水冷球墨铸铁管离心机拔管装置的改进

永通球墨铸铁管有限责任公司 （河南安阳 455133） 乔秀丽 金建军 梁海宏 徐杨斌 胡卫征

近年来，国内离心球墨铸铁管的发展速度很快，特别是在给水工程中，球墨铸铁管广泛应用于城建输水、输气等工程上，基本上取代了其他管材。作为首选材料，这是因为球墨铸铁管具有较高的抗内外压性能，较好的耐蚀性和耐磨性。在使用性能方面，具有施工方便，接口密封性好，管网运行安全系数大等特点，已经在国内外各大城市供水管道和管网改造中发挥越来越大的作用。

1.概述

目前，球墨铸球铁管的市场竞争日益激烈，生产企业要取得效益和发展，质量是关键。我公司现有水冷式金属型离心铸管机6台，主要生产DN80～1200mm、长度5～6m规格的球墨铸铁管。自2001年投产以来，在生产工艺和各项技术领域已经基本成熟，为进一步降低成本，提高球墨铸铁管的产量和质量，作为离心球墨铸铁管关键设备的拔管钳装置，其主要作用是将离心浇注凝固后从管模（铸型）内将管子拔出。即离心铸管机浇注完成后，停在拔管机装置前，此时，拔管装置的拔管主液压缸开始工作，受拔管导向杆装置的限制，拔管钳及拔管胀紧液压缸沿铸管中心线向前移动，将拔管钳伸到铸管承口端直管部位，此时拔管钳胀紧液压缸开始工作，推动钳芯向前运动，使得拔管装置前端钳体部分的三个钳块同时径向张开，胀紧铸管内壁，拔管钳主液压缸后退，同时离心机主液压缸推动离心铸管机向上限位动作，将铸铁管从管模内拔出，实现拔管动作。

2.离心铸管机拔管装置

（1）拔管装置的结构组成 拔管钳装置结构主要由挡管器、拔管钳、保持架、快速联轴器、胀紧液压缸、机架、行走主液压缸及导向杆等组成，如图1所示。

图1 改造前拔管装置结构示意

（2）拔管钳钳体拔管的工作原理 拔管实际就是将浇铸成形后的铸铁管从管模内承口端直线拉出的过程。而作为整个拔管装置中的关键元件拔管钳钳体，在整个拔管过程中的运行性能好坏显得至关重要，直接影响到生产节奏能否提高和承口端面的外观质量。

工作时，拔管装置中的拔管钳，由液压缸带动钳芯前后移动，使钳头张开或收紧，由于钳头张收变化量较小，所以每种规格的铸铁管都有与之配套的拔管钳，一般都分为3块，为增加与铸铁管接触面和摩擦力，钳块上都镶有硬质合金头。改造前拔管钳的结构如图2所示。

改造前，拔管钳钳体的工作原理是采用三个斜面机构，来实现钳块的胀紧。由固定在钳芯上的三个滑块、三个固定着钳块的胀开板和导向套筒构成斜面机构，并通过其实现钳块胀紧。图2中，滑套固定在导向套筒上，钳芯装在滑套内。由于钳芯受导向键限制不能转动，所以当拔管钳胀开液压缸工作时，推动钳芯在导向套筒的滑套内沿中心线作轴向移动。钳芯的头部固定着三个滑块，且分别装在胀开板的斜槽内，当拔管钳胀紧液压缸推动钳芯向前运动时，通过固定在钳芯头部的三个滑块推动三个胀开板的斜面，受导向套筒的限制，胀开板只能沿着固定在导向套筒上导向块的斜面作径向移动，钳块也就随着三个胀开板一起作径向移动，实现钳块的胀紧作用。拔管工艺过程如图3所示。

