提高鑄錠機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的研究與設(shè)計(jì)

柯 偉，熊 攀

（云南云鋁澤鑫鋁業(yè)有限公司，云南 曲靖 655500 ）

0 前言

鋁錠鑄造機(jī)組為一普通鋁錠連續(xù)鑄造的自動(dòng)化生產(chǎn)線。金屬鋁水從混合爐出來，經(jīng)溜槽和分配器注入水平式的鑄造機(jī)上鑄模而凝固成型。鑄錠、冷卻及堆垛等工序全部為自動(dòng)化操作，堆垛后采用氣動(dòng)打捆機(jī)對(duì)鋁錠進(jìn)行打捆。本文在通過對(duì)同類產(chǎn)品的調(diào)研基礎(chǔ)上，總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外該產(chǎn)品的使用經(jīng)驗(yàn)，并針對(duì)存在的問題，結(jié)合最新技術(shù)，本著“技術(shù)先進(jìn)、高效可靠、操作維修方便”的原則，對(duì)原有產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改造，并開發(fā)出新的一代產(chǎn)品。

1 鑄錠機(jī)組存在的問題

鑄錠機(jī)組集機(jī)、電、液、儀一體化，自動(dòng)化程度高[1]，但是在使用的過程中仍然存在不少的問題，需要根據(jù)具體的使用環(huán)境加以改進(jìn)。

1.1 存在安全隱患

鑄錠機(jī)冷卻鑄錠模系統(tǒng)存在鋁水流量大時(shí)進(jìn)入冷卻水槽發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。自投產(chǎn)以來，靠鋁液分配器處的水槽經(jīng)常出現(xiàn)冷卻水外漫現(xiàn)象，給生產(chǎn)帶來諸多不便，同時(shí)存在極大的安全隱患（鋁水爆炸等）。堆垛整列裝置擺放鋁錠不整齊，夾具抓錠時(shí)掉鋁錠，存在安全隱患。

1.2 傳感器失靈

鑄錠機(jī)堆垛裝置堆碼鋁錠是由堆垛小車夾具夾緊鋁錠輸送到成品機(jī)上進(jìn)行堆垛，堆垛過程中，除堆垛第一層鋁錠外，均由夾具下降到位下壓推動(dòng)推桿上移感應(yīng)接近開關(guān)的方式給PLC信號(hào)來控制打開夾具，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接近開關(guān)沒有感應(yīng)到夾具而打不開、一直下壓的現(xiàn)象，接近開關(guān)提前感應(yīng)到夾具小車未下降夾具就打開鋁錠掉落現(xiàn)象，造成夾具與堆垛在成品機(jī)上的鋁錠擠壓，最終導(dǎo)致小車跳槽、接近開關(guān)損壞或成品運(yùn)輸機(jī)被強(qiáng)行擠壓損壞等等，既會(huì)造成設(shè)備的損壞，又嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)，小車電氣方面存在運(yùn)行不穩(wěn)定經(jīng)常導(dǎo)致小車跳槽，接近開關(guān)安裝不合理?yè)p壞頻繁等現(xiàn)象。

1.3 設(shè)備故障頻繁

翻轉(zhuǎn)器經(jīng)常出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)不到位出現(xiàn)卡鋁錠，夾緊氣缸打開時(shí)間過早導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)時(shí)卡錠等現(xiàn)象。鑄錠機(jī)速度達(dá)到最高速1480r/min時(shí)，堆垛氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)動(dòng)作有時(shí)跟不上鑄錠機(jī)速度，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)各種設(shè)備故障，且操作人員操作困難。設(shè)備無在線測(cè)溫監(jiān)控，對(duì)澆鑄溫度控制不便。

錘擊擊錘處機(jī)架經(jīng)常出現(xiàn)拉裂，氣缸損壞頻繁，造成鋁錠不脫模，導(dǎo)致停機(jī)修理給生產(chǎn)帶來很大困難。

2 設(shè)備改造的思路

針對(duì)上述存在的問題，為了有效避免安全事故的發(fā)生、減少設(shè)備故障、提高設(shè)備的利用率及生產(chǎn)效率，本文在設(shè)備原有基礎(chǔ)上通過優(yōu)化澆鑄系統(tǒng)，新增部分控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)、夾緊裝置、運(yùn)行裝置等，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了有效的改造和技術(shù)升級(jí)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、增加輔助機(jī)構(gòu)等，有效地解決了設(shè)備運(yùn)行中存在的問題。具體如下。

2.1 機(jī)構(gòu)改進(jìn)

對(duì)鑄錠機(jī)靠鋁液分流器處冷卻水槽進(jìn)行改進(jìn)，鋁液流量大時(shí)不會(huì)進(jìn)入水槽內(nèi)發(fā)生爆炸；對(duì)脫模錘擊裝置進(jìn)行整改，減少故障。針對(duì)翻轉(zhuǎn)器經(jīng)常出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)失效等問題，對(duì)氣缸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 參數(shù)優(yōu)化

