習(xí) 杰，王彥懷，王亞飛，甄毅

（1. 新興河北工程技術(shù)有限公司，河北邯鄲 056107； 2. 新興鑄管股份有限公司，河北邯鄲 056107）

離心球墨鑄鐵管精整設(shè)備的設(shè)計(jì)

習(xí) 杰1，王彥懷1，王亞飛1，甄毅2

（1. 新興河北工程技術(shù)有限公司，河北邯鄲 056107； 2. 新興鑄管股份有限公司，河北邯鄲 056107）

為提高鑄管生產(chǎn)線整體高質(zhì)量、持久平穩(wěn)的運(yùn)行使用效果，在設(shè)計(jì)時，一定要保證機(jī)、電、液各專業(yè)的融會貫通，一體化的整體設(shè)計(jì)思路。主要介紹了大口徑鑄管整凃生產(chǎn)線上典型設(shè)備，在工藝設(shè)計(jì)時，從機(jī)械到自動化控制系統(tǒng)的相互融合的設(shè)計(jì)關(guān)系，從而為相關(guān)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)帶來一定的啟示作用。

球墨鑄鐵管；整凃生產(chǎn)線；控制系統(tǒng)；自動化

1　市場背景

根據(jù)近期鑄造協(xié)會的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，已建成的國內(nèi)大口徑（公稱直徑≥1 400 mm）鑄管生產(chǎn)線將近13條，但是平均年生產(chǎn)水平僅為5萬噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論計(jì)算生產(chǎn)線的產(chǎn)能水平。究其原因，市場需求的主導(dǎo)因素占了很大比例，由于需求量不高（不考慮出口因素，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010-2011年間國內(nèi)大口徑鑄管年需求量僅為20～30萬噸），該規(guī)格區(qū)域生產(chǎn)線的裝備及自動化程度均不高，基本上均是半機(jī)械化、勞動密集型的生產(chǎn)線。但是近年來，隨著人力成本的逐年增加，其在生產(chǎn)成本中逐步占據(jù)了較大比例。與此同時，2013-2014年南水北調(diào)工程的全面鋪設(shè)，帶來了巨大的市場需求。在這樣的背景驅(qū)動下，企業(yè)展開了生產(chǎn)線的智能化升級改造刻不容緩。

圖1　大口徑鑄管整凃線工藝流程圖

2　裝備的自動化、合理化設(shè)計(jì)

在此工程項(xiàng)目中，將整涂生產(chǎn)線上原人工操作或半自動操作的工序，全部改為機(jī)械自動化操作，從而提高了整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。整凃線主要工藝流程圖如圖1所示。

下面我們選擇典型設(shè)備設(shè)計(jì)案例進(jìn)行簡明介紹。

2.1運(yùn)輸設(shè)備的自動化定位設(shè)計(jì)

大口徑鑄管因其管件質(zhì)量、直徑大（1 400～2 600 mm），在運(yùn)輸過程中由于慣性大，其運(yùn)輸穩(wěn)定性及精確性都難控制，因此在生產(chǎn)線上的運(yùn)輸一般是采用起重設(shè)備進(jìn)行吊裝運(yùn)輸，這樣在生產(chǎn)線上起重機(jī)的配置數(shù)量比較多，不僅生產(chǎn)成本較高，且效率較低，操作人員較多。

新型的生產(chǎn)線從根本上解決了上述問題，我們采用了液壓剪力撐式運(yùn)管車（圖2、圖3），用于精整線各工位間鑄管自動運(yùn)輸銜接。運(yùn)管車在程序控制下達(dá)到精確定位，且在各工序間運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自動連鎖自動啟停。

（1）鑄管到位判斷

圖2　多臺運(yùn)管車運(yùn)行的生產(chǎn)廠景

圖3　運(yùn)管車運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)工位后的工況

整凃線各工位安裝光電開關(guān)，可檢測當(dāng)前工位是否有鑄管，在生產(chǎn)線全自動生產(chǎn)時為向下一工位自動傳輸提供判斷條件。部分工位因有干擾反饋信號的因素，采用安裝稱重傳感器來替代光電開關(guān)的進(jìn)行判斷。

(2)工序間的自動運(yùn)輸

運(yùn)管車在工位間運(yùn)送鑄管在程序上包含以下動作：“舉升—行走—減速—停車—降落”，每臺運(yùn)管車舉升裝置都安裝有限位開關(guān)用以檢測舉升裝置降落位置，運(yùn)管車主傳動軸上安裝有編碼器可實(shí)現(xiàn)運(yùn)管車運(yùn)送鑄管過程中的精確定位。

