砂芯托架回送線自動化改造

宋仲明, 陳達能

（南車長江銅陵車輛有限公司，安徽銅陵 244142）

砂芯托架回送線自動化改造

宋仲明, 陳達能

（南車長江銅陵車輛有限公司，安徽銅陵 244142）

由于鑄造車間的托架回送線無法連續自動運行、電機燒毀故障頻發等嚴重制約了外模造型生產節拍。通過對PLC程序的修改來改變系統控制原理，由原設計的光電計數控制方式改進為計時控制方式；將托輥驅動的減速系統由內置式改為外置式，同時增大驅動電機功率；對原分段托輥進行拆分重組等。改進后，托架回送自動運行平穩可靠，故障率大大降低，滿足了外模的節拍化生產。

托架回送線；PLC程序；托輥驅動機構；節拍化生產

1　托架回送線簡介

鑄造車間砂芯托架回送線是一臺托板、托架輸送設備，連接機器人下芯設備與射芯機，其用途是將下芯后的空托板和托架回送至射芯機工位，實現托板和托架的循環使用。

砂芯托架回送線全長大約108 m，主要由兩臺分揀機、輸送輥道及電控系統組成，是造型生產線上不可缺少的一個環節。原設計中將全長108 m輥道分為6段控制，每段有托輥80只左右。單段輥道驅動電機功率0.75 kW，輸送速度10 m/min，由單段輥道入口位置的光電開關控制啟停。

當托架到達某單段輥道入口時，光電開關檢測到有工件，PLC計數并處理信號，控制輥道電機運行的接觸器吸合，輥道啟動，將工件送往下一單段入口，同時光電感觸信號送PLC計數。當上、下兩段的計數器計數相同時，上一段輥道停止運行。

當工件到達輥道的第4段光電開關時，在輥道運行過程中對工件長度進行測量，如果測出長度為900 mm，輥道停頓，起動短板分揀機，分揀機升降架升起，托起短工件（即托板）并啟動分揀機托驅動鏈，將短工件由橫向變為縱向輸送，過跨到小泥芯射芯機工位。如果工件長大于900 mm（即托架），輥道繼續輸送，到輥道6段位置由長板分揀機把托架送出，動作原理與短板分揀機雷同。

2　原設計托架回送線的控制原理

原托架回送線系統采用的是PLC的控制方式，托架回送線分為均等的6段輥道，每一段輥道的始端（即為上一輥道的終端）安裝有一個光電開關。圖1為輥道2啟動和停止的控制方式。

圖1　輥道2啟動和停止的控制方式

M1.0為輥道2的輸出，滾1終位I0.4和滾2終位I0.0分別為輥道2的前后端光電信號。由圖可知，輥道2只要滾1終位光電有信號即可啟動，光電感應一次信號，計數器C0計數1次；托架到達并完全通過滾2終位時，計數器C1進行計數1次，即通常所說的“一進一出”。同時，系統不斷在進行C0與C1的比較，當C0=C1時，表明輥道2進出數量相等，輥道2則停止運行；當C0不等于C1時，輥道2會一直運行，直至終端計數C1等于始端計數C0。

3　托架回送線存在的問題及原因分析

托架回送線設備自2010年投產以來暴露出諸多問題，一直制約著車間外模造型的節拍化生產，并對電弧爐的日產量產生較大影響，主要問題：

（1）在自動運行狀態，單段運送完托架后，電機不能實現有效停止，始終處于運轉狀態；輥道線24 h不停止運轉，消耗大量的電能；因電機的長時運行，設備處于非正常磨耗狀態，鏈條、鏈輪及托輥使用壽命短、維修成本大，且因非正常磨損造成的設備故障，對生產制約因素較大。

（2）單段輥道運轉電機的過載，斷路器跳閘頻繁，電機燒毀嚴重。

（3）更換電機需將其上部托輥拆除，維修時間長（約1.5 h），致使車間外模、制芯生產線停滯。

從2012年7月至12月對托架回送線的故障數據統計發現，幾個月共計故障25次，其中電機燒毀10次，占故障總數量的40%；鏈條損壞8次，占故障總數量的32%；托輥損壞4次，占故障總數量的16%；其他信號等故障3次，占故障總數量的12%。由此看出，電機燒毀、傳動鏈條損壞是主要原因，分析得知產生以上故障原因有：

（1）光電開關計數失去了其準確性。鑄造車間環境較差，粉塵、顆粒等物體掉落至光電開關可感應區域時，以及實際生產中，在3#手工下芯工位，短托板放置于回送線時，未經過光電檢測計數，或者人為橫跨輥道線時經過光電可感應區域，光電開關誤認為已有托架進入或者離開某段輥道線，造成出件不等于入件，這就導致輥道線一直在運轉或者一直不運轉，無法實現自動運行。

（2）單段輥道電機功率原設計只有0.75 kW，功率過小，電機長期超負荷運行，電機燒毀嚴重；原設計單段輥道線托輥為80只左右，牽引阻力大。

（3）原設計托輥的驅動機構，處于托輥下方（圖2），故障后不便于維修，延長了不必要的維修時間。

圖2　原設計托輥驅動的驅動機構

4　改進方案及實施

為保障2013年大件生產，響應公司“提產達能、降本增效”的號召，降低108 m線設備月平均故障停機時間，針對設備運行中出現的問題及產生的原因，確定了改進方案：

圖3　改進后輥道2啟動和停止的控制方式

如圖3所示，輥道的啟動條件不變，即光電開關感應有物體則相應輥道啟動運轉。不同的是，改進前的計數方式取消了，改成了計時斷開方式控制輥道的停止。

計時時間的確定方法。通過現場測量每個托架經過單段輥道的時間，再考慮傳動機構的磨損等情況，確定延時斷開定時器的定時時間（托架正常經過時間加20 s）。

定時器的復位功能。光電開關信號同時還給定時器輸入復位信號。當已有托架在輥道中運行時，如又有托架進入輥道，定時器復位并重新計時，計時斷開的時間是按最后一個進入輥道的托架時間來計時的，確保進入輥道的托架都能可靠送出。

