姜 旭

（秦皇島開發(fā)區(qū)春光鑄造機(jī)械有限公司，河北 秦皇島 066000）

以動(dòng)車、高鐵為代表的鐵路運(yùn)輸裝備的飛速發(fā)展振奮人心。鐵路貨車在高速、重載的發(fā)展方向上同樣取得了很大的進(jìn)步。高速、重載的貨車搖枕側(cè)架是重要走行部件，所以鐵路貨車搖枕側(cè)架鑄造生產(chǎn)方面不斷采用新的鑄造技術(shù)，提高了鑄件質(zhì)量，為貨車的高速、重載提供保障。在鐵路貨車搖枕側(cè)架鑄件生產(chǎn)中清理是必要的生產(chǎn)工序之一。清理是鑄件落砂后去除鑄件上的澆冒口、清理鑄件殘存的芯砂、鑄件表面的粘砂、飛邊毛刺，經(jīng)拋丸的工藝過程。

清理工部的工作環(huán)境是高溫、高粉塵、高噪音。因此，它是整個(gè)鑄造生產(chǎn)過程中最繁重、工作條件最差的環(huán)節(jié)。

眾所周知鑄件清理工作是整個(gè)鑄造生產(chǎn)過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)之一，解決清理工部的工作環(huán)境，改善勞動(dòng)條件，提高鑄件表面質(zhì)量對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能、減排的鑄造生產(chǎn)具有重要作用。

針對(duì)鐵路貨車搖枕側(cè)架鑄造清理工序的現(xiàn)狀，研制了一條鐵路搖枕側(cè)架冷卻清理生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線包括鑄件落砂，將鑄件吊掛在冷卻清理生產(chǎn)線上完成鑄件懸掛冷卻，澆冒口去除，鑄件飛邊毛刺的去除，拋丸清理后將工件卸下的工序過程。該生產(chǎn)線采用機(jī)械手上料，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)提高了自動(dòng)化程序，實(shí)現(xiàn)了清理工序，綠色環(huán)保生產(chǎn)[1-2]。

該生產(chǎn)線采用專用上料裝置將落砂后的熱態(tài)鑄件掛在輸送線上，通過積放式懸掛輸送系統(tǒng)將鑄件送至每一個(gè)工位，鑄件在冷卻室內(nèi)冷卻至規(guī)定溫度，在切割室內(nèi)切割（氣沖）去除澆冒口和切割飛邊毛刺，在氣刨室內(nèi)對(duì)鑄件表面進(jìn)行修整，切割清理產(chǎn)生的廢料集中收集后處理，在拋丸室內(nèi)對(duì)鑄件進(jìn)行表面清理、吹灰。除塵系統(tǒng)布置在室外，其余設(shè)施均應(yīng)布置在室內(nèi)。

1 生產(chǎn)線布局

搖枕側(cè)架冷卻清理生產(chǎn)線平面布置如圖1所示。

1.1 廠房環(huán)境條件

供給電源：380V/220V±10%，50Hz±2%；

供壓縮空氣：0.4～0.6（MPa）；

廠房環(huán)境溫度：－8℃～45℃；

相對(duì)濕度：≤95%；

圖1 搖枕側(cè)架冷卻清理生產(chǎn)線平面布置

工作制度：三班工作制；

生產(chǎn)率：2min/件（節(jié)拍）。

1.2 配置及技術(shù)要求

處理工件：搖枕、側(cè)架（鑄鋼件）；

工件最大重量：1000kg；

工件最大尺寸：2684×800×730（mm）；

工藝流程：上料→冷卻→澆冒口去除→電弧氣刨→拋丸→下料。

1.3 上料機(jī)械手[3]

1.3.1 功能描述

通過人工操作專用上料裝置將開箱后的熱態(tài)鑄件在砂箱中夾緊、舉升、掛鉤上線，不需人工輔助。

1.3.2 技術(shù)要求

1）上料機(jī)械手設(shè)計(jì)合理，能快速、準(zhǔn)確上料，操作簡(jiǎn)單，易于控制，維修方便，可靠性、安全性高，適用高溫環(huán)境操作（夾持工件約700℃）。

