺小車上都裝有變頻器及一些電器元件從而實現(xiàn)停車的精度和穩(wěn)定性。

系統(tǒng)采用滑觸線分段積放，即將滑觸線按照已劃分好的各工位（包括積放工位）實行分段切割，各段分別與主控PLC相連并進行信息交換，自行小車的到達工位和向前運行信號都通過滑觸線來傳遞。

中央電控柜和各按鈕站及手電門均設(shè)有急停按鈕，對故障或誤操作時可使設(shè)備立即停止。整個設(shè)備具有故障診斷和報警功能，電機控制都裝有過載保護，可診斷到電機的單相和過載，并能通過蜂鳴器進行報警。通過可編程控制器能夠檢測到各種信號的出現(xiàn)和消失，從而能夠進行相應(yīng)的動作。

由于采用了以上設(shè)計方法，使得該輸送系統(tǒng)具有以下特點。

3.1 立體輸送

整個輸送系統(tǒng)運行在7m平臺之上，不影響下方其他設(shè)備的運行，節(jié)省了空間，自行葫蘆設(shè)備可以通過升降機等部件的有機組合，實現(xiàn)物料的多點（段）、多平面、立體化網(wǎng)絡(luò)輸送。

3.2 空中儲存

通過積放、預(yù)停等工位設(shè)置，可以形成一個空中儲存庫，有效節(jié)約地面空間。

3.3 工藝操作

控制系統(tǒng)可以對每個載物車組進行適時控

制，載物車組可以根據(jù)工藝需要在不同工位進行行走、升降、停留等多種工藝動作。

3.4 獨立的執(zhí)行單元

每一個載物車組都有獨立的驅(qū)動、取電裝置，當單臺載物車組出現(xiàn)故障時，不會對整個系統(tǒng)的生產(chǎn)效率產(chǎn)生大的影響。

3.5 控制方式靈活多樣

有集中控制、集散控制等控制模式；自動、手動、自/手動等操作方法，用戶可以根據(jù)工藝動作的需要和復(fù)雜程度靈活選擇。

4 結(jié)語

鑄件澆冒口自動輸送系統(tǒng)是一種先進的輸送方式，整個輸送過程平穩(wěn)、高效、自動化程度高、控制方式靈活、節(jié)能省電、定位準確、安全可靠、噪音小、無污染、維修方便，改變了傳統(tǒng)的人工叉車轉(zhuǎn)運方式，改善了工人的勞動環(huán)境、降低了運營成本，因此該輸送方式可供其它鑄造企業(yè)參考和借鑒。

[1] 劉小龍,吳國強.淺議我國發(fā)動機類鑄件型砂鑄造的現(xiàn)狀[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2005(1)：1-3．

[2] 熊晗,何春江,戴國敏等.回爐料破碎清理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2014(5)：23-25．