水冷球墨鑄鐵管離心機拔管裝置的改進

永通球墨鑄鐵管有限責任公司 （河南安陽 455133） 喬秀麗 金建軍 梁海宏 徐楊斌 胡衛征

近年來，國內離心球墨鑄鐵管的發展速度很快，特別是在給水工程中，球墨鑄鐵管廣泛應用于城建輸水、輸氣等工程上，基本上取代了其他管材。作為首選材料，這是因為球墨鑄鐵管具有較高的抗內外壓性能，較好的耐蝕性和耐磨性。在使用性能方面，具有施工方便，接口密封性好，管網運行安全系數大等特點，已經在國內外各大城市供水管道和管網改造中發揮越來越大的作用。

1.概述

目前，球墨鑄球鐵管的市場競爭日益激烈，生產企業要取得效益和發展，質量是關鍵。我公司現有水冷式金屬型離心鑄管機6臺，主要生產DN80～1200mm、長度5～6m規格的球墨鑄鐵管。自2001年投產以來，在生產工藝和各項技術領域已經基本成熟，為進一步降低成本，提高球墨鑄鐵管的產量和質量，作為離心球墨鑄鐵管關鍵設備的拔管鉗裝置，其主要作用是將離心澆注凝固后從管模（鑄型）內將管子拔出。即離心鑄管機澆注完成后，停在拔管機裝置前，此時，拔管裝置的拔管主液壓缸開始工作，受拔管導向桿裝置的限制，拔管鉗及拔管脹緊液壓缸沿鑄管中心線向前移動，將拔管鉗伸到鑄管承口端直管部位，此時拔管鉗脹緊液壓缸開始工作，推動鉗芯向前運動，使得拔管裝置前端鉗體部分的三個鉗塊同時徑向張開，脹緊鑄管內壁，拔管鉗主液壓缸后退，同時離心機主液壓缸推動離心鑄管機向上限位動作，將鑄鐵管從管模內拔出，實現拔管動作。

2.離心鑄管機拔管裝置

（1）拔管裝置的結構組成 拔管鉗裝置結構主要由擋管器、拔管鉗、保持架、快速聯軸器、脹緊液壓缸、機架、行走主液壓缸及導向桿等組成，如圖1所示。

圖1 改造前拔管裝置結構示意

（2）拔管鉗鉗體拔管的工作原理 拔管實際就是將澆鑄成形后的鑄鐵管從管模內承口端直線拉出的過程。而作為整個拔管裝置中的關鍵元件拔管鉗鉗體，在整個拔管過程中的運行性能好壞顯得至關重要，直接影響到生產節奏能否提高和承口端面的外觀質量。

工作時，拔管裝置中的拔管鉗，由液壓缸帶動鉗芯前后移動，使鉗頭張開或收緊，由于鉗頭張收變化量較小，所以每種規格的鑄鐵管都有與之配套的拔管鉗，一般都分為3塊，為增加與鑄鐵管接觸面和摩擦力，鉗塊上都鑲有硬質合金頭。改造前拔管鉗的結構如圖2所示。

改造前，拔管鉗鉗體的工作原理是采用三個斜面機構，來實現鉗塊的脹緊。由固定在鉗芯上的三個滑塊、三個固定著鉗塊的脹開板和導向套筒構成斜面機構，并通過其實現鉗塊脹緊。圖2中，滑套固定在導向套筒上，鉗芯裝在滑套內。由于鉗芯受導向鍵限制不能轉動，所以當拔管鉗脹開液壓缸工作時，推動鉗芯在導向套筒的滑套內沿中心線作軸向移動。鉗芯的頭部固定著三個滑塊，且分別裝在脹開板的斜槽內，當拔管鉗脹緊液壓缸推動鉗芯向前運動時，通過固定在鉗芯頭部的三個滑塊推動三個脹開板的斜面，受導向套筒的限制，脹開板只能沿著固定在導向套筒上導向塊的斜面作徑向移動，鉗塊也就隨著三個脹開板一起作徑向移動，實現鉗塊的脹緊作用。拔管工藝過程如圖3所示。