2）上料機(jī)械手上線效率：1件/min

3）上料機(jī)械手設(shè)計(jì)有一定的通用性，能適用轉(zhuǎn)K5、K6等搖枕、側(cè)架的上料；夾持位置、夾持力合理，不影響鑄件質(zhì)量；上料裝置采用液壓驅(qū)動(dòng)，液壓介質(zhì)為液壓油或水-乙二醇。

4）夾持臂由大、小臂相連而成，其覆蓋半徑不小于5m，上料裝置可360°旋轉(zhuǎn)。

5）上料機(jī)械手掛鉤環(huán)節(jié)須自動(dòng)掛鉤。操作室內(nèi)需設(shè)置空調(diào)，改善工作環(huán)境。

1.4 積放式懸掛輸送線

1.4.1 功能描述

鑄件掛在積放小車上，通過輸送線將待處理鑄件送至工藝流程上的每一個(gè)工位，在線完成相關(guān)清理工作，積放小車一個(gè)循環(huán)后回到上料工位，等待再用。輸送線上應(yīng)根據(jù)各工位工藝需要合理設(shè)置停止器、小車檢修岔道，在拋丸室、吹灰室應(yīng)設(shè)置吊鉤自轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

1.4.2 技術(shù)要求

組成：積放小車、輸送鏈條、驅(qū)動(dòng)裝置、漲緊裝置、停止器、自轉(zhuǎn)裝置、輸送軌道、檢修道岔、止退器、小車發(fā)號(hào)器、吊具、控制系統(tǒng)等。

1）輸送系統(tǒng)總高度小于5m，輸送線長(zhǎng)度經(jīng)濟(jì)合理，系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度應(yīng)能滿足生產(chǎn)和工藝要求，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、安全、牢靠。

2）采用WWJ6型積放推式懸鏈輸送系統(tǒng)，一鉤一件。輸送鏈的輸送速度6 m/min～15m/min。

3）漲緊裝置用來補(bǔ)償鏈長(zhǎng)和軌道長(zhǎng)的制造誤差，裝置能有效保持鏈條的漲緊狀態(tài)，消除線路中可能產(chǎn)生的漲力。

4）根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)置一定數(shù)量的停止器，停止器須具備手動(dòng)、自動(dòng)功能。

5）積放小車、積放軌道要有足夠的承載能力，保證積放小車到達(dá)工位積存，完成所需工藝。

在輸送鏈上的合理位置設(shè)3個(gè)檢修道岔，方便小車等部件檢修。

1.5 冷卻系統(tǒng)

1.5.1 功能描述

高溫工件在冷卻室內(nèi)分段控溫冷卻，3.5 h內(nèi)將鑄件溫度從600℃冷卻到50℃。

1.5.2 組成與工藝過程

組成：冷卻室、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、管路系統(tǒng)、廢料清理裝置、除塵系統(tǒng)等、控溫系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。冷卻工位分為高溫和低溫兩個(gè)室，高溫室設(shè)3區(qū)，低溫室設(shè)4區(qū)，分區(qū)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控溫。冷卻室布置應(yīng)緊湊合理。

冷卻工藝：第一階段（高溫段）：在1.5 h內(nèi)將鑄件溫度從600℃冷卻到300℃，冷卻速度可調(diào)，但此過程冷卻速率不得大于300℃/h。第二階段（低溫段）：在2 h內(nèi)將鑄件溫度從300℃降至50℃以下，冷卻速度可調(diào)。

1.5.3 技術(shù)要求

1）冷卻室里的冷卻區(qū)須有精確的自動(dòng)檢測(cè)及控溫冷卻系統(tǒng)，固定式遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀對(duì)鑄件表面溫度進(jìn)行測(cè)溫（誤差≤±5℃），測(cè)溫點(diǎn)布置和測(cè)溫頻率應(yīng)合理，確保滿足工藝要求，系統(tǒng)根據(jù)測(cè)溫儀所測(cè)溫度，按冷卻工藝自動(dòng)調(diào)整風(fēng)量控制工件冷卻速度。測(cè)溫裝置應(yīng)采取防護(hù)措施。