當(dāng)生產(chǎn)線上一工位鑄管處理完成后，給相應(yīng)運(yùn)管平車發(fā)送命令，通過PLC程序可將鑄管自動運(yùn)送至下一工位（圖3）。

圖3　運(yùn)管車運(yùn)送范圍及聯(lián)鎖條件

2.2人工操作設(shè)備的全自動化設(shè)計(jì)

典型設(shè)計(jì)案例為：（承）插口外倒角機(jī)。

該設(shè)備因鑄管產(chǎn)品的差異性較大，在倒角作用力及磨削時間上存在個體差異性，因此比較難以統(tǒng)一控制?；诖嗽?，在原有生產(chǎn)線上一般依靠人力自行掌握，磨削質(zhì)量不理想，且工人勞動強(qiáng)度較大（圖4）。

此次設(shè)計(jì)的全自動外倒角機(jī)設(shè)備，根據(jù)合理的受力分析和計(jì)算，將磨削受力點(diǎn)改為砂輪的上端面，磨削力依靠氣缸的柔性力來調(diào)整，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動操作（圖5）。從倒角機(jī)的入位，砂輪壓緊力度的調(diào)節(jié)，磨削時間的控制均采用程序的自動控制和檢測，從而在磨削外觀質(zhì)量上達(dá)到了整齊一致，對產(chǎn)品整體質(zhì)量的提高起到一定的作用。

圖4　手工操作的外倒角機(jī)設(shè)備

圖5　全自動外倒角機(jī)設(shè)備

2.3半自動化設(shè)備的高效全自動設(shè)計(jì)

典型設(shè)計(jì)案例為：水泥內(nèi)磨機(jī)（內(nèi)襯水磨處理設(shè)備）。

該設(shè)備因特殊的工作環(huán)境（泥漿多、振動大），導(dǎo)致設(shè)備調(diào)整和維護(hù)非常困難。新型設(shè)備與當(dāng)前行業(yè)水平比較，主要有以下幾個方面的改進(jìn)，見表1。

圖6　全自動倒角機(jī)設(shè)備

表1　主要改進(jìn)對比

3　結(jié)束語

在鑄管生產(chǎn)線上進(jìn)行的精確控制技術(shù)的探索研發(fā)，不僅能夠創(chuàng)造豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，在節(jié)能減支上具有深遠(yuǎn)的社會意義。這項(xiàng)工程技術(shù)的應(yīng)用成功，具有設(shè)備自動化程度高、控制精度準(zhǔn)確、產(chǎn)品外觀質(zhì)量優(yōu)良等特點(diǎn)，不僅為傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，而且從根本上解決了影響鑄管質(zhì)量的制約因素。

圖7　 全自動水泥內(nèi)磨機(jī)

圖8　半自動水泥內(nèi)磨機(jī)

圖9　水泥內(nèi)磨機(jī)設(shè)備原理圖

［1］ 范英俊 .離心球墨鑄鐵管工藝及裝備［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2001.1:105-124.

［2］ 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.水及燃?xì)庥们蚰T鐵管、管件及附件［S］. 2013.12.17:7～9.

［3］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版 第一卷）［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.1.

［4］ 徐培萬.離心鑄造球墨鑄鐵管水泥內(nèi)襯布料機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.中國鑄造裝備與技術(shù),1995（4）.

The Centrifugal casting Pipe Finishing Machine Intelligent Control Design

XI Jie1， WANG YanHuai1，WANG YaFei1，ZHEN Yi2
（1. Xinxing Hebei Engineering & Research Incorporation Limited，Handan 056107，Hebei，China；2. Xinxing Pipes Co.，LTD.，Handan 056107，Hebei，China）

In order to improve the high quality and stable running of the whole production line， integrated design idea of mechanism，electric and hydraulic should be taken. This article mainly introduces typical equipment of the production line precision，the relationship between mechanical design and automation control design when taking technical design. For related engineering design in the field of leading role.

Centrifugal Casting-pipe；Finishing line；Control system； Automation

TG249.4；

A；

1006-9658（2015）06-0066-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.019

2015-05-21

稿件編號:1505-945

習(xí)杰（1973—），女，高級工程師，長期從事離心球墨鑄鐵管裝備的設(shè)計(jì)與研究，新裝備研發(fā)，鑄鐵管及管件標(biāo)準(zhǔn)化.