图2 改造前拔管钳钳体结构示意

图3 拔管工艺流程

3.存在的问题与分析

拔管装置是离心铸管机的关键组成部件之一，它的动作靠两个液压缸控制，一个液压缸控制张力大小，另一个控制行走。N100—300离心机拉一支管需1～2min；DN400—800离心机拉一支管需2～3min；DN700—1000离心机拉一支管需3～6min。拔管机动作周期短，频率高，速度快，拔管时产生的冲击大，对拔管装置有损害，造成拔管机故障多，使用寿命短。拔管行走液压缸油管，直接与其周围机架内壁产生摩擦，经常出现因液压管磨损更换而造成停机。另外，拔管机胀紧性能差，导致使用后期拔管困难，造成生产不连续、工艺废品多等问题，严重制约着铸管产量、质量的提高，以及导致原材料、备件消耗增加。针对上述问题，通过现场观察论证，决定对该装置进行改进。

（1）拔管钳钳体不会旋转 因拔管钳不会旋转，在拔管过程中，管模和铸铁管还在不停旋转，拔管钳受到较大扭矩，容易使拔管钳支架在扭矩作用下变形，故障率增高。

（2）后期管模难以拔管 管模内表面产生龟裂纹，浇铸成形的铸管外表面凸出龟纹，铸管与管模间摩擦力增大，铸管冷却至暗红色(650℃左右)，拔管钳没有足够大的张力拔出铸管，增大胀缩液压缸压力时，容易把铸管承口撑坏，造成承口纵向裂纹。由于拔管慢，离心机生产节奏跟上不来，严重制约离心机的产能发挥。

（3）钳块易卡 拔管钳胀紧性能差，导致使用后期拔管困难，造成生产不连续，工艺废品多。此外，由于现场环境差，在拔管过程中出现大量的细砂粒进入拔管钳导向块内，导致导向块磨损加剧，使拔管钳张开幅度较小，或经常出现卡钳块现象。

（4）拔管钳张开受限 拔管钳张开板只能沿着固定在导向套筒上导向块的斜面作径向移动，钳块固定在三个张开板上，三个张开板和钳块一起作径向移动，张开后成圆柱状，离心浇铸后铸管内径理论应是光滑圆柱面，但铸管内径凹凸不平，张开后钳块与铸管内表面接触面积小。

（5）钳块与管模接触面少 离心铸管机拔管装置钳体上的钳块，改造前采用3块体积较大的钳块组成，拔管时，钳块张开后与铸铁管承口端接触面较少，特别是钳块本体上的硬质合金头磨损后，更换困难，这样经常出现连续多次拔管时难以拔出，且当钳块发生故障更换时，需要由两人以上相互搬运协作，才能完成，费时费力，更换时间较长，直接制约生产的连续运行。

（6）设备故障率高 拔管时，由于动作频率高、速度快，拔管时产生的冲击大，拔管装置经常出现因为设备故障停机维修，设备故障率高，主要表现在液压管破裂、销轴折断、钳块或合金头磨损、钳块张开不够，以及钳芯导向销失效等，直接影响离心机的正常生产节奏。

4.改进措施

为适应当前不断加快的生产节奏及产品高质量的要求，针对上述存在的问题，经过现场观察、分析、论证，决定彻底改进拔管机结构。

（1）改进拔管钳的固定方式 为解决离心浇铸结束后，管模和铸铁管以管模速度旋转时，拔管钳经常出现的被扭曲变形现象，将拔管钳固定方式加以改进，采用旋转方式来解决。具体方法为：改进导向套筒结构，在导向套筒结构处设计旋转支撑，轴承采用圆锥滚子轴承相对安装。此外，在导杆端部增加轴承箱体，轴承采用双向推力球轴承，让拔管钳钳块、连接体、链片、弹簧板、钳体臂及钳轴等随同管模及铸铁管一同旋转，当离心铸管机浇铸完毕，管模和铸铁管还在旋转时，能伸入管子承口进行拔管，拔管钳导向杆不受扭力，减少了变形，延长了使用寿命。

（2）增加钳块弹簧支撑板径向距离 当管模运行到后期，承口出现的工艺缺陷较多，再加上拔管钳钳块磨损，在浇铸结束后，拔管钳运行时，经常不能一次将管子拔出。为此，将拔管钳钳块设计为与撑臂一起径向运动，有效增加了钳块的径向移动距离，实现了顺利拔管的节奏。改造后拔管装置结构如图4所示。