2）風(fēng)冷系統(tǒng)的風(fēng)道、風(fēng)嘴設(shè)計(jì)，采用簡(jiǎn)易有效的風(fēng)嘴能實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)對(duì)工件不同部位進(jìn)行不同速度的冷卻，使工件冷卻不留死區(qū)。風(fēng)冷系統(tǒng)風(fēng)量連續(xù)可調(diào)（所有風(fēng)機(jī)均采用變頻器來調(diào)整），保證不同的冷卻速率需要。要充分考慮到氣溫的變化，采取措施來滿足冷卻要求。

3）冷卻室管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)確保有一定的剛度，安全性好、可靠性高；冷卻室、管路系統(tǒng)外部有高溫防護(hù)措施，避免過高溫度燙傷操作和維修工人。

4）在高溫段冷卻室采用刮板清理裝置清理落下的廢料，刮板做往復(fù)運(yùn)動(dòng)（刮板須做成易換裝置），確保室內(nèi)無殘留廢料，利用冷卻室下面的廢砂收集皮帶將廢料集中收集、處理。

1.5.4 冷卻系統(tǒng)的除塵系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)除塵器的功能：主要用于對(duì)冷卻室內(nèi)產(chǎn)生浮塵的塵氣進(jìn)行凈化后排放。采用可靠性很強(qiáng)的雙級(jí)除塵系統(tǒng)（旋風(fēng)+布袋），保障灰塵的有效排放，除塵效率達(dá)99.5%以上，灰塵排放濃度≤50mg/m3。符合GB16297—1996排放標(biāo)準(zhǔn)。冷卻室前兩個(gè)小時(shí)冷卻區(qū)的引風(fēng)管道通過旋風(fēng)+布袋后除塵排放，后一個(gè)半小時(shí)冷卻區(qū)所引的熱風(fēng)不通過除塵器直接排放。

除塵管道的設(shè)計(jì)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況做到科學(xué)規(guī)范，結(jié)構(gòu)布局合理緊湊，固定可靠，所有管道與管道、管道與風(fēng)機(jī)、整機(jī)的連接牢固密封良好，管道的布置應(yīng)不妨礙廠房?jī)?nèi)天車通過。清灰采用脈沖反吹，分室離線清灰。各除塵點(diǎn)均設(shè)計(jì)風(fēng)量閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量，除塵系統(tǒng)應(yīng)布置在室外合理的位置，所排灰塵采用汽車接運(yùn)方式處理[4]。

1.6 切割、氣刨系統(tǒng)

1.6.1 功能描述

工人在操作室內(nèi)完成對(duì)鑄件澆注系統(tǒng)、冒口、披縫、飛邊、毛刺、出氣棒等的氣割、氣沖、氣刨清除，落下的廢料集中收集處理。

1.6.2 技術(shù)要求

組成：切割室、氣刨室、夾緊機(jī)構(gòu)、隔離裝置、操作平臺(tái)、廢料輸送裝置、廢料收集裝置、除塵系統(tǒng)等。

切割、氣刨室均設(shè)置4個(gè)操作工位。切割室、氣刨室內(nèi)分室設(shè)置點(diǎn)動(dòng)互鎖裝置（每個(gè)操作室內(nèi)4個(gè)操作工位共同完成點(diǎn)動(dòng)通過指令后，工件才能運(yùn)行），控制輸送小車進(jìn)入、離開工位，并與操作室內(nèi)的夾緊裝置聯(lián)動(dòng)。操作按鈕設(shè)置在安全、便于操作的位置，每個(gè)操作工位均應(yīng)設(shè)置警示鈴。

切割、氣刨室根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同高度的操作平臺(tái)，便于操作工人對(duì)鑄件各個(gè)位置進(jìn)行清理。操作工位之間須設(shè)置相應(yīng)的隔斷措施，防止操作過程中相互干擾，分隔墻上應(yīng)有緩沖、防護(hù)裝置，避免飛濺的火花傷害操作者。

