水冷球墨鑄鐵管離心機(jī)拔管裝置的改進(jìn)

永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司 （河南安陽 455133） 喬秀麗 金建軍 梁海宏 徐楊斌 胡衛(wèi)征

近年來，國(guó)內(nèi)離心球墨鑄鐵管的發(fā)展速度很快，特別是在給水工程中，球墨鑄鐵管廣泛應(yīng)用于城建輸水、輸氣等工程上，基本上取代了其他管材。作為首選材料，這是因?yàn)榍蚰T鐵管具有較高的抗內(nèi)外壓性能，較好的耐蝕性和耐磨性。在使用性能方面，具有施工方便，接口密封性好，管網(wǎng)運(yùn)行安全系數(shù)大等特點(diǎn)，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外各大城市供水管道和管網(wǎng)改造中發(fā)揮越來越大的作用。

1.概述

目前，球墨鑄球鐵管的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，生產(chǎn)企業(yè)要取得效益和發(fā)展，質(zhì)量是關(guān)鍵。我公司現(xiàn)有水冷式金屬型離心鑄管機(jī)6臺(tái)，主要生產(chǎn)DN80～1200mm、長(zhǎng)度5～6m規(guī)格的球墨鑄鐵管。自2001年投產(chǎn)以來，在生產(chǎn)工藝和各項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)基本成熟，為進(jìn)一步降低成本，提高球墨鑄鐵管的產(chǎn)量和質(zhì)量，作為離心球墨鑄鐵管關(guān)鍵設(shè)備的拔管鉗裝置，其主要作用是將離心澆注凝固后從管模（鑄型）內(nèi)將管子拔出。即離心鑄管機(jī)澆注完成后，停在拔管機(jī)裝置前，此時(shí)，拔管裝置的拔管主液壓缸開始工作，受拔管導(dǎo)向桿裝置的限制，拔管鉗及拔管脹緊液壓缸沿鑄管中心線向前移動(dòng)，將拔管鉗伸到鑄管承口端直管部位，此時(shí)拔管鉗脹緊液壓缸開始工作，推動(dòng)鉗芯向前運(yùn)動(dòng)，使得拔管裝置前端鉗體部分的三個(gè)鉗塊同時(shí)徑向張開，脹緊鑄管內(nèi)壁，拔管鉗主液壓缸后退，同時(shí)離心機(jī)主液壓缸推動(dòng)離心鑄管機(jī)向上限位動(dòng)作，將鑄鐵管從管模內(nèi)拔出，實(shí)現(xiàn)拔管動(dòng)作。

2.離心鑄管機(jī)拔管裝置

（1）拔管裝置的結(jié)構(gòu)組成 拔管鉗裝置結(jié)構(gòu)主要由擋管器、拔管鉗、保持架、快速聯(lián)軸器、脹緊液壓缸、機(jī)架、行走主液壓缸及導(dǎo)向桿等組成，如圖1所示。

圖1 改造前拔管裝置結(jié)構(gòu)示意

（2）拔管鉗鉗體拔管的工作原理 拔管實(shí)際就是將澆鑄成形后的鑄鐵管從管模內(nèi)承口端直線拉出的過程。而作為整個(gè)拔管裝置中的關(guān)鍵元件拔管鉗鉗體，在整個(gè)拔管過程中的運(yùn)行性能好壞顯得至關(guān)重要，直接影響到生產(chǎn)節(jié)奏能否提高和承口端面的外觀質(zhì)量。

工作時(shí)，拔管裝置中的拔管鉗，由液壓缸帶動(dòng)鉗芯前后移動(dòng)，使鉗頭張開或收緊，由于鉗頭張收變化量較小，所以每種規(guī)格的鑄鐵管都有與之配套的拔管鉗，一般都分為3塊，為增加與鑄鐵管接觸面和摩擦力，鉗塊上都鑲有硬質(zhì)合金頭。改造前拔管鉗的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

