劉玲玲，李保強

（1.鄭州財經學院，河南鄭州 450044；2.機械工業(yè)第六設計研究院有限公司,河南鄭州 450007）

基于懸掛鏈式曲軸熱處理生產線的研究

劉玲玲1，李保強2

（1.鄭州財經學院，河南鄭州 450044；2.機械工業(yè)第六設計研究院有限公司,河南鄭州 450007）

介紹了曲軸懸掛鏈式熱處理生產線的組成和技術參數(shù)，對懸掛鏈式生產線的工藝流程、正火和回火加熱爐、冷卻室、懸掛積放輸送系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等做了闡述。該生產線對建設高效、清潔、節(jié)能的熱處理生產設備有一定的指導意義。

懸掛鏈；曲軸；熱處理；生產線

懸掛鏈式熱處理生產線是一種自動化程度較高的連續(xù)式生產線，可以實現(xiàn)工件的裝卸、加熱、冷卻于一閉合環(huán)路的大型工藝裝備［1-2］。曲軸等長軸類零件的熱處理主要是正火和回火處理，在傳統(tǒng)生產工藝中多采用堆放或平放的形式，使得工件的加熱變形較大。應用懸掛鏈式結構，對這種大批量且適合懸掛的工件采用垂直放置和連續(xù)加熱，經過連續(xù)式熱處理線熱處理，其斷面受熱均勻，熱處理后工件組織均勻度好，機械性能高［3-4］。每一個工件在熱處理爐中的熱（加熱、冷卻）歷程完全一樣，所以工件各個部位熱處理后的機械性能差異小，復現(xiàn)性極好。工件冷卻后變形量不大于1.0?mm/m，同支曲軸表面布氏硬度差≤30?HB。

1　生產線運行參數(shù)

某曲軸熱處理車間生產參數(shù)：工件最大長度1?150?m，工件最大回轉直徑250?mm，工件最大質量100?kg，工件平均質量85?kg。生產節(jié)拍：每7?分鐘處理4件。材質主要面向球墨鑄鐵的熱處理，工件熱處理放置方式為曲軸垂直吊掛，平衡吊裝卸工件。加熱系統(tǒng)采用電加熱輻射管加熱。設備運行生產工藝過程：上件→正火加熱→?風霧結合冷卻→?回火加熱→?風冷→下件。

2　生產線的組成

根據(jù)球墨鑄鐵曲軸鑄件的工藝要求設計懸掛鏈式熱處理生產線，生產線設備組成圖見圖1所示。生產線主要由正火加熱爐、正火冷卻室、回火加熱爐、回火冷卻室、輸送系統(tǒng)、裝卸料平衡吊、梯子檢修平臺圍欄、風機系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、吊具等組成。

2.1正火和回火加熱爐

加熱爐由爐體、爐門、電加熱系統(tǒng)、爐頂冷卻系統(tǒng)及防護圍欄等組成［5］。爐體由鋼結構、耐火纖維爐襯、輕質耐火磚等組成。正火爐高純度硅酸鋁纖維模塊爐襯厚度達到350?mm，回火爐標準硅酸鋁纖維模塊爐襯厚度達到300?mm。正火爐硅酸鋁纖維長期使用溫度大于1?100?℃，回火爐硅酸鋁纖維長期使用溫度大于900?℃。連續(xù)工作使用壽命≥10年。

進、出料端爐門采用氣動雙開門，爐門與爐體密封采用自壓緊方式，爐門纖維與爐門口耐熱鑄鐵板形成軟硬密封，密封效果好，爐門保溫厚度與爐體一致。爐門的開閉與進出料動作由程序自動控制，并有安全聯(lián)鎖和緩沖措施。

爐頂冷卻系統(tǒng)由鼓風機、送風管、送風箱、回風箱、回風管、引風機等組成，用于對爐頂鋼結構、吊具、控制元件等進行冷卻，減少爐體及輸送系統(tǒng)結構變形并延長使用壽命。設計合理的風箱、風孔以及風機風量和壓力，滿足爐頂冷卻要求。

圖1　生產線設備組成圖

2.2正火冷卻室

正火加熱后的工件進入正火冷卻室，正火冷卻室由鋼結構、保溫層、304不銹鋼內板及風箱、送風管、霧化噴嘴、排風管、水泵及管道等組成。風箱管道及噴霧系統(tǒng)與工件相應的位置處分布了風道及風孔，確保均勻的冷卻氣流作用于工件各處。

