積放吊鏈拋丸清理機的特點與應用

隋世城，石懷鈺，石懷金，朱光鵬，王 錕

（1.諸城萬通鑄造裝備工程有限公司，山東諸城 262202；2.濰坊盛瑞鑄造有限公司，山東濰坊 261053）

1 概述

吊鏈式拋丸清理機利用懸鏈將工件送到拋丸工位進行拋丸清理，生產率高、勞動強度低、清理效果好、易于實現(xiàn)自動化，在鑄造生產中得到廣泛應用。拋丸清理機由拋丸器、工件輸送系統(tǒng)、室體密封系統(tǒng)、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

按照工件吊掛及懸鏈行走方式不同，分為連續(xù)吊鏈、步進吊鏈和積放吊鏈拋丸清理機。

2 工件輸送系統(tǒng)

2.1 懸掛輸送機（簡稱懸鏈）

工件輸送系統(tǒng)由懸掛輸送機完成。由驅動裝置、張緊裝置、回轉裝置、牽引鏈條、滑架、軌道等組成。

2.1.1 鏈條

在懸掛輸送機中，鏈條是傳遞動力的構件。鏈條由內鏈片、外鏈片和銷軸組成，不用工具就能方便地進行裝配、分解。各部件由特殊鋼經精密鍛造制成，熱處理后具有高強度、耐熱、耐摩擦、耐腐蝕、耐沖擊等優(yōu)點。鏈條整體彎曲性能好，能進行小角度垂直傾斜以及大角度水平轉彎輸送，輸送時噪聲小。

懸掛輸送機除了3″、4″、6″ 節(jié)距外，還有XT80、XT100、XT160 等型號。該種輸送機采用沖壓可拆鏈或模鍛鏈，結構簡單，運行安全性、穩(wěn)定性好。

2.1.2 滑架

滑架的作用是承受物件、吊具及鏈條的重量，在垂直彎曲段還要承受鏈條張力的合力，并能夠保證鏈條按軌道的線路運行。在線路中兩個負載滑架之間的距離超過800mm 時，中間增加一個空載滑架。

輕型輸送機的鏈條與走輪、導輪連成一體，在內彎型槽鋼軌道內運行，走輪軸與吊具相連用于承載工件。

2.1.3 軌道

普型懸鏈軌道為工字鋼，一般使用12# 或14#熱軋工字鋼。分為直線段、水平彎曲段、垂直彎曲段。

積放懸鏈軌道為組合型雙層軌道，上層牽引軌道為10#工字鋼軌道，為承載小車提供運行動力；下層承載軌道采用特制的單面翻邊高錳合金槽鋼軌道，并由一定間距布置的括架連接成一體。

2.1.4 結構形式

按照鏈條和滑架的結構不同分為普通懸鏈（見圖1）和積放懸鏈（見圖2）。

圖1 普通懸鏈

圖2 積放懸鏈

2.2 吊掛方式

普型懸鏈鏈條與滑架組裝為一體，兩個滑架通過螺栓連接起來，整體在軌道上運行。通過安裝在滑架下面的吊板與需要輸送的工件相連接。工件可以單滑架吊掛，也可以雙滑架吊掛。

積放懸鏈軌道分為上下兩層。上層為牽引軌道，鏈條與滑架組裝為一體，在一定間距上裝有推頭，由驅動裝置帶動推頭為承載小車提供運行動力；下層為承載軌道，承載小車在承載軌道內運行，并與承載橫梁連接，用于承載輸送的工件。可以雙車承載或多車承載，承載重量可以大大提高。

按吊掛方式分為三種，連續(xù)吊鏈掛件、步進吊鏈掛件和積放吊鏈掛件，分別見圖3、4、5。

圖3 連續(xù)吊鏈掛件圖

圖4 步進吊鏈掛件圖

圖5 積放吊鏈掛件圖

2.3 積放式懸掛輸送機的組成及特點

2.3.1 積放式懸掛輸送機的組成

積放式懸掛輸送機是一種雙層軌道三維空間閉環(huán)連續(xù)輸送系統(tǒng)，適用于自動化程度高、物料種類多、工藝過程復雜、較重較大的成件物品的輸送、貯存、分支、合流、自動裝卸等復雜工藝流程。由驅動裝置、張緊裝置、牽引直軌、牽引彎軌、承載直軌、承載彎軌、承載小車、合流道岔、分支道岔、停止器及電控系統(tǒng)等組成。