改造前，拔管鉗鉗體的工作原理是采用三個(gè)斜面機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)鉗塊的脹緊。由固定在鉗芯上的三個(gè)滑塊、三個(gè)固定著鉗塊的脹開板和導(dǎo)向套筒構(gòu)成斜面機(jī)構(gòu)，并通過其實(shí)現(xiàn)鉗塊脹緊。圖2中，滑套固定在導(dǎo)向套筒上，鉗芯裝在滑套內(nèi)。由于鉗芯受導(dǎo)向鍵限制不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)拔管鉗脹開液壓缸工作時(shí)，推動(dòng)鉗芯在導(dǎo)向套筒的滑套內(nèi)沿中心線作軸向移動(dòng)。鉗芯的頭部固定著三個(gè)滑塊，且分別裝在脹開板的斜槽內(nèi)，當(dāng)拔管鉗脹緊液壓缸推動(dòng)鉗芯向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過固定在鉗芯頭部的三個(gè)滑塊推動(dòng)三個(gè)脹開板的斜面，受導(dǎo)向套筒的限制，脹開板只能沿著固定在導(dǎo)向套筒上導(dǎo)向塊的斜面作徑向移動(dòng)，鉗塊也就隨著三個(gè)脹開板一起作徑向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉗塊的脹緊作用。拔管工藝過程如圖3所示。

圖2 改造前拔管鉗鉗體結(jié)構(gòu)示意

圖3 拔管工藝流程

3.存在的問題與分析

拔管裝置是離心鑄管機(jī)的關(guān)鍵組成部件之一，它的動(dòng)作靠?jī)蓚€(gè)液壓缸控制，一個(gè)液壓缸控制張力大小，另一個(gè)控制行走。N100—300離心機(jī)拉一支管需1～2min；DN400—800離心機(jī)拉一支管需2～3min；DN700—1000離心機(jī)拉一支管需3～6min。拔管機(jī)動(dòng)作周期短，頻率高，速度快，拔管時(shí)產(chǎn)生的沖擊大，對(duì)拔管裝置有損害，造成拔管機(jī)故障多，使用壽命短。拔管行走液壓缸油管，直接與其周圍機(jī)架內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，經(jīng)常出現(xiàn)因液壓管磨損更換而造成停機(jī)。另外，拔管機(jī)脹緊性能差，導(dǎo)致使用后期拔管困難，造成生產(chǎn)不連續(xù)、工藝廢品多等問題，嚴(yán)重制約著鑄管產(chǎn)量、質(zhì)量的提高，以及導(dǎo)致原材料、備件消耗增加。針對(duì)上述問題，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察論證，決定對(duì)該裝置進(jìn)行改進(jìn)。

（1）拔管鉗鉗體不會(huì)旋轉(zhuǎn) 因拔管鉗不會(huì)旋轉(zhuǎn)，在拔管過程中，管模和鑄鐵管還在不停旋轉(zhuǎn)，拔管鉗受到較大扭矩，容易使拔管鉗支架在扭矩作用下變形，故障率增高。

（2）后期管模難以拔管 管模內(nèi)表面產(chǎn)生龜裂紋，澆鑄成形的鑄管外表面凸出龜紋，鑄管與管模間摩擦力增大，鑄管冷卻至暗紅色(650℃左右)，拔管鉗沒有足夠大的張力拔出鑄管，增大脹縮液壓缸壓力時(shí)，容易把鑄管承口撐壞，造成承口縱向裂紋。由于拔管慢，離心機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏跟上不來，嚴(yán)重制約離心機(jī)的產(chǎn)能發(fā)揮。

（3）鉗塊易卡 拔管鉗脹緊性能差，導(dǎo)致使用后期拔管困難，造成生產(chǎn)不連續(xù)，工藝廢品多。此外，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，在拔管過程中出現(xiàn)大量的細(xì)砂粒進(jìn)入拔管鉗導(dǎo)向塊內(nèi)，導(dǎo)致導(dǎo)向塊磨損加劇，使拔管鉗張開幅度較小，或經(jīng)常出現(xiàn)卡鉗塊現(xiàn)象。

（4）拔管鉗張開受限 拔管鉗張開板只能沿著固定在導(dǎo)向套筒上導(dǎo)向塊的斜面作徑向移動(dòng)，鉗塊固定在三個(gè)張開板上，三個(gè)張開板和鉗塊一起作徑向移動(dòng)，張開后成圓柱狀，離心澆鑄后鑄管內(nèi)徑理論應(yīng)是光滑圓柱面，但鑄管內(nèi)徑凹凸不平，張開后鉗塊與鑄管內(nèi)表面接觸面積小。

