全自動(dòng)高空跨線鐵液輸送系統(tǒng)的應(yīng)用

孫 政，李百強(qiáng)，劉小龍

（1.勝地汽車零部件制造有限公司，山東 煙臺 264000；2.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

近年來，由于各鑄造廠都越來越注重安全、環(huán)保、綠色、自動(dòng)化生產(chǎn)，從電爐到澆注機(jī)之間的鐵液自動(dòng)輸送系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。鐵液自動(dòng)輸送系統(tǒng)是通過轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，把鐵液由電爐輸送到澆注機(jī)，改變了原來傳統(tǒng)的人工操縱天車或叉車進(jìn)行鐵液運(yùn)輸?shù)姆绞?，把人從高溫環(huán)境中解放出來，提高了人員安全性，改善了人員作業(yè)環(huán)境，節(jié)省了人力資源，同時(shí)大大提高了輸送速度。本文主要介紹一種全自動(dòng)跨線鐵液輸送系統(tǒng)在鑄造工廠的應(yīng)用。

1 應(yīng)用環(huán)境

本項(xiàng)目是在老車間內(nèi)改造，車間有兩條平行的垂直擠壓造型線，每條線應(yīng)用一臺底注式澆注機(jī)進(jìn)行澆注，共用四臺電爐進(jìn)行鐵液冶煉，電爐布置在兩條造型線的一側(cè)，與造型線垂直，車間布局比較緊湊。原來的生產(chǎn)方式為人工操作天車吊運(yùn)鐵液包，同時(shí)為兩條線的澆注機(jī)補(bǔ)充鐵液，鐵液補(bǔ)充采用人工倒包形式。這種生產(chǎn)方式存在的問題：1）安全性差：由于采用人工操作天車輸送鐵液包，鐵液包直接在設(shè)備上方通過，安全性差，易出安全事故；2）人員作業(yè)環(huán)境差：操作工人長期處于高溫多煙塵的生產(chǎn)環(huán)境中，舒適感很差；3）鐵液輸送過程中產(chǎn)生大量煙塵：由于設(shè)備布局所限，無法設(shè)置煙塵收集裝置，車間內(nèi)煙塵匯積，環(huán)境很差。為解決上述問題，提出了建設(shè)一條跨線運(yùn)輸鐵液的自動(dòng)輸送線。

設(shè)計(jì)要求：1）實(shí)現(xiàn)從四臺電爐爐體前到兩條造型線澆注機(jī)處的鐵液包全自動(dòng)輸送；2）實(shí)現(xiàn)每8 min分別為每條造型線輸送一包鐵液并倒包完畢；3）實(shí)現(xiàn)輸送線環(huán)保除塵的配置要求，全程進(jìn)行抽風(fēng)除塵；4）實(shí)現(xiàn)倒包位置與造型線澆注機(jī)位置的隨動(dòng)；5）保證車間通道正常使用；6）確保輸送安全。

2 主要技術(shù)參數(shù)與特點(diǎn)

生產(chǎn)節(jié)拍：平均每4 min 輸送一包鐵液，鐵液包容量1.8 t，配套4 套8 t 電爐爐體，每條線配一臺2 t澆注機(jī)。生產(chǎn)線每天工作24 h，每周工作6 天。

鐵液輸送系統(tǒng)為兩條垂直造型線的澆注機(jī)交替輸送鐵液，兩條線的輸送采取集中控制與單獨(dú)控制相結(jié)合的自動(dòng)化生產(chǎn)方式，兼顧自動(dòng)化生產(chǎn)與特殊需求生產(chǎn)的需要，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)靈活可靠。

鐵液輸送系統(tǒng)的安全要求較高，為保證生產(chǎn)的安全可靠性，關(guān)鍵設(shè)備均采取雙備份冗余設(shè)計(jì)理念，力求降低設(shè)備總體故障率，并且做到一旦出故障后保證人員安全和設(shè)備安全。

