CN208787515U - 自动浇注系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了自动浇注系统，所述自动浇注系统包括行车轨道、控制器、桥架、移动小车、主钩、副钩、编码器、工业无线通讯收发模块、工业串口服务器、接近开关；其自动浇注工艺所有组件位置以X、Y、Z轴坐标定点，在控制器的控制下完成浇注过程。本实用新型实现了定点、定量浇注，不仅大大提高了浇注效率，而且还节约了劳动力，降低了生产成本；提高了浇注件的成品率，还降低了浇注过程发生的工伤事故和突发事件。

Description

自动浇注系统

技术领域

本发明属于铸造冶金技术领域，尤其涉及自动浇注系统。

背景技术

冶金熔炼过程通常包括配料、物料熔化、球化、扒渣(将炉口或钢水包口的熔渣铲扒干净，减少铁水中固体杂质)、浇注工序。由于铁水温度在1400℃以上，铁水重量一般在1吨以上，给铁水的转运和各工序的操作带来很大困难，现有技术一般采用人工控制电炉或者钢水包的转运，对于电炉或钢水包位置的控制无法保证精确性，产生的误差较大，且操作过程中需要的人工数量大，不仅耗费人工，而且造成极大安全隐患。

发明内容

为解决现有人工浇注工艺无法控制重量、设备位置精确度差、以及安全性差的问题，本发明提供一种自动浇注系统，目标在于实现定量、定点浇注，同时节省人工，提高浇注速率。本发明采用如下技术方案：

自动浇注系统，包括行车轨道、控制器、桥架、移动小车、主钩、副钩、编码器、工业无线通讯收发模块、工业串口服务器、接近开关、工控机、上位机、钢水包和浇注钢架；所述控制器可以是PLC控制器；

浇注钢架设置在浇注工位，在浇注区域设置工控机中控室，工业无线通讯收发模块设置在工控机和上位机上；

所述桥架设置在行车轨道上、并沿着行车轨道进行直线往复运动；桥架上设置轨道和定位齿条，桥架轨道上设有移动小车运行和起升转接钢丝绳，移动小车沿桥架轨道进行直线往复运动；转接钢丝绳一端与移动移动小车铰接相连，另一端与副钩连接，移动小车下部通过钢丝绳连接主钩，主钩随移动小车一同移动，通过钢丝绳使主钩起升或下降；移动小车由电机驱动在桥架轨道上行走，即沿垂直于行车轨道的方向行走；

所述编码器分别安装在移动小车主钩、副钩、移动小车及桥架的电机上，用于将主钩、副钩、移动小车及桥架的位置信息转化为脉冲，再传递到PLC控制器，PLC控制器通过无线以太网与工控机和上位机进行数据交换；

所述主钩编码器和副钩编码器均为起升编码器；在移动小车两端设置移动小车编码器；

在钢水包外壁中部设置用于悬挂主钩的第一挂杆，在钢水包外壁后方底部设置用于悬挂副钩的第二挂杆。

优选的，PLC控制器、工业无线通讯收发模块和工业串口服务器设置在桥架的驾驶室内，所述PLC控制器通过工业无线通讯收发模块和工业串口服务器与钢水包和浇注工位上的工控机进行数据交换，PLC控制器根据工控机给出的钢水包位置以及浇注工位的砂型浇口漏斗位置，调整主钩、副钩的位置完成挂钩和浇注工序。

优选的，在桥架两端设置大车接近开关；在移动小车两端设置移动小车接近开关，在桥架和移动小车行进至一定位置时发出信号或警报。

在PLC上设定工位位置，所述工位以X、Y、Z三轴的数据体现，所述X轴为水平方向，具体为移动小车行进方向，Y轴为垂直于X轴的水平方向，具体为桥架行进方向，Z轴为垂直于XY水平面的垂直方向，具体为主钩或者副钩的升降方向。

优选的，所述桥架采用正轨箱形梁的双梁结构，主要承载构件材质为Q345B。

优选的，移动小车轨道的对接接头采用焊接方式，轨道与桥架接触紧密，移动小车轨道采用方钢，方钢侧面加滚动齿条。

优选的，在桥架两端、移动小车两端分别固定设置弹簧缓冲器和减速感应器，保证能有效减缓桥架和移动小车往复运动中的惯性碰撞。

优选的，在浇注钢架上设置轨道，在浇注钢架轨道上设置用于加入孕育剂的随流孕育装置，所述随流孕育装置包括料斗、微型螺旋给料机、料位检测器和溜槽，所述随流孕育装置跟随桥架移动。

