宋仲明, 陳達(dá)能

（南車長(zhǎng)江銅陵車輛有限公司，安徽銅陵 244142）

砂芯托架回送線自動(dòng)化改造

宋仲明, 陳達(dá)能

（南車長(zhǎng)江銅陵車輛有限公司，安徽銅陵 244142）

由于鑄造車間的托架回送線無法連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行、電機(jī)燒毀故障頻發(fā)等嚴(yán)重制約了外模造型生產(chǎn)節(jié)拍。通過對(duì)PLC程序的修改來改變系統(tǒng)控制原理，由原設(shè)計(jì)的光電計(jì)數(shù)控制方式改進(jìn)為計(jì)時(shí)控制方式；將托輥驅(qū)動(dòng)的減速系統(tǒng)由內(nèi)置式改為外置式，同時(shí)增大驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率；對(duì)原分段托輥進(jìn)行拆分重組等。改進(jìn)后，托架回送自動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，故障率大大降低，滿足了外模的節(jié)拍化生產(chǎn)。

托架回送線；PLC程序；托輥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；節(jié)拍化生產(chǎn)

1　托架回送線簡(jiǎn)介

鑄造車間砂芯托架回送線是一臺(tái)托板、托架輸送設(shè)備，連接機(jī)器人下芯設(shè)備與射芯機(jī)，其用途是將下芯后的空托板和托架回送至射芯機(jī)工位，實(shí)現(xiàn)托板和托架的循環(huán)使用。

砂芯托架回送線全長(zhǎng)大約108 m，主要由兩臺(tái)分揀機(jī)、輸送輥道及電控系統(tǒng)組成，是造型生產(chǎn)線上不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。原設(shè)計(jì)中將全長(zhǎng)108 m輥道分為6段控制，每段有托輥80只左右。單段輥道驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率0.75 kW，輸送速度10 m/min，由單段輥道入口位置的光電開關(guān)控制啟停。

當(dāng)托架到達(dá)某單段輥道入口時(shí)，光電開關(guān)檢測(cè)到有工件，PLC計(jì)數(shù)并處理信號(hào)，控制輥道電機(jī)運(yùn)行的接觸器吸合，輥道啟動(dòng)，將工件送往下一單段入口，同時(shí)光電感觸信號(hào)送PLC計(jì)數(shù)。當(dāng)上、下兩段的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)相同時(shí)，上一段輥道停止運(yùn)行。

當(dāng)工件到達(dá)輥道的第4段光電開關(guān)時(shí)，在輥道運(yùn)行過程中對(duì)工件長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，如果測(cè)出長(zhǎng)度為900 mm，輥道停頓，起動(dòng)短板分揀機(jī)，分揀機(jī)升降架升起，托起短工件（即托板）并啟動(dòng)分揀機(jī)托驅(qū)動(dòng)鏈，將短工件由橫向變?yōu)榭v向輸送，過跨到小泥芯射芯機(jī)工位。如果工件長(zhǎng)大于900 mm（即托架），輥道繼續(xù)輸送，到輥道6段位置由長(zhǎng)板分揀機(jī)把托架送出，動(dòng)作原理與短板分揀機(jī)雷同。

2　原設(shè)計(jì)托架回送線的控制原理

原托架回送線系統(tǒng)采用的是PLC的控制方式，托架回送線分為均等的6段輥道，每一段輥道的始端（即為上一輥道的終端）安裝有一個(gè)光電開關(guān)。圖1為輥道2啟動(dòng)和停止的控制方式。

圖1　輥道2啟動(dòng)和停止的控制方式

M1.0為輥道2的輸出，滾1終位I0.4和滾2終位I0.0分別為輥道2的前后端光電信號(hào)。由圖可知，輥道2只要滾1終位光電有信號(hào)即可啟動(dòng)，光電感應(yīng)一次信號(hào)，計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)1次；托架到達(dá)并完全通過滾2終位時(shí)，計(jì)數(shù)器C1進(jìn)行計(jì)數(shù)1次，即通常所說的“一進(jìn)一出”。同時(shí)，系統(tǒng)不斷在進(jìn)行C0與C1的比較，當(dāng)C0=C1時(shí)，表明輥道2進(jìn)出數(shù)量相等，輥道2則停止運(yùn)行；當(dāng)C0不等于C1時(shí)，輥道2會(huì)一直運(yùn)行，直至終端計(jì)數(shù)C1等于始端計(jì)數(shù)C0。

3　托架回送線存在的問題及原因分析

托架回送線設(shè)備自2010年投產(chǎn)以來暴露出諸多問題，一直制約著車間外模造型的節(jié)拍化生產(chǎn)，并對(duì)電弧爐的日產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響，主要問題：

