Инновационные технологии фирмы "SAVELI S.P.A." (Италия) и "AHB GIESSEREITECHNIK GMBH (Германия) при производстве крупного вагонного литья

На сегодняшний день вагоностроение является одним из передовых направлений машиностроения в СНГ. Тенденции увеличения спроса на грузовой железнодорожный подвижной состав отчетливо отмечаются на протяжении последних шести-семи лет. Данная ситуация пришла на смену продолжительному кризису, в котором находилось отечественное вагоностроение: практически все 90-ее годы прошлого столетия железные дороги стран СНГ не осуществляли закупок новых грузовых вагонов, эксплуатируя имеющийся транспортный парк "на износ". Как следствие - в сети железных дорог стран СНГ эксплуатируется до 20% грузовых вагонов с выработанным нормативным сроком службы, а остальная часть парка грузовых вагонов изношена на 75% (по данным 2007 г.). И это не смотря на то, что начиная с 2001-2002 года ситуация на рынке вагоностроения коренным образом изменилась: в России начал формироваться рынок частных транспортных железнодорожных компаний; благоприятная конъюнктура нефтерынка и развитие металлургической отрасли привели к увеличению спроса на цистерны и грузовые полувагоны. Вагоностроительные предприятия России и Украины на протяжении последних лет стабильно наращивают объемы производства.

Однако, не смотря на положительную динамику производства основных вагоностроителей России и Украины, спрос на грузовые вагоны в СНГ в настоящее время заметно превышает предложение. Рост закупок продолжится и в ближайшей перспективе - у 135 тыс. грузовых вагонов истек срок службы, и им требуется замена. Еще более остро стоит вопрос обеспечения вагонным литьем, в котором помимо вагоностроителей также заинтересованы и вагоноремонтные предприятия. Дефицит наиболее востребованного литья - надрессорных балок и боковых рам в 2007 г. исчислялся десятками тысяч. В сложившейся ситуации устойчивого дефицита вагонного литья и взрывного роста стоимости данной группы отливок у основных российских и украинских производителей, экономически безопасное и стабильное производство вагонов возможно лишь в условиях максимального освоения производства собственных литых заготовок. Ситуация очевидна, поэтому на протяжении последних пяти лет на всех основных вагоностроительных заводах России и Украины была осуществлена модернизация производства, на рынке производителей появилось несколько новых заводов, освоивших производство крупногабаритных вагонных отливок.

В июле 2008 года к предприятиям, производящим "Раму боковую" и "Балку надрессорную", присоединилось ОАО "Алтайвагон" - единственный за Уралом и один из крупнейших в России производственных комплексов по изготовлению грузового железнодорожного подвижного состава. Основная продукция ОАО "Алтайвагон" - это около 20 моделей современных вагонов. Разработка и изготовление новых моделей, а также деповской и капитальный ремонт грузовых вагонов осуществляется на головном предприятии ОАО "Алтайвагон", которое размещается в г. Новоалтайске (Алтайский край). Производственные мощности ОАО "Алтайвагон" позволяют изготавливать до 7500 грузовых вагонов, а ремонтировать и модернизировать до 1200 в год. По итогам 2006 года объем производства ОАО "Алтайвагон" составил 7412 вагонов, и компания заняла 23% рынка грузового вагоностроения России и 13% рынка СНГ, являясь крупнейшим в РФ частным вагоностроительным предприятием. ОАО "Алтайвагон" входит в ЗАО ХК "Сибирский Деловой Союз".

