澆冒口自動輸送系統的工藝與裝備

劉楠楠，王前進

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

我公司承包某鑄造企業一期年產5萬噸鑄造項目，該項目采用靜壓造型線生產薄壁、高強度、高精度的柴油機缸體、缸蓋、高韌性曲軸等鑄件，此類鑄件的生產屬大批量、專業化流水線生產，產品結構復雜、工序多、工藝裝備要求高[1]。澆冒口是鑄造廠重要的回爐料，由于中頻感應電爐對爐料清潔度的要求，澆冒口必須經過分離、破碎、拋丸后方能回爐利用[2]。

該鑄造企業澆冒口的傳統輸送方法是：在鑄件澆冒口分離后，集中收集至轉運斗，再由叉車轉運至后續工序處理，存在以下問題：（1）必須配備專門的叉車和司機負責澆冒口轉運；（2）必須規劃物流輸送的通道；（3）叉車運輸環節多、人工成本高、安全系數低。為了解決以上問題，經過工藝論證和調研，決定采用自動澆冒口輸送系統，該系統自動化程度高、運輸能力可滿足工藝要求、簡單可靠、維修保養成本低。

1 工藝流程及布局

經造型、澆注、冷卻環節后，包裹著鑄件的砂胎從砂箱中頂出，再經振動輸送機進入落砂機落砂。使用機械手在振動輸送機上敲擊分離澆冒口，然后機械手將澆冒口、披縫和出氣系統等拾起放入輸送料斗中，隨后自行葫蘆輸送機將料斗輸送至回爐料處理間，料斗輸送至破碎機緩存料斗上方，隨后料斗在下降過程中打開料斗底部，將回爐料落入破碎機緩存料斗，通過振動輸送機澆冒口進入破碎工序，隨后破碎機工作，破碎后的澆冒口再經過拋丸機清理，清理后的澆冒口由叉車轉運至爐后回爐料坑供電爐配料使用。

由于振動落砂機和機械手操作區域揚塵、噪音較大，因此設置了落砂隔間，室內設置強力除塵設施。破碎機屬于破壞性設備，工作噪音大，因此和拋丸機一起設置在獨立房間內。澆冒口需要從振動落砂機處運輸至破碎機處。為了實現安全、高效、節能的輸送方式，采用了如下設計方案：

如圖1、2所示，軌道總長度約112m，軌道相對車間地面高度11m，軌道上運行3臺由自行小車帶動的輸送料斗，料斗規格為1700mm×1400mm×800mm，料斗下方有鋼結構平臺，高度7m，用于員工行走和設備檢修。

整個輸送系統有4個工位，下降工位、上升工位、傾倒工位和維修工位。1.1.1 下降工位

圖1 澆冒口輸送系統布局示意圖1—軌道 2—振動落砂機 3—機械手 4—破碎機 5—拋丸機

圖2 澆冒口輸送系統設備示意圖1—鋼結構支撐梁 2—軌道連接件 3—高強度鋁合金軌道和滑觸線4—小車組件 5—電葫蘆 6—料斗 7—鋼結構平臺

圖3 澆冒口輸送系統三工位圖

自行葫蘆到達下降工位前，下降工位的門自動打開，隨后自行葫蘆輸送機在下降工位停下，將料斗勻速放下，下降工位自動門關閉，防止粉塵向外擴散。落砂隔間內的機械手開始從震動輸送機上敲擊澆冒口，將擊斷的澆冒口拾取放入料斗。

1.1.2 上升工位

料斗裝滿后，由機械手控制室操作員按動料斗提升按鈕，自行葫蘆和料斗先平移至上升工位，然后料斗上升，同時震動落砂隔間頂部自動門打開，料斗上升到位后開始行走，自動門關閉。

圖4 機械手將澆冒口放入料斗

圖5 料斗底部打開將澆冒口落入破碎機緩存斗

1.1.3 傾倒工位

自行葫蘆輸送機行走至傾倒工位上方后，自行葫蘆停止、料斗下降，在下降過程中底部打開機構與下部軌道配合，底部打開，澆冒口掉落至振動輸送槽緩存斗，振動輸送槽啟動，將澆冒口輸送至破碎機。料斗將澆冒口傾倒后上升，再運行至下降工位，完成一個工作循環。

1.1.4 維修工位

為了在設備保養及維修時不影響其它2臺輸送料斗的正常使用，設置了維修工位，維修道岔的開合由人工控制，道岔合直時為正常工作狀態，合彎時為出入維修工位狀態。出于安全的考慮，道岔的開合與運行小車組之間存在互鎖關系。當道岔合彎合直不到位時，環形線路上運行的小車組將在距道岔一定距離時停止前進。

