膠帶斗式提升機在消失模鑄造生產(chǎn)線中的應(yīng)用

陳風琴，孟 軍，李虎偉

（山西中條山機電設(shè)備有限公司，山西垣曲 043700）

消失模鑄造是一種近無余量、精確成型的綠色鑄造工藝，其砂處理生產(chǎn)線可實現(xiàn)鑄件落砂、雜質(zhì)篩分和舊砂輸送與冷卻自動進行，舊砂的回收和再利用率達95%以上，成本低，越來越被廣泛推廣和應(yīng)用。膠帶斗式提升機（簡稱斗提機）是砂處理生產(chǎn)線中重要的提升設(shè)備，負責舊砂的回收輸送，其運行狀況直接關(guān)聯(lián)著生產(chǎn)線是否能連續(xù)進行，牽制著車間的正常生產(chǎn)，關(guān)連著公司的經(jīng)營發(fā)展。

公司現(xiàn)有一條10 000 t/a 消失模鑄造生產(chǎn)線，設(shè)計砂處理能力為40 t/h，共有4 臺斗提機，用于砂子的垂直輸送。規(guī)格型號分別為：一級斗提機GTD450×11600mm，配套電機功率11 kW，減速機速比29；二、三級斗提機均為TD450×10 800 mm，配套電機功率7.5 kW，減速機速比29；四級斗提機TD450×11 800 mm，配套電機功率7.5 kW，減速機速比29.

1 消失模鑄造工藝流程

圖1 為消失模鑄造工藝流程，澆注、保溫后砂箱（帶鑄件）經(jīng)自動翻箱后鑄件和砂一同落入振動落砂機，實現(xiàn)鑄件落砂，砂件分離。鑄件隨鱗板輸送機到清理區(qū)，其余的舊砂和鑄件上脫落的涂料、未燒蝕的薄膜等則進入振動輸送篩，進行自動篩分，篩分出來的雜質(zhì)在出料口集中回收后外運，舊砂則入1 級斗提機、磁選機進行自動磁選，實現(xiàn)鐵砂分離；鐵外運；舊砂進入沸騰冷卻床、2 級斗提機入儲庫，再經(jīng)3 級斗提機入砂溫調(diào)節(jié)庫、砂溫調(diào)節(jié)器進行降溫和存儲，后經(jīng)4 級斗提機、造型砂庫進行造型使用，進而實現(xiàn)舊砂回收和再利用。

圖1 消失模鑄造1 萬t/a 生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程圖

2 提升機結(jié)構(gòu)原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

膠帶斗式提升機外形如圖2 所示，由驅(qū)動滾筒（也稱上部滾筒）、尾部滾筒（也稱下部滾筒）、上部殼體、下部殼體、中間殼體、牽引件（膠帶）、承載件（料斗）及配套螺栓、傳動裝置、進出料口等組成。

圖2 膠帶斗式提升機外形圖[1]

2.2 工作原理

由結(jié)構(gòu)組成可見，在傳動裝置（電動機+減速機等）驅(qū)動下，膠帶和料斗及配套連接螺栓在驅(qū)動滾筒和改向滾筒間形成一個封閉的垂直輸送鏈，分為提升段和空程段兩部分。工作時，被輸送的物料經(jīng)入料口進入料斗，伴隨著驅(qū)動滾筒的連續(xù)運轉(zhuǎn)，被輸送的物料和料斗隨著膠帶的運行一起由斗提機底部升到頂部，實現(xiàn)物料的垂直提升（該部分料斗內(nèi)承載物料且發(fā)生位移，即提升段）；在改向滾筒作用下，料斗隨著膠帶運行方向的改變而發(fā)生轉(zhuǎn)向，料斗內(nèi)的物料在慣性和重力作用下沿著料斗底部的圓弧和底板方向被迅速拋灑、甩出，離開料斗進入出料口（此部分料斗內(nèi)無料，即空程段）而進入下道工序，完成垂直提升的輸送作業(yè)。

