离心球墨铸铁管精整设备的设计

习 杰，王彦怀，王亚飞，甄毅

（1. 新兴河北工程技术有限公司，河北邯郸 056107； 2. 新兴铸管股份有限公司，河北邯郸 056107）

离心球墨铸铁管精整设备的设计

习 杰1，王彦怀1，王亚飞1，甄毅2

（1. 新兴河北工程技术有限公司，河北邯郸 056107； 2. 新兴铸管股份有限公司，河北邯郸 056107）

为提高铸管生产线整体高质量、持久平稳的运行使用效果，在设计时，一定要保证机、电、液各专业的融会贯通，一体化的整体设计思路。主要介绍了大口径铸管整凃生产线上典型设备，在工艺设计时，从机械到自动化控制系统的相互融合的设计关系，从而为相关领域的工程设计带来一定的启示作用。

球墨铸铁管；整凃生产线；控制系统；自动化

1　市场背景

根据近期铸造协会的统计数据，已建成的国内大口径（公称直径≥1 400 mm）铸管生产线将近13条，但是平均年生产水平仅为5万吨左右，远远低于理论计算生产线的产能水平。究其原因，市场需求的主导因素占了很大比例，由于需求量不高（不考虑出口因素，据不完全统计，2010-2011年间国内大口径铸管年需求量仅为20～30万吨），该规格区域生产线的装备及自动化程度均不高，基本上均是半机械化、劳动密集型的生产线。但是近年来，随着人力成本的逐年增加，其在生产成本中逐步占据了较大比例。与此同时，2013-2014年南水北调工程的全面铺设，带来了巨大的市场需求。在这样的背景驱动下，企业展开了生产线的智能化升级改造刻不容缓。

图1　大口径铸管整凃线工艺流程图

2　装备的自动化、合理化设计

在此工程项目中，将整涂生产线上原人工操作或半自动操作的工序，全部改为机械自动化操作，从而提高了整个生产线的生产效率。整凃线主要工艺流程图如图1所示。

下面我们选择典型设备设计案例进行简明介绍。

2.1运输设备的自动化定位设计

大口径铸管因其管件质量、直径大（1 400～2 600 mm），在运输过程中由于惯性大，其运输稳定性及精确性都难控制，因此在生产线上的运输一般是采用起重设备进行吊装运输，这样在生产线上起重机的配置数量比较多，不仅生产成本较高，且效率较低，操作人员较多。

新型的生产线从根本上解决了上述问题，我们采用了液压剪力撑式运管车（图2、图3），用于精整线各工位间铸管自动运输衔接。运管车在程序控制下达到精确定位，且在各工序间运转实现自动连锁自动启停。

（1）铸管到位判断

图2　多台运管车运行的生产厂景

图3　运管车运输到相应工位后的工况

整凃线各工位安装光电开关，可检测当前工位是否有铸管，在生产线全自动生产时为向下一工位自动传输提供判断条件。部分工位因有干扰反馈信号的因素，采用安装称重传感器来替代光电开关的进行判断。

(2)工序间的自动运输

运管车在工位间运送铸管在程序上包含以下动作：“举升—行走—减速—停车—降落”，每台运管车举升装置都安装有限位开关用以检测举升装置降落位置，运管车主传动轴上安装有编码器可实现运管车运送铸管过程中的精确定位。

当生产线上一工位铸管处理完成后，给相应运管平车发送命令，通过PLC程序可将铸管自动运送至下一工位（图3）。

图3　运管车运送范围及联锁条件

2.2人工操作设备的全自动化设计

典型设计案例为：（承）插口外倒角机。

该设备因铸管产品的差异性较大，在倒角作用力及磨削时间上存在个体差异性，因此比较难以统一控制。基于此原因，在原有生产线上一般依靠人力自行掌握，磨削质量不理想，且工人劳动强度较大（图4）。

此次设计的全自动外倒角机设备，根据合理的受力分析和计算，将磨削受力点改为砂轮的上端面，磨削力依靠气缸的柔性力来调整，完全实现了设备的自动操作（图5）。从倒角机的入位，砂轮压紧力度的调节，磨削时间的控制均采用程序的自动控制和检测，从而在磨削外观质量上达到了整齐一致，对产品整体质量的提高起到一定的作用。

图4　手工操作的外倒角机设备

图5　全自动外倒角机设备

2.3半自动化设备的高效全自动设计

典型设计案例为：水泥内磨机（内衬水磨处理设备）。

该设备因特殊的工作环境（泥浆多、振动大），导致设备调整和维护非常困难。新型设备与当前行业水平比较，主要有以下几个方面的改进，见表1。

图6　全自动倒角机设备

表1　主要改进对比

3　结束语

在铸管生产线上进行的精确控制技术的探索研发，不仅能够创造丰厚的经济效益，在节能减支上具有深远的社会意义。这项工程技术的应用成功，具有设备自动化程度高、控制精度准确、产品外观质量优良等特点，不仅为传统生产线的改造积累了丰富的经验，而且从根本上解决了影响铸管质量的制约因素。

图7　 全自动水泥内磨机

图8　半自动水泥内磨机

图9　水泥内磨机设备原理图

［1］ 范英俊 .离心球墨铸铁管工艺及装备［M］.北京:中国科学技术出版社, 2001.1:105-124.

［2］ 中国国家标准化管理委员会.水及燃气用球墨铸铁管、管件及附件［S］. 2013.12.17:7～9.

［3］ 机械设计手册（第五版 第一卷）［M］.北京:化学工业出版社,2011.1.

［4］ 徐培万.离心铸造球墨铸铁管水泥内衬布料机的设计［J］.中国铸造装备与技术,1995（4）.

The Centrifugal casting Pipe Finishing Machine Intelligent Control Design

XI Jie1， WANG YanHuai1，WANG YaFei1，ZHEN Yi2
（1. Xinxing Hebei Engineering & Research Incorporation Limited，Handan 056107，Hebei，China；2. Xinxing Pipes Co.，LTD.，Handan 056107，Hebei，China）

In order to improve the high quality and stable running of the whole production line， integrated design idea of mechanism，electric and hydraulic should be taken. This article mainly introduces typical equipment of the production line precision，the relationship between mechanical design and automation control design when taking technical design. For related engineering design in the field of leading role.

Centrifugal Casting-pipe；Finishing line；Control system； Automation

TG249.4；

A；

1006-9658（2015）06-0066-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.019

2015-05-21

稿件编号:1505-945

习杰（1973—），女，高级工程师，长期从事离心球墨铸铁管装备的设计与研究，新装备研发，铸铁管及管件标准化.