氣缸套毛坯智能化熔煉技術(shù)

氣缸套作為內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，它的性能直接影響著內(nèi)燃機(jī)的各項(xiàng)性能。氣缸套是桶形零件，非常適合大批量連續(xù)離心鑄造。隨著中國(guó)制造2025的推進(jìn)，氣缸套實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、綠色化生產(chǎn)是必然趨勢(shì)。在氣缸套毛坯離心鑄造數(shù)字化車間建設(shè)過程中，智能化熔煉系統(tǒng)是非常重要一環(huán)，它直接決定這氣缸套的材料性能，從而直接影響著氣缸套的減摩性能和耐磨性能。本文通過研究氣缸套毛坯離心鑄造過程的智能化熔煉技術(shù)，研發(fā)出中頻電爐智能化控制系統(tǒng)，采用了氣壓保溫自動(dòng)澆注爐，研發(fā)了中頻爐智能化加料系統(tǒng)，應(yīng)用了智能化測(cè)溫裝備，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整原材料配方并自動(dòng)添加爐料、動(dòng)態(tài)控制脫氧扒渣、全過程無氧化澆注、智能判斷出爐化學(xué)成份并自動(dòng)化學(xué)成份調(diào)整、全過程屏幕顯示配料單、溫度、化學(xué)成分。

1 智能化快速熔煉裝備的研究與選型

智能化熔煉設(shè)備主要包括智能快速中頻熔煉爐、氣壓保溫自動(dòng)澆注爐、智能加料系統(tǒng)、HY-18WP型智能測(cè)溫槍等裝備。

1.1 智能化中頻爐熔煉設(shè)備的選型及改造研究

氣缸套熔煉基本都采用中頻電爐熔煉，在熔煉過程中存在三大不足：一是中頻爐的控制系統(tǒng)都是模擬量信號(hào)，運(yùn)行狀態(tài)一般以指針式儀表進(jìn)行監(jiān)控，其線性度比較差，數(shù)據(jù)不能動(dòng)態(tài)記錄。二是各種操作系統(tǒng)都是手工操作，設(shè)備運(yùn)行功率或外圍需求信號(hào)，都需要人為或半自動(dòng)控制的形式干預(yù)；三是管理系統(tǒng)都是各自為戰(zhàn)，不能形成一個(gè)有機(jī)的整體，所有的控制參數(shù)無法動(dòng)態(tài)調(diào)整，沒有將信號(hào)上傳到云端，不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

為此，本文在傳統(tǒng)中頻電爐熔煉基礎(chǔ)上，研發(fā)了中頻爐智能化控制系統(tǒng)，通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)中頻爐智能控制電源，并輸出最佳的電流、電壓、功率，使中頻率控制形成一個(gè)有機(jī)的整體；還可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整烤爐工藝；自動(dòng)提示脫氧扒渣及實(shí)時(shí)預(yù)警，智能判斷出爐化學(xué)成分或自動(dòng)化學(xué)成份調(diào)整，并預(yù)測(cè)金相硬度和理化性能,并能把電爐所有信息動(dòng)態(tài)傳送到中央控制系統(tǒng)，并傳送到云端。如圖1所示。

1.2 氣壓保溫自動(dòng)澆注爐選型

傳統(tǒng)氣缸套離心鑄造生產(chǎn)中，經(jīng)常采用的是鐵水包澆注，效率是連澆鑄造節(jié)拍要求較高的指標(biāo)，采用人工控制鐵水包進(jìn)行澆注是很落后的作業(yè)方式，耗費(fèi)較多人力資源，同時(shí)具有較大的危險(xiǎn)性，給生產(chǎn)帶來安全隱患，而且不能進(jìn)行很好的鐵水保溫措施，很難保證鑄件的品質(zhì)，人工控制浪費(fèi)的鐵水也是比較多的。同時(shí)敞開式的澆注鐵水，鐵水大量氧化，化學(xué)成份波動(dòng)大，為了解決以上問題，本文采用氣壓保溫自動(dòng)澆注保溫爐爐，該爐上面有氣密性壓力爐蓋，從而減少鐵水氧化，實(shí)現(xiàn)熔煉過程無氧化澆注。通過無熔渣自動(dòng)澆注，實(shí)現(xiàn)均衡化混流生產(chǎn)；通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化電爐功率，動(dòng)態(tài)監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)爐溫的恒定；可實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障、爐襯過薄自動(dòng)預(yù)警；動(dòng)態(tài)補(bǔ)加增碳劑，動(dòng)態(tài)控制加入孕育劑的量。如圖2 所示。

