可調(diào)螺距螺旋槳造型生產(chǎn)線

陳　斌

（鎮(zhèn)江中船瓦錫蘭螺旋槳有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212009）

可調(diào)螺距螺旋槳造型生產(chǎn)線

陳斌

（鎮(zhèn)江中船瓦錫蘭螺旋槳有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212009）

介紹了一條可調(diào)螺距螺旋槳造型生產(chǎn)線，包括：生產(chǎn)線產(chǎn)能計(jì)算、設(shè)備參數(shù)確定、生產(chǎn)線平面布置。對砂輸送系統(tǒng)、混砂機(jī)系統(tǒng)、機(jī)動(dòng)輥道輸送和振實(shí)臺、砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)、涂料噴涂機(jī)等鑄造生產(chǎn)線關(guān)鍵配套設(shè)備的性能要求進(jìn)行了詳細(xì)闡述。該生產(chǎn)線是單件、小批量、手工鑄造生產(chǎn)升級、改造的典型案例。

可調(diào)距螺旋槳；鑄造生產(chǎn)線；關(guān)鍵鑄造設(shè)備

可調(diào)螺距螺旋槳（簡稱調(diào)距槳）作為一種新型船舶推進(jìn)系統(tǒng)，是船舶動(dòng)力裝置關(guān)鍵配套產(chǎn)品，與普通定距槳相比，可調(diào)距槳結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，技術(shù)含量更高，是船舶推進(jìn)系統(tǒng)的高端產(chǎn)品，采用柴油機(jī)-齒輪箱-變螺距螺旋槳的船舶動(dòng)力系統(tǒng)也逐漸成為一個(gè)發(fā)展趨勢［1］。

可調(diào)距槳由槳葉、槳轂機(jī)構(gòu)（包括轂體、法蘭蓋、缸蓋、拔叉）、配油器、液壓系統(tǒng)及電子遙控系統(tǒng)等五大部件或系統(tǒng)組成［2］。其中的槳葉、槳轂機(jī)構(gòu)由銅制鑄件加工，目前各個(gè)生產(chǎn)廠家的槳葉、槳轂機(jī)構(gòu)鑄造都停留在單件、少批量、手工制作的工藝水平，工藝和質(zhì)量很難控制。本文介紹一種可調(diào)距槳鑄造生產(chǎn)線，可極大提高鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1　生產(chǎn)線產(chǎn)能及設(shè)備參數(shù)確定

1.1設(shè)計(jì)依據(jù)

1）設(shè)計(jì)年產(chǎn)鑄件產(chǎn)能：800個(gè)葉片、800個(gè)底座、200個(gè)轂體、200個(gè)法蘭蓋、200個(gè)缸蓋、200個(gè)拔叉；

2）上述每件產(chǎn)品按三個(gè)砂箱設(shè)計(jì)，砂箱規(guī)格：2.50m×2.50m×0.35m；

3）年240個(gè)工作日，生產(chǎn)線每天運(yùn)行6h；

4）造型工藝：水玻璃工藝加堿酚醛工藝。

1.2設(shè)備選型計(jì)算

1）根據(jù)上述的產(chǎn)能要求，計(jì)算出生產(chǎn)線平均單個(gè)工作日完成的鑄件產(chǎn)量：

葉片：800/240=3.3個(gè)；

底座：800/240=3.3個(gè)；

轂體：200/240=0.83個(gè)；

法蘭：200/240=0.83個(gè)；

缸蓋：200/240=0.83個(gè)；

撥叉：200/240=0.83個(gè)。

每工作日鑄造砂箱數(shù)量：

（3.3+3.3+0.83+0.83+0.83+0.83）×3=29.8箱；每小時(shí)鑄造砂箱數(shù)量：29.8箱/6h≈5箱/h.

2）混砂機(jī)噸位的選擇

每件箱砂箱的吃砂量為：2.50m×2.50m×0.35m ×1.50t/m3≈3.28t/箱（砂子密度1.50t/m3）；

每小時(shí)的砂子需求量為：3.28 t×5箱/h= 16.40t/h.

選擇一臺20 t/h的混砂機(jī)攪拌水玻璃砂即能滿足要求，由于堿酚醛砂量比較少，選擇一臺10 t/h的混砂機(jī)攪拌堿酚醛砂。

3）機(jī)動(dòng)輥道載荷及數(shù)量

工藝部門提供的砂箱重量為：2.70 t/件，砂箱底板的重量為：3.10t/件.