Для обеспечения потребностей ОАО "Алтайвагон" в литых заготовках, в конце 2002 года на базе бывшего завода тракторных запчастей в г. Рубцовске было решено организовать собственное литейное производство, открытие которого произошло в сентябре 2003 года. В 2003 году Рубцовским филиалом ОАО "Алтайвагон" было произведено 366,1 тонн литья. В 2004 году объемы производства по сравнению с предыдущим годом выросли в 21,1 раза и составили 7722,9 тонн литья. Номенклатура продукции увеличилась с 6 до 15 позиций. В 2005 году объемы увеличились до 20,5 тыс. тонн. Номенклатура продукции расширилась до 24 позиций. В настоящее время филиал производит свыше 2 тыс. тонн стального литья ежемесячно, порядка 50 позиций отливок, включая мелкое и среднее литье. Решение о создании в Рубцовске собственного производства крупногабаритного литья было принято Советом директоров ОАО "Алтайвагон" в 2006 году. Новая линия рассчитана на изготовление 9 тысяч вагонокомплектов рамы боковой и балки надрессорной в год, что позволит полностью закрыть потребности ОАО "Алтайвагон" в крупном литье. С введением нового производства объем выпускаемой продукции в Рубцовском филиале ОАО "Алтайвагон" вырастет в два раза и составит до 70 тыс. тонн продукции в год; будет создано более 700 новых рабочих мест. Данный инвестиционный проект реализуется ХК "СДС" при поддержке администрации Алтайского края, в соответствии с Соглашением о социально-экономическом партнерстве между администрацией Алтайского края, Холдинговой компанией "Сибирский деловой союз" и ОАО "Алтайвагон".

Выбор оптимальной технологии для изготовления достаточно сложных и крайне ответственных вагонных отливок "Рама боковая" и "Балка надрессорная" является весьма и весьма непростой задачей для специалистов и руководителей предприятия. Достаточно указать, что даже в условиях ограниченного круга производителей данной группы литья в России и Украине, в настоящее время отсутствует общепринятая позиция относительно критерия выбора оптимальной технологии формообразования. На заводах параллельно эксплуатируются линии по изготовлению разовых форм из ПГС (различными методами формообразования), фурановых ХТС, а также по технологии вакуумно-пленочной формовки. Пожалуй, каждая технология имеет свои достоинства и недостатки, определяющие не только количественные и качественные характеристики производства, на и экономические его показатели. При выборе поставщика оборудования и определении технологии производства крупного стального литья на ОАО "Алтайвагон" основной акцент был сконцентрирован на необходимости обеспечения высокого качества выпускаемой продукции при минимальных эксплуатационных затратах. По своему техническому уровню оснащение литейного производства Рубцовского филиала ОАО "Алтайвагон" является инновационным проектом, не имеющих аналогов не только в странах СНГ, но и во всем мире.

Формовочное отделение

Наиболее важной технологической операцией, определяющей весь комплекс технико-экономических показателей производства крупногабаритных вагонных отливок, является изготовление форм. Как уже отмечалось выше, конкуренцию технологии изготовления разовых форм из ПГС составляют способы изготовления форм из маложивучих ХТС и по Вакуум - процессу. Однако, по суммарным объемам применения на вагоностроительных заводах России и Украины, преобладают разовые формы на основе ПГС. Причем, наряду со старым оборудованием, используемым для получения форм методом встряхивания, на ряде заводов в последние годы нашел применения метод уплотнения воздушным потоком с последующим прессованием (Seiatsu - процесс). Популярность этих методов изготовления форм вполне объяснима: производство разовых форм из сырых песчано-глинистых смесей является самой привычной и хорошо изученной технологией, обеспечивающей высокую производительность и высокую степень автоматизации процесса формовки при приемлемом уровне брака и низких эксплуатационных расходах. Хотя, следует признать, формовка таких больших разовых форм из ПГС на автоматических линиях является скорее исключением, чем правилом. По данным фирмы HWS, до 2004 года объем мировых поставок АФЛ за десятилетний период (970 линий) с размером опок более 2000 мм составляет менее 1%, а линий с длиной опок 3000 мм и более в мире вообще не было. За последнее десятилетие наиболее сопоставимой по техническим характеристикам является, пожалуй, АФЛ с размером опок 2900х1700х500/500 мм, которая была изготовлена фирмой Кюнкель-Вагнер ("K?NKEL-WAGNER Prozesstechnologie GmbH", Германия) и поставлена в 2004 году украинскому предприятию ЗАО "АзовЭлектроСталь" (г. Мариуполь, Донецкая обл., Украина). Положительный опыт эксплуатации этой линии подтвердил экономическую и технологическую целесообразность применения АФЛ для изготовления крупных разовых форм для изготовления отливок "Рама боковая" и "Балка надрессорная" из сырых ПГС.