3 存在問題

本公司消失模鑄造生產(chǎn)線自安裝完成投入運行后6 個月就陸續(xù)出現(xiàn)斗提機故障，多次被迫停產(chǎn)。尤其是一級斗提機，作為鑄件翻箱后首級垂直輸送設(shè)備，所接觸舊砂溫度高，工況條件差。主要問題有：鋼絲膠帶工作面撕扯、斷裂（見圖3，圖4），接頭斷（見圖5，圖6）；膠帶與料斗的連接螺栓松動、缺失（見圖7）；料斗變形、松脫、甚至缺失（見圖8）；運行時掛幫（蹭殼體）、異響、偏擺，很不穩(wěn)定；返料現(xiàn)象嚴重（見圖9）.尤其是夜班時，出現(xiàn)異常不能及時發(fā)現(xiàn)，砂子沿著入料口冒出，砂堆積在提升坑，甚至埋住提升機的尾部滾筒軸承及軸承座，造成軸承、傳動鏈條、聯(lián)軸器滾鍵、減速機壽命短等故障頻發(fā)，甚至燒毀電機。據(jù)不完全統(tǒng)計，膠帶斷裂造成落架停產(chǎn)，恢復一次至少1 天以上，備件消耗多，生產(chǎn)成本高，嚴重的牽制了車間的正常生產(chǎn)和公司的經(jīng)營發(fā)展。

圖3 膠帶斷（鋼絲帶）

圖5 接頭斷（鋼絲膠帶）

圖6 接頭斷（帆布）

圖7 料斗、螺栓缺失

圖8 料斗變形

圖9 返料

4 原因分析

通過現(xiàn)場查看、分析，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能原理，認為故障頻發(fā)的主要原因為：料斗結(jié)構(gòu)不合理、來料不均勻、檢測裝置不完善、設(shè)備管理不到位等。

1）料斗結(jié)構(gòu)不合理，不利于卸料，是返料的主要原因。料斗原設(shè)計如圖10，料斗質(zhì)量6.9 kg，材質(zhì)為Q235.

圖10 改進前S 型鏈斗[2]

料斗的沿口較底面高為140 mm，距離側(cè)板的距離遠（220 mm），堵頭與背板角度大（65°），底部圓弧較長（約193 mm）。卸料時，物料在慣性和重力作用下沿著料斗底部圓弧和底板拋灑，部分物料沒來得及被拋灑就又落入料斗中，隨料斗進入空程段，斗內(nèi)物料重力作用落下，遇到前一個料斗的底面發(fā)生飛濺，自由散落在提升機殼體，最后落入提升機底部，再次進入待提升物料中，增加了提升負荷……循環(huán)往復、周而復始、越積越多，堆積的物料又增加了料斗入料的阻力，易撕扯料斗，造成變形，甚至螺栓松脫、缺失；再有，料斗背板距離頂端有R70 mm、深5 mm 的凹弧，與膠帶連接時，連接螺栓的卡爪（見圖11）稍有松動就會出現(xiàn)間隙，而膠帶具有撓性，運轉(zhuǎn)過程難免會有撓性變化，致使料斗會不定時的出現(xiàn)微晃動，而一側(cè)至少20 多個料斗，帶料負荷時不可避免會出現(xiàn)擺動。

圖11 卡爪式螺栓組

2）個別料斗變形后，只做簡單的修補就繼續(xù)使用，容易刮幫，撕扯。料斗的變形和扯裂，又加劇了砂子的灑落和返料幾率和運行中偏擺。

3）根據(jù)生產(chǎn)工藝特征，翻箱時間是隨生產(chǎn)節(jié)拍間歇進行的，所以后續(xù)振動輸送篩、提升機等設(shè)備是斷續(xù)給料，要么空負荷運行，要么超負荷運行，對垂直提升的提升機上部（驅(qū)動）滾筒、膠帶、料斗以及傳動鏈條、聯(lián)軸器和電機減速機等主要部件沖擊大，受力很不均勻，致使膠帶及料斗在運行時易來回偏擺，不穩(wěn)定。