（2）對單段超過80只托輥的進行拆分。即增加一臺電機，每臺帶動40只左右的托輥。

減速箱動力通過聯軸節直接傳動動力，同時，將電機功率加大至1.5 kW。計算如下：

（a）串聯式鏈傳動輥子輸送機的牽引力計算：

①f：摩擦系數，取0.0 1；

②W=Rd+A Ri+（A+1）Wr+We

其中和分別為出行時間與充電費用的重要性系數，只需要表現出比例關系即可，一般。實際使用時用戶可以根據自己的需要調節比重。

式中：Rd為單個主動輥的重量（不含軸重），110.27 N；A為單段輥道從動輥個數，3 9；Ri為單個從動輥的重量（不含軸重），110.27 N；Wr為每個輥子承擔物件重量，3 000/13 N；We為單個鏈環重量，6.16 N。

W=110.27+39×110.27+（39+1）×3 000÷13+6.16

=13 647.73（N）

③Q=［（1+I）n-1］/I

式中：I為輥子鏈損耗系數，取0.02；n為驅動輥子數，為40。

Q=［（1+0.02）40-1］÷0.02=60.4

④Dr輥子直徑為76 mm；

⑤De輥子上鏈輪節圓直徑為66.33 mm；

將①-⑤中的結果代入牽引力計算公式得：Pn=f W Q Dr/De=0.01×13 647.73×60.4×

76÷66.33=9 444.98（N）

（b）串聯式機動輥軸功率計算：

N=K（PnV/330）×（De/Dr）

=1.3×（9 444.98×10÷330）×（66.33÷76）

=324.73（W）

（c）減速機轉矩計算：

T=9 550×P×i/n=9 550×1.5×35÷1 450

=345.78（Nm）

前后運行分析比較，在電機輸出轉速n（1 450 r/ min）不變的情況下，由電機轉矩公式T=9 550×P/n得知，當電機功率由0.75 kW增加到1.5 kW，整個減速機輸出的轉矩增大一倍，同時單個電機的負載由80只托輥減少到40只，單臺電機的負載又減少了一半。原設計的0.75 kW電機實測其工作電流I工=1.5 A＞1.35 A（0.7I額），此種情況下電機已經處于超載工作狀態；改造后經測量1.5 kW電機工作電流I工=2 A＜2.48 A（0.7I額），電機屬于正常工作狀態。

（3）將電機驅動機構外置（圖4），便于維修，實際維修時間縮短至30 min。

圖4　改進后電機驅動機構

5　結論

截止2013年2月，托板回送線改造工作基本結束。通過此次方案改進，托架回送線系統能夠實現正常自動運行，故障率明顯降低，極大地提高了設備運行的穩定性。改造后取得的效果：

（1）單段托輥自動啟動（停止）采用光電感應PLC計時控制的方式，有效解決了因各種波動因數對光電開關影響的問題，確保了單段托輥的自動啟動與停止，實現了砂芯托架回送線的自動控制。

（2）根據串聯式機動輥軸功率計算，重新確定每段傳動托輥數，并選擇與之匹配的電機功率，解決了傳動系統超負荷運行的問題，大大降低了設備運行的故障率。

（3）將電機驅動機構外置，當電機驅動的驅動機構出現故障時，便于設備維修，縮短了維修時間。

（4）砂芯托架回送線的自動穩定運行，滿足了造型、制芯生產線節拍化生產的要求。

［1］ 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術（第2版）［M］. 北京：機械工業出版社，2007：100-101.

［2］ 邱衛東.常用輥子輸送機的設計與計算［J］.機械研究與應用，2010（4）：69-70.

［3］ 張志紅 .砂芯輥道輸送線［J］.中國鑄造裝備與技術， 2009（1）.

［4］ 閆靜.幾種托架的組芯造型工藝［J］.中國鑄造裝備與技術，2008（5）.

Reconstruction for Core Cradle Automatic Loopback Line

SONG ZhongMing， CHEN DaNeng
（CSR Yangtze Tongling Co.Ltd.， Tongling 244142， Anhui， China）

It is to solve the problem that not well-organized molding production caused by incapable constant running of shelf loopback line and frequent errors of electric motor. The system control principle has been changed via revising the PLC program， with the timing control mode instead of oringinal designed photoelectric counting control mode and the built-in mode of deceleration system of supporting rollers has been changed into external one. Meanwhile the power output of driving motor has been increased and the supporting rollers have been rearranged. With these the automatic loopback line has run steadily and reliably with failure rate decreased greatly and molding beat production achieved.

Cradle loopback line； PLC control mode； Roller driving mechanism； Beat production

TG248;

A；

1006－9658（2015）01－0035-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.01.010

2014-08-01

稿件編號：1408-625

宋仲明（1963—），男，高級工程師，主要從事鑄造工藝、裝備技術及管理工作.