优选的，在浇注工位设置了三道光栅传感器，所述光栅传感器与PLC控制器连接，用于监测记录浇注数据，包括浇注时间和孕育时间。

优选的，还在浇注工位上设置了移动除尘罩，移动除尘罩行走轨道设置在浇注钢架上，当设定浇注工位后通过工控机和PLC控制器传输给移动除尘罩PLC开始开闭工作。移动除尘罩可以在任何浇注工位，当设定浇注工位后，浇注机会给出指令移动除尘罩自动离开，浇注完成后移动除尘罩自动自动移至该浇注工位开始除尘、除烟，使浇注作业更环保、更健康。

本发明提供了一种自动浇注系统，与现有技术相比，具有以下优点：

1.该设备采用先进的智能软件和无线通讯技术，实现了定点、定量浇注，使原有的6个操作工以上，现在只用2个操作工，不仅大大提高了浇注效率，而且还节约了劳动力，降低了生产成本。

2.PLC控制器通过有线以太网与上位工控机链接和配备的人机界面，可以随时看到浇注状态、运行状态，随时读取每次浇注的耗电量、浇注重量、孕育剂的加入量、孕育时间、浇注时间、浇注温度等数据，从而提高了浇注件的成品率。

3.自动浇注机械手替代了传统的人工浇注，可以准确的定点浇注、定量浇注，而且还降低了浇注过程发生的工伤事故和突发事件。

4.设备配有先进的安全监控系统，可实时监控设备运行状态，并具备了故障报警，故障智能诊断功能，提高了机器运行的可靠性。同时设备还设计了备用程序，当原程序出现故障时，自动切换到备用程序，继续完成浇注过程，提高了设备的安全性、稳定性。通过该系统，用户可以远程操作，远程管理。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的自动浇注系统结构正视图；

图2为本发明提供的自动浇注系统的主钩和钢水包结构图；

图3为本发明提供的自动浇注系统的结构侧视图；

图4为本发明提供的自动浇注系统中钢水包和浇注工位结构图；

图5为本发明提供的自动浇注系统中浇注钢架的结构图；

图6为本发明提供的自动浇注系统中浇注钢架的正视图；

图7为本发明提供的自动浇注系统中浇注钢架的侧视图；

图8为本发明提供的自动浇注系统中浇注钢架的俯视图；

图9为本发明提供的自动浇注系统中大件浇注浇注钢架的侧视图；

图10为本发明提供的自动浇注系统中中件浇注浇注钢架的侧视图；

图11为本发明提供的自动浇注系统中小件浇注浇注钢架的侧视图

其中，1-桥架，2-移动小车，3-主钩，4-副钩，5-钢水包，6-浇注工位，7-转运车，8-驾驶室，11-大车接近开关，21-移动小车编码器，51-第一挂杆，52-第二挂杆，61-砂型浇口漏斗，91-垂直溜槽，92-大件斜溜槽，93-大件浇口盆，94-中件斜溜槽，95-中件浇口盆，96-小件斜溜槽，97-小件浇口盆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，浇注区域是指整个浇注车间。浇注工位是指工件等待浇注的固定位置。

在本实施例中提及的接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等。

正如背景技术所介绍的，现有技术中无法实现定量、定点浇注，耗费人工，安全性差等不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种自动浇注系统。

实施例1：

如图1～图3所示，自动浇注系统，包括行车轨道、PLC控制器、桥架1、移动小车2、主钩3、副钩4、钢水包5、编码器、工业无线通讯收发模块、工业串口服务器、接近开关、工控机、上位机和浇注钢架；

浇注钢架设置在浇注工位6，浇注钢架的结构如图5～图11所示，在浇注区域设置工控机中控室，工控机和上位机上有工业无线通讯收发模块；

所述桥架1设置在行车轨道上、并沿着行车轨道进行直线往复运动；桥架1上设置轨道和定位齿条，桥架轨道上设有移动小车2运行和转接钢丝绳，移动小车2沿桥架轨道进行直线往复运动；转接钢丝绳一端与移动移动小车铰接相连，另一端与副钩3连接，移动小车下部通过钢丝绳连接主钩3，主钩3随移动小车2一同移动，通过钢丝绳使主钩起升或下降；移动小车2由电机驱动在桥架轨道上行走，即沿垂直于行车轨道的方向行走；