圖2 改造前拔管鉗鉗體結構示意

圖3 拔管工藝流程

3.存在的問題與分析

拔管裝置是離心鑄管機的關鍵組成部件之一，它的動作靠兩個液壓缸控制，一個液壓缸控制張力大小，另一個控制行走。N100—300離心機拉一支管需1～2min；DN400—800離心機拉一支管需2～3min；DN700—1000離心機拉一支管需3～6min。拔管機動作周期短，頻率高，速度快，拔管時產生的沖擊大，對拔管裝置有損害，造成拔管機故障多，使用壽命短。拔管行走液壓缸油管，直接與其周圍機架內壁產生摩擦，經常出現因液壓管磨損更換而造成停機。另外，拔管機脹緊性能差，導致使用后期拔管困難，造成生產不連續、工藝廢品多等問題，嚴重制約著鑄管產量、質量的提高，以及導致原材料、備件消耗增加。針對上述問題，通過現場觀察論證，決定對該裝置進行改進。

（1）拔管鉗鉗體不會旋轉 因拔管鉗不會旋轉，在拔管過程中，管模和鑄鐵管還在不停旋轉，拔管鉗受到較大扭矩，容易使拔管鉗支架在扭矩作用下變形，故障率增高。

（2）后期管模難以拔管 管模內表面產生龜裂紋，澆鑄成形的鑄管外表面凸出龜紋，鑄管與管模間摩擦力增大，鑄管冷卻至暗紅色(650℃左右)，拔管鉗沒有足夠大的張力拔出鑄管，增大脹縮液壓缸壓力時，容易把鑄管承口撐壞，造成承口縱向裂紋。由于拔管慢，離心機生產節奏跟上不來，嚴重制約離心機的產能發揮。

（3）鉗塊易卡 拔管鉗脹緊性能差，導致使用后期拔管困難，造成生產不連續，工藝廢品多。此外，由于現場環境差，在拔管過程中出現大量的細砂粒進入拔管鉗導向塊內，導致導向塊磨損加劇，使拔管鉗張開幅度較小，或經常出現卡鉗塊現象。

（4）拔管鉗張開受限 拔管鉗張開板只能沿著固定在導向套筒上導向塊的斜面作徑向移動，鉗塊固定在三個張開板上，三個張開板和鉗塊一起作徑向移動，張開后成圓柱狀，離心澆鑄后鑄管內徑理論應是光滑圓柱面，但鑄管內徑凹凸不平，張開后鉗塊與鑄管內表面接觸面積小。

（5）鉗塊與管模接觸面少 離心鑄管機拔管裝置鉗體上的鉗塊，改造前采用3塊體積較大的鉗塊組成，拔管時，鉗塊張開后與鑄鐵管承口端接觸面較少，特別是鉗塊本體上的硬質合金頭磨損后，更換困難，這樣經常出現連續多次拔管時難以拔出，且當鉗塊發生故障更換時，需要由兩人以上相互搬運協作，才能完成，費時費力，更換時間較長，直接制約生產的連續運行。

（6）設備故障率高 拔管時，由于動作頻率高、速度快，拔管時產生的沖擊大，拔管裝置經常出現因為設備故障停機維修，設備故障率高，主要表現在液壓管破裂、銷軸折斷、鉗塊或合金頭磨損、鉗塊張開不夠，以及鉗芯導向銷失效等，直接影響離心機的正常生產節奏。

4.改進措施

為適應當前不斷加快的生產節奏及產品高質量的要求，針對上述存在的問題，經過現場觀察、分析、論證，決定徹底改進拔管機結構。

（1）改進拔管鉗的固定方式 為解決離心澆鑄結束后，管模和鑄鐵管以管模速度旋轉時，拔管鉗經常出現的被扭曲變形現象，將拔管鉗固定方式加以改進，采用旋轉方式來解決。具體方法為：改進導向套筒結構，在導向套筒結構處設計旋轉支撐，軸承采用圓錐滾子軸承相對安裝。此外，在導桿端部增加軸承箱體，軸承采用雙向推力球軸承，讓拔管鉗鉗塊、連接體、鏈片、彈簧板、鉗體臂及鉗軸等隨同管模及鑄鐵管一同旋轉，當離心鑄管機澆鑄完畢，管模和鑄鐵管還在旋轉時，能伸入管子承口進行拔管，拔管鉗導向桿不受扭力，減少了變形，延長了使用壽命。

（2）增加鉗塊彈簧支撐板徑向距離 當管模運行到后期，承口出現的工藝缺陷較多，再加上拔管鉗鉗塊磨損，在澆鑄結束后，拔管鉗運行時，經常不能一次將管子拔出。為此，將拔管鉗鉗塊設計為與撐臂一起徑向運動，有效增加了鉗塊的徑向移動距離，實現了順利拔管的節奏。改造后拔管裝置結構如圖4所示。

