胶带斗式提升机在消失模铸造生产线中的应用

陈风琴，孟 军，李虎伟

（山西中条山机电设备有限公司，山西垣曲 043700）

消失模铸造是一种近无余量、精确成型的绿色铸造工艺，其砂处理生产线可实现铸件落砂、杂质筛分和旧砂输送与冷却自动进行，旧砂的回收和再利用率达95%以上，成本低，越来越被广泛推广和应用。胶带斗式提升机（简称斗提机）是砂处理生产线中重要的提升设备，负责旧砂的回收输送，其运行状况直接关联着生产线是否能连续进行，牵制着车间的正常生产，关连着公司的经营发展。

公司现有一条10 000 t/a 消失模铸造生产线，设计砂处理能力为40 t/h，共有4 台斗提机，用于砂子的垂直输送。规格型号分别为：一级斗提机GTD450×11600mm，配套电机功率11 kW，减速机速比29；二、三级斗提机均为TD450×10 800 mm，配套电机功率7.5 kW，减速机速比29；四级斗提机TD450×11 800 mm，配套电机功率7.5 kW，减速机速比29.

1 消失模铸造工艺流程

图1 为消失模铸造工艺流程，浇注、保温后砂箱（带铸件）经自动翻箱后铸件和砂一同落入振动落砂机，实现铸件落砂，砂件分离。铸件随鳞板输送机到清理区，其余的旧砂和铸件上脱落的涂料、未烧蚀的薄膜等则进入振动输送筛，进行自动筛分，筛分出来的杂质在出料口集中回收后外运，旧砂则入1 级斗提机、磁选机进行自动磁选，实现铁砂分离；铁外运；旧砂进入沸腾冷却床、2 级斗提机入储库，再经3 级斗提机入砂温调节库、砂温调节器进行降温和存储，后经4 级斗提机、造型砂库进行造型使用，进而实现旧砂回收和再利用。

图1 消失模铸造1 万t/a 生产线生产工艺流程图

2 提升机结构原理

2.1 结构组成

胶带斗式提升机外形如图2 所示，由驱动滚筒（也称上部滚筒）、尾部滚筒（也称下部滚筒）、上部壳体、下部壳体、中间壳体、牵引件（胶带）、承载件（料斗）及配套螺栓、传动装置、进出料口等组成。

图2 胶带斗式提升机外形图[1]

2.2 工作原理

由结构组成可见，在传动装置（电动机+减速机等）驱动下，胶带和料斗及配套连接螺栓在驱动滚筒和改向滚筒间形成一个封闭的垂直输送链，分为提升段和空程段两部分。工作时，被输送的物料经入料口进入料斗，伴随着驱动滚筒的连续运转，被输送的物料和料斗随着胶带的运行一起由斗提机底部升到顶部，实现物料的垂直提升（该部分料斗内承载物料且发生位移，即提升段）；在改向滚筒作用下，料斗随着胶带运行方向的改变而发生转向，料斗内的物料在惯性和重力作用下沿着料斗底部的圆弧和底板方向被迅速抛洒、甩出，离开料斗进入出料口（此部分料斗内无料，即空程段）而进入下道工序，完成垂直提升的输送作业。

3 存在问题

本公司消失模铸造生产线自安装完成投入运行后6 个月就陆续出现斗提机故障，多次被迫停产。尤其是一级斗提机，作为铸件翻箱后首级垂直输送设备，所接触旧砂温度高，工况条件差。主要问题有：钢丝胶带工作面撕扯、断裂（见图3，图4），接头断（见图5，图6）；胶带与料斗的连接螺栓松动、缺失（见图7）；料斗变形、松脱、甚至缺失（见图8）；运行时挂帮（蹭壳体）、异响、偏摆，很不稳定；返料现象严重（见图9）.尤其是夜班时，出现异常不能及时发现，砂子沿着入料口冒出，砂堆积在提升坑，甚至埋住提升机的尾部滚筒轴承及轴承座，造成轴承、传动链条、联轴器滚键、减速机寿命短等故障频发，甚至烧毁电机。据不完全统计，胶带断裂造成落架停产，恢复一次至少1 天以上，备件消耗多，生产成本高，严重的牵制了车间的正常生产和公司的经营发展。

图3 胶带断（钢丝带）

图5 接头断（钢丝胶带）

图6 接头断（帆布）

图7 料斗、螺栓缺失

图8 料斗变形

图9 返料

4 原因分析

通过现场查看、分析，结合设备的结构、性能原理，认为故障频发的主要原因为：料斗结构不合理、来料不均匀、检测装置不完善、设备管理不到位等。

1）料斗结构不合理，不利于卸料，是返料的主要原因。料斗原设计如图10，料斗质量6.9 kg，材质为Q235.