所述编码器分别安装在移动小车主钩3、副钩4、移动小车2及桥架1的电机上，用于将主钩、副钩、移动小车及桥架的位置信息转化为脉冲，再传递到PLC控制器。所述主钩编码器和副钩编码器均为起升编码器。移动小车编码器21设置在移动小车两端。在钢水包外壁中部设置用于悬挂主钩的第一挂杆51，在钢水包外壁后方底部设置用于悬挂副钩的第二挂杆52。

PLC控制器、工业无线通讯收发模块和工业串口服务器设置在桥架的驾驶室8内，采用可触摸的显示屏操作，所述PLC控制器通过工业无线通讯收发模块和工业串口服务器与钢水包和浇注工位上的工控机进行数据交换，PLC控制器根据工控机给出的钢水包位置以及浇注工位的砂型浇口漏斗61位置，如图4所示，调整主钩、副钩的位置完成挂钩和浇注工序。在桥架两端设置大车接近开关11；在移动小车两端设置移动小车接近开关，在桥架和移动小车行进至一定位置时发出信号或警报。

在PLC控制器上设定工位位置，所述工位以X、Y、Z三轴的数据体现，作为一个典型的实施例，所述X轴为水平方向，具体为移动小车行进方向，Y轴为垂直于X轴的水平方向，具体为桥架行进方向，Z轴为垂直于XY水平面的垂直方向，具体为主钩或者副钩的升降方向。

PLC控制器用于采集数据、监控设备运行状态、控制设备运行动作、发出指令、设定浇注重量、设定浇注时间、浇注工位、设定孕育剂重量、设定孕育时间、浇注数量，通过网络传输，发送到IP地址。

所述桥架采用正轨箱形梁的双梁结构，主要承载构件材质为Q345B(16Mn)。所有结构件的板材、型材均应经过预处理，预处理后的表面应达到GB8923标准规定Sa2 1/2级。

移动小车轨道的对接接头采用焊接方式，必须平整光滑。轨道与桥架接触紧密，固定可靠，移动小车轨道采用方钢，方钢侧面加滚动齿条，保障横向直线运行及其精确控制运行距离。

在桥架两端、移动小车两端分别固定设置弹簧缓冲器和减速感应器，保证能有效减缓桥架和移动小车往复运动中的惯性碰撞。

主起升机构采用双滚筒、双减速机、单电机、制动器等组成，单电机驱动两台减速机达到起升同步。移动小车下面加固定性立体钢柱，固定吊钩及活动滑轮组的下固定性立体钢柱，上下二件刚性柱配合间隙1mm，二件刚性柱上下活动距离为2500mm，通过上下立体钢柱来控制钢包前后左右水平位移不大于2mm。浇铸机机械手在起吊钢包的上升下降制动通过变频器和机械制动器制动距离不大于5mm。

副起升机构采用单滚筒、单减速机、单电机、制动器等组成。

卷筒：其材料为钢质，成型后还应进行消应力处理。卷筒与减速器的联轴器采用卷筒联轴器，保证卷筒受载后齿轮啮合良好，并能补偿两轴的相对位移。

滑轮采用钢质。

吊钩采用锻造单钩，材料为优质炭素钢锻造钩，下部旋转吊具采用板式龙门钩，材质为16Mn，符合GB6067-85的要求，钩口均设有闭锁装置。

减速器：减速器均采用博能产品。移动小车行走减速器为垂直轴扭力臂安装方式，其它均为卧式。

联轴器采用材质45#联轴器或ZG340-640。

桥架、移动小车走行动力传递使用硬齿面的齿轮、齿条传递。

制动器：起升运行制动器采用焦作制动器(集团)有限公司产“金箍牌”YWZ系列液压推杆制动器。

在承重梁侧面加装LED显示屏，显示整车的工作机构运行数值。

加载旋转装置，实现起吊钢水包时360度旋转，方便铁液除渣。

作为一个典型的实施例，在浇注钢架上设置轨道，在浇注钢架轨道上设置用于加入孕育剂的随流孕育装置，所述随流孕育装置包括料斗、微型螺旋给料机、料位检测器和溜槽，所述随流孕育装置跟随桥架移动。如图9～图11所示，分别为大件浇注随流孕育装置、中件浇注随流孕育装置和小件浇注随流孕育装置。大件随流孕育装置包括垂直溜槽91、大件斜溜槽92、大件浇口盆93；中件随流孕育装置包括中件斜溜槽94、中件浇口盆95；小件随流孕育装置包括小件斜溜槽96和小件浇口盆97.大、中、小件主要区别在孕育管(即溜槽)的角度和高度，所述角度和高度依据产品的尺寸而定。