（1）在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，單段運(yùn)送完托架后，電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)有效停止，始終處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；輥道線24 h不停止運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗大量的電能；因電機(jī)的長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行，設(shè)備處于非正常磨耗狀態(tài)，鏈條、鏈輪及托輥使用壽命短、維修成本大，且因非正常磨損造成的設(shè)備故障，對(duì)生產(chǎn)制約因素較大。

（2）單段輥道運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的過載，斷路器跳閘頻繁，電機(jī)燒毀嚴(yán)重。

（3）更換電機(jī)需將其上部托輥拆除，維修時(shí)間長(zhǎng)（約1.5 h），致使車間外模、制芯生產(chǎn)線停滯。

從2012年7月至12月對(duì)托架回送線的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，幾個(gè)月共計(jì)故障25次，其中電機(jī)燒毀10次，占故障總數(shù)量的40%；鏈條損壞8次，占故障總數(shù)量的32%；托輥損壞4次，占故障總數(shù)量的16%；其他信號(hào)等故障3次，占故障總數(shù)量的12%。由此看出，電機(jī)燒毀、傳動(dòng)鏈條損壞是主要原因，分析得知產(chǎn)生以上故障原因有：

（1）光電開關(guān)計(jì)數(shù)失去了其準(zhǔn)確性。鑄造車間環(huán)境較差，粉塵、顆粒等物體掉落至光電開關(guān)可感應(yīng)區(qū)域時(shí)，以及實(shí)際生產(chǎn)中，在3#手工下芯工位，短托板放置于回送線時(shí)，未經(jīng)過光電檢測(cè)計(jì)數(shù)，或者人為橫跨輥道線時(shí)經(jīng)過光電可感應(yīng)區(qū)域，光電開關(guān)誤認(rèn)為已有托架進(jìn)入或者離開某段輥道線，造成出件不等于入件，這就導(dǎo)致輥道線一直在運(yùn)轉(zhuǎn)或者一直不運(yùn)轉(zhuǎn)，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。

（2）單段輥道電機(jī)功率原設(shè)計(jì)只有0.75 kW，功率過小，電機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，電機(jī)燒毀嚴(yán)重；原設(shè)計(jì)單段輥道線托輥為80只左右，牽引阻力大。

（3）原設(shè)計(jì)托輥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，處于托輥下方（圖2），故障后不便于維修，延長(zhǎng)了不必要的維修時(shí)間。

圖2　原設(shè)計(jì)托輥驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

4　改進(jìn)方案及實(shí)施

為保障2013年大件生產(chǎn)，響應(yīng)公司“提產(chǎn)達(dá)能、降本增效”的號(hào)召，降低108 m線設(shè)備月平均故障停機(jī)時(shí)間，針對(duì)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及產(chǎn)生的原因，確定了改進(jìn)方案：

圖3　改進(jìn)后輥道2啟動(dòng)和停止的控制方式

如圖3所示，輥道的啟動(dòng)條件不變，即光電開關(guān)感應(yīng)有物體則相應(yīng)輥道啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。不同的是，改進(jìn)前的計(jì)數(shù)方式取消了，改成了計(jì)時(shí)斷開方式控制輥道的停止。

計(jì)時(shí)時(shí)間的確定方法。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量每個(gè)托架經(jīng)過單段輥道的時(shí)間，再考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損等情況，確定延時(shí)斷開定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間（托架正常經(jīng)過時(shí)間加20 s）。

定時(shí)器的復(fù)位功能。光電開關(guān)信號(hào)同時(shí)還給定時(shí)器輸入復(fù)位信號(hào)。當(dāng)已有托架在輥道中運(yùn)行時(shí)，如又有托架進(jìn)入輥道，定時(shí)器復(fù)位并重新計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)斷開的時(shí)間是按最后一個(gè)進(jìn)入輥道的托架時(shí)間來計(jì)時(shí)的，確保進(jìn)入輥道的托架都能可靠送出。

（2）對(duì)單段超過80只托輥的進(jìn)行拆分。即增加一臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)帶動(dòng)40只左右的托輥。

減速箱動(dòng)力通過聯(lián)軸節(jié)直接傳動(dòng)動(dòng)力，同時(shí)，將電機(jī)功率加大至1.5 kW。計(jì)算如下：

（a）串聯(lián)式鏈傳動(dòng)輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的牽引力計(jì)算：

①f：摩擦系數(shù)，取0.0 1；

②W=Rd+A Ri+（A+1）Wr+We

其中和分別為出行時(shí)間與充電費(fèi)用的重要性系數(shù)，只需要表現(xiàn)出比例關(guān)系即可，一般。實(shí)際使用時(shí)用戶可以根據(jù)自己的需要調(diào)節(jié)比重。