（1）驅動裝置

驅動裝置是整個輸送機系統(tǒng)的動力源，設置在輸送線的回空鏈區(qū)段。具有機械過載保護，采用了大節(jié)距嚙合和標準節(jié)距鏈條的組合方式，既增強了嚙合精度又提高了使用壽命。

（2）張緊裝置

張緊裝置布置在輸送線回空鏈區(qū)段驅動裝置的繞出端。有重錘式、氣動式二種結構形式。重錘張緊裝置的特點是有大范圍的自動補償張緊力的作用。

（3）道岔

道岔有基本型道岔和檢修道岔兩種。基本型道岔分為分支道岔和合流道岔兩大類。分支道岔是將一條線路分為兩條線路。合流道岔是將兩條線路合為一條線路。

（4）承載小車

承載小車采用中間承載輪，兩邊加平衡輪及導向輪的結構，轉彎摩擦阻力較小，通過性能更好。小車組具有自動積存和自動釋放的功能。

（5）回轉裝置

回轉裝置的作用是使輸送機做水平轉向，采用滾子列回轉。

（6）停止器

停止器安裝在承載軌道的側面，由氣缸推動壓頭，將承載小車升降爪壓下或松開，用于控制承載小車停止和運行的裝置。

2.3.2 積放原理

積放車組由前小車、后小車及載荷梁組成。前車上有前鏟，并通過聯(lián)接機構與升降爪相連，后車上有尾鏟。升降爪設有卡槽，可與推頭嚙合。連接后，積放車由推頭帶動前行。

進行積放作業(yè)時，氣動停止器打開，將一號車組前車上的升降爪壓下，使之與牽引鏈條上的推頭脫開。一號車組停止運行；二號車組繼續(xù)前進，直到前小車的前鏟沿一號車組后車的尾鏟的斜面上升而帶動升降爪下降并與牽引鏈條脫開，二號車組停止運行，以后的車組類推。積放作業(yè)結束時，氣動停止器關閉，一號車組前小車上的升降爪依靠前鏟自身的重量抬起，牽引鏈條上的推頭到位推動一號車組向前運行。隨著一號車組向前運行，二號車組前小車的前鏟與一號車組后小車的尾鏟脫開，升降爪抬起，也向前運行，由此完成積放作業(yè)。