鐵液輸送系統(tǒng)兼顧車間除塵系統(tǒng)。在鐵液輸送的全程，均設(shè)置了除塵管路系統(tǒng)及除塵煙罩進(jìn)行抽煙除塵：在電爐前的鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)車上設(shè)置了車載除塵器，在輸送全程對鐵液包進(jìn)行了封閉除煙塵；在輸送線上方和鐵液倒包位置上方全程設(shè)置了吸煙除塵罩。通過以上布置把鐵液包產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行了有效收集，并把煙塵吸收到除塵器內(nèi)進(jìn)行了處理，很大程度上減少了車間的煙塵排放。

3 鐵液輸送系統(tǒng)布局

鐵液輸送線布局如圖1 所示，電爐前鐵液輸送系統(tǒng)由爐前接鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)車、中間擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)車組成。轉(zhuǎn)運(yùn)車采用車載控制系統(tǒng)，并配備鐵液包升降包蓋和車載除塵器，用于鐵液包的煙氣收集處理。轉(zhuǎn)運(yùn)車上配備稱重裝置，對鐵液進(jìn)行稱重。

圖1 輸送線布局圖

中間擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)車分別與兩條線的舉升裝置和提升機(jī)對接，交替把鐵液包輸送到兩條線上。舉升裝置和提升機(jī)把鐵液包舉升，跨越造型線（跨越路線下方設(shè)置防護(hù)裝置），將其輸送到鐵液倒包位置。

兩條線的倒包位置設(shè)置鐵液倒包機(jī)械手。倒包機(jī)械手由機(jī)架、可移動(dòng)的大車、小車和升降機(jī)構(gòu)組成，可以讓鐵液包在三個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送，在倒包位置進(jìn)行鐵液倒包。

本鐵液輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一在于高空跨線輸送。由于一條造型線距離電爐較遠(yuǎn)，中間隔著另一條造型線，同時(shí)還要保證兩條線之間的車間通道能夠正常使用，因此從地面無法穿越輸送鐵液包。本項(xiàng)目采用了高空輸送機(jī)進(jìn)行輸送，配套兩臺提升機(jī)，把鐵液包從電爐處輸送到倒包機(jī)械手處，供機(jī)械手提取并進(jìn)行鐵液倒包。本設(shè)計(jì)既滿足了鐵液包輸送工藝需求，也保證了輸送的安全性，同時(shí)還保證了車間通道正常使用的要求，預(yù)留了約3 m寬度的車間通道，供車間叉車正常進(jìn)出。如圖2 布置圖所示。

圖2 輸送線過跨布置圖

4 鐵液輸送系統(tǒng)工藝流程

鐵液運(yùn)輸工藝流程：鐵液包爐前接鐵液→爐前接鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)輸鐵液包到中間擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)車→鐵液包被中間擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)車輸送到舉升裝置（或提升機(jī)）上→舉升裝置（或提升機(jī)）舉升，與過跨輥道對接→鐵液包被輸送到過跨輥道上→通過過跨輥道把鐵液包輸送到鐵液倒包機(jī)械手取包處→倒包機(jī)械手托起鐵液包→鐵液包移向澆注機(jī)→鐵液倒入澆注機(jī)→倒包機(jī)械手帶著空鐵液包返回過跨輸送機(jī)→空包通過過跨輸送機(jī)被輸送回舉升裝置（或提升機(jī)）等待→中間擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)車輸送鐵液包到爐前接鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)車→爐前接鐵液轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)輸鐵液包到電爐前→接下一包鐵液。

底注式澆注機(jī)與鐵液輸送系統(tǒng)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在澆注機(jī)位置變動(dòng)后，倒包機(jī)械手可以根據(jù)通訊自動(dòng)找到變動(dòng)后的位置，把鐵液包輸送到該位置進(jìn)行鐵液倒包。由于垂直造型線的砂型尺寸、澆口位置都有可能變動(dòng)，澆注機(jī)的位置隨時(shí)可能會發(fā)生變動(dòng)，這就要求倒包位置也要隨著進(jìn)行變動(dòng)，本鐵液輸送系統(tǒng)的此項(xiàng)功能就顯得必要。