正火冷卻采用風霧結合冷卻，各冷卻工位的霧量、時間能獨立控制；每掛能獨立旋轉冷卻；水蒸汽、熱氣全部排出車間外，冷卻室未被汽化的水收集回流到水箱進行再循環(huán)利用。設有一個水箱，水溫高于某一可調的設定值時能自動往循環(huán)水箱加水，低于某一可調設定值時能自動停止加水。水位高于某一設定值，水泵啟動進行排水，低于某一設定值，水泵啟動進行補水。正火冷卻時間為13～23?min，正火冷卻后工件溫度約為450?℃左右，能滿足工藝要求。

2.3回火冷卻室

工件經過回火加熱后，進入回火冷卻室。冷卻室通過風嘴吹風進行強制冷卻，到達卸件工位時曲軸表面溫度在100?℃以下?；鼗鹄鋮s由鋼結構、保溫層、風箱、送風管及排風管等組成。

風箱管道與工件相應的位置處分布了風道及風孔，確保均勻的冷卻氣流作用于工件各處。考慮到隨著工件溫度的下降，換熱量越來越小，所以沿工件輸送方向，冷卻風量逐步增大。各段風嘴的多少及風量的大小事先經過計算，盡量保證冷卻曲線均勻平滑，使工件冷卻時不產生新的內應力。

2.4懸掛鏈輸送系統(tǒng)

采用積放推式懸鏈輸送系統(tǒng)來吊掛曲軸，牽引鏈條的運行速度可調、安全可靠。系統(tǒng)由軌道、回轉裝置、道岔、牽引鏈條、積放小車、停止器、各種開關裝置、驅動裝置、張緊裝置、氣動單元、安全防護裝置、潤滑裝置、檢修岔道、控制系統(tǒng)組成。上層軌道為牽引軌道，牽引鏈條沿軌道運行；下層軌道為承載軌道，積放小車沿承載軌道運行。積放小車與牽引鏈條分離，可實現(xiàn)對積放小車的靈活控制。積放小車之間可自動積放。

PLC根據(jù)設定好的節(jié)拍自動完成懸掛積放鏈、爐門等部分的控制，各個動作之間具有安全聯(lián)鎖。各部分動作順序：啟動懸鏈→打開回火冷卻室停止器，出件→打開回火爐出件門→打開回火爐停止器，出件→關閉回火爐出件門→打開回火爐進件門，進件→關閉回火爐進件門→打開正火冷卻室停止器，出件→打開正火爐出件門→打開正火爐停止器，出件→關閉正火爐出件門→打開正火爐進件爐門→打開等待工位停止器進件→關閉正火爐進件門→打開上料前停止器出件→工件到達進爐等待工位后停止懸鏈。

2.5電氣系統(tǒng)及自動化控制

電氣控制系統(tǒng)采用集中控制，曲軸熱處理生產線設一個控制室，控制室內設有加熱控制柜、主控制柜、工控機、視頻監(jiān)控顯示器、空調、電腦桌等。整條生產線由PLC控制，工控機組態(tài)界面進行監(jiān)控和管理。電氣控制系統(tǒng)主要由加熱及溫度控制系統(tǒng)、正火冷卻控制系統(tǒng)、懸掛鏈輸送控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)及遠紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

正火加熱爐加熱安裝功率1?296?kW，設8個溫度區(qū)。回火加熱爐加熱安裝功率540?kW，設6個溫度區(qū)。每個加熱控制回路由斷路器、接觸器、電流互感器、快速熔斷器、可控硅、觸發(fā)器等組成，可控硅配有散熱器、冷卻風扇和溫度開關。加熱回路中的斷路器和快速熔斷器可實現(xiàn)可控硅的過載、短路保護功能，可控硅具有過熱保護及報警功能。溫度控制系統(tǒng)由智能溫控儀表、熱電偶、可控硅、觸發(fā)器組成閉環(huán)控制。溫控儀表的設定溫度、實際溫度等參數(shù)可通過RS485通訊上傳到計算機組態(tài)界面上，并在界面上顯示和記錄溫度曲線，溫度曲線可打印。