图10 改进前S 型链斗[2]

料斗的沿口较底面高为140 mm，距离侧板的距离远（220 mm），堵头与背板角度大（65°），底部圆弧较长（约193 mm）。卸料时，物料在惯性和重力作用下沿着料斗底部圆弧和底板抛洒，部分物料没来得及被抛洒就又落入料斗中，随料斗进入空程段，斗内物料重力作用落下，遇到前一个料斗的底面发生飞溅，自由散落在提升机壳体，最后落入提升机底部，再次进入待提升物料中，增加了提升负荷……循环往复、周而复始、越积越多，堆积的物料又增加了料斗入料的阻力，易撕扯料斗，造成变形，甚至螺栓松脱、缺失；再有，料斗背板距离顶端有R70 mm、深5 mm 的凹弧，与胶带连接时，连接螺栓的卡爪（见图11）稍有松动就会出现间隙，而胶带具有挠性，运转过程难免会有挠性变化，致使料斗会不定时的出现微晃动，而一侧至少20 多个料斗，带料负荷时不可避免会出现摆动。

图11 卡爪式螺栓组

2）个别料斗变形后，只做简单的修补就继续使用，容易刮帮，撕扯。料斗的变形和扯裂，又加剧了砂子的洒落和返料几率和运行中偏摆。

3）根据生产工艺特征，翻箱时间是随生产节拍间歇进行的，所以后续振动输送筛、提升机等设备是断续给料，要么空负荷运行，要么超负荷运行，对垂直提升的提升机上部（驱动）滚筒、胶带、料斗以及传动链条、联轴器和电机减速机等主要部件冲击大，受力很不均匀，致使胶带及料斗在运行时易来回偏摆，不稳定。

4）检测装置不完善，出现异常不能及时被发现或者报警提示，造成恶化。

5）除下部（在提升地坑内）外没有检查门，不能及时检查，螺栓已松动或缺失，胶带已撕扯仍在运行，加大了恶性循环。

6）设备管理有欠缺，巡点检不到位。联轴器滚键，传动链条销轴窜出等异常没有及时发现，前序设备仍在运行，不断进料，造成堵料。

5 解决方案

5.1 优化料斗结构[3]

重新设计料斗结构见图12，质量6.0 kg，材质Q235，配套连接螺栓也改为平头螺栓。

图12 改进后链斗

结合滚筒转速和离心力作用，将料斗的沿口降低到114 mm，距离侧板的距离缩短到200 mm，堵头与背板角度减小到58°，底部圆弧相应调整（约180 mm）。取消背板的凹槽，改为平面，保证料斗与胶带的充分接触，便于紧固，减少松动几率。料斗连接螺栓用平头螺栓+螺母，代替之前的卡爪式。

工作时，被输送的物料由斗提机入料口加载进入料斗，在驱动装置和胶带的牵引下，随料斗由下部低处到上部高处，完成提升；经过驱动（上部）滚筒时发生转向，料斗内的物料在离心力和惯性力作用下沿料斗底部圆弧和底板完全被抛洒，落入出料溜管，进入下道工序，完成卸料。空程段没有剩余物料在料斗中，不会发生飞溅现象，避免了返料现象，减少斗提机底部积料，减小料斗的阻力，减少刮扯、变形的几率，减轻设备负荷。

5.2 增加调节阀板

结合现场位置，选择在振动输送筛的入料口处增加调节闸板。通过调整闸板的开度，限制进入振动输送筛和提升机的物料，保证均匀，避免物料忽大、忽小现象。

5.3 完善检测装置

在提升机下部（尾部）滚筒轴头增加速度传感器，信号与PLC 控制系统连接。下部滚筒异常（堵料等）不能正常运转时，速度传感器将检测到信号传输到PLC 系统，做出报警提示和跳停保护。进而可以及时发现异常及设备故障，防止扩大形势。

