铁路货车摇枕侧架冷却清理生产线

2011-01-24姜旭

铸造设备与工艺 2011年5期

姜旭

（秦皇岛开发区春光铸造机械有限公司，河北秦皇岛 066000）

以动车、高铁为代表的铁路运输装备的飞速发展振奋人心。铁路货车在高速、重载的发展方向上同样取得了很大的进步。高速、重载的货车摇枕侧架是重要走行部件，所以铁路货车摇枕侧架铸造生产方面不断采用新的铸造技术，提高了铸件质量，为货车的高速、重载提供保障。在铁路货车摇枕侧架铸件生产中清理是必要的生产工序之一。清理是铸件落砂后去除铸件上的浇冒口、清理铸件残存的芯砂、铸件表面的粘砂、飞边毛刺，经抛丸的工艺过程。

清理工部的工作环境是高温、高粉尘、高噪音。因此，它是整个铸造生产过程中最繁重、工作条件最差的环节。

众所周知铸件清理工作是整个铸造生产过程中必不可少的重要环节之一，解决清理工部的工作环境，改善劳动条件，提高铸件表面质量对实现绿色、节能、减排的铸造生产具有重要作用。

针对铁路货车摇枕侧架铸造清理工序的现状，研制了一条铁路摇枕侧架冷却清理生产线。该生产线包括铸件落砂，将铸件吊挂在冷却清理生产线上完成铸件悬挂冷却，浇冒口去除，铸件飞边毛刺的去除，抛丸清理后将工件卸下的工序过程。该生产线采用机械手上料，计算机控制技术提高了自动化程序，实现了清理工序，绿色环保生产[1-2]。

该生产线采用专用上料装置将落砂后的热态铸件挂在输送线上，通过积放式悬挂输送系统将铸件送至每一个工位，铸件在冷却室内冷却至规定温度，在切割室内切割（气冲）去除浇冒口和切割飞边毛刺，在气刨室内对铸件表面进行修整，切割清理产生的废料集中收集后处理，在抛丸室内对铸件进行表面清理、吹灰。除尘系统布置在室外，其余设施均应布置在室内。

1 生产线布局

摇枕侧架冷却清理生产线平面布置如图1所示。

1.1 厂房环境条件

供给电源：380V/220V±10%，50Hz±2%；

供压缩空气：0.4～0.6（MPa）；

厂房环境温度：－8℃～45℃；

相对湿度：≤95%；

图1 摇枕侧架冷却清理生产线平面布置

工作制度：三班工作制；

生产率：2min/件（节拍）。

1.2 配置及技术要求

处理工件：摇枕、侧架（铸钢件）；

工件最大重量：1000kg；

工件最大尺寸：2684×800×730（mm）；

工艺流程：上料→冷却→浇冒口去除→电弧气刨→抛丸→下料。

1.3 上料机械手[3]

1.3.1 功能描述

通过人工操作专用上料装置将开箱后的热态铸件在砂箱中夹紧、举升、挂钩上线，不需人工辅助。

1.3.2 技术要求

1）上料机械手设计合理，能快速、准确上料，操作简单，易于控制，维修方便，可靠性、安全性高，适用高温环境操作（夹持工件约700℃）。

2）上料机械手上线效率：1件/min

3）上料机械手设计有一定的通用性，能适用转K5、K6等摇枕、侧架的上料；夹持位置、夹持力合理，不影响铸件质量；上料装置采用液压驱动，液压介质为液压油或水-乙二醇。

4）夹持臂由大、小臂相连而成，其覆盖半径不小于5m，上料装置可360°旋转。

5）上料机械手挂钩环节须自动挂钩。操作室内需设置空调，改善工作环境。

1.4 积放式悬挂输送线

1.4.1 功能描述

铸件挂在积放小车上，通过输送线将待处理铸件送至工艺流程上的每一个工位，在线完成相关清理工作，积放小车一个循环后回到上料工位，等待再用。输送线上应根据各工位工艺需要合理设置停止器、小车检修岔道，在抛丸室、吹灰室应设置吊钩自转系统。