（5）鉗塊與管模接觸面少 離心鑄管機(jī)拔管裝置鉗體上的鉗塊，改造前采用3塊體積較大的鉗塊組成，拔管時(shí)，鉗塊張開后與鑄鐵管承口端接觸面較少，特別是鉗塊本體上的硬質(zhì)合金頭磨損后，更換困難，這樣經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)多次拔管時(shí)難以拔出，且當(dāng)鉗塊發(fā)生故障更換時(shí)，需要由兩人以上相互搬運(yùn)協(xié)作，才能完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更換時(shí)間較長(zhǎng)，直接制約生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。

（6）設(shè)備故障率高 拔管時(shí)，由于動(dòng)作頻率高、速度快，拔管時(shí)產(chǎn)生的沖擊大，拔管裝置經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)樵O(shè)備故障停機(jī)維修，設(shè)備故障率高，主要表現(xiàn)在液壓管破裂、銷軸折斷、鉗塊或合金頭磨損、鉗塊張開不夠，以及鉗芯導(dǎo)向銷失效等，直接影響離心機(jī)的正常生產(chǎn)節(jié)奏。

4.改進(jìn)措施

為適應(yīng)當(dāng)前不斷加快的生產(chǎn)節(jié)奏及產(chǎn)品高質(zhì)量的要求，針對(duì)上述存在的問題，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)觀察、分析、論證，決定徹底改進(jìn)拔管機(jī)結(jié)構(gòu)。

（1）改進(jìn)拔管鉗的固定方式 為解決離心澆鑄結(jié)束后，管模和鑄鐵管以管模速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，拔管鉗經(jīng)常出現(xiàn)的被扭曲變形現(xiàn)象，將拔管鉗固定方式加以改進(jìn)，采用旋轉(zhuǎn)方式來解決。具體方法為：改進(jìn)導(dǎo)向套筒結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)向套筒結(jié)構(gòu)處設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)支撐，軸承采用圓錐滾子軸承相對(duì)安裝。此外，在導(dǎo)桿端部增加軸承箱體，軸承采用雙向推力球軸承，讓拔管鉗鉗塊、連接體、鏈片、彈簧板、鉗體臂及鉗軸等隨同管模及鑄鐵管一同旋轉(zhuǎn)，當(dāng)離心鑄管機(jī)澆鑄完畢，管模和鑄鐵管還在旋轉(zhuǎn)時(shí)，能伸入管子承口進(jìn)行拔管，拔管鉗導(dǎo)向桿不受扭力，減少了變形，延長(zhǎng)了使用壽命。

（2）增加鉗塊彈簧支撐板徑向距離 當(dāng)管模運(yùn)行到后期，承口出現(xiàn)的工藝缺陷較多，再加上拔管鉗鉗塊磨損，在澆鑄結(jié)束后，拔管鉗運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常不能一次將管子拔出。為此，將拔管鉗鉗塊設(shè)計(jì)為與撐臂一起徑向運(yùn)動(dòng)，有效增加了鉗塊的徑向移動(dòng)距離，實(shí)現(xiàn)了順利拔管的節(jié)奏。改造后拔管裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改造后拔管裝置結(jié)構(gòu)示意

（3）加大鉗塊間相互構(gòu)成的間隙 改造前，鉗塊張開動(dòng)作是靠鉗芯及其上方銷軸推動(dòng)鉗塊張合，實(shí)現(xiàn)拔管，但間隙相互間較小，成形后的鑄鐵管承口端殘砂落下后，直接落到鉗板之間，導(dǎo)致張開、合攏受阻。改進(jìn)后的鉗塊為活動(dòng)式，每個(gè)鉗塊下方增加一個(gè)平衡塊，鉗塊根據(jù)管子內(nèi)徑不平部位能夠自動(dòng)調(diào)整與鑄鐵管承口端內(nèi)壁的接觸面，增加管子與鉗塊摩擦力，鉗塊相互構(gòu)成之間間隙較大，支撐臂間可直接將殘砂落到地面，減少了鉗塊阻卡現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）增加拔管鉗張開距離 不同規(guī)格的拔管鉗，當(dāng)鉗口合攏后，其外徑要小于該規(guī)格鑄鐵管承口砂芯內(nèi)徑，張開后，其外徑要大于管模內(nèi)徑，這樣才能保證拔管鉗既能方便進(jìn)入，又能撐住鑄鐵管和管模內(nèi)壁。根據(jù)使用情況來看，因?yàn)樵喂茔Q設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)受限，再加上所處工作環(huán)境較差，變形、斷裂、阻力大等原因，張開距離難以滿足拔管要求。為此，對(duì)拔管鉗鉗塊支撐板張開距離進(jìn)行了改變，徑向張開支撐板張開距離較大，鉗芯軸向移動(dòng)距離和鉗塊徑向移動(dòng)距離設(shè)計(jì)時(shí)均考慮到一次拔管運(yùn)行的可能性，鉗體臂徑向移動(dòng)大于承口內(nèi)徑，實(shí)現(xiàn)了一次拔管的效果。