三只砂箱重疊在一起使用時(shí)砂箱的吃砂量為：3.28t/箱×3箱＝9.84t.

總承載荷為：2.70 t+3.10 t+9.84 t=15.64 t，機(jī)動(dòng)輥道的載荷確定為18t.

水玻璃砂吹CO2后工藝硬化需耗時(shí)60 min，每個(gè)砂箱的填砂時(shí)間為12 min，配套的硬化工位確定為5個(gè)，起模工位需要1個(gè)工位，填砂震實(shí)1個(gè)工位，準(zhǔn)備工位按5個(gè)配套，總工位為：5+1+1+5=12個(gè)工位。

4）外部貯砂罐容量

每天混砂機(jī)用砂量為：3.28 t/箱×5箱/h×6 h =98.4 t砂，外部儲砂斗一般儲砂為2天的砂使用量，則儲砂量為98.4 t×2＝196.8 t，最終外部貯砂罐的容量按200 t計(jì)。

5）外部儲砂斗的外形尺寸及斗提機(jī)的型號選擇

一般大容積的貯砂罐的直徑4 500 mm比較合適，外部貯砂罐的直段高度經(jīng)計(jì)算確定為9.5 m，另再加下錐斗2.5m，貯砂罐的腿高2.0m，整個(gè)外部貯砂罐高度為：9.5+2.5+2.0=14m.

對于200 t容積的砂斗，需要在6 h實(shí)際工作時(shí)間內(nèi)裝滿整個(gè)砂庫，則每小時(shí)需要的輸送量為：200 t÷6 h=33.3 t/h，所以即可選擇斗提機(jī)的型號為DA350，該斗提機(jī)的提升能力為40t/h.

6）氣力輸送裝置：

根據(jù)每天的砂使用量為98.4 t，計(jì)算出每小時(shí)需要發(fā)送的砂量為98.4 t÷6=16.4 t/h，可選擇氣力輸送罐的型號為XNS2000，該種型號每小時(shí)輸送量為20t/h.

7）人員配備數(shù)量：

造型混砂工位2人，起模翻箱工位2人，準(zhǔn)備套砂箱工位2人，噴涂工位1人，合箱工位1人，生產(chǎn)線需求的人員數(shù)量共計(jì)8人。

2　生產(chǎn)線平面布置

可調(diào)距槳造型生產(chǎn)線平面布置如圖1所示，整個(gè)生產(chǎn)線由砂輸送系統(tǒng)（2）、混砂機(jī)系統(tǒng)（1）、機(jī)動(dòng)輥道輸送及砂箱振實(shí)臺（4）、砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)（6）、涂料噴涂機(jī)（5）及電氣控制系統(tǒng)（3）等組成。

生產(chǎn)工藝流程為：在每節(jié)輥道上放置一塊專用轉(zhuǎn)運(yùn)板，在五個(gè)準(zhǔn)備工位（02）上依次擺放好砂箱，砂箱內(nèi)放置造型模具，模具與砂箱和轉(zhuǎn)運(yùn)板間做適當(dāng)固定；準(zhǔn)備好模具的砂箱由機(jī)動(dòng)輥道和轉(zhuǎn)運(yùn)小車（03）運(yùn)至（04）或（05）工位，在此由混砂機(jī)加樹脂砂或水玻璃砂并由振實(shí)臺高頻振動(dòng)，振動(dòng)緊實(shí)后的砂箱在（06）工位扎氣孔、吹二氧化碳，水玻璃砂經(jīng)二氧化碳化學(xué)反應(yīng)后硬化成型；再由轉(zhuǎn)運(yùn)小車（06）輸送至起模工位（01）處，由砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)和行車吊運(yùn)至涂料噴涂作業(yè)，轉(zhuǎn)運(yùn)板經(jīng)清理后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，至此一套砂箱的造型工序完畢。

由于工廠廠房及生產(chǎn)場地條件限制，造型后續(xù)的澆鑄，以及倒箱落砂工序在車間其他區(qū)域另行布置，此舉也有利于改善造型生產(chǎn)線的工作環(huán)境和生產(chǎn)效率。