1.4.2 技术要求

组成：积放小车、输送链条、驱动装置、涨紧装置、停止器、自转装置、输送轨道、检修道岔、止退器、小车发号器、吊具、控制系统等。

1）输送系统总高度小于5m，输送线长度经济合理，系统刚度、强度应能满足生产和工艺要求，系统运行平稳、安全、牢靠。

2）采用WWJ6型积放推式悬链输送系统，一钩一件。输送链的输送速度6 m/min～15m/min。

3）涨紧装置用来补偿链长和轨道长的制造误差，装置能有效保持链条的涨紧状态，消除线路中可能产生的涨力。

4）根据生产需要设置一定数量的停止器，停止器须具备手动、自动功能。

5）积放小车、积放轨道要有足够的承载能力，保证积放小车到达工位积存，完成所需工艺。

在输送链上的合理位置设3个检修道岔，方便小车等部件检修。

1.5 冷却系统

1.5.1 功能描述

高温工件在冷却室内分段控温冷却，3.5 h内将铸件温度从600℃冷却到50℃。

1.5.2 组成与工艺过程

组成：冷却室、鼓风机、引风机、管路系统、废料清理装置、除尘系统等、控温系统、控制系统等。冷却工位分为高温和低温两个室，高温室设3区，低温室设4区，分区自动检测、自动控温。冷却室布置应紧凑合理。

冷却工艺：第一阶段（高温段）：在1.5 h内将铸件温度从600℃冷却到300℃，冷却速度可调，但此过程冷却速率不得大于300℃/h。第二阶段（低温段）：在2 h内将铸件温度从300℃降至50℃以下，冷却速度可调。

1.5.3 技术要求

1）冷却室里的冷却区须有精确的自动检测及控温冷却系统，固定式远红外测温仪对铸件表面温度进行测温（误差≤±5℃），测温点布置和测温频率应合理，确保满足工艺要求，系统根据测温仪所测温度，按冷却工艺自动调整风量控制工件冷却速度。测温装置应采取防护措施。

2）风冷系统的风道、风嘴设计，采用简易有效的风嘴能实现冷风对工件不同部位进行不同速度的冷却，使工件冷却不留死区。风冷系统风量连续可调（所有风机均采用变频器来调整），保证不同的冷却速率需要。要充分考虑到气温的变化，采取措施来满足冷却要求。

3）冷却室管路系统设计确保有一定的刚度，安全性好、可靠性高；冷却室、管路系统外部有高温防护措施，避免过高温度烫伤操作和维修工人。

4）在高温段冷却室采用刮板清理装置清理落下的废料，刮板做往复运动（刮板须做成易换装置），确保室内无残留废料，利用冷却室下面的废砂收集皮带将废料集中收集、处理。

1.5.4 冷却系统的除尘系统

冷却系统除尘器的功能：主要用于对冷却室内产生浮尘的尘气进行净化后排放。采用可靠性很强的双级除尘系统（旋风+布袋），保障灰尘的有效排放，除尘效率达99.5%以上，灰尘排放浓度≤50mg/m3。符合GB16297—1996排放标准。冷却室前两个小时冷却区的引风管道通过旋风+布袋后除尘排放，后一个半小时冷却区所引的热风不通过除尘器直接排放。

除尘管道的设计要根据现场的实际情况做到科学规范，结构布局合理紧凑，固定可靠，所有管道与管道、管道与风机、整机的连接牢固密封良好，管道的布置应不妨碍厂房内天车通过。清灰采用脉冲反吹，分室离线清灰。各除尘点均设计风量闸门调节风量，除尘系统应布置在室外合理的位置，所排灰尘采用汽车接运方式处理[4]。

1.6 切割、气刨系统

1.6.1 功能描述

工人在操作室内完成对铸件浇注系统、冒口、披缝、飞边、毛刺、出气棒等的气割、气冲、气刨清除，落下的废料集中收集处理。

1.6.2 技术要求

组成：切割室、气刨室、夹紧机构、隔离装置、操作平台、废料输送装置、废料收集装置、除尘系统等。

切割、气刨室均设置4个操作工位。切割室、气刨室内分室设置点动互锁装置（每个操作室内4个操作工位共同完成点动通过指令后，工件才能运行），控制输送小车进入、离开工位，并与操作室内的夹紧装置联动。操作按钮设置在安全、便于操作的位置，每个操作工位均应设置警示铃。

切割、气刨室根据铸件结构设计不同高度的操作平台，便于操作工人对铸件各个位置进行清理。操作工位之间须设置相应的隔断措施，防止操作过程中相互干扰，分隔墙上应有缓冲、防护装置，避免飞溅的火花伤害操作者。

夹紧位置：切割操作室须选用有效、自动的铸件夹紧装置和可靠性较高的液压动力装置，夹紧位置、夹持力不影响铸件的质量和工人操作，应具有一定的通用性。切割操作室内的夹紧装置夹紧后铸件须脱离吊钩5mm～10mm，确保输送线及小车不承受外来冲击载荷；夹持装置应能承受气冲工具清理冒口产生的较大冲击载荷。气刨操作室内只需要设置简易的防止工件晃动装置，应便于操作，动作联锁可靠。