4）檢測裝置不完善，出現(xiàn)異常不能及時被發(fā)現(xiàn)或者報警提示，造成惡化。

5）除下部（在提升地坑內(nèi)）外沒有檢查門，不能及時檢查，螺栓已松動或缺失，膠帶已撕扯仍在運行，加大了惡性循環(huán)。

6）設(shè)備管理有欠缺，巡點檢不到位。聯(lián)軸器滾鍵，傳動鏈條銷軸竄出等異常沒有及時發(fā)現(xiàn)，前序設(shè)備仍在運行，不斷進料，造成堵料。

5 解決方案

5.1 優(yōu)化料斗結(jié)構(gòu)[3]

重新設(shè)計料斗結(jié)構(gòu)見圖12，質(zhì)量6.0 kg，材質(zhì)Q235，配套連接螺栓也改為平頭螺栓。

圖12 改進后鏈斗

結(jié)合滾筒轉(zhuǎn)速和離心力作用，將料斗的沿口降低到114 mm，距離側(cè)板的距離縮短到200 mm，堵頭與背板角度減小到58°，底部圓弧相應(yīng)調(diào)整（約180 mm）。取消背板的凹槽，改為平面，保證料斗與膠帶的充分接觸，便于緊固，減少松動幾率。料斗連接螺栓用平頭螺栓+螺母，代替之前的卡爪式。

工作時，被輸送的物料由斗提機入料口加載進入料斗，在驅(qū)動裝置和膠帶的牽引下，隨料斗由下部低處到上部高處，完成提升；經(jīng)過驅(qū)動（上部）滾筒時發(fā)生轉(zhuǎn)向，料斗內(nèi)的物料在離心力和慣性力作用下沿料斗底部圓弧和底板完全被拋灑，落入出料溜管，進入下道工序，完成卸料。空程段沒有剩余物料在料斗中，不會發(fā)生飛濺現(xiàn)象，避免了返料現(xiàn)象，減少斗提機底部積料，減小料斗的阻力，減少刮扯、變形的幾率，減輕設(shè)備負荷。

5.2 增加調(diào)節(jié)閥板

結(jié)合現(xiàn)場位置，選擇在振動輸送篩的入料口處增加調(diào)節(jié)閘板。通過調(diào)整閘板的開度，限制進入振動輸送篩和提升機的物料，保證均勻，避免物料忽大、忽小現(xiàn)象。

5.3 完善檢測裝置

在提升機下部（尾部）滾筒軸頭增加速度傳感器，信號與PLC 控制系統(tǒng)連接。下部滾筒異常（堵料等）不能正常運轉(zhuǎn)時，速度傳感器將檢測到信號傳輸?shù)絇LC 系統(tǒng)，做出報警提示和跳停保護。進而可以及時發(fā)現(xiàn)異常及設(shè)備故障，防止擴大形勢。

5.4 增加檢查門

在距離地面1.5 mm～2.0 mm（適當高度位置）的中間機殼上開設(shè)檢查門，便于日常及時檢查膠帶、料斗及其配套連接螺栓和墊片，及時緊固和補充松動的或缺失的連接件。

5.5 加強設(shè)備管理

加強設(shè)備管理，要求定期對設(shè)備進行檢查。包括傳動電機與減速機間聯(lián)軸器、膠帶、料斗及其連接件，上下部滾筒及配套軸承、軸承座、調(diào)節(jié)絲杠和進出料口等是否有松動、缺失、磨損、變形和進出料口是否有雜物，檢查、調(diào)整膠帶的松緊程度等，保證上、下部滾筒水平度、垂直度符合要求，減少運行時的偏擺。

6 方案推廣

改進方案投入使用后，取得良好效果：返料現(xiàn)象大幅減少，料斗與膠帶連接緊固，運行平穩(wěn)，偏擺、掛幫現(xiàn)象大幅減少，沒有再發(fā)生過膠帶撕扯、斷裂現(xiàn)象，膠帶使用周期由原來的1 年提高到2年以上。料斗較之前制作簡化，安裝簡單，質(zhì)量減小了0.9 kg，降低了設(shè)備運行負荷和延長了使用壽命。