式中：Rd為單個(gè)主動(dòng)輥的重量（不含軸重），110.27 N；A為單段輥道從動(dòng)輥個(gè)數(shù)，3 9；Ri為單個(gè)從動(dòng)輥的重量（不含軸重），110.27 N；Wr為每個(gè)輥?zhàn)映袚?dān)物件重量，3 000/13 N；We為單個(gè)鏈環(huán)重量，6.16 N。

W=110.27+39×110.27+（39+1）×3 000÷13+6.16

=13 647.73（N）

③Q=［（1+I）n-1］/I

式中：I為輥?zhàn)渔湏p耗系數(shù)，取0.02；n為驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)訑?shù)，為40。

Q=［（1+0.02）40-1］÷0.02=60.4

④Dr輥?zhàn)又睆綖?6 mm；

⑤De輥?zhàn)由湘溳喒?jié)圓直徑為66.33 mm；

將①-⑤中的結(jié)果代入牽引力計(jì)算公式得：Pn=f W Q Dr/De=0.01×13 647.73×60.4×

76÷66.33=9 444.98（N）

（b）串聯(lián)式機(jī)動(dòng)輥軸功率計(jì)算：

N=K（PnV/330）×（De/Dr）

=1.3×（9 444.98×10÷330）×（66.33÷76）

=324.73（W）

（c）減速機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算：

T=9 550×P×i/n=9 550×1.5×35÷1 450

=345.78（Nm）

前后運(yùn)行分析比較，在電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n（1 450 r/ min）不變的情況下，由電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式T=9 550×P/n得知，當(dāng)電機(jī)功率由0.75 kW增加到1.5 kW，整個(gè)減速機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩增大一倍，同時(shí)單個(gè)電機(jī)的負(fù)載由80只托輥減少到40只，單臺(tái)電機(jī)的負(fù)載又減少了一半。原設(shè)計(jì)的0.75 kW電機(jī)實(shí)測(cè)其工作電流I工=1.5 A＞1.35 A（0.7I額），此種情況下電機(jī)已經(jīng)處于超載工作狀態(tài)；改造后經(jīng)測(cè)量1.5 kW電機(jī)工作電流I工=2 A＜2.48 A（0.7I額），電機(jī)屬于正常工作狀態(tài)。

（3）將電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)外置（圖4），便于維修，實(shí)際維修時(shí)間縮短至30 min。

圖4　改進(jìn)后電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

5　結(jié)論

截止2013年2月，托板回送線改造工作基本結(jié)束。通過此次方案改進(jìn)，托架回送線系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常自動(dòng)運(yùn)行，故障率明顯降低，極大地提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。改造后取得的效果：

（1）單段托輥?zhàn)詣?dòng)啟動(dòng)（停止）采用光電感應(yīng)PLC計(jì)時(shí)控制的方式，有效解決了因各種波動(dòng)因數(shù)對(duì)光電開關(guān)影響的問題，確保了單段托輥的自動(dòng)啟動(dòng)與停止，實(shí)現(xiàn)了砂芯托架回送線的自動(dòng)控制。

（2）根據(jù)串聯(lián)式機(jī)動(dòng)輥軸功率計(jì)算，重新確定每段傳動(dòng)托輥數(shù)，并選擇與之匹配的電機(jī)功率，解決了傳動(dòng)系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行的問題，大大降低了設(shè)備運(yùn)行的故障率。

（3）將電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)外置，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，便于設(shè)備維修，縮短了維修時(shí)間。

（4）砂芯托架回送線的自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行，滿足了造型、制芯生產(chǎn)線節(jié)拍化生產(chǎn)的要求。

［1］ 廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)（第2版）［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：100-101.

［2］ 邱衛(wèi)東.常用輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2010（4）：69-70.

［3］ 張志紅 .砂芯輥道輸送線［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)， 2009（1）.

［4］ 閆靜.幾種托架的組芯造型工藝［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2008（5）.

Reconstruction for Core Cradle Automatic Loopback Line

SONG ZhongMing， CHEN DaNeng
（CSR Yangtze Tongling Co.Ltd.， Tongling 244142， Anhui， China）

It is to solve the problem that not well-organized molding production caused by incapable constant running of shelf loopback line and frequent errors of electric motor. The system control principle has been changed via revising the PLC program， with the timing control mode instead of oringinal designed photoelectric counting control mode and the built-in mode of deceleration system of supporting rollers has been changed into external one. Meanwhile the power output of driving motor has been increased and the supporting rollers have been rearranged. With these the automatic loopback line has run steadily and reliably with failure rate decreased greatly and molding beat production achieved.

Cradle loopback line； PLC control mode； Roller driving mechanism； Beat production

TG248;

A；

1006－9658（2015）01－0035-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.01.010

2014-08-01

稿件編號(hào)：1408-625

宋仲明（1963—），男，高級(jí)工程師，主要從事鑄造工藝、裝備技術(shù)及管理工作.