夾緊位置：切割操作室須選用有效、自動(dòng)的鑄件夾緊裝置和可靠性較高的液壓動(dòng)力裝置，夾緊位置、夾持力不影響鑄件的質(zhì)量和工人操作，應(yīng)具有一定的通用性。切割操作室內(nèi)的夾緊裝置夾緊后鑄件須脫離吊鉤5mm～10mm，確保輸送線及小車不承受外來沖擊載荷；夾持裝置應(yīng)能承受氣沖工具清理冒口產(chǎn)生的較大沖擊載荷。氣刨操作室內(nèi)只需要設(shè)置簡(jiǎn)易的防止工件晃動(dòng)裝置，應(yīng)便于操作，動(dòng)作聯(lián)鎖可靠。

廢料輸送裝置采用方式為磷板輸送，磷板須有足夠的強(qiáng)度和耐沖擊性（單個(gè)冒口重量為30kg），將各種廢料收集運(yùn)送溜進(jìn)集中收集坑內(nèi)。磷板輸送裝置具有手動(dòng)、自動(dòng)控制功能。

1.7 拋丸系統(tǒng)

1.7.1 功能描述及要求

經(jīng)氣刨后的搖枕、側(cè)架進(jìn)入拋丸室內(nèi)充分拋丸，在吹灰室內(nèi)清理鑄件灰塵及內(nèi)部鋼丸，吹灰室內(nèi)應(yīng)設(shè)置鋼丸分離、回收、除塵裝置。拋丸室布置在廠房?jī)?nèi)，且能便于天車通過。室體外飾板顏色應(yīng)與整個(gè)生產(chǎn)線一致。

1.7.2 技術(shù)要求

1）拋丸室及密封室結(jié)構(gòu)

拋丸室內(nèi)壁區(qū)域均安裝合金鑄鋼耐磨防護(hù)鋼板，全方位防護(hù)，護(hù)板結(jié)構(gòu)、布置合理，耐磨防護(hù)鋼板厚度不小于12mm。拋丸室底部采用合金鑄鋼耐磨孔板防護(hù)，護(hù)板厚度≥14mm。拋丸室的密封及防護(hù)：工作中不得有鋼丸、粉塵泄漏，開門時(shí)門處集丸能自動(dòng)進(jìn)入鋼丸收集系統(tǒng)。

2）曲線葉片高效拋丸器要求：

葉片：選用高鉻特種耐磨鑄鐵制成，熱處理后表面硬度≥HRC65，有較高的耐磨性，使用壽命≥600h。

分丸輪：選用高鉻特種耐磨鑄鐵制成，熱處理后表面硬度≥HRC65，使用壽命≥600h；葉輪材質(zhì)20CrMnMo，使用壽命≥8000h。

定向套：全封閉刻度盤式，可方便地調(diào)節(jié)拋射角度和拋出方向，選用高鉻特種耐磨鑄鐵制成，熱處理后表面硬度≥HRC65，使用壽命≥600h。

罩殼：殼體由優(yōu)質(zhì)鋼板焊接而成，內(nèi)側(cè)襯有可更換、使用壽命長(zhǎng)、互相連鎖的迷宮式高鉻特種耐磨鑄鐵護(hù)板。

3）丸料循環(huán)凈化系統(tǒng)

振動(dòng)輸送器：由振動(dòng)電機(jī)、篩體、橡膠彈簧等組成。

提升機(jī)：由擺線針輪減速機(jī)、上下滾筒、輸送膠帶、料斗、封閉料筒和漲緊裝置等組成。

丸砂分離器：采用滾筒篩+風(fēng)選的方式分離丸砂，將丸砂分離干凈。

彈丸分配系統(tǒng)：應(yīng)確保各拋丸器鋼丸分配均勻，與所需供丸量匹配，滿足拋丸清理的效果和效率，鋼丸流動(dòng)角度設(shè)計(jì)應(yīng)合理、順暢。