2 工藝優化過程

此系統最初設計方案在考慮下降工位和上升工位時，使用同一個屋面洞口，此方案的缺點是只要料斗上升，機械手將只能停止工作，等待下一個料斗下降，降低了生產效率。后經過方案優化：下降工位和上升工位分別設置一個屋面洞口，料斗下降到位后可平移至上升工位，然后再提升，在此過程中，后一個料斗已經開始下降，進入受料工位，每個工作循環節省時間約2分鐘。因鑄件品種不同、操作工熟練程度不同，機械手操作工裝滿一個料斗用時會有不同，經過多次測試后的平均值為5分鐘，因此1臺自行小車循環一周約為9分鐘。由于有3臺小車，所以每3分鐘就會有1個料斗循環至下降工位前。此設計提高了工作效率，滿足了生產要求。也為機械手操作工提高工作效率預留了空間。

以1臺自行小車循環一圈為一個周期，分7個階段運行，運行時間如表1所示。

表1 自行小車各運行階段所需時間

3 設備構成及特點

該項目的鑄件平均出品率約為70%，澆冒口數量約為每年1.5萬噸，經過收集、輸送、破碎、拋丸處理、回爐利用。根據實際生產情況計算，確定輸送效率需達到12t/h。

此套系統采用自行小車設備，融合了機械、電氣、計算機、自動控制，集倉儲、運輸、裝卸、工藝操作四大環節為一體的柔性生產系統。設備主要由載物車組、承載梁、電動葫蘆、軌道、滑導線軌、集電器、道岔、升降站及電控系統（主控柜、按鈕站、顯示屏、隨車電器箱）等組成。自行小車采用3套2t×2進口自行葫蘆，搭配3只下開式料斗。電動葫蘆升降速度有快速（4m/min）和慢速（1m/min）兩種速度可調，最大功率1.7kW。采用鋁合金軌道（約110m），行走電機要求變頻調速，速度為(5～20)m/min，設備噪聲≤80dB(A)。

電控系統采用PLC控制。采用監控系統完成實時監控、參數設置、數據統計和報警等功能，設自動和手動兩種工作方式。

全部自行小車通過系統中央電控柜的主控PLC的控制，由滑觸線將控制信號傳輸到小車上，小車按程序可執行相應的工藝動作，用以滿足生產的需要，每臺小車上都裝有變頻器及一些電器元件從而實現停車的精度和穩定性。

系統采用滑觸線分段積放，即將滑觸線按照已劃分好的各工位（包括積放工位）實行分段切割，各段分別與主控PLC相連并進行信息交換，自行小車的到達工位和向前運行信號都通過滑觸線來傳遞。

中央電控柜和各按鈕站及手電門均設有急停按鈕，對故障或誤操作時可使設備立即停止。整個設備具有故障診斷和報警功能，電機控制都裝有過載保護，可診斷到電機的單相和過載，并能通過蜂鳴器進行報警。通過可編程控制器能夠檢測到各種信號的出現和消失，從而能夠進行相應的動作。

由于采用了以上設計方法，使得該輸送系統具有以下特點。

3.1 立體輸送

整個輸送系統運行在7m平臺之上，不影響下方其他設備的運行，節省了空間，自行葫蘆設備可以通過升降機等部件的有機組合，實現物料的多點（段）、多平面、立體化網絡輸送。

3.2 空中儲存

通過積放、預停等工位設置，可以形成一個空中儲存庫，有效節約地面空間。

3.3 工藝操作

控制系統可以對每個載物車組進行適時控

制，載物車組可以根據工藝需要在不同工位進行行走、升降、停留等多種工藝動作。

3.4 獨立的執行單元

每一個載物車組都有獨立的驅動、取電裝置，當單臺載物車組出現故障時，不會對整個系統的生產效率產生大的影響。

3.5 控制方式靈活多樣

有集中控制、集散控制等控制模式；自動、手動、自/手動等操作方法，用戶可以根據工藝動作的需要和復雜程度靈活選擇。

4 結語

鑄件澆冒口自動輸送系統是一種先進的輸送方式，整個輸送過程平穩、高效、自動化程度高、控制方式靈活、節能省電、定位準確、安全可靠、噪音小、無污染、維修方便，改變了傳統的人工叉車轉運方式，改善了工人的勞動環境、降低了運營成本，因此該輸送方式可供其它鑄造企業參考和借鑒。

[1] 劉小龍,吳國強.淺議我國發動機類鑄件型砂鑄造的現狀[J].中國鑄造裝備與技術,2005(1)：1-3．

[2] 熊晗,何春江,戴國敏等.回爐料破碎清理系統的研發與應用[J].中國鑄造裝備與技術,2014(5)：23-25．