PUMA浇注机随流孕育装置研究及改进.pdf

第5 8 卷第5 期Vol.58No.5中国铸造装备与技术CHINAFOUNDRYMACHINERY&TECHNOLOGY2023年9 月Sep.2023PUMA浇注机随流孕育装置研究及改进王圆圆，刘志豪，陈乐蕾，孙元良，王艳杰，赵宏俊，侯心洋（潍柴（潍坊）材料成型制造中心有限公司，山东潍坊2 6 1 1 0 0）摘要：针对PUMA浇注机随流孕育装置使用较长时间后运行不稳定、调试难度大及维护成本高等问题，通过分析现有装置结构及特点，将原装置的振动输送方式改为螺旋输送方式，实现孕育剂装置调试方便及使用简单，同时改造方案中增加人工校准功能，确保孕育剂加入装置运行精度及运行稳定性。关键词：浇注机；随流孕育装置；螺旋输送；校准中图分类号：TG233.3D0I:10.3969/j.issn.1006-9658.2023.05.0050引言随着铸造行业的快速发展，浇注机的使用也由半自动浇注设备向全自动浇注设备发展。我公司浇注机是由瑞士SLS公司生产，为当前世界上较先进的全自动浇注机。该浇注机由X、Y、Z 轴驱动实现浇注机水平和垂直运动，A轴驱动实现浇注机的重心倾转从而实现铁水浇注，IX轴驱动实现随流孕育剂加人功能，在浇注过程中随流孕育装置根据配方将孕育剂均匀输送到铁水中。潍柴材料成型中心自2 0 0 6 年以来陆续安装4条PUMA浇注生产线，原随流孕育装置设计能较好实现闭环控制，正常使用时稳定可靠。但随着使用最长年限达1 5 年、关键备件的陆续更换，其中一台随流孕育装置使用过程中孕育剂系统精度下降,当出现不稳定时,调试难度大,成为维修的一大难题；且存在部分关键备件停产或即将停产，维护成本加大；孕育剂加人量波动范围较大，不能满足生产工艺要求，直接导致铸件质量问题。针对我公司孕育剂材料供应商稳定特点，本文结合现状通过摸索分析，对本台浇注机孕育剂装置进行改文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-9 6 5 8(2 0 2 3)0 5-0 0 1 9-0 5进，通过选用一种螺旋送料定量加注方式代替原有动态称重、振动输送方式，达到设备维护简单、运行可靠、备件维护成本低的效果。1原随流孕育装置介绍原有随流孕育装置采用动态称重、振动输送方式进行孕育剂定量加注，主要有称重系统、振动输送系统、检测反馈系统组成；称重系统主要起标定及偏差校准作用，主要由称重传感器及称重控制器组成，通过自动反馈调节，实现精准加料（如图1、图2 所示)。实际使用过程中，振动电机、振动电机控制器、称重传感器性能发生下降时，比如称重传感器零位有时发生漂移，均会造成孕育剂加入量不稳定情况，维修人员维修难度大。随着使用年限增加，备件故障现象也时有发生，随着备件停产或即将停产,采购难度大、周期长、采购成本高，维修成本大大增加，若备件供应不及时，将影响功能使用,直接制约现场生产运行。基于此，本文对本台浇注机随流孕育装置进行研究及改进。收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 5；修订日期：2 0 2 3-0 4-2 12浇注机随流孕育装置改进作者简介：王圆圆（1 9 8 8 一），女，工程师，研究方向：控制科学与工程。E-mail:2.1设设计原理-19-第5 8 卷中国铸造装备与技术工控机设定值孕育剂加人量-浇注记录模拟量电压0-1 0 V振动电机控制器贝加莱CPU振动电机重量值反馈，调节下一箱加人量称重控制器图1 原随流孕育装置原理500PLC编程，伺服控制器根据设备运行人员设定的孕育剂加人量和时间，进行电机转速调节来旋转给料，同时随着螺旋磨损，拟合的曲线会存在偏8差，针对该情况，通过PLC程序计算偏差值，从而504得到新的电机运行频率，使孕育剂驱动装置按照新频率运行，将孕育剂均匀地由送料管送入铁水505中,达到投料准确的效果（如图3所示）。图2 原装置结构图设定变频器频率为Y,孕育剂流速为X，调试500一蝶阀5 0 4振动电机5 0 5 一称重传感器8 输料槽新装置选定伺服驱动加螺旋给料的方式，结构简单、中间控制环节较少，可提高设备运行可靠性与定量精度。新装置由料仓、加料闸板、螺旋、装置底座、送料管、料位传感器、流量监测传感器、送料管管路堵塞检测传感器、孕育剂吹送装置、送料管吹扫装置、气动回路、电机及伺服控制器组成。