雙球懸軌輸送生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與應(yīng)用

蘭少寬

（天津鴻盛鑫源金屬制品有限公司，天津 301500）

伴隨鑄造行業(yè)日新月異的大發(fā)展，絕大多數(shù)規(guī)模性鑄造企業(yè)都已完成鑄造生產(chǎn)線的改造，特別是一些民營(yíng)經(jīng)濟(jì)企業(yè)經(jīng)過(guò)改造后，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都有大幅度的提升。但生產(chǎn)出的毛坯件接下來(lái)如何高效的處理，卻被相當(dāng)一部分企業(yè)所忽視，還在延續(xù)粗放式管理，還是最為原始的人力轉(zhuǎn)運(yùn)、堆放、存儲(chǔ)，還沒(méi)有考慮到如何簡(jiǎn)捷高效的輸送，如何做好工序間銜接，減少搬運(yùn)、檢驗(yàn)、儲(chǔ)存的成本。正是基于上述原因，我公司在完成鑄造生產(chǎn)線整合改造的同時(shí)，將生產(chǎn)出毛坯件的繼續(xù)處理工作作為同步改造內(nèi)容，建造一條完整的、將各工序有效銜接的鑄造毛坯件輸送生產(chǎn)線?？捎行У亟鉀Q中小鑄造線生產(chǎn)出的毛坯件的輸送轉(zhuǎn)運(yùn)問(wèn)題，非常適合生產(chǎn)汽車(chē)、中小型機(jī)械、泵閥類(lèi)等鑄件產(chǎn)品的使用。

1 設(shè)計(jì)原則

1）堅(jiān)持“以裝備保證工藝，以工藝保證質(zhì)量”的原則，采用的設(shè)備技術(shù)要符合鑄造工藝要求，滿(mǎn)足工藝質(zhì)量管控條件，并具有先進(jìn)性、成熟性、可靠性，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2）堅(jiān)持“以裝備提成效，以成效降成本”的原則，采用的設(shè)備必須全部機(jī)械化，縮短搬運(yùn)距離，大幅減少操作人員，取消單純?nèi)斯さ惯\(yùn)操作模式。

3）堅(jiān)持“以工裝、工位器具保證毛坯件不落地”的原則，采用自行設(shè)計(jì)符合公司產(chǎn)品特點(diǎn)的工裝和工位器具，確保高效、安全的轉(zhuǎn)序過(guò)程。

4）堅(jiān)持“立足當(dāng)前，兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)”的原則，在采用全部機(jī)械化的同時(shí)，部分采用自動(dòng)化設(shè)備，預(yù)留機(jī)器手（人）位置空間，要使改造項(xiàng)目分部實(shí)施，快速投產(chǎn)，逐步完善，對(duì)環(huán)保、安全、職業(yè)健康、消防執(zhí)行“三同時(shí)”原則。

2 工藝方案的確定

本項(xiàng)目要解決的是從鑄造后落砂出件開(kāi)始，到毛坯成品入庫(kù)這一段過(guò)程的轉(zhuǎn)運(yùn)輸送問(wèn)題，同時(shí)解決部分相關(guān)聯(lián)的工序操作問(wèn)題。

根據(jù)產(chǎn)品的特殊工藝要求，以及現(xiàn)有工況的現(xiàn)實(shí)條件等問(wèn)題，對(duì)方案提出了幾點(diǎn)要求:

1）鑄型落砂后的毛坯件必須以每澆鑄包次為單位存放轉(zhuǎn)運(yùn)。

2）毛坯件不能磕碰，尤其是在鑄造冷卻落砂過(guò)程中最為關(guān)鍵。

3）共4條鑄造生產(chǎn)線，每條線生產(chǎn)的鑄件尺寸大小、材質(zhì)均不同。

4）鑄造實(shí)行24 h連續(xù)生產(chǎn)，拋丸清理、修磨修整、毛坯成品檢驗(yàn)實(shí)行每天12 h生產(chǎn)，需要工序間留有足夠的緩存工位。

