重型移出式流涂機的開發應用

李華棟，張國靖，古元軍

（濟南二機床集團有限公司，山東濟南 250022）

1 設備工作流程

隨著鑄造業的不斷發展，對鑄造機械裝備的要求也越來越高，設備鑄件的制造也出現了向大型化發展的趨勢，與之相應的造型規模也不斷擴大，造型工藝的機械化、自動化要求也越來越高。在大件鑄造設備的造型生產刷涂料單元中，在線翻轉流涂機已經不能滿足生產線的自動化要求，而砂型或砂箱必須進行機械化抓取與翻轉流涂操作，相應地作為執行上述操作的移出式翻轉流涂機也就應運而生。

重型移出式流涂機（圖1）適合的最大砂箱外形尺寸為 4200mm×2400mm×800mm，工作節拍為6min，承重載荷最大15t。

圖1 重型移出式流涂機

工作流程。當鑄型運行到流涂機工位的輥道上時，夾持機械手臂在油缸的驅動下下降到指定位置，夾緊機構在液壓缸的驅動下將工件夾住，而后上升油缸將夾緊臂提升到一定高度后移出生產線，然后夾緊臂上的擺動油缸將工件翻轉一定角度（便于涂料流淌）。生產線的一側放置流涂裝置（包括涂料桶、涂料泵及噴管等），由人工開動涂料泵，用噴管將涂料噴在型腔上，多余的涂料流回到涂料桶中。流涂完成后擺動油缸將工件回轉成0°位置后移回生產線的正上方，將工件放到輥道上，夾緊臂松開、上升，機動輥道將工件送出，完成整個工作流程。

2 設備組成

該設備由導軌支撐梁、X軸橫向移動車體、Y軸縱向提升裝置、Z軸夾持機械手臂、機械手臂的同步裝置、繞Z軸旋轉任意角度的夾抓裝置、驅動液壓系統等組成。

（1）導軌支撐梁。根據砂箱及設備自身的重量，通過有限元分析受力載荷，設計出支撐腿，采用大型H型鋼。同時導軌梁采用大型H型鋼，中間輔助筋板焊接成整體來承受設備的載荷。P型鋼軌分別安裝在導軌梁上，作為移動車體的導軌。兩側支撐梁的平面高度通過調節螺栓調節，現場裝配時通過調節螺栓將導軌平面按照一定的技術要求定位，調整后的平面度再進行二次澆灌來滿足承受的負載，此結構為一個創新點，極大方便了安裝。

（2）X軸橫向移動車體。移動車體根據工件與自身的載荷進行有限元分析，采用工字鋼與H型鋼焊接成整體，而后在大型加工中心按設計的尺寸公差加工，保證設計需要的精度及形位公差，從而保證了車體移動的平穩性及運行到任意位置的定位精度要求。車體的驅動采用減速電機直聯車輪進行回轉，減少了瑣碎的安裝零件，驅動效率高，安裝方便。

圖2為有限元分析出結構應力情況及焊縫應力集中情況。通過應力分析，對設備結構需要補強處進行增加筋板，并采用相應方式消除焊接應力。

圖2 結構應力有限元分析

（3）Y軸縱向提升裝置。采用兩個油缸沿四根導柱同步驅動機械手臂的導軌架，進行上升與下降的操作。為了承受更大的作用力，對導柱的直徑與接觸的耐磨導套長度要進行合理的設計。為了保證兩側機械手臂運行的平穩性及同步性，在控制油路上設計了同步分流馬達裝置，將兩路的油平均分配到擺動油缸中，達到同步性的要求。該設備的移動精度達到±5mm，完全滿足設備的定位精度要求。

（4）Z軸夾持機械手臂。該機械手臂使用鋼板焊接成梯形箱體結構，承受力達15t作用力。每個機械手臂的上方安裝8個承重導向輪，機械手臂通過夾緊油缸驅動沿箱體導軌平穩的沿Z軸移動，而一對機械手臂的等距離同步移動則靠鏈條實現。同步結構為兩側鏈輪固定在箱體導軌上，而鏈輪上鏈條一側則固定在一個夾持機械手臂上，另一側固定在另一個夾持機械手臂上。

（5）繞Z軸旋轉任意角度的夾抓裝置。如圖3所示。

圖3 繞Z軸旋轉任意角度的夾抓裝置

擺動油缸與液壓系統相連，通過液壓系統控制及提供動力，轉軸通過平鍵與擺動油缸連接，從而帶動夾抓體任意角度旋轉，而轉軸上的兩種型號規格的軸承起到支撐及定位作用。支撐套筒的固定是通過鎖緊螺母壓緊在機械手臂的箱體上。軸承的兩端都設有密封裝置，保護了軸承和轉軸。機械手臂的移動距離則通過檢測頂桿是否到位進行控制，檢測到位時，夾緊油缸保壓。頂桿依靠彈簧及自潤滑軸承的作用機械復位。

（6）液壓系統（圖 4）

圖4 液壓系統原理圖

該設備液壓站由翻轉控制回路、升降控制回路、夾緊控制回路等部分組成。

夾緊控制回路由 7、8、9、10、11 閥組成,7 控制方向，10自鎖保壓，9調節油缸速度，8調節壓力，11檢測夾緊力是否達到要求并發訊。

升降控制回路由 20、24、25、26、27 閥組成，24控制方向，25自鎖保壓，26調節油缸速度，20防止管道爆裂造成的事故，27保證雙缸同步。

翻轉控制回路由 7、8、10、23 閥構成，7 閥控制方向，8調節壓力，10實現自鎖保壓，23調節流量和實現同步。

3 結語

該設備設計合理、自動化程度高、使用范圍廣，由于設備上配備了重型自動化機械手臂，所以可以在造型生產線中進行大型砂箱的抓取提升、翻轉、合箱等工序操作，避免了人為的干預，提高了工作效率。