调试过程中测试并记录变频器频率与孕育剂流速关系，通过数据拟合曲线得到固定关系后进行设定值：重量、时间工控机WINCC称重传感器时通过曲线拟合得到Y=AX+B，（本设备中A=906.26,B=480.55）,A,B数值受孕育剂颗粒体积、螺旋结构等影响。当随着螺旋使用频次增加会出现一定程度磨损，导致校准曲线精度达不到工艺要求时，可采用校准功能。比如测试模式下，操作人员测试1 组数值即为孕育剂的实际测试重量m，可得到速度偏移Vi=（实际测试重量m-设定测试重量n）/孕育剂加入时间，新速度V2=（速度偏移newnewnewnew螺旋送料西门子CPU伺服控制器浇注开始、停止信号检测信号贝加莱CPU电机人工定期称重程序偏差校准，确保精度图3新装置原理-20王圆圆，等：PUMA浇注机随流孕育装置研究及改进第5 期孕育剂加人启动测试模式一模式判断一工作模式测试重量与动作时工作配方重量与动间载人作时间载人流速计算赋值变频器运行参数螺旋给料装置运行送料吹清阀打开加人计时结束计时6 s-挤压阀打开一计时 0.5 s计时4 s清料吹清阀打开计时3s挤压阀关闭送料吹清阀关闭清料吹清阀关闭加人结束图4动作流程图Vi运行时间+设定重量）/运行时间，新速度V22.3实施步骤更新为曲线Y=AX+B中的X参数,变频器采用得2.3.1机械装置选型到的新的频率来工作，从而达到校准功能。根据现场安装环境，测绘随流孕育装置安装新装置孕育参数主要是孕育剂加入时间（s）尺寸，根据工艺要求测算装置技术参数，根据工艺和孕育剂总量（g）,控制参数选定控制孕育总量的要求确定螺旋装置供应效率,功率为1 0 0 W，速比方式，可更精准的控制孕育剂加人量。另外，新孕为1/2 0,如图5 所示。由于孕育剂颗粒度小，料流育系统与浇注机控制系统进行交互，尽可能的利下后挤压在螺旋上，起步时出现过载，在我们设计用浇注机系统信号，减少新孕育系统的检测信号，中,在进料处增加减压板以降低负载，同时在电机以降低成本。2.2动作流程新装置工作模式包含测试模式及工作模式，其中工作模式采用工艺配方中的孕育剂添加重量及加人时间,测试模式用于日常校准使用。根据输人值，程序自动控制变频器动作，实现孕育剂的加人及挤压阀、吹清阀、清料阀的动作。具体流程见图4所示。240470-21-520图5机械装置图第5 8 卷项目树厂设备白随流孕商盛添加新设备品设备和网络PLC_1CPU1215CDC/DCIDC吖设备组态在线和诊断一品程序块添加新块Cyclic_Connection(50Ms)0B30Cyclic_Count(100ms)0B31DiagnosticerrorinterruptoB82-MainOB1Rackorstation failure0B86Startup oB100TimeerrorinterruptoB8oFC动作 FC2FC_状态监控 FC3格FB_变频器控制 FB30FB_速度转换 FB1DB_PUMARECEIVEDB11DB_PUMASENDDB10DB_States DB4DB_WinccDB3DB_变频器控制【DB5DB速度转换 DB23DB运行状态 DB1国系统块选型时，建议在1 0 0 W基础上可适当提高电机功率。2.3.2控制系统设计控制系统由控制柜、可编程控制器、WINCC7.3、变频器及电气管线等组成。电控系统采用西门子S7-1200系列可编程控制器，变频器采用0.7 5kW的G120C变频器，通过PROFINET通讯分别与浇注机CPU和WINCC通讯(图6)构成孕育剂控制网络，完成检测信号读取、加料、吹扫、蝶阀等动作控制、故障报警、孕育剂加人偏差校正等功能，实现孕育剂随铁水连续、稳定加入。安装完实物图见图7。为便于孕育剂参数随生产件号变化，特将孕图7 实物安装图中国铸造装备与技术随凌孕育设备和网络网络L连接口HMI连擦PLC_1CPU1215C图6工程画面育剂参数纳人配方管理，在WINCC中添加参数I/O域 n_Recipes_dat_1和 In_Recipes_dat_2,代表孕育剂加人重量和加人时间设定值，使用脚本HMIRuntime.Tags(UA_Recipes_dat_1).Write(HMIRuntime.Tags(In_Recipes_dat_1).Read)下载型板数据至WINCC内部变量，在配方归档中进行显示，归档中关联新的名称Recipes_dat_1，在WINCC的VBS编辑器RW_Recipe_PLC.bac中，增 加 HMIRuntime.Tags（Se t W e i g h t _r u n ).W r i t e(objRecordset.fields（R e c i p e s _d a t _1 ).v a l u e）,即可将重量和时间传递给PLC中参与计算与控制。