2.3.3 積放懸鏈的優(yōu)點

（1）積放懸鏈輸送系統(tǒng)的輸送鏈和承載小車分離運行的特點，可實現(xiàn)工件快速輸送、定點上料、定點卸料、定點拋丸和積存等功能。

（2）工件可以根據(jù)工藝需要在任何地點停車。

（3）積放懸鏈輸送系統(tǒng)可以爬坡、下坡，適用于遠距離輸送，布置靈活。

（4）上件、下件、拋丸在不同工位進行，互不干涉，可減少裝卸工件對生產率的影響。

（5）輸送鏈設置道岔，布局時可設置多個地點上件、多個地點卸件。

（6）當拋丸工位的工件處于拋丸清理時，其他吊鉤可任意行走、停止或積存等待加料、卸料。

（7）具有積存功能。當拋丸機短時間維修時，輸送鏈的承載車可積放到上件區(qū)域繼續(xù)上件，這樣不影響造型線的運轉，從而提高整個車間的設備運轉效率。

（8）輸送懸鏈同時運動的承載車數(shù)量大大減少，從而提高輸送鏈條和輸送軌道的使用壽命，減小驅動電機功率。

（9）可設置多車承載，大大提高了承載能力。

3 吊鏈式拋丸清理機的分類

根據(jù)普通懸鏈和積放懸鏈運行方式分為三種：連續(xù)吊鏈拋丸清理機、步進吊鏈拋丸清理機和積放吊鏈拋丸清理機[1]。

3.1 連續(xù)吊鏈拋丸清理機

連續(xù)吊鏈拋丸清理機的吊鉤是直接固定在滑架上，吊鏈連續(xù)勻速運行，設置變頻器可以方便調節(jié)運行速度。工件隨著吊鏈行走的過程中完成上件、拋丸清理、下件等工序。一般在上件工序吊鏈先下坡再上坡，將吊鉤送到輸送工件的皮帶或鱗板機處，由人工將吊鉤放到掛件處，隨著吊鏈運行自動吊起工件，運送到拋丸工位。這種設備連續(xù)作業(yè)，節(jié)省人工，生產率高，適用于平板類鑄件，井蓋是典型鑄件。但是拋丸時間較短，拋丸效果較差。如要加強拋丸效果就要減慢運行速度，同時也影響了生產率。鑄件拋丸時不能旋轉，清理效果不理想。一般是單件掛件，大量彈丸沒有打到鑄件上，彈丸利用率很低，成本高。

設置多組拋丸工位可以增強拋丸效果，室體設有單行程、雙行程及三行程多種方式，但投資較大。還有的拋丸器在兩側布置，此時要防止拋丸器對射，室體結構較大。

這種設備的密封是關鍵點。因為吊鏈連續(xù)運行，不能做封閉大門，可設置多道橡膠軟簾阻擋彈丸外飛；頂部需要做多道密封防止彈丸從上部飛出。

3.2 步進吊鏈拋丸清理機

步進吊鏈拋丸清理機采用普通懸鏈，吊鉤也是直接固定在滑架上，吊鏈運行是步進方式，一次走一個節(jié)距。工件在上件工位、下件工位和拋丸工位處于停止狀態(tài)，實現(xiàn)定點上件、定點下件和定點拋丸。

拋丸室的兩端設有固定大門，采用迷宮結構，密封性好，拋丸時彈丸在水平方向不會飛出。

在拋丸工位設有自轉機構，拋丸時工件在旋轉，拋丸時間任意設置，提高了彈丸利用率，拋丸效果很好。

根據(jù)不同種類工件，利用吊具可以掛多件，大大提高了生產率。這種設備在鑄造行業(yè)大量使用，適用于各類汽車配件。

3.3 積放吊鏈拋丸清理機

積放式拋丸清理機采用積放懸鏈，牽引懸鏈與承載小車是分離運行，工件通過承載橫梁連接到承載小車上。工件在上件工位、下件工位和拋丸工位處于停止狀態(tài)，實現(xiàn)定點上件、定點下件和定點拋丸。吊鏈運行是分步走方式，各個工位根據(jù)生產狀況，分別運行，互不影響。

拋丸室的兩側設置副室，用于上件準備及拋丸后等待工作。

根據(jù)不同種類工件，單個吊具可以掛多件，大大提高了生產率。

在拋丸工位設有獨立自轉機構，拋丸時工件在旋轉，拋丸時間任意設置，提高了彈丸利用率，拋丸效果很好。

可設置多個拋丸工位（一般設1～4 組），拋丸時各個吊鉤同時拋丸，運行時各自行走。積放懸鏈設有停止器，各個吊鉤采用積放的方式，分別到位停止?？稍O置多臺拋丸機并列布置的結構，方便車間生產安排。

這種設備是最先進的吊鏈式拋丸清理機，典型鑄件為缸體缸蓋、剎車盤、輪轂、制動鼓、殼體類鑄件等。

4 積放吊鏈拋丸清理機室體密封系統(tǒng)

4.1 拋丸室的水平密封

拋丸室體采用專有技術“前密封室+拋丸室+后密封室”結構，每個密封室可存放同樣的工件組；在拋丸室兩側設有迷宮結構的大門，前密封室為進件等待，拋丸室為正常拋丸，后密封室為出件等待。在前、后密封室的外側再設二道大門，組成室體密封系統(tǒng)，稱為“三段室體四道門”。