5）實(shí)施整型毛坯鑄件轉(zhuǎn)運(yùn)、冷卻、拋丸、去澆冒口，避免鑄件溫度較高時(shí)去澆冒口容易帶肉現(xiàn)象。

6）全線鑄件通過(guò)工裝、工位器具轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)施“產(chǎn)品不落地”管理。

基于上述內(nèi)容，決定采用雙球懸軌輸送線轉(zhuǎn)運(yùn)毛坯鑄件，并輔助采用專(zhuān)用工裝、工位器具和自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)平車(chē)等。通過(guò)公司公開(kāi)招標(biāo)，確定與一家做環(huán)軌設(shè)備的制造商合作，共同研制開(kāi)發(fā)這條輸送生產(chǎn)線。

3 工藝流程的確定

工藝方案的確定是流程圖確定的前提。工藝方案確定吊架流轉(zhuǎn)是輸送線的關(guān)鍵，通過(guò)吊架的轉(zhuǎn)運(yùn)，在工藝流程中形成了兩個(gè)相互銜接的閉環(huán):從鑄型落砂出件到去除澆冒口前吊架的回線作為閉式循環(huán)之一，從修磨修整工序到成品檢驗(yàn)前吊架回線作為第二個(gè)閉環(huán)，兩條閉環(huán)的連線構(gòu)成整個(gè)鑄造毛坯件輸送生產(chǎn)線。鑄造毛坯件輸送生產(chǎn)線流程如圖1所示。

4 工藝參數(shù)的確定

4.1 產(chǎn)品概況

主要產(chǎn)品類(lèi)別:礦山機(jī)械小件、汽車(chē)支架類(lèi)、泵閥類(lèi)、消防器材管件；

產(chǎn)品重量范圍:（依上述順序）1.5 kg/件～30 kg/件；

圖1 鑄造毛坯件輸送生產(chǎn)線工藝流程

材質(zhì)：HT200、HT250、QT450-12、QT500-7、QT600-3；

產(chǎn)能：12 000 t/年；

工藝：潮模砂處理、潮模砂水平造型、覆膜砂芯、鐵模覆砂、中頻電爐熔化；

產(chǎn)品特點(diǎn)：以多品種、小批量、砂芯多且復(fù)雜、壁厚薄、需避免磕碰的小件為主。

4.2 主要生產(chǎn)設(shè)備概況

成套潮模砂處理線2套（混砂能力：40 t/h和30 t/h）；

水平全自動(dòng)造型線2條（砂型尺寸700 mm×600 mm×250/250mm，造型速度：95箱/h；

砂箱尺寸：480 mm×360 mm×200/200 mm，造型速度：80 箱 /h）；

造型機(jī)組環(huán)形線1條（砂型尺寸1 050 mm×650 mm×350/350 mm，造型速度：25箱/h）；

鐵模覆砂線1條（模型尺寸1 000 mm×600 mm×300/300 mm，造型速度：12箱 /h）；

中頻電爐4套（熔化能力：2t/h 1套和1t/h 3套）；

鐵水孕育球化喂絲處理站2套（處理能力：500 kg/包次）

雙工位通道拋丸清理機(jī)2套（吊架尺寸：φ1 500 mm×600 mm，單鉤承載能力500 kg）；

澆冒口去除機(jī)4套。

4.3 輸送生產(chǎn)線工藝參數(shù)確定

1）單鉤吊架承載能力：500 kg

輸送線的單鉤承載能力與鐵水處理能力每包次500 kg和拋丸清理機(jī)的單鉤承載能力500 kg設(shè)計(jì)相一致，既能滿(mǎn)足鑄造鐵水管理分包次管制的要求又與拋丸設(shè)備單鉤能力相匹配。