孕育剂的加入量通过变频调速控制，可实现无级调节给料量，保证孕育剂加入时的最佳流动，同时节约孕育剂用量，满足不同铸件孕育量的要求。

孕育系统设置能方便的调整孕育剂加入的开始时间、持续时间及结束时间、稳定可靠。为防止孕育剂在溜槽中阻塞，从微型螺旋给料机给出的孕育剂，要通过风机吹入铁水流中，达到随流孕育的目的，同时容易管道清理工作。

孕育剂料斗安装位置便于孕育剂的人工添加，孕育剂出口的位置方便调整，在料斗上设有料位报警装置。

起升机构上升极限均设置双限位(旋转式和重锤式各一个)，当取物装置上升到设计规定的极限位置时切断电动机电源并报警，还装设了下降极限位置的限位开关。

采用可编程序控制器(PLC)控制。配有伺服控制器，操作台上除设有按钮及伺服操纵手柄之外；配有人机界面，可以设定和显示各运行参数，监控运行状态，故障报警，手动调整和寻零操作，提高了机器运行的可靠性。控制系统除有手动操作开关外，另配有自动回原位开关、急停开关等。可编程控制器(PLC)采用西门子S7-300产品。

PLC控制器能根据浇注机倾转角度判断剩余铁水重量并由指示灯警示。

浇注机PLC能储存500种以上铸件的浇注工艺参数及浇注曲线。包括浇口杯位置、浇注时浇包的倾转速度(代替浇注速度)、倾转角度(代替浇注重量)。

设置的铸件信息包括铸件件号、判断是否坏型由人工在浇注端头反馈控制中心，每次浇注过程中能自动寻找待浇注砂箱浇口位置(铸件具有一定排列规律)，并调用PLC的浇注工艺参数及曲线进行浇注(浇注过程中通过手柄人工进行)。

在另一个典型实施例中，能通过安装在X、Y、Z方向上的零点位接近开关(3个左右)和校正位接近开关(X、Y各一个左右、Z方向2个)进行零点、固定位置校正。

在另个一典型实施例中，在浇注工位设置了三道光栅传感器，所述光栅传感器与PLC控制器连接，用于监测浇注过程铁水的注入量。

在另一个典型实施例中，还在浇注工位上设置了移动除尘罩，移动除尘罩上设置接近开关和PLC控制器，移动除尘罩行走轨道设置在浇注钢架上，当设定浇注工位后通过工控机和PLC控制器传输给移动除尘罩PLC控制器，移动除尘罩上的PLC控制器开始开闭工作。移动除尘罩可以在任何浇注工位，当设定浇注工位后，浇注机会给出指令移动除尘罩自动离开，浇注完成后移动除尘罩自动自动移至该浇注工位开始除尘、除烟，使浇注作业更环保、更健康。

实施例2：

一种自动浇注工艺，所有组件位置以X、Y、Z轴坐标定点，在PLC控制器的控制下，完成如下步骤：

步骤一、承载移动小车的桥架在等待点，即第一工位，等待转运车7将装有铁水的钢水包运送至桥架下方；

步骤二、移动小车上的主钩下降至钢水包的挂杆水平位置，即第二工位，移动小车移动至钢水包中部的第一挂杆51处，即第三工位，使得主钩挂在钢水包的挂杆上；

步骤三、下车上的主钩上升，带动钢水包上升到第四工位；

步骤四、桥架和移动小车移动，将钢水包转运至扒渣位，即第五工位，在扒渣位处，通过机械手主、副钩调节旋转角度，再通过扒渣设备将钢水包中铁水的固体杂质清理出来并对铁水进行检测温度；