圖4 改造后拔管裝置結構示意

（3）加大鉗塊間相互構成的間隙 改造前，鉗塊張開動作是靠鉗芯及其上方銷軸推動鉗塊張合，實現拔管，但間隙相互間較小，成形后的鑄鐵管承口端殘砂落下后，直接落到鉗板之間，導致張開、合攏受阻。改進后的鉗塊為活動式，每個鉗塊下方增加一個平衡塊，鉗塊根據管子內徑不平部位能夠自動調整與鑄鐵管承口端內壁的接觸面，增加管子與鉗塊摩擦力，鉗塊相互構成之間間隙較大，支撐臂間可直接將殘砂落到地面，減少了鉗塊阻卡現象的發生。

（4）增加拔管鉗張開距離 不同規格的拔管鉗，當鉗口合攏后，其外徑要小于該規格鑄鐵管承口砂芯內徑，張開后，其外徑要大于管模內徑，這樣才能保證拔管鉗既能方便進入，又能撐住鑄鐵管和管模內壁。根據使用情況來看，因為原拔管鉗設計結構受限，再加上所處工作環境較差，變形、斷裂、阻力大等原因，張開距離難以滿足拔管要求。為此，對拔管鉗鉗塊支撐板張開距離進行了改變，徑向張開支撐板張開距離較大，鉗芯軸向移動距離和鉗塊徑向移動距離設計時均考慮到一次拔管運行的可能性，鉗體臂徑向移動大于承口內徑，實現了一次拔管的效果。

（5）增加鉗塊與管模接觸面積 將原來較笨重的3塊鉗塊進行改造，不同規格拔管鉗鉗塊采用6～8塊小的鉗塊，在進行規格更換時，一人便可拆卸更換，節約了時間，增加了與鑄鐵管承口端的接觸面積和摩擦力，減少了工人的勞動強度。

改造后拔管鉗鉗體結構如圖5所示。

圖5 改造后拔管鉗鉗體結構示意

（6）優化拔管鉗結構 擋管器轉軸直徑由25mm改為50mm，可提高拔管鉗鉗體的脹緊力、摩擦力，以及拔管鉗旋轉和零部件強度；行走液壓管增加拖鏈，有效地防止液壓管與其他部件摩擦，減少了因液壓管磨損而造成的停機故障率；鉗塊板下由原來銷軸改進為平衡塊，減少了因為銷軸斷裂造成的停機；鉗塊上的硬質合金頭拆卸方便，利于更換；鉗塊張開力和鉗芯優化為滑動鏈片移動，以提高生產節奏。所有這些優化改進，減少了設備故障的發生，有效提高了生產效率。

5.改進效果

（1）改造后的拔管鉗能夠旋轉，避免了在拔管過程中由于拔管旋轉產生的扭矩容易使拔管鉗變形，增加了拔管鉗鉗塊與鑄鐵管承口端的摩擦力，提高了后期管模拔管節奏，降低了管模生產成本，加快了生產節奏。

（2）減少了拔管鉗故障，設備故障月平均占離心機故障比例由16.7%降為6.35%，提高了機時產量，生產DN1000管時，由每小時生產6～7支提高到8～9支。后期管模得到最大化利用，降低了管模成本。拔管鉗能旋轉拔管，減小了拔管張力，避免了因拔管鉗張力過大造成鑄管承口裂紋，提高了鑄鐵管承口端的質量。

（3）以生產DN300管子為例，如生產同樣狀態的管模，改造前拔管鉗班產160支， 而通過拔管鉗改造后，現在班產能可達210支，每班可提高50支，改造后月增產100t，年可增產1200t，生產節奏大幅提高，減少了延時管，產量和質量均得到提高，達到了預期效果。

6.結語

通過對水冷球墨鑄鐵管離心機拔管鉗裝置結構的改進，經過一年多來的使用運行，該裝置操作簡單，運行平穩、可靠，設備故障率大幅降低，避免了老式拔管鉗靠增加張力拔管時，使鑄管產生裂紋，節約了生產成本。

新改進后的拔管裝置，滿足了離心機拔管節奏加快的生產需要，提高了生產率，拔管后的鑄鐵管承口端質量指標大幅提高，基本取得了預期效果，對國內同類水冷金屬型離心鑄管機系列的拔管裝置技術改進具有借鑒作用。