調(diào)整鑄錠機(jī)變頻器參數(shù)，使鑄錠機(jī)運(yùn)行速度在最佳范圍內(nèi)；優(yōu)化PLC程序，提高鑄錠機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。為方便鋁錠澆鑄溫度的控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量，在澆鑄溜槽處增設(shè)在線測(cè)溫裝置。

對(duì)夾具小車出現(xiàn)經(jīng)常跳槽將成品運(yùn)輸機(jī)頂死、拉裂以及接近開關(guān)經(jīng)常損壞的現(xiàn)象進(jìn)行整改和參數(shù)優(yōu)化。

2.3 人性化設(shè)計(jì)

為確保操作人員安全和操作方便，將堆垛機(jī)急停復(fù)位按鈕加裝在堆垛機(jī)立柱上，將控制翻轉(zhuǎn)器和牽引托架氣動(dòng)元件的進(jìn)氣閥門改裝至立柱上，出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)器卡鋁錠時(shí)方便關(guān)閉氣閥進(jìn)行處理，確保操作安全。

3 技術(shù)改造過程

3.1 鑄錠機(jī)冷卻水槽的改進(jìn)

對(duì)鑄錠機(jī)靠鋁液分配器處冷卻水槽整改，主要通過在鑄錠機(jī)靠鋁液分配器處水槽兩側(cè)開長(zhǎng)400mm的斜坡口，開口處加高10mm，鑄錠機(jī)水槽下方安裝接鋁液活動(dòng)板到澆包下方事故坑，當(dāng)鋁水流量大漫出鑄模時(shí)，鑄模兩側(cè)是低點(diǎn)，鋁液從鑄模兩側(cè)流到開口處再流到接鋁板上順流到事故坑，避免了鋁水流入鑄錠機(jī)冷卻水槽發(fā)生爆炸。

3.2 優(yōu)化鑄錠機(jī)變頻器參數(shù)

經(jīng)過不斷跟蹤落實(shí)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，尋找設(shè)備故障原因，發(fā)現(xiàn)鑄錠機(jī)速度開到1480r/min時(shí)存在速度過快，操作人員忙不過來，造成處理不及時(shí)等異常情況，最終造成了堆垛機(jī)等相關(guān)附件經(jīng)常損壞。通過調(diào)整變頻器控制參數(shù)，合理控制鑄錠機(jī)最快運(yùn)行速度，將設(shè)備運(yùn)行控制在一個(gè)高效合理的運(yùn)行范圍內(nèi)，減少了設(shè)備故障的發(fā)生率，降低了安全隱患。

3.3 對(duì)脫模錘擊裝置改進(jìn)

為了提高生產(chǎn)率和減少能耗、降低成本，通過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)活塞的直徑有擴(kuò)展的余地，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)把活塞直徑為50 mm的氣缸改換為直徑為63 mm的氣缸，有效提升脫模錘擊裝置的力度。

對(duì)脫模錘擊裝置中脫模錘安裝方式的改造，原安裝方式為支承軸安裝在側(cè)面立柱上，存在單邊受力，支承軸經(jīng)常斷裂和側(cè)面立柱拉裂現(xiàn)象?，F(xiàn)改為從上橫梁上加20 mm鋼板增加橫梁強(qiáng)度后再在橫梁上安裝二個(gè)活動(dòng)的支承軸耳座，支承軸安裝在二耳座內(nèi)，從根本上解決支承軸斷裂問題，方便脫模錘的修理更換。

3.4 在結(jié)構(gòu)和材料上改進(jìn)

（1）提高翻轉(zhuǎn)器內(nèi)部齒輪的可靠性。通過改變翻轉(zhuǎn)器齒輪的材質(zhì)、減少齒數(shù)、加大模數(shù)，增加齒輪強(qiáng)度，延長(zhǎng)翻轉(zhuǎn)器的使用壽命。

（2）設(shè)計(jì)制作可靠的夾緊裝置。由于之前使用的夾緊裝置其夾緊軸和夾緊氣缸是靠一個(gè)推力軸承連接件連接的，推力軸承連接件很容易斷裂。通過研究，可以取消推力軸承連接件的連接，將夾緊軸加長(zhǎng)直接與夾緊氣缸連接，夾緊軸外加裝自潤(rùn)滑軸承，這樣就避免了推力軸承連接件斷裂帶來的麻煩。鑄造車間對(duì)夾緊裝置改造使用后效果及其明顯。

3.5 優(yōu)化PLC程序

通過觀察計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)器在整個(gè)翻轉(zhuǎn)過程中，完成一個(gè)翻轉(zhuǎn)動(dòng)作需要用時(shí)0.8～1 s，同時(shí)在機(jī)速最快的時(shí)候，鋁錠運(yùn)輸?shù)椒D(zhuǎn)器的時(shí)間間隔在1.5 s以上，所以將鑄錠機(jī)PLC程序中設(shè)定的0.8 s的夾緊保持時(shí)間更改為1.1 s，確保整個(gè)翻轉(zhuǎn)過程中鋁錠都處于夾緊狀態(tài)，且不影響到下一塊鋁錠的翻轉(zhuǎn)和通過。PLC I/O 模塊分配如圖1所示。