圖1　造型線平面布置圖

3　生產(chǎn)線主要設(shè)備描述

3.1混砂機(jī)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由混砂機(jī)、水玻璃和樹脂發(fā)送裝置、除塵裝置組成，如圖2所示?；焐皺C(jī)大臂送砂皮帶和小臂攪籠，以及大臂、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)均采用電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，混砂攪籠采用水平180°對開結(jié)構(gòu)，并設(shè)有耐磨、耐腐蝕襯料，混砂攪刀可調(diào)、耐磨、固定可靠、裝拆方便，攪刀與襯套間隙3 m~5 m，混砂攪刀鑲焊WC硬質(zhì)合金刀片，攪刀的使用壽命大于3 000 h［3］.混砂要求均勻性好，型砂試樣強(qiáng)度偏差＜±5%，頭尾砂≤2 kg.水玻璃和樹脂發(fā)送裝置包括液料輸送泵、管路、換向閥、過濾器、液料桶、加熱裝置，液料桶采用水浴加熱，液料溫度控制在15℃～25℃，液位自動(dòng)報(bào)警，輸送泵選用進(jìn)口齒輪泵，液料定量精度誤差<±1.5%，液料經(jīng)霧化噴嘴霧化后噴入混砂攪籠，確保液料與砂均勻混合?；焐皺C(jī)與砂輸送系統(tǒng)合用一臺除塵器，選用壓縮空氣脈沖噴吹布袋除塵器。

圖2　混砂機(jī)系統(tǒng)

3.2砂輸送系統(tǒng)

砂輸送系統(tǒng)如圖3所示，當(dāng)室外儲砂罐的低位料位計(jì)發(fā)出信號，砂從加砂格柵板加入，進(jìn)入斗提的砂量由比例調(diào)節(jié)閥控制，當(dāng)該貯罐上料位計(jì)發(fā)出信號，加砂結(jié)束。

室內(nèi)貯砂罐的砂由發(fā)送罐、經(jīng)砂發(fā)送管道加入。發(fā)送罐為間歇工作制，發(fā)送罐上的上、下料位器處于自由狀態(tài)時(shí)，砂從發(fā)送罐的進(jìn)料口進(jìn)入，當(dāng)上料位器被淹沒時(shí)，控制砂進(jìn)料的閥門關(guān)閉，然后打開氣閥使壓縮空氣進(jìn)入發(fā)送罐并推動(dòng)砂料沿送砂管道發(fā)送。當(dāng)料位降低到下料位器恢復(fù)自由狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)送氣一段時(shí)間將送砂管道內(nèi)的砂料全部吹清，然后控制送砂氣閥關(guān)閉，進(jìn)砂閥門重又打開放砂進(jìn)入下一循環(huán)。

該砂輸送系統(tǒng)的特點(diǎn)一：采用球形結(jié)構(gòu)的彎頭、三通、增壓器、卸料器，物料輸送時(shí)在球體內(nèi)自然形成一層滯留砂層保護(hù)球體外殼免受砂料沖刷磨損；特點(diǎn)二：物流速度很慢（輸送氣流速度約為0.5 m/s～2 m/s），減少了管道的磨損和物料顆粒的破碎［4］，這兩點(diǎn)對延長設(shè)備使用壽命和保證砂的質(zhì)量極為有利。

3.3機(jī)動(dòng)輥道輸送和砂箱振實(shí)臺

輥輪采用翻邊形式，輥道機(jī)架采用焊接結(jié)構(gòu)形式，主要以槽鋼、板材為主，與軸承座接觸面通過龍門加工中心加工，輥道整體支架支腿高度可調(diào)，水平度≤1 mm/m，全線≤2 mm，平面度≤2 mm/m2.機(jī)動(dòng)輥筒間鋪設(shè)花紋鋼板，可防止砂落到輥道下方，有利于安全和清潔生產(chǎn)。

平面振實(shí)臺由工作臺、底座、橡膠彈簧、振動(dòng)電機(jī)等組成，振實(shí)臺機(jī)架、底座焊接完畢后進(jìn)行整體回火熱處理消除焊接應(yīng)力，防止工作過程中變形，振實(shí)臺采用低振幅、高頻率振動(dòng)電機(jī)、無極調(diào)速，保證振實(shí)平穩(wěn)［5］，振動(dòng)過程中不傷害模型，砂箱振實(shí)后砂型緊實(shí)度和均勻性達(dá)到工藝要求。