5.4 增加检查门

在距离地面1.5 mm～2.0 mm（适当高度位置）的中间机壳上开设检查门，便于日常及时检查胶带、料斗及其配套连接螺栓和垫片，及时紧固和补充松动的或缺失的连接件。

5.5 加强设备管理

加强设备管理，要求定期对设备进行检查。包括传动电机与减速机间联轴器、胶带、料斗及其连接件，上下部滚筒及配套轴承、轴承座、调节丝杠和进出料口等是否有松动、缺失、磨损、变形和进出料口是否有杂物，检查、调整胶带的松紧程度等，保证上、下部滚筒水平度、垂直度符合要求，减少运行时的偏摆。

6 方案推广

改进方案投入使用后，取得良好效果：返料现象大幅减少，料斗与胶带连接紧固，运行平稳，偏摆、挂帮现象大幅减少，没有再发生过胶带撕扯、断裂现象，胶带使用周期由原来的1 年提高到2年以上。料斗较之前制作简化，安装简单，质量减小了0.9 kg，降低了设备运行负荷和延长了使用寿命。

结合一级斗提机改造的良好效果，推广应用后，因二、三、四级斗提机的入料温度低于150 ℃～100 ℃，入料口有加砂阀门控制，胶带选用普通型（常温）帆布胶带。在实际运行中还是出现胶带寿命短，运行时挂帮、偏摆，不稳定现象。

6.1 使用中存在问题

1）胶带寿命短，甚至有一次更换后的运行不到2 个月，发生胶带断裂现象，造成落架。

2）运行中异响大，刮帮（蹭壳体）。

3）上部滚筒磨损严重，滚筒表面呈现条纹痕迹，易造成牵引件窜动，牵制平稳运行。

6.2 原因分析

1）胶带的厚度不到8 mm，不符合要求。

2）料斗的使用不正确。将改造前、后的料斗“混搭”。

因为改造前后料斗的质量是不一样的，单个差0.9 kg，当安装上后，滚筒两侧（提升段和空程段）的质量不等，静态时滚筒就会“自转”，即不平稳，电机驱动运转时，胶带在滚筒上来回窜动，增加了上部滚筒的磨损和电机负荷。

6.3 解决方法

1）胶带的厚度问题，由采购（供应）部门协调，调换合格后再投入使用。

2）料斗重新匹配安装。改造前后料斗不得“混搭”现象。可以把改造前的和改造后的分别按照同类的安装在一起，保证静平衡，减小对滚筒、减速机等部件的磨损和负荷。

3）磨损的上部滚筒及轴进行更换。

7 生产使用效果

经过实践运行，斗提机运行平稳，没有再出现胶带撕扯、断裂，落架、停产现象，保证了正常连续生产；改善了料斗结构，减轻了料斗质量，降低了运行负荷，延长了使用寿命，一级钢丝胶带由原来的1年提高到2 年以上；二、三、四级普通胶带由原来的1 年提高到2～3 年以上；同时降低了岗位劳动强度，改善了作业环境，促进了环保绿色、清洁文明生产，创造了可观的社会效益；再有，将改进后的图纸，存入档案室，供今后长期使用。

8 结束语

随着铸造行业的发展和智能化制造的推广，自动化生产技术水平的不断提高，消失模铸造自动生产线将越来越广泛的被应用。其中胶带斗式提升机的平稳、高效、连续运行，直接关系着砂处理自动生产线的正常运行，料斗质量的减少可以降低运行负荷；结构优化可以增强卸料效果，进而提升输送效率，降低生产成本，实现降本增效，增强企业的市场竞争力。

结合使用的经验和教训，认为斗式提升机在使用中应当注意以下几点：

1）料斗选用和安装过程尽量选用规格一样，质量均匀的，保证平衡。除了检修全部更换外，日常少量更换时也要注意，大小、规格尽可能一致。

2）满足输送能力前提下，外形尺寸能小不大，可以减小驱动电机负荷。

3）料斗与胶带的连接件要适合，要保证料斗与胶带的紧固连接，无松动。

4）料斗的结构能简尽简，便于员工操作和掌握，确保工作质量。

5）胶带的质量一定要保证。

6）加强日常巡、点检和定期检查工作。发现异常，有松动的及时紧固，缺失的补充完善。避免小问题酿成大故障、甚至事故。