拋丸器的啟停與拋丸室大門開閉合理聯(lián)鎖，在保證清理效果和效率的同時(shí)，有效控制塵、丸的外溢。

4）工件自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：由擺線針輪減速機(jī)、主動(dòng)鏈輪、鏈條、漲緊鏈輪和導(dǎo)輪等件組成。

5）清灰室：清灰室與拋丸室應(yīng)有合理隔斷，控制、鑄件通過方便，與相關(guān)動(dòng)作聯(lián)鎖。清灰室的吹風(fēng)風(fēng)嘴設(shè)計(jì)、布置有效清理鑄件的灰塵和內(nèi)腔鋼丸，并能將清理出的鋼丸自動(dòng)回收使用。

6）除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)采用可靠性很強(qiáng)的雙級(jí)除塵系統(tǒng)（旋風(fēng)+布袋），保障灰塵的有效排放，除塵效率達(dá)99.5%以上，工作場(chǎng)地粉塵濃度小于8 mg/m3，灰塵排放濃度≤80mg/m3，符合GB16297-1996排放標(biāo)準(zhǔn)。除塵器應(yīng)布置在室外，并設(shè)置必要的防雨棚，除塵器排煙筒應(yīng)合理設(shè)置檢測(cè)孔和檢測(cè)平臺(tái)。

1.8 電氣及控制系統(tǒng)

本生產(chǎn)線各單元設(shè)備應(yīng)采用S7系列PLC，PLC均需留有與PROFIBUS總線連接的通訊接口，必須保證該系統(tǒng)將來可通過現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS集散控制系統(tǒng)相連，對(duì)各設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。PLC應(yīng)配有存儲(chǔ)卡，防止程序丟失，輸入輸出點(diǎn)應(yīng)備有15%余量，留有擴(kuò)展擴(kuò)充空間。

全套系統(tǒng)具有開機(jī)聲光報(bào)警指示，具有手動(dòng)調(diào)試旋鈕和緊急停止按鈕。

控制系統(tǒng)應(yīng)具有手動(dòng)/自動(dòng)兩種操作方式，由操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇。手動(dòng)操作時(shí)，本生產(chǎn)線各個(gè)單機(jī)設(shè)備，可進(jìn)行順序運(yùn)行。手動(dòng)系統(tǒng)完成設(shè)備的單機(jī)啟動(dòng)，利于設(shè)備的調(diào)試、檢修，各人工工作點(diǎn)要設(shè)置全線緊急停止按鈕。自動(dòng)方式時(shí)，本生產(chǎn)線各個(gè)單機(jī)設(shè)備，按照PLC系統(tǒng)的邏輯程序運(yùn)行。當(dāng)有一臺(tái)電機(jī)過載時(shí)，系統(tǒng)先行停止該電機(jī)，然后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)停止程序，系統(tǒng)裝置可及時(shí)發(fā)出故障信號(hào)，并顯示故障類型和位置。

操作箱設(shè)置位置要從作業(yè)性、安全性進(jìn)行考慮，盡量布置在操作者方便操作的位置。操作箱應(yīng)具有防水、防塵結(jié)構(gòu)，門上的密封應(yīng)耐油。操作箱控制柜門易于開閉，鎖緊機(jī)構(gòu)耐久性好。

2 結(jié)論

該生產(chǎn)線很好的改善了鑄件生產(chǎn)過程中冷卻、清理工序的高溫、高粉塵的工作條件，提高了工作效率。為鑄件清理實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能、減排的生產(chǎn)環(huán)境創(chuàng)出了一條思路。

［1］劉小龍.現(xiàn)代鑄件清理方式［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2011（4）:12-13.

［2］李睿敏，姜培剛，張彥海.缸體拋丸清理智能控制系統(tǒng)的研制［J］.鑄造技術(shù)，2005（2）:55-57.

［3］張利欣，尹德秀，張利.機(jī)械手拋丸機(jī)在鑄件清理中的應(yīng)用與改進(jìn)［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（4）:16-18.

［4］薛萬龍.年產(chǎn)40000臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體鑄件的樹脂砂鑄造車間清理工部的設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2005（3）:64-67.