拋丸清理進行時，關閉拋丸室兩側的密封門，前、后密封室進出口密封門可打開，帶件吊鉤進入前密封室，后密封室工件輸送到下件區(qū)域，然后密封室進出口密封門關閉；拋丸清理結束后，拋丸室兩側密封門打開，這時密封室進出口密封門必須是關閉狀態(tài)，拋好的工件進入后密封室，同時前密封室工件進入拋丸室，再關閉拋丸室兩側密封門繼續(xù)拋丸。

這種結構充分利用積放吊鏈分步走的優(yōu)點，左右側兩道密封門不同時開啟，且大部分時間同時處于關閉狀態(tài)，拋丸過程當中彈丸在水平方向不會飛出。積放吊鏈拋丸清理機運行原理圖如圖6 所示。

圖6 積放吊鏈拋丸清理機運行原理圖

舉幾個例子說明“三段室體四道門”的優(yōu)點。

人們進入商場或飯店，經常會有兩道門，冬天是為了防止暖氣外溢；夏天是為了防止冷氣泄漏。

2021 年7 月發(fā)射的神舟十二號，將航天員送入天和空間站，實施了航天員艙外的行走。航天員要進行艙外作業(yè)，需要通過節(jié)點艙，然后才能進行出艙工作。在節(jié)點艙兩端都設有密封門。首先航天員需要從核心艙進入節(jié)點艙，關閉核心艙的艙門，穿好宇航服，再開啟外空出艙門，進入太空作業(yè)。進入節(jié)點艙的目的是防止氣壓泄漏，保證核心艙宇航員正常呼吸生活。

蛟龍入海，潛水員要進入海里作業(yè)，也有過渡艙，密封海水，道理相同。

4.2 拋丸室的頂槽密封

積放吊鏈拋丸清理機頂槽密封示意圖見圖7。

圖7 積放吊鏈拋丸清理機頂槽密封示意圖

頂槽密封由7 道密封組成。在室體下部設有兩道水平護板及側面防護板；在吊鉤上設有兩道防護板。吊鉤運行到拋丸工位時組成兩道雙U 型迷宮密封，阻擋大部分彈丸向上飛行；在室體頂部采用兩道聚氨酯板和一道毛刷組成軟密封（3道）。

根據(jù)每道密封的開口尺寸可以計算頂部密封結構的漏丸率。

漏丸率計算(以密封程度計算漏丸概率):

η1-7=（L-B）/L

總漏丸率η總=η1η2η3η4η5η6η7=10-7

表1 積放吊鏈拋丸清理機頂槽密封漏丸率

根據(jù)計算得知：頂槽密封第一道吊鉤防護板阻擋了近90%的彈丸；吊鉤防護板及室體防護板（4 道）阻擋了99.8%的彈丸。防護板全部采用軋制錳鋼板，壽命長，延長了室體頂部聚氨酯板和毛刷的使用壽命。

5 積放吊鏈拋丸清理機的組成及應用

5.1 設備組成

積放吊鏈拋丸清理機由拋丸器、工件輸送系統(tǒng)、室體密封系統(tǒng)、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

5.1.1 拋丸器

三角帶傳動高效拋丸器位置及角度布置,經過計算機動態(tài)模擬確定。葉輪直徑500mm，拋丸效率高達18～20kg（/min·kW）。拋丸器的端護板及頂護板采用多層迷宮式防護，保證了嚴密的密封，消除了彈丸擊穿拋丸器罩殼的現(xiàn)象。拋丸器上安裝有限位裝置，在打開拋丸器頂蓋進行檢修時，保證設備不能啟動，從而保護檢修人員的安全[2]。

彈丸直徑對清理效果影響最大，因為彈丸攜帶能量與彈丸直徑的立方成正比[3]。拋射速度對清理效果影響較大，因為彈丸攜帶能量和速度的平方成正比。例如彈丸初速度70m/s 和90m/s 時，彈丸攜帶能量相差約1.7 倍[3]。彈丸初速度確定為80～90m/s。

5.1.2 彈丸循環(huán)系統(tǒng)