废料输送装置采用方式为磷板输送，磷板须有足够的强度和耐冲击性（单个冒口重量为30kg），将各种废料收集运送溜进集中收集坑内。磷板输送装置具有手动、自动控制功能。

1.7 抛丸系统

1.7.1 功能描述及要求

经气刨后的摇枕、侧架进入抛丸室内充分抛丸，在吹灰室内清理铸件灰尘及内部钢丸，吹灰室内应设置钢丸分离、回收、除尘装置。抛丸室布置在厂房内，且能便于天车通过。室体外饰板颜色应与整个生产线一致。

1.7.2 技术要求

1）抛丸室及密封室结构

抛丸室内壁区域均安装合金铸钢耐磨防护钢板，全方位防护，护板结构、布置合理，耐磨防护钢板厚度不小于12mm。抛丸室底部采用合金铸钢耐磨孔板防护，护板厚度≥14mm。抛丸室的密封及防护：工作中不得有钢丸、粉尘泄漏，开门时门处集丸能自动进入钢丸收集系统。

2）曲线叶片高效抛丸器要求：

叶片：选用高铬特种耐磨铸铁制成，热处理后表面硬度≥HRC65，有较高的耐磨性，使用寿命≥600h。

分丸轮：选用高铬特种耐磨铸铁制成，热处理后表面硬度≥HRC65，使用寿命≥600h；叶轮材质20CrMnMo，使用寿命≥8000h。

定向套：全封闭刻度盘式，可方便地调节抛射角度和抛出方向，选用高铬特种耐磨铸铁制成，热处理后表面硬度≥HRC65，使用寿命≥600h。

罩壳：壳体由优质钢板焊接而成，内侧衬有可更换、使用寿命长、互相连锁的迷宫式高铬特种耐磨铸铁护板。

3）丸料循环净化系统

振动输送器：由振动电机、筛体、橡胶弹簧等组成。

提升机：由摆线针轮减速机、上下滚筒、输送胶带、料斗、封闭料筒和涨紧装置等组成。

丸砂分离器：采用滚筒筛+风选的方式分离丸砂，将丸砂分离干净。

弹丸分配系统：应确保各抛丸器钢丸分配均匀，与所需供丸量匹配，满足抛丸清理的效果和效率，钢丸流动角度设计应合理、顺畅。

抛丸器的启停与抛丸室大门开闭合理联锁，在保证清理效果和效率的同时，有效控制尘、丸的外溢。

4）工件自转机构：由摆线针轮减速机、主动链轮、链条、涨紧链轮和导轮等件组成。

5）清灰室：清灰室与抛丸室应有合理隔断，控制、铸件通过方便，与相关动作联锁。清灰室的吹风风嘴设计、布置有效清理铸件的灰尘和内腔钢丸，并能将清理出的钢丸自动回收使用。

6）除尘系统

除尘系统采用可靠性很强的双级除尘系统（旋风+布袋），保障灰尘的有效排放，除尘效率达99.5%以上，工作场地粉尘浓度小于8 mg/m3，灰尘排放浓度≤80mg/m3，符合GB16297-1996排放标准。除尘器应布置在室外，并设置必要的防雨棚，除尘器排烟筒应合理设置检测孔和检测平台。

1.8 电气及控制系统

本生产线各单元设备应采用S7系列PLC，PLC均需留有与PROFIBUS总线连接的通讯接口，必须保证该系统将来可通过现场总线与DCS集散控制系统相连，对各设备自动控制系统进行控制和管理。PLC应配有存储卡，防止程序丢失，输入输出点应备有15%余量，留有扩展扩充空间。

全套系统具有开机声光报警指示，具有手动调试旋钮和紧急停止按钮。

控制系统应具有手动/自动两种操作方式，由操作台上的转换开关选择。手动操作时，本生产线各个单机设备，可进行顺序运行。手动系统完成设备的单机启动，利于设备的调试、检修，各人工工作点要设置全线紧急停止按钮。自动方式时，本生产线各个单机设备，按照PLC系统的逻辑程序运行。当有一台电机过载时，系统先行停止该电机，然后系统自动进入自动停止程序，系统装置可及时发出故障信号，并显示故障类型和位置。

操作箱设置位置要从作业性、安全性进行考虑，尽量布置在操作者方便操作的位置。操作箱应具有防水、防尘结构，门上的密封应耐油。操作箱控制柜门易于开闭，锁紧机构耐久性好。