圖3　砂輸送系統(tǒng)

3.4砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)

砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)用于鑄造車間砂箱翻箱、合箱、砂箱傾斜噴涂，適用于尺寸不一、重量不同的砂箱。該設(shè)備主要由主梁、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)等部件組成（見圖4），對重心特別偏的砂箱需要調(diào)整砂箱翻轉(zhuǎn)支點(diǎn)。砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)附作行車使用，電源由行車配電系統(tǒng)供給，卷線電源裝置保證砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)上下移動(dòng)的需求，該機(jī)遙控操作。

砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)為長箱式結(jié)構(gòu)，機(jī)體頂端配有一個(gè)吊環(huán)以供行車吊裝，主梁上安裝有調(diào)距電機(jī)和翻轉(zhuǎn)電機(jī)，調(diào)距電機(jī)調(diào)節(jié)兩個(gè)吊鏈盒的位置，使被吊件重心與電動(dòng)翻箱機(jī)吊環(huán)基本保持同一垂線內(nèi)，主梁保持水平，操作翻轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行翻箱。

圖4　砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)

3.5涂料噴涂機(jī)

設(shè)備由涂料貯液罐、涂料攪拌器、濾網(wǎng)、涂料泵及噴槍等組成，具有防爆、噴涂壓力可調(diào)、霧化效果好、均勻噴涂效率高、適用不同粘度涂料、移動(dòng)方便等特點(diǎn)。該機(jī)充分考慮到各類鑄造涂料中基料（石英粉、滑石粉、石墨粉、鋯英粉、鎂砂粉等）與輔助材料比重的差異，以及鑄造涂料的沉淀特性，設(shè)制了涂料攪拌器，使用不銹鋼柱塞泵作為噴涂泵，保證了涂層的均勻性?？紤]到醇基涂料的因素，整機(jī)設(shè)計(jì)全部采用氣動(dòng)及防爆電機(jī)，保證了安全性。

4　結(jié)語

經(jīng)過各設(shè)備的單機(jī)調(diào)試和全線聯(lián)動(dòng)調(diào)試，該生產(chǎn)線運(yùn)行正常、設(shè)備間的連接良好。經(jīng)批量生產(chǎn)考核，生產(chǎn)線滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)正常，完全滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求。

目前可調(diào)距槳鑄造的絕大多數(shù)停留在單件、少批量、手工制作的生產(chǎn)水平。本文介紹的可調(diào)距螺旋槳造型生產(chǎn)線有利于可調(diào)距槳產(chǎn)品的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化，有利于產(chǎn)品質(zhì)量和效益的提高，有利于清潔生產(chǎn)。

［1］全國船用機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T13411可調(diào)螺距螺旋槳技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

［2］陳永道.船舶動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］，機(jī)械制造與自動(dòng)化2013，41（2）：164-166.

［3］鄒衛(wèi).鑲焊硬質(zhì)合金片的混砂機(jī)刮板［J］，鑄造技術(shù)，1984（04）：53-56.

［4］張繼軍，桂曉莉.槳體管道磨損機(jī)理研究［J］，甘肅科技，2011，27（1）：60-62.

［5］葉偉.高頻震實(shí)臺在消失模鑄造生產(chǎn)線上的應(yīng)用［J］，鑄造設(shè)備研究，2003（6）：23-25.

Controllable Pitch Propeller Molding Line

CHEN Bin
（Zhenjiang Wartsila-CME Propeller Co.，LTD.，Zhenjiang Jiangsu 212009，China）

The molding line for manufacturing controllable pitch propeller is described，which includes line capacity calclation，equipments parameters determination，line plan layout.The performance requirements of key foundry equipments such as sand conveying，sand mixer，roller conveyor and vibrating platform，sand tipper，coating machine are further introduced in detail.This line is a typical example for updating one-piece，small batch and handcraft mold process.

controllable pitch propeller，molding line，key foundry equipment

TG231.6

A

1674-6694（2016）05-0014-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.05.005

2016-06-02

陳斌（1968-），男，本科，從事設(shè)備引進(jìn)與技改，設(shè)施改造工作。E-mail：chenbin@wartsila-cme.com.cn