1.3 中頻爐智能化加料系統(tǒng)研究

傳統(tǒng)的測(cè)溫裝備采用測(cè)溫槍測(cè)溫，存在著以下問題：測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)不能和爐次號(hào)關(guān)聯(lián)，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯，雖然能記錄溫度檢測(cè)結(jié)果，但并不能和爐次號(hào)相關(guān)聯(lián)，無法通過記錄查詢具體哪個(gè)爐次的溫度值；測(cè)溫槍不能顯示測(cè)溫結(jié)果是否符合要求測(cè)溫槍只能顯示溫度數(shù)據(jù)，不能說明測(cè)溫結(jié)果是否符合工藝規(guī)范，操作工人很可能在不知道溫度是否符合工藝規(guī)范的條件進(jìn)行出爐或者澆注操作，導(dǎo)致廢品發(fā)生；不能做分析預(yù)測(cè)功能，不能對(duì)以往的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而不容易找出影響鑄件質(zhì)量的溫度因素，也不能提前預(yù)測(cè)因?yàn)闇囟仍蚩赡軐?dǎo)致的質(zhì)量問題；不能傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡(luò)，智能測(cè)溫槍可以將測(cè)溫結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡(luò)，用戶無論在世界上任何地點(diǎn)，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以查看實(shí)時(shí)的測(cè)溫結(jié)果。為了克服以上問題，本文測(cè)溫設(shè)備采用HY-18WP型智能測(cè)溫槍，如圖5，該測(cè)溫裝備測(cè)溫后，能實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到云端系統(tǒng)中，并實(shí)時(shí)將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)屏幕供工人觀看，云端可以直接生成爐溫變化分析曲線(圖6)，通過溫度分析曲線，可以分析溫度過程的穩(wěn)定性，如果產(chǎn)品出現(xiàn)問題，可以通過此曲線觀察是不是溫度的原因造成的，也可以通過溫度曲線預(yù)防缺陷的發(fā)生。

1.4 智能化測(cè)溫裝備

中頻爐智能化加料系統(tǒng)由電子稱重磁盤、震動(dòng)加料車、無線微機(jī)配鐵、上位計(jì)算機(jī)管理監(jiān)控等設(shè)備組成(圖3、圖4)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電爐精準(zhǔn)上下生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵等原材料，滿足熔煉爐加料工藝要求，保證鐵水成份穩(wěn)定，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鐵水，減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。上料計(jì)算機(jī)管理監(jiān)控、光譜儀、熱分析儀聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電爐加配料與熔煉的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，預(yù)判、分析鐵水成分、金相、硬度、理化性能，對(duì)問題提出解決方案，為熔煉優(yōu)質(zhì)鐵水、提高工藝管理水平提供了有力保障。

1.5 智能化配料系統(tǒng)研究

①感知功能

人類命運(yùn)共同體意識(shí)屬于精神層面，人與人之間的生長(zhǎng)環(huán)境不同，必將導(dǎo)致各人之間對(duì)于處理問題的思維模式、方式方法的差異，但是由于具有類本質(zhì)，在人思維的深層，難免會(huì)因?yàn)橐恍┨乩a(chǎn)生相似的行為模式、價(jià)值觀念[61]，這有助于形成全球范圍內(nèi)的價(jià)值共識(shí)，形成全球化背景之下的全球思想鏈。而想要形成這樣的全球思想鏈以及創(chuàng)造中國(guó)的思想自我，一方面必須走出西方話語(yǔ)體系，建立對(duì)中國(guó)道路的自主解釋話語(yǔ)體系[31]；另一方面應(yīng)該將眼光真正聚焦于人類普遍關(guān)心的方面，以此來幫助解決主體交往之間由于文化差異而帶來的某些誤會(huì)，推動(dòng)文化之間更好地交流合作，進(jìn)而有助于形成價(jià)值共同體[62]。

2 智能化熔煉專家系統(tǒng)研究

智能化熔煉專家系統(tǒng)其運(yùn)行過程如圖9所示，具體過程為：由中央控制系統(tǒng)下達(dá)智能化配料指令，配料系統(tǒng)進(jìn)行智能分析，并對(duì)照配料數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算，專家系統(tǒng)比對(duì)成功后，通過OPC Server 將配料參數(shù)寫入上下料PLC，PLC啟動(dòng)上下料工程，指揮上下料系統(tǒng)將爐料加入熔煉爐，熔煉爐開始熔煉，鐵水融化后，動(dòng)態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)溫，溫度合格后進(jìn)行化學(xué)成分光譜儀檢測(cè)化學(xué)成份，并智能化化學(xué)成份動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整，成份合格溫度升高至1480-1520℃，保溫10分鐘，出爐將鐵水加入保溫爐中。其智能化功能為：

鑄造爐料配比計(jì)算是鑄造熔煉過程中的重要方面。準(zhǔn)確合適的爐料配比在保證鑄件質(zhì)量的同時(shí)可以有效地降低鐵水成分調(diào)整時(shí)間、降低能源消耗。本文的智能化配料系統(tǒng)是在已知爐料化學(xué)成分的條件下，通過求解線性方程組、采用蟻群算法等方法優(yōu)化得到滿足目標(biāo)成分要求的爐料配比。圖7所示的是爐料配比FCS系統(tǒng)界面圖。該系統(tǒng)提供了多種爐料配比方法，如自動(dòng)配比、手動(dòng)配比以及爐前配比，自動(dòng)配比方法包括解方程組法、窮舉法以及最小成本法。允許原料各成分在一定范圍內(nèi)波動(dòng)而找到合適的配比，最小成本法可以找出成本最低的滿足要求的爐料配比。光譜操作人員采集光譜數(shù)據(jù)后，實(shí)時(shí)智能化配料系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)時(shí)將成分信息及超差信息發(fā)送到爐前LED屏幕中，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果及時(shí)進(jìn)行智能化自動(dòng)配料的調(diào)整；并實(shí)現(xiàn)測(cè)試球化率及抗拉強(qiáng)度的判定如圖9所示。