正火冷卻控制系統(tǒng)由風機控制回路、噴霧冷卻水控制回路、工件旋轉控制回路等組成。懸掛鏈控制系統(tǒng)由懸掛鏈驅動電機、停止器、位置檢測裝置、上下工件位置操作箱等組成。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)工藝設定編程、生產線實時狀態(tài)監(jiān)控、在線控制、在線記錄、生產數(shù)據(jù)管理、設備故障的實時報警和歷史故障記錄、溫度曲線的實時顯示和歷史記錄、歷史曲線追溯查詢功能等。

電視監(jiān)控系統(tǒng)主要完成生產線的爐門、上件工位、下件工位、冷卻室附近的視頻監(jiān)控，攝像頭圖像在總控制室進行顯示和記錄，方便對整個生產線的狀態(tài)進行監(jiān)控和管理。

遠紅外測溫儀在線監(jiān)控正火冷卻前后的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)顯示在工控機組態(tài)界面中，并進行歷史記錄，當溫度出現(xiàn)異常時進行聲光報警。

3　結束語

懸掛鏈式曲軸熱處理生產線在曲軸正-回火處理應用中，爐溫均勻性良好［6］，產品質量穩(wěn)定。曲軸懸掛加熱冷卻，減小了熱處理過程中工件的熱變形，節(jié)約了后續(xù)工序時間，同時自動化連續(xù)式生產對節(jié)約能源提高生產效率有明顯作用。

[1] 王祥東，程紅曉，劉肅人，等.火車軸懸掛鏈式熱處理生產線的開發(fā)應用[J].機械工人（熱加工）. 2004, (8)：67-68.

[2] 張廣利.電加熱懸掛式汽車前軸、曲軸熱處理生產線[J].工業(yè)加熱. 2010,39(5)：65-67.

[3] 瞿仲華，韓同鵬，章路青，等.基于懸掛式積放鏈的熱處理生產線研究[J].工業(yè)爐.2012，3(2):27-28.

[4] 楊思一，叢建臣，孫海濤，等.球墨鑄鐵曲軸的鑄造及熱處理工藝[J].鑄造.2012,61(6)：651-653.

[5] 姜永錄，張廣利. 用于鐵道車輛車軸的熱處理生產線[J].中國鑄造裝備與技術.2007,(3)：42-44.

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征稿啟示

《中國鑄造裝備與技術》雜志（CN37—1269/TG）是由中國科協(xié)主管，中國機械工程學會、濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司主辦的國家級綜合型科學技術刊物，中國機械工程學會鑄造學會會刊,科技核心期刊，1963年創(chuàng)刊（曾用名《鑄造機械》《中國鑄機》）。該刊一直反映鑄造行業(yè)科研研究前沿水準與最新成果，倡導學術精神，注重學術與實用相結合、生產與理論相結合、專業(yè)與知識相結合，努力辦出了自己的特色,深受廣大讀者的喜愛。歡迎鑄造企業(yè)管理人員、技術人員，科研院所科研設計人員，以及大專院校師生積極撰寫論文，踴躍投稿!稿件一經錄用，稿酬從優(yōu)，并免費向作者贈閱6期期刊。

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Research on hanging chain heat treatment production line for Crankshaft

LIU?LingLing1，?LI?BaoQiang2
（1.Zhengzhou?Institute?of?Finance?and?Economics，?Zhengzhou?450044，Henan，?China；?2.?SIPPR?Engineering?Group?Co.，?Ltd.，?Zhengzhou?450007，?Henan，?China）

This?paper?describes?the?composition?and?technical?parameters?of?the?crankshaft?hanging?chain?heat?treatment?production?line，?elaborated?hanging?chain?production?line?process，?normalizing?and?tempering?furnace，?cooling?chamber，?hanging?product?release?delivery?system?and?electrical?control?systems.?The?production?line?for?the?construction?of?effcient，?clean，?energy-effcient?heat?production?facilities?has?some?signifcance.

Hanging?chain；?Crankshaft；?Heat?treatment；?Production?line

TG155;

A；

1006-9658（2015）04-0033-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.009

2015-02-09

稿件編號:1502-814

劉玲玲(1985—) 女，工學碩士，講師。主要研究方向為熱處理設備及工藝，智能控制系統(tǒng)等.