結(jié)合一級斗提機改造的良好效果，推廣應(yīng)用后，因二、三、四級斗提機的入料溫度低于150 ℃～100 ℃，入料口有加砂閥門控制，膠帶選用普通型（常溫）帆布膠帶。在實際運行中還是出現(xiàn)膠帶壽命短，運行時掛幫、偏擺，不穩(wěn)定現(xiàn)象。

6.1 使用中存在問題

1）膠帶壽命短，甚至有一次更換后的運行不到2 個月，發(fā)生膠帶斷裂現(xiàn)象，造成落架。

2）運行中異響大，刮幫（蹭殼體）。

3）上部滾筒磨損嚴重，滾筒表面呈現(xiàn)條紋痕跡，易造成牽引件竄動，牽制平穩(wěn)運行。

6.2 原因分析

1）膠帶的厚度不到8 mm，不符合要求。

2）料斗的使用不正確。將改造前、后的料斗“混搭”。

因為改造前后料斗的質(zhì)量是不一樣的，單個差0.9 kg，當安裝上后，滾筒兩側(cè)（提升段和空程段）的質(zhì)量不等，靜態(tài)時滾筒就會“自轉(zhuǎn)”，即不平穩(wěn)，電機驅(qū)動運轉(zhuǎn)時，膠帶在滾筒上來回竄動，增加了上部滾筒的磨損和電機負荷。

6.3 解決方法

1）膠帶的厚度問題，由采購（供應(yīng)）部門協(xié)調(diào)，調(diào)換合格后再投入使用。

2）料斗重新匹配安裝。改造前后料斗不得“混搭”現(xiàn)象。可以把改造前的和改造后的分別按照同類的安裝在一起，保證靜平衡，減小對滾筒、減速機等部件的磨損和負荷。

3）磨損的上部滾筒及軸進行更換。

7 生產(chǎn)使用效果

經(jīng)過實踐運行，斗提機運行平穩(wěn)，沒有再出現(xiàn)膠帶撕扯、斷裂，落架、停產(chǎn)現(xiàn)象，保證了正常連續(xù)生產(chǎn)；改善了料斗結(jié)構(gòu)，減輕了料斗質(zhì)量，降低了運行負荷，延長了使用壽命，一級鋼絲膠帶由原來的1年提高到2 年以上；二、三、四級普通膠帶由原來的1 年提高到2～3 年以上；同時降低了崗位勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境，促進了環(huán)保綠色、清潔文明生產(chǎn)，創(chuàng)造了可觀的社會效益；再有，將改進后的圖紙，存入檔案室，供今后長期使用。

8 結(jié)束語

隨著鑄造行業(yè)的發(fā)展和智能化制造的推廣，自動化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，消失模鑄造自動生產(chǎn)線將越來越廣泛的被應(yīng)用。其中膠帶斗式提升機的平穩(wěn)、高效、連續(xù)運行，直接關(guān)系著砂處理自動生產(chǎn)線的正常運行，料斗質(zhì)量的減少可以降低運行負荷；結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以增強卸料效果，進而提升輸送效率，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)降本增效，增強企業(yè)的市場競爭力。

結(jié)合使用的經(jīng)驗和教訓，認為斗式提升機在使用中應(yīng)當注意以下幾點：

1）料斗選用和安裝過程盡量選用規(guī)格一樣，質(zhì)量均勻的，保證平衡。除了檢修全部更換外，日常少量更換時也要注意，大小、規(guī)格盡可能一致。

2）滿足輸送能力前提下，外形尺寸能小不大，可以減小驅(qū)動電機負荷。

3）料斗與膠帶的連接件要適合，要保證料斗與膠帶的緊固連接，無松動。

4）料斗的結(jié)構(gòu)能簡盡簡，便于員工操作和掌握，確保工作質(zhì)量。

5）膠帶的質(zhì)量一定要保證。

6）加強日常巡、點檢和定期檢查工作。發(fā)現(xiàn)異常，有松動的及時緊固，缺失的補充完善。避免小問題釀成大故障、甚至事故。