5 鐵液倒包機(jī)械手

為適應(yīng)鐵液倒包位置在三個(gè)方向上的位置調(diào)整需求，本項(xiàng)目特別開發(fā)了鐵液倒包機(jī)械手，如圖2所示。其結(jié)構(gòu)包括沿造型線方向移動(dòng)的大車，垂直造型線方向移動(dòng)的小車，升降提升裝置以及翻轉(zhuǎn)倒包機(jī)械手。在三個(gè)維度上進(jìn)行鐵液包的位置移動(dòng)，所有的移動(dòng)和升降均采用硬軌導(dǎo)向，保證導(dǎo)向精度和設(shè)備定位精度；倒包機(jī)械手可以根據(jù)數(shù)據(jù)通訊自動(dòng)找準(zhǔn)澆注機(jī)受鐵液口位置，倒包時(shí)可以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整倒包曲線，滿足倒包鐵液不外溢的要求。

圖3 鐵液倒包機(jī)械手倒包示意圖

6 鐵液輸送系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）自動(dòng)化程度高

本項(xiàng)目在老車間內(nèi)進(jìn)行改造，原有的鐵液輸送方式是采用冶金行車吊著鐵液包在電爐前接鐵液，吊運(yùn)輸送鐵液包到澆注機(jī)處進(jìn)行人工倒包。這種方式自動(dòng)化程度低，安全性差，工人操作環(huán)境不好。進(jìn)行改造后，本鐵液輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從電爐前接鐵液到鐵液倒包的無人化輸送操作，自動(dòng)化程度大為提高。

（2）設(shè)備可靠

提升驅(qū)動(dòng)設(shè)備均采用雙備份的冗余設(shè)計(jì)，安全性高，避免由于提升裝置故障導(dǎo)致鐵液包墜落出現(xiàn)事故。

（3）工藝適應(yīng)性強(qiáng)

采用機(jī)械手進(jìn)行倒包，可以控制倒包曲線。鐵液包可以進(jìn)行三個(gè)維度方向上的運(yùn)動(dòng)輸送，對于需要不斷改變澆注機(jī)倒包位置的場合，倒包機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)對澆注機(jī)倒包口的準(zhǔn)確定位，把鐵液準(zhǔn)確倒入到澆注機(jī)內(nèi)。

（4）節(jié)能、環(huán)保效果好

在鐵液包輸送過程中，輸送系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)連鎖交互。根據(jù)鐵液包的位置不同，分別開啟相應(yīng)位置的風(fēng)管閥門，對除塵風(fēng)量進(jìn)行了有效的調(diào)配控制，優(yōu)化了除塵效果，節(jié)能減排效果顯著，根據(jù)檢測，鐵水輸送過程中的煙塵排放量減少了約95%，基本達(dá)到了約10 mg/m3，再配合車間除塵設(shè)備的精華，向外排放的煙塵滿足了環(huán)保要求的5 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。

7 結(jié)語

本鐵液輸送系統(tǒng)自2018 年投產(chǎn)后，經(jīng)過初期的磨合試運(yùn)行，設(shè)備狀況越來越穩(wěn)定，生產(chǎn)率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，設(shè)備故障率也長期保持了一個(gè)很低的水平。根據(jù)2020 年的統(tǒng)計(jì)，由于設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)率不超過0.2%，設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行有力地保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。同時(shí)，鐵液輸送系統(tǒng)提高了車間自動(dòng)化程度，優(yōu)化了車間生產(chǎn)布局，車間環(huán)保狀況大為改善，減少了人工，原來車間生產(chǎn)需要2 個(gè)叉車工，3 個(gè)天車工，6 個(gè)倒包操作工。本系統(tǒng)投產(chǎn)后，上述人員崗位均被優(yōu)化，生產(chǎn)線的其他操作工人的勞動(dòng)環(huán)境也得到了很好的改善。