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全新開發(fā)研制的箱式爐調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在挖掘機(jī)設(shè)備中需要熱處理的工件很多，如齒輪、傳動軸、連桿、大型軸承等，其中很多工件都屬于體積較大的大型機(jī)械零件。大型機(jī)械零件在進(jìn)行熱處理時，特別是在進(jìn)行預(yù)熱處理時，主要采用臺車式爐裝掛加熱以及出爐冷卻的方式進(jìn)行。這種方法的缺點(diǎn)是散熱量大、高鎳料具消耗快、工作環(huán)境惡化、人工操作導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，工作安全性欠佳。

近年來結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備的特點(diǎn)，結(jié)合用戶的實(shí)際情況，有公司研制出全自動箱式調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線，以解決臺車爐加工大型機(jī)械零件時的弊端和問題。本文簡單介紹全自動箱式調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線的組成結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)。

全自動箱式調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線主要組成設(shè)備由卸料臺、風(fēng)冷臺、箱式高溫回火爐、箱式淬火加熱爐、水淬槽、備料臺、儲液槽、三位運(yùn)轉(zhuǎn)料車等。生產(chǎn)設(shè)備平面結(jié)構(gòu)圖如下：

該生產(chǎn)線具有自動搬運(yùn)、進(jìn)出料、加熱、淬火（水淬）、轉(zhuǎn)移、風(fēng)冷、卸料的功能，同時可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，調(diào)整生產(chǎn)線加熱、淬火節(jié)拍，具有生產(chǎn)靈活、可靠性高、生產(chǎn)效率高、能源消耗低等特點(diǎn)。

全自動箱式調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)

全自動箱式調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線采用可編程控制器，全部機(jī)電動作、壓力控制、氣體供給均由PLC閉環(huán)控制。PLC配以太網(wǎng)接口，與上位機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)通信，可以擴(kuò)展若干個網(wǎng)絡(luò)終端。

轉(zhuǎn)移料定車定位采用倍加福位置發(fā)信器，包括讀寫卡、識別器、工業(yè)總線、通信模塊等。工件進(jìn)工位、出工位均做記錄，徹底消除了程序信號導(dǎo)致撞車的現(xiàn)象。

同時，在控制中還新增了工件跟蹤系統(tǒng)，在裝載一爐料時，在人機(jī)界面上輸入產(chǎn)品的工藝參數(shù)，暨操作班組號、產(chǎn)品型號、材質(zhì)、工藝類型、裝爐量等。并隨著工藝流程的進(jìn)行，對爐內(nèi)每一爐工件進(jìn)行跟蹤記錄，準(zhǔn)確記錄各工藝段的時間（如進(jìn)加熱爐時間、進(jìn)淬火槽時間、進(jìn)回火爐時間等）使操作人員及時跟蹤工件的熱處理工作狀態(tài)。對于生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)緊急情況，操作人員可以對工件數(shù)據(jù)進(jìn)行手動操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和更新的及時性。

整個控制系統(tǒng)采用觸摸屏人機(jī)操作界面，使用專業(yè)的自動化控制軟件，工藝曲線的編制修改、工藝參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的讀取存儲都通過觸摸屏進(jìn)行。通過觸摸屏界面可以直觀看到整個設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時包含有狀態(tài)復(fù)位、自動條件、探頭吹掃、轉(zhuǎn)移操作等等操作界面。

優(yōu)化加熱爐、回火爐設(shè)計(jì)

為減少蓄熱消耗，加熱爐及回火爐爐體采取全纖維（真空纖維砌塊+纖維平鋪層）爐襯，爐底采用輕質(zhì)耐火制品和高強(qiáng)度的耐熱鋼共同砌筑。耐火纖維容重小，爐墻蓄熱少，周期性操作的爐子比磚墻爐體節(jié)省20%-30%。

加熱元件為高電阻電熱合金絲燒制成形，插掛在爐體內(nèi)纖維模塊上。采用這種結(jié)構(gòu)形式，有利于加熱元件充分釋放輻射能量，避免不必要的能量消耗，同時在爐門上也布置加熱元件，提高了單位體積內(nèi)爐膛加熱量，為避免爐門加熱元件熱短路，減少消耗，同時為防止?fàn)t門開啟時加熱元件掉落，爐門內(nèi)布置的加熱元件采用下圖布置方式。

為保證爐溫均勻性，在爐體頂部安裝了水冷式耐熱合金循環(huán)風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，同時，爐內(nèi)導(dǎo)軌采用分段鏤空設(shè)計(jì)，以利于氣流循環(huán)。多重技術(shù)手段的運(yùn)用保證了加熱爐、回火爐的加熱能力和效果。

采用高效板式換熱器及優(yōu)化的攪拌系統(tǒng)保證淬火效果

為保證淬火水溫在合理的范圍內(nèi)，在水淬槽內(nèi)安裝了多塊高效板式換熱器，其在槽內(nèi)合理分布，******限度發(fā)揮換熱效果。換熱器與外界循環(huán)冷卻系統(tǒng)相連，淬火液溫度采用高效靈敏熱電偶配合電磁閥、溫控儀表、溫控開關(guān)等手段實(shí)現(xiàn)溫度自動控制。

為提高冷卻效果，水淬槽配備了多臺液下螺旋攪拌器，為提高淬火介質(zhì)流過工件區(qū)域的流速，達(dá)到良好的淬火效果，攪拌器出口安裝有導(dǎo)流筒，此導(dǎo)流筒可對攪拌介質(zhì)提供導(dǎo)向，同時，在工作區(qū)域設(shè)置可工件用導(dǎo)流筒，確保高速介質(zhì)流全部流經(jīng)工件區(qū)域。

對水淬而言，淬火過程存在蒸汽膜階段，沸騰階段和對流階段。蒸汽膜階段時間縮短，整個淬火時間縮短。為盡可能減少工件入水初始階段蒸汽膜對淬火質(zhì)量的影響，設(shè)計(jì)人員還為淬火槽升降料臺設(shè)置了料臺串動，進(jìn)一步提高淬火效果。同時為檢修方便，設(shè)置了儲液槽、杜絕檢修時廢液排放對環(huán)境的污染。

生產(chǎn)線經(jīng)過用戶使用，整體運(yùn)行良好，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到客戶的要求。

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