系統(tǒng)智能給出成本最低的中頻爐配料單，電子稱量裝置感知每爐需要的各種原材料的重量，稱料重量反饋到生產(chǎn)控制中心；紅外測(cè)溫設(shè)備感知鐵水溫度，金屬熔化后，溫度達(dá)到設(shè)定溫度提示脫氧扒渣；然后取樣使用光譜儀和爐前智能分析儀分析，結(jié)果顯示在控制中心。

The first snow sounds violent, much rain and hail in summer.

在2018年4月底的年會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，原國(guó)稅局副局長(zhǎng)許善達(dá)提出增值稅改革以來，部分企業(yè)的改革獲得感并不強(qiáng)，其中留抵稅款就是一大阻力。留抵稅款從根源上影響了企業(yè)的減稅紅利，但是如果留抵稅款在政策上改為退稅款，預(yù)估每年的減稅規(guī)模能達(dá)5000億元左右。可見，加速建立穩(wěn)定的退稅機(jī)制已經(jīng)成為企業(yè)的一大期望。

②決策功能

智能判斷鐵水化學(xué)成份，成分不合格根據(jù)提示調(diào)整成分，合格后升降金屬液出爐溫度提示出爐。生產(chǎn)控制中心與操作臺(tái)全過程可以顯示配料單、溫度、化學(xué)成分、各種操作指令。

1) 建立信息共享中心。可在所確立的海上搜救責(zé)任區(qū)內(nèi)設(shè)立信息共享中心，各救助方共享海上險(xiǎn)情信息，協(xié)調(diào)行動(dòng)，及時(shí)做出應(yīng)急處理。各締約國(guó)可以指定國(guó)內(nèi)相應(yīng)的救助機(jī)構(gòu)作為信息聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，并向海上信息共享中心派駐協(xié)調(diào)員，負(fù)責(zé)與本國(guó)的救助機(jī)構(gòu)聯(lián)系，共同承擔(dān)海上人命救助責(zé)任。

3 應(yīng)用效果

本技術(shù)經(jīng)過在國(guó)內(nèi)某缸套公司應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整中頻爐配方并自動(dòng)添加爐料，動(dòng)態(tài)控制脫氧扒渣，智能判斷出爐或自動(dòng)成份調(diào)整；精確定量澆注，全過程屏幕顯示配料單、溫度、化學(xué)成分以及各種操作指令，并將所有的數(shù)據(jù)傳至云端。通過以上智能化熔煉措施，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)成分精準(zhǔn)控制，鐵水成份實(shí)時(shí)優(yōu)化。以國(guó)內(nèi)某缸套企業(yè)110缸套為例，應(yīng)用本技術(shù)生產(chǎn)出來的氣缸套經(jīng)過檢測(cè)，石墨組織為A形石墨90%，珠光體占98%，金相組織顯著改善(如圖10) 。

4 結(jié)論

通過氣缸套智能化熔煉技術(shù)應(yīng)用精準(zhǔn)控制了氣缸套毛坯鑄件的化學(xué)成份，改善了鐵水的內(nèi)在質(zhì)量。經(jīng)過檢測(cè)經(jīng)過檢測(cè)，生產(chǎn)出來的氣缸套毛坯石墨組織為A形石墨90%，珠光體占98%，金相組織顯著改善。

[1]高浩，高廣東等．低合金準(zhǔn)鑄態(tài)貝氏體氣缸套新型淬火液研究[J]． 內(nèi)燃機(jī)配件，2020，(2)：24-26．

[2]高浩，高廣東等．離心鑄造數(shù)字化噴涂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)燃機(jī)配件，2020，(3)：160-163.

[3]郜文國(guó)，楊永安，周 梅，等．硼鉻銅合金鑄鐵氣缸套的 開發(fā)[J]．拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸，2005，(1)：60-61．

[4]趙明剛．高碳當(dāng)量鑄鐵氣缸套[J]．內(nèi)燃機(jī)，2004，(5)：22-23．

[5]劉棟，高浩，高廣東，吳龍，熊毅等，內(nèi)燃機(jī)配件，2020，(7)：34-35．

[6]普羅福斯著·工業(yè)測(cè)量技術(shù)手冊(cè)[M].徐鵬,王伯雄,方仲?gòu)┳g.北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1992．

[7]趙 濤,蔣雄偉,謝恒仿.基于89051單片機(jī)的智能超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)的研制[J]．儀表技術(shù)與傳感器．1999(8)：26-29.

[8]蔣玉珍.立窯水泥主料質(zhì)量控制裝置[J].自動(dòng)化與儀表,1999.14(4)：46-48．

[9]常健主編.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)(第2版) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1991．