2）毛坯鑄件冷卻與緩沖區(qū)能力：90個(gè)工位

依據(jù)每天每大班鑄造鐵水噸位計(jì)算，約需120件吊架，同時(shí)考慮因?yàn)槔鋮s時(shí)間不大于1.5 h，并且拋丸清理能力5 min/2吊架，遠(yuǎn)大于鑄造能力，即單班安排完成1.3～1.5倍的鑄造工作量是完全可以實(shí)現(xiàn)的，這樣實(shí)際鑄造落砂后周轉(zhuǎn)工序需吊架80件即可，故設(shè)計(jì)緩沖工位90個(gè)。

3）澆冒口去除處的緩沖區(qū)能力：20個(gè)工位四條不同的鑄造線型在同時(shí)生產(chǎn)，即至少2條線型必須同時(shí)要進(jìn)行去除澆冒口處理才能滿(mǎn)足工藝要求和生產(chǎn)管理要求，并考慮到拋丸清理機(jī)的較高生產(chǎn)效率，故在去澆冒口緩沖區(qū)需要有15件吊架，緩沖工位設(shè)計(jì)20個(gè)。

4）修磨工序后的等待拋丸區(qū)能力：50個(gè)工位

由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，共設(shè)置了24個(gè)修磨修整工位，考慮到成品拋丸的效率較高，緩沖區(qū)適當(dāng)縮小，修磨工序與成品拋丸周轉(zhuǎn)預(yù)留40件吊架，即設(shè)計(jì)50個(gè)工位。

5）吊架數(shù)量：135 件

綜合上述內(nèi)容，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)吊架合計(jì)135件。

6）輸送速度：小于35 m/min

由于雙球懸軌的軌道以?xún)蓷l20 mm圓鋼并排作為接觸線，滾輪與其只做點(diǎn)接觸，所以摩擦力極小，只需啟動(dòng)時(shí)略給力，啟動(dòng)后幾乎不需要較強(qiáng)的推力，即可平穩(wěn)前行，所以輸送速度極易滿(mǎn)足35 m/min.雙球懸軌如圖2所示。

圖2 雙球懸軌示意圖

7）工裝吊架：φ1 300mm×1 500 mm 3種結(jié)構(gòu)形式

由于產(chǎn)品的復(fù)雜程度和鑄型尺寸等多方面原因，經(jīng)過(guò)反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，將吊架設(shè)計(jì)成3種形式，分單、雙、三層，方便不同類(lèi)別毛坯件的碼放，較大件采用單層吊架井字型碼放；中等件采用雙層吊架，直澆口朝上，便于倒運(yùn)存放；小件使用三層吊架，可以自由回轉(zhuǎn)堆放；從安全操作考慮，嚴(yán)禁大件使用雙層或三層吊架，但中等件可使用單層吊架，同時(shí)將吊架的吊盤(pán)設(shè)計(jì)成不同柵格尺寸。三種吊架的吊耳均采用雙耳形式，便于在上下輸送線時(shí)和各序間的轉(zhuǎn)運(yùn)。吊架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

8）輔助轉(zhuǎn)運(yùn)生產(chǎn)設(shè)備

a）用于毛坯件轉(zhuǎn)運(yùn)上吊架的環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆4臺(tái)，起重能力300 kg，起升高度4.5 m；

圖3 吊架結(jié)構(gòu)

b）用于吊架上下雙球懸軌線的電動(dòng)葫蘆4臺(tái)，起重能力1 000 kg，起升高度6.5 m；

c）用于吊架上下拋丸清理機(jī)環(huán)鏈線的單臂吊4臺(tái)，起重能力1 000 kg，起升高度4.5 m；

d）用于吊架向鱗板機(jī)倒運(yùn)的單臂吊（雙電動(dòng)環(huán)鏈葫蘆）4臺(tái)，起重能力1 000 kg，起升高度4.5 m；

e）用于毛坯件轉(zhuǎn)運(yùn)到修磨工序的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)平車(chē)4臺(tái)，載重能力2 000 kg.