圖1 PLC I/O 模塊分配

3.6 堆垛夾具小車的改進(jìn)

3.6.1 夾具小車夾具自動(dòng)打開方式的改造

夾具打開方式是通過安裝在夾具小車上的一個(gè)接近開關(guān)感應(yīng)后給鑄錠機(jī)PLC 輸入點(diǎn)I10.5信號(hào)，再由PLC發(fā)出信號(hào)從而控制夾具打開，由于安裝位置的局限性，接近開關(guān)容易損壞或不能感應(yīng)而導(dǎo)致夾具打開失效，故通過以下方法對(duì)夾具打開控制進(jìn)行改進(jìn)，確保PLC能得到信號(hào)并控制夾具打開，也避免了夾具與成品運(yùn)輸機(jī)上的鋁錠擠壓損壞設(shè)備[1]。

（1）鋁鑄錠機(jī)堆垛小車夾具自動(dòng)打開裝置[2]。是在PLC信號(hào)控制夾具的1794IM8模塊上的I10.5與電源間設(shè)置一個(gè)繼電器，繼電器一端連接一個(gè)12 V的安全電源，繼電器另一端通過導(dǎo)線連接鋁鑄錠機(jī)堆垛機(jī)架，12 V的安全電源的另一端連接鋼絲，鋼絲與連接鋁鑄錠機(jī)堆垛機(jī)架的導(dǎo)線通過一開關(guān)連接形成回路。如圖2所示。

（2）鋼絲連接12 V安全電壓時(shí)用絕緣板使其與夾具不導(dǎo)通。利用一個(gè)12 V的安全電源、繼電器等組合控制。在堆垛的兩層鋁錠靠近時(shí)，鋼絲先接觸到成品機(jī)上的鋁錠，與接地線導(dǎo)通，繼電器得電動(dòng)作，同時(shí)給PLC信號(hào)控制夾具打開。

3.6.2 對(duì)夾具小車進(jìn)退極限位置接近開關(guān)安裝位置調(diào)整

原夾具小車前進(jìn)、后退減速和到位檢測(cè)接近開關(guān)安裝位置在小車門架上側(cè)面，小車行走時(shí)如有偏差就造成開關(guān)感應(yīng)不到從而不動(dòng)作或是撞壞接近開關(guān)?，F(xiàn)將接近開關(guān)安裝位置改裝在夾具小車下部，小車輪子在運(yùn)行軌道上，小車不可能下移，從而避免了接近開關(guān)被撞壞或感應(yīng)不到不動(dòng)作的現(xiàn)象。

3.7 對(duì)堆垛導(dǎo)軌和整列裝置的改進(jìn)

（1）對(duì)堆垛導(dǎo)軌進(jìn)行改進(jìn)。通過用圓棒做導(dǎo)軌改為由多個(gè)小滾子做導(dǎo)軌的形式，改變了有翻轉(zhuǎn)器微量變形造成鋁錠歪斜及飛出的現(xiàn)象。

（2）堆垛整列裝置的改進(jìn)。原整列裝置導(dǎo)桿為兩根直徑為40 mm圓柱鋼，左右各一根，堆垛機(jī)牽引托架引錠鉤拉錠時(shí)導(dǎo)桿與鋁錠的接觸面小，因此摩擦力小，鋁錠經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)拉不齊現(xiàn)象，導(dǎo)致鋁錠堆碼歪斜?，F(xiàn)更改為由一組小滾輪組裝在一起的導(dǎo)桿，增加了鋁錠與導(dǎo)桿的摩擦力，小滾輪是可轉(zhuǎn)動(dòng)的不會(huì)增加牽引托架引錠鉤拉錠時(shí)的負(fù)荷，鋁錠堆碼比未改進(jìn)前整齊。

3.8 在鑄錠機(jī)溜槽處加裝在線測(cè)量裝置

為確保產(chǎn)品質(zhì)量，控制好鑄錠澆鑄溫度，自行設(shè)計(jì)制作在線測(cè)溫裝置。首先是溫控儀表的選擇，在查閱相關(guān)資料后選用測(cè)量精度高、安裝體積小的日本島電SR90系列溫控儀；然后對(duì)SR93溫控儀在線測(cè)溫參數(shù)設(shè)置，測(cè)試驗(yàn)證后效果明顯，投入使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)鑄錠機(jī)組的澆鑄系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)、夾緊裝置、運(yùn)行裝置的研究分析及改造，在提高鑄錠機(jī)設(shè)備本質(zhì)化安全的基礎(chǔ)上，使鑄錠機(jī)組整體系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)，鑄造能力得到更好的保障和提高，生產(chǎn)產(chǎn)量由12 t/h提高到18 t/h，完全滿足生產(chǎn)需求，同時(shí)大大降低了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

隨著自動(dòng)化、智能化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，可以更好的保障機(jī)械設(shè)備的安全、高效，降低成本，減少事故的發(fā)生，有效提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。因此，提高改進(jìn)設(shè)備、提高設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平是未來工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[2]。