图4 改造后拔管装置结构示意

（3）加大钳块间相互构成的间隙 改造前，钳块张开动作是靠钳芯及其上方销轴推动钳块张合，实现拔管，但间隙相互间较小，成形后的铸铁管承口端残砂落下后，直接落到钳板之间，导致张开、合拢受阻。改进后的钳块为活动式，每个钳块下方增加一个平衡块，钳块根据管子内径不平部位能够自动调整与铸铁管承口端内壁的接触面，增加管子与钳块摩擦力，钳块相互构成之间间隙较大，支撑臂间可直接将残砂落到地面，减少了钳块阻卡现象的发生。

（4）增加拔管钳张开距离 不同规格的拔管钳，当钳口合拢后，其外径要小于该规格铸铁管承口砂芯内径，张开后，其外径要大于管模内径，这样才能保证拔管钳既能方便进入，又能撑住铸铁管和管模内壁。根据使用情况来看，因为原拔管钳设计结构受限，再加上所处工作环境较差，变形、断裂、阻力大等原因，张开距离难以满足拔管要求。为此，对拔管钳钳块支撑板张开距离进行了改变，径向张开支撑板张开距离较大，钳芯轴向移动距离和钳块径向移动距离设计时均考虑到一次拔管运行的可能性，钳体臂径向移动大于承口内径，实现了一次拔管的效果。

（5）增加钳块与管模接触面积 将原来较笨重的3块钳块进行改造，不同规格拔管钳钳块采用6～8块小的钳块，在进行规格更换时，一人便可拆卸更换，节约了时间，增加了与铸铁管承口端的接触面积和摩擦力，减少了工人的劳动强度。

改造后拔管钳钳体结构如图5所示。

图5 改造后拔管钳钳体结构示意

（6）优化拔管钳结构 挡管器转轴直径由25mm改为50mm，可提高拔管钳钳体的胀紧力、摩擦力，以及拔管钳旋转和零部件强度；行走液压管增加拖链，有效地防止液压管与其他部件摩擦，减少了因液压管磨损而造成的停机故障率；钳块板下由原来销轴改进为平衡块，减少了因为销轴断裂造成的停机；钳块上的硬质合金头拆卸方便，利于更换；钳块张开力和钳芯优化为滑动链片移动，以提高生产节奏。所有这些优化改进，减少了设备故障的发生，有效提高了生产效率。

5.改进效果

（1）改造后的拔管钳能够旋转，避免了在拔管过程中由于拔管旋转产生的扭矩容易使拔管钳变形，增加了拔管钳钳块与铸铁管承口端的摩擦力，提高了后期管模拔管节奏，降低了管模生产成本，加快了生产节奏。

（2）减少了拔管钳故障，设备故障月平均占离心机故障比例由16.7%降为6.35%，提高了机时产量，生产DN1000管时，由每小时生产6～7支提高到8～9支。后期管模得到最大化利用，降低了管模成本。拔管钳能旋转拔管，减小了拔管张力，避免了因拔管钳张力过大造成铸管承口裂纹，提高了铸铁管承口端的质量。

（3）以生产DN300管子为例，如生产同样状态的管模，改造前拔管钳班产160支， 而通过拔管钳改造后，现在班产能可达210支，每班可提高50支，改造后月增产100t，年可增产1200t，生产节奏大幅提高，减少了延时管，产量和质量均得到提高，达到了预期效果。

6.结语

通过对水冷球墨铸铁管离心机拔管钳装置结构的改进，经过一年多来的使用运行，该装置操作简单，运行平稳、可靠，设备故障率大幅降低，避免了老式拔管钳靠增加张力拔管时，使铸管产生裂纹，节约了生产成本。

新改进后的拔管装置，满足了离心机拔管节奏加快的生产需要，提高了生产率，拔管后的铸铁管承口端质量指标大幅提高，基本取得了预期效果，对国内同类水冷金属型离心铸管机系列的拔管装置技术改进具有借鉴作用。