5 工藝布置圖確定

5.1 布置圖主要內(nèi)容簡(jiǎn)述

1）每條鑄造生產(chǎn)線均設(shè)置了吊架等待毛坯鑄件上架的小型暫存區(qū)，包括上下吊架用的電動(dòng)葫蘆和鑄件上架的環(huán)鏈葫蘆，以方便作業(yè)人員操作，為實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)打好基礎(chǔ)。

2）四條鑄造線出件上吊架后，在鑄件冷卻緩沖區(qū)交匯，按指定位置存放，規(guī)定了遠(yuǎn)距離線的工件近處存放，近距離線的吊架存放到略遠(yuǎn)端的原則，同時(shí)吊架也可在特殊情況下替代使用，并且避免相互堵塞，也可相互避讓。

3）去除澆冒口區(qū)返回的空吊架，按規(guī)定分類(lèi)回到指定的冷卻緩沖區(qū)，方便作業(yè)者調(diào)取。

4）修磨修整區(qū)避免吊架停留在主要干線，裝好后的吊架從兩側(cè)推出，經(jīng)主要干線進(jìn)入成品拋丸清理區(qū)，防止吊架相互干擾或擁堵。

5.2 相關(guān)工藝問(wèn)題的解決措施

1）落砂出件的毛坯鑄件溫度大約在200℃～300℃，通過(guò)環(huán)鏈電葫蘆的吊鉤，鉤牢澆道或工件吊運(yùn)至吊架內(nèi)。

2）落砂后的毛坯件上存留許多型砂或芯砂，通過(guò)拋丸清理機(jī)的特制丸砂分離裝置，將大量舊砂由發(fā)送器送回到儲(chǔ)砂倉(cāng)，經(jīng)過(guò)特別的磁選處理才可進(jìn)入砂處理系統(tǒng)使用。

3）吊架中的毛坯件是通過(guò)懸臂吊上的兩臺(tái)環(huán)鏈電葫蘆的操作，將吊架下端用一吊鉤鉤牢升起，另一臺(tái)電葫蘆的吊鉤鉤牢吊耳端并下降，來(lái)實(shí)現(xiàn)毛坯件倒出。

5.3 工藝布置

工藝布置圖如圖4所示。圖中左側(cè)為鑄造車(chē)間，內(nèi)部布置了4條鑄造生產(chǎn)線和2套砂處理生產(chǎn)線；右側(cè)為清理車(chē)間，內(nèi)部布置了從毛坯鑄件冷卻、毛坯拋丸、毛坯檢驗(yàn)、修磨修整、產(chǎn)品拋丸到成品檢驗(yàn)各工序區(qū)域。兩車(chē)間之間為主通道，跨距14 m，通過(guò)一套完整的雙球懸軌輸送線相銜接。由于懸軌底部距地面4.35 m，故不會(huì)影響主通道的其他運(yùn)輸工作，并在通道兩側(cè)設(shè)置聲光報(bào)警裝置，確保輸送過(guò)程的安全暢通。

6 輸送生產(chǎn)線優(yōu)缺點(diǎn)分析

6.1 輸送生產(chǎn)線主要優(yōu)點(diǎn)

雙球懸軌輸送生產(chǎn)線具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作，只有滾輪為運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)費(fèi)用極低。

2）吊架的雙耳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、利用倒勾，實(shí)現(xiàn)了方便快捷的轉(zhuǎn)運(yùn)。

3）多向道岔的使用，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化、回運(yùn)便利化、避讓安全化。

4）精細(xì)地制造與安裝，是實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、運(yùn)行平穩(wěn)的前提，是這條線的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

5）懸軌下有4.35 m的高度，不會(huì)影響到其他工序的任何作業(yè)。

6.2 輸送生產(chǎn)線缺點(diǎn)

1）運(yùn)行啟動(dòng)仍需要作業(yè)者略給力，才能轉(zhuǎn)運(yùn)，未實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。