另外,通过修改WINCC脚本,将原先浇注数据归档中的孕育剂加人量替换为新装置变量地址，从而实现新装置与原浇注系统完全融合。设备操作人员定期检查显示控制器中定义的孕育量是否与实际量相符，如果实际和设定值不一致,将通过孕育剂校准 按键进行校准,如图8。3总结通过近一年的使用验证，螺旋给料孕育剂添加装置运行可靠、可保证较高的添加精度，能有效提高铸件质量及工艺保障能力，可有效解决原装置维护成本高，调试难度大的缺点。-22-驱动二1G120CPNPLC.1PNE_1王圆圆，等：PUMA浇注机随流孕育装置研究及改进第5 期当规模式孕育剂加入量孕育剂加入时间s带孕商剂实际值设定值0.000.000.000.00孕育剂故障孕育剂运行中打开蝶烟阀变频器状态变频器故障复位孕育剂测试测试孕育剂加入量孕育剂加入时间s进口设备原理一般较为先进，当出现使用瓶颈时，要大胆探索，积极尝试，对结构进行相应调整改进，彻底摆脱使用过程中各种束缚，同时该改造可在同类设备中进行推广。参考文献：1】廖常初.S7-1200/1500PLC应用技术 M北京：机械工业出版社，2 0 1 8.孕育剂校准校正实际值设定值g/s)0.000.00频率异常，请检查螺旋！0.00组1组2组3组4组50.00123.10123.90123.20123.10123.80图8 新增WINCC画面2李雪冰，马振航，王圆圆，等.PUMA浇注机螺纹套联轴器装配工具及装配工艺研究 J.铸造设备与工艺，2 0 2 0(2)：3-5.3 王录才，宋延沛.铸造设备及其自动化 MI.北京：机械工业出版社,2 0 1 8.平均值123.60123.50偏移Research and improvement on the flowincubation device of PUMA pouring machineWANG Yuanyuan,LIU Zhihao,CHEN Lei,SUN Yuanliang,WANG Yanjie,ZHAO Hongjun,HOU Xinyang(Weichai（W e i f a n g)M a t e r i a l Fo r mi n g a n d M a n u f a c t u r i n gCenter Co.,Ltd.,Weifang 261100,Shandong China)Abstract:Aiming at the problems of unstable operation,high debugging difficulty,and high maintenancecost of the flow inoculation device of PUMA pouring machine after being used for a long time,the ex-isting device structure and characteristics have been analyzed.The vibration conveying method of the o-riginal device has been changed to the spiral conveying method,achieving convenient debugging andsimple use of the inoculation device.At the same time,manual calibration function has been added tothe transformation plan to ensure the operation accuracy and stability of the inoculation adding device.Key words:Pouring machine;Flow inoculation device;Spiral conveying;Calibration23