采用流幕式滿幕簾磁選分離器，“篩選+兩級風選+兩級磁選”一體化模式。分離器具有多級凈化與復式分離功能；保證均勻的滿幕簾分離狀態(tài)。

斗式提升機采用平皮帶傳動，離心重力式卸料。雙排料斗互相交錯布置，專用螺栓固定。下部鼠籠型滾筒能夠防止皮帶跑偏的現(xiàn)象。帶制動電機的減速機，防止提升機發(fā)生逆轉。尾部設有檢測裝置，可檢測提升機的工作狀態(tài)，并自動報警，設備連鎖控制，保證設備的安全運轉。

振動輸送篩分離飛邊毛刺以及芯頭等，采用振動電機作為激振源，振動平穩(wěn)可靠；鋼板沖孔篩，延長篩網壽命；設有除塵罩，防止粉塵外溢。

5.1.3 自轉機構

每個拋丸工位設獨立的自轉機構，并可橫向移動，保證吊鉤行走時自轉機構與動力鏈有效脫離，防止鏈輪、鏈條卡死或嚴重磨損，減輕吊鉤對自轉機構的沖擊，提高自轉驅動鏈使用壽命[4]。

5.1.4 除塵系統(tǒng)

采用慣性除塵器+旋風除塵器+脈沖布袋除塵器組成的三級除塵系統(tǒng)，粉塵排放濃度小于10 mg/m3，除塵效率達99.5%以上。風機采用隔音罩消音。

5.1.5 電氣控制系統(tǒng)

采用SIMENS 公司PLC 進行集中控制。設有10″觸摸屏，實現(xiàn)整機運行監(jiān)控，顯示運行監(jiān)控畫面。風機采用變頻控制。

5.2 布置形式

積放吊鏈拋丸清理機主要有5 種布置形式（見圖8）。

圖8 積放吊鏈拋丸清理機布置圖

5.3 積放吊鏈拋丸清理機的應用

濰坊盛瑞鑄造有限公司在安丘市盛瑞工業(yè)園新建鑄造廠，年產能力6 萬噸。造型線三條，分別為A 線、B 線、C 線；其中A 線（砂箱尺寸1200mm×800mm×280mm/280mm，生產率100 箱/h）和B 線（砂箱尺寸1500mm×1000mm×350mm/350mm，生產率60 箱/h）均為HWS 線，C線（砂型尺寸800mm×600mm×260mm/260mm，生產率120 整型/h）為東久線。

生產鑄件為油底殼、飛輪、飛輪殼。

拋丸清理機6 臺。A 線、B 線采用3 工位積放吊鏈拋丸清理機粗拋（生產率10t/h），4 工位積放吊鏈拋丸清理機精拋（生產率10t/h）；C 線采用2臺連續(xù)履帶拋丸清理機（生產率8t/h）進行粗拋和精拋；回爐料采用連續(xù)拋丸清理機（生產率8t/h），清理后自動輸送到爐料庫。

3 工位積放吊鏈拋丸清理機采用9 臺拋丸器（22kW），室體采用“三段室體四道門”的結構，7 道密封組成頂槽密封，拋丸室內壁安裝軋制Mn13護板防護，上下件利用機器人自動識別、自動裝件。整臺拋丸機自動運行。積放吊鏈拋丸清理機布置圖見圖。

6 結論

（1）積放吊鏈拋丸清理機是最先進的吊鏈式拋丸清理機，工件在上件工位、下件工位和拋丸工位處于停止狀態(tài)，實現(xiàn)定點上件、定點下件和定點拋丸。吊鏈運行是分步走方式，各個工位分別運行，互不影響。

（2）“三段室體四道門”的結構充分利用積放吊鏈分步走的優(yōu)點，拋丸過程當中彈丸在水平方向不會飛出。

圖9 積放吊鏈拋丸清理機布置圖

（3）由7 道密封組成頂槽密封結構，阻擋絕大部分彈丸向上飛行。

（4）采用流幕式滿幕簾磁選分離器，“篩選+兩級風選+兩級磁選”一體化模式，保證均勻的滿幕簾分離狀態(tài)和良好的丸砂分離效果。

（5）獨立的自轉機構保證動力鏈有效脫離，防止鏈輪、鏈條磨損，減輕沖擊，大大提高驅動鏈使用壽命。

（6）采用PLC 進行集中控制，觸摸屏監(jiān)控整機運行。