（5）增加鉗塊與管模接觸面積 將原來較笨重的3塊鉗塊進(jìn)行改造，不同規(guī)格拔管鉗鉗塊采用6～8塊小的鉗塊，在進(jìn)行規(guī)格更換時(shí)，一人便可拆卸更換，節(jié)約了時(shí)間，增加了與鑄鐵管承口端的接觸面積和摩擦力，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

改造后拔管鉗鉗體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 改造后拔管鉗鉗體結(jié)構(gòu)示意

（6）優(yōu)化拔管鉗結(jié)構(gòu) 擋管器轉(zhuǎn)軸直徑由25mm改為50mm，可提高拔管鉗鉗體的脹緊力、摩擦力，以及拔管鉗旋轉(zhuǎn)和零部件強(qiáng)度；行走液壓管增加拖鏈，有效地防止液壓管與其他部件摩擦，減少了因液壓管磨損而造成的停機(jī)故障率；鉗塊板下由原來銷軸改進(jìn)為平衡塊，減少了因?yàn)殇N軸斷裂造成的停機(jī)；鉗塊上的硬質(zhì)合金頭拆卸方便，利于更換；鉗塊張開力和鉗芯優(yōu)化為滑動(dòng)鏈片移動(dòng)，以提高生產(chǎn)節(jié)奏。所有這些優(yōu)化改進(jìn)，減少了設(shè)備故障的發(fā)生，有效提高了生產(chǎn)效率。

5.改進(jìn)效果

（1）改造后的拔管鉗能夠旋轉(zhuǎn)，避免了在拔管過程中由于拔管旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩容易使拔管鉗變形，增加了拔管鉗鉗塊與鑄鐵管承口端的摩擦力，提高了后期管模拔管節(jié)奏，降低了管模生產(chǎn)成本，加快了生產(chǎn)節(jié)奏。

（2）減少了拔管鉗故障，設(shè)備故障月平均占離心機(jī)故障比例由16.7%降為6.35%，提高了機(jī)時(shí)產(chǎn)量，生產(chǎn)DN1000管時(shí)，由每小時(shí)生產(chǎn)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。拔管鉗能旋轉(zhuǎn)拔管，減小了拔管張力，避免了因拔管鉗張力過大造成鑄管承口裂紋，提高了鑄鐵管承口端的質(zhì)量。

（3）以生產(chǎn)DN300管子為例，如生產(chǎn)同樣狀態(tài)的管模，改造前拔管鉗班產(chǎn)160支， 而通過拔管鉗改造后，現(xiàn)在班產(chǎn)能可達(dá)210支，每班可提高50支，改造后月增產(chǎn)100t，年可增產(chǎn)1200t，生產(chǎn)節(jié)奏大幅提高，減少了延時(shí)管，產(chǎn)量和質(zhì)量均得到提高，達(dá)到了預(yù)期效果。

6.結(jié)語

通過對(duì)水冷球墨鑄鐵管離心機(jī)拔管鉗裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，經(jīng)過一年多來的使用運(yùn)行，該裝置操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，設(shè)備故障率大幅降低，避免了老式拔管鉗靠增加張力拔管時(shí)，使鑄管產(chǎn)生裂紋，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

新改進(jìn)后的拔管裝置，滿足了離心機(jī)拔管節(jié)奏加快的生產(chǎn)需要，提高了生產(chǎn)率，拔管后的鑄鐵管承口端質(zhì)量指標(biāo)大幅提高，基本取得了預(yù)期效果，對(duì)國(guó)內(nèi)同類水冷金屬型離心鑄管機(jī)系列的拔管裝置技術(shù)改進(jìn)具有借鑒作用。