2）在轉(zhuǎn)彎及岔道上改變方向時(shí)，操作人員需要培訓(xùn)相關(guān)操作方法與技巧，方可上崗。

3）毛坯鑄件調(diào)入吊架時(shí)，一定要按操作規(guī)程放置穩(wěn)妥，否則轉(zhuǎn)運(yùn)中存在安全隱患。

7 輸送生產(chǎn)線建成后的成效

按照確定的工藝方案和工藝布置圖，制定了具體實(shí)施計(jì)劃，經(jīng)過(guò)3個(gè)半月的設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試，全線主要工序順利建成，試行中效果突顯。

1）改變了“鑄造全序機(jī)械化、自動(dòng)化，后續(xù)全都人拉肩扛”的局面。實(shí)現(xiàn)了鑄造生產(chǎn)完整過(guò)程的機(jī)械化聯(lián)動(dòng)，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖4 雙球懸軌輸送生產(chǎn)線工藝布置

圖5 毛坯鑄件上吊架與緩存區(qū)

圖6 吊架轉(zhuǎn)運(yùn)

圖7 冷卻緩沖存放區(qū)

圖8 吊架換鉤轉(zhuǎn)運(yùn)

圖9 鑄件倒出吊架

圖10 空吊架返回緩沖存放區(qū)

2）提高工作效率，使毛坯鑄件的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間縮短一半，吊架在緩沖區(qū)的停留時(shí)間計(jì)劃有序，杜絕工序間操作重復(fù)裝運(yùn)；修磨修整處作業(yè)者減少三分之二的搬運(yùn)量，節(jié)省的時(shí)間提高了修磨產(chǎn)量。

3）提升產(chǎn)品質(zhì)量管控手段，將吊架與澆鑄包次結(jié)合，作為質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)，方便產(chǎn)品的跟蹤管理，提高了從熔化鐵水到毛坯成品的可追溯性。

4）雙球懸軌輸送生產(chǎn)線的使用，徹底改變利用3部叉車(chē)的叉運(yùn)模式，改善了工作環(huán)境，杜絕了交叉作業(yè)中的安全隱患。

5）作業(yè)人員大幅減少，落砂出件處原需8人，現(xiàn)僅4人操作；拋丸清理轉(zhuǎn)運(yùn)處原9人，現(xiàn)只需4人，檢驗(yàn)裝運(yùn)處原9人減為5人即可，全線共減少作業(yè)者13人。

6）大幅降低生產(chǎn)成本，停止了原轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的使用，原設(shè)備的日常制造費(fèi)用消耗沒(méi)有了，結(jié)合各工序操作人員的減少等，預(yù)計(jì)節(jié)省費(fèi)用約83萬(wàn)元/年。

7）將本線略作改造延伸連接，增加升降平臺(tái)，即可作為砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)線使用，大幅降低制造成本，提升設(shè)備利用效率。

圖5～圖10為生產(chǎn)線部分工序。

8 結(jié) 論

整套輸送生產(chǎn)線安裝調(diào)試后運(yùn)行正常，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證效果良好。提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，減少作業(yè)人員，實(shí)現(xiàn)鑄件不落地的目的，改善工作環(huán)境，提升了安全水平，與鑄造生產(chǎn)線一起，實(shí)現(xiàn)鑄造全序機(jī)械化生產(chǎn)。整條輸送生產(chǎn)線布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，達(dá)到了工藝技術(shù)要求和實(shí)際生產(chǎn)要求，解決了中小鑄造線生產(chǎn)出的毛坯件的輸送轉(zhuǎn)運(yùn)問(wèn)題，適合生產(chǎn)汽車(chē)、中小型機(jī)械、泵閥類(lèi)等鑄件生產(chǎn)企業(yè)使用。

整條輸送生產(chǎn)線投資少，建設(shè)周期短，生產(chǎn)使用效果明顯，當(dāng)年即可收回投入，是非常適合中小鑄造企業(yè)完善自身改造的良好項(xiàng)目。

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