步骤五、扒渣工序完成后，桥架和移动小车移动，将钢水包转运至浇注钢架上的浇注工位，即第六工位，进行浇注工序，钢水包和浇注工位结构图如图4所示。

步骤六，浇注完毕，桥架和移动小车自动从浇注工位离开，除尘罩自动运行至该浇注工位开始除尘。

步骤一至步骤五中，所述第一工位至第六工位的位置采用X、Y、Z轴坐标定点，采用编码器记录，编码器通过无线通讯将数据传送至PLC控制器。

所述步骤四中，在进行扒渣工序之前，将副钩挂在钢水包后方底部的第二挂杆处52，副钩上升使得钢水包倾斜。

所述步骤五中，在浇注同时称重；实现定量浇注。

所述步骤五中，在浇注工位设置了三道光栅传感器，所述光栅传感器与PLC控制器连接，用于监测浇注过程铁水的注入量。

所述步骤五中，浇注的同时向倒出的铁水中加入孕育剂，对铁水进行固化。

在浇注机原有的基础上，补充设计、自动定位，自动浇注。数据的监控，记录和统计，通过数据分析大大的提高浇注质量。

1、定位：纵向移动由齿条传动，伺服控制器调速，编码器实现位置定位，可使浇注机定节距移动，实现换位浇注的自动化。

2、电控：采用可编程序控制器控制，配有伺服控制器，配有人机界面，可以设定和显示各运行参数，监控运行状态，故障报警；编程和修改程序，提高了机器运行的可靠性。

3、数字化：PLC控制器使用有线以太网与上位工控机进行数据交换，交换的信息包括：浇注铁水重量、耗电量、燃气量、每包浇注时间、铸件号及数量、浇注后多余的铁水重量等参数的记录。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.自动浇注系统，其特征在于，包括行车轨道、控制器、桥架、移动小车、主钩、副钩、编码器、工业无线通讯收发模块、工业串口服务器、接近开关、工控机、上位机、钢水包和浇注钢架；

浇注钢架设置在浇注工位，在浇注区域设置工控机中控室，工业无线通讯收发模块设置在工控机和上位机上；

所述桥架设置在行车轨道上、并沿着行车轨道进行直线往复运动；桥架上设置轨道和定位齿条，桥架轨道上设有移动小车运行和起升转接钢丝绳，移动小车沿桥架轨道进行直线往复运动；转接钢丝绳一端与移动移动小车铰接相连，另一端与副钩连接，移动小车下部通过钢丝绳连接主钩，主钩随移动小车一同移动，通过钢丝绳使主钩起升或下降；移动小车由电机驱动在桥架轨道上行走，即沿垂直于行车轨道的方向行走；

所述编码器分别安装在移动小车主钩、副钩、移动小车及桥架的电机上，用于将主钩、副钩、移动小车及桥架的位置信息转化为脉冲，再传递到控制器；

所述主钩编码器和副钩编码器均为起升编码器；在移动小车两端设置移动小车编码器；

在钢水包外壁中部设置用于悬挂主钩的第一挂杆，在钢水包外壁后方底部设置用于悬挂副钩的第二挂杆。

2.根据权利要求1所述的自动浇注系统，其特征在于，所述控制器、工业无线通讯收发模块和工业串口服务器设置在桥架的驾驶室内，所述控制器通过工业无线通讯收发模块和工业串口服务器与浇注区域的工控机中控室进行数据交换，控制器根据工控机给出的钢水包位置以及浇注工位的砂型浇口漏斗位置，调整主钩、副钩的位置完成挂钩和浇注工序。

3.根据权利要求2所述的自动浇注系统，其特征在于，在桥架两端设置大车接近开关；在移动小车两端设置移动小车接近开关，在桥架和移动小车行进至一定位置时发出信号或警报。

4.根据权利要求3所述的自动浇注系统，其特征在于，所述桥架采用正轨箱形梁的双梁结构，主要承载构件材质为Q345B。

5.根据权利要求4所述的自动浇注系统，其特征在于，移动小车轨道的对接接头采用焊接方式，轨道与桥架接触紧密，移动小车轨道采用方钢，方钢侧面加滚动齿条。

6.根据权利要求5所述的自动浇注系统，其特征在于，在桥架两端、移动小车两端分别固定设置弹簧缓冲器和减速感应器，保证能有效减缓桥架和移动小车往复运动中的惯性碰撞。

7.根据权利要求6所述的自动浇注系统，其特征在于，在浇注钢架上设置轨道，在浇注钢架轨道上设置用于加入孕育剂的随流孕育装置，所述随流孕育装置包括料斗、微型螺旋给料机、料位检测器和溜槽，所述随流孕育装置跟随桥架移动。

8.根据权利要求7所述的自动浇注系统，其特征在于，在浇注工位设置了三道光栅传感器，所述光栅传感器与控制器连接，用于记录浇注时间和孕育时间；还在浇注工位上设置了移动除尘罩，所述移动除尘罩行走轨道设置在浇注钢架上。