После всестороннего рассмотрения всех имеющихся вариантов оснащения формовочного отделения Рубцовского филиала ОАО "Алтайвагон", специалисты и руководство завода пришли к мнению, что предложение фирмы "Savelli S.p.A." (Италия) наиболее соответствует уровню технико-экономических показателей, предъявляемых к требуемой АФЛ. Помимо поставки АФЛ с размером опок 3000х1800х500/500 мм производительностью 10 форм в час, согласно условиям контракта фирма "Savelli S.p.A." поставила ОАО "Алтайвагон" полный комплекс оборудования для смесеприготовления и выбивки, а также установку обеспыливания.

Основанная в 1842 году, в настоящее время фирма "Savelli S.p.A." является всемирно признанным производителем оборудования для литейной и металлургической промышленности с огромным опытом в проектировании и установке "под ключ" целых литейных заводов, а также отдельных установок. Формовочные линии фирмы "Savelli S.p.A." (производительностью до 300 полных форм/час) состоят из следующих частей: формовочный автомат с системой уплотнения форм Formimpress®, станция автоматической замены моделей, автоматические устройства расстановки стержней, линии охлаждения в кожухах (стальных коробах), пластинчатые конвейеры для транспортировки горячих и тяжелых деталей, вибрационное оборудование. Установки подготовки смеси (производительностью до 400 тонн/час и более) включают в себя бункеры и загрузочные воронки, ленточные конвейеры, пневматические системы для транспортировки смеси и добавок, полигональные сита, ковшовые элеваторы с нейлоновыми ковшами на резиновых лентах, охладители смеси производительностью 50…300 тонн/ч, смесители производительностью 50…240 т/ч, аэраторы смеси.

В настоящее время фирма "Savelli S.p.A." является одним из самых крупных производителей оборудования для литейного производства в мире. Только за последние годы, в период 2002…2008 гг. фирмой реализовано 35 проектов по поставке АФЛ в литейные цехи Италии, Бразилии, Франции, Китая, Испании, Турции, Греции, США, Германии, Ирландии, Македонии, Индии и России. Область применения и размерный диапазон опок не менее обширен географии поставок оборудования. Несмотря на то, что в Российской Федерации оборудование фирмы "Savelli S.p.A." известно специалистам сравнительно недавно, в настоящее время имеется положительный опыт эксплуатации таких АФЛ: в 2007 г. фирма "Savelli S.p.A." поставила и запустила АФЛ с размерами опок 1000x800x400/400 мм и производительностью 100 форм в час в ОАО "Сибэлектромотор", г. Томск, в комплекте с полным комплексом подготовки формовочной смеси производительностью 120 тонн в час и 2-мя выбивными конвейерами производства "General Kinematics", США. Помимо ОАО "Алтайвагон", в 2008 году состоится поставка АФЛ с размерами опок 1040x900x300/300 мм и производительностью 120 форм в час в ОАО "Пневмостроймашина", г. Екатеринбург в комплекте с выбивным конвейером и охладителем отливок, комплектной установкой подготовки смеси с производительностью 110 тонн в час и комплектной системой обеспыливания.

Популярность оборудования "Savelli S.p.A." на рынке формовочного оборудования не случайна. К клиентам этой фирмы относятся самые известные предприятия со всего мира. "Мы производим продукцию, которая отличается высоким качеством, самой современной технологией и абсолютной надёжностью, что и сделало нам хорошее имя во всём мире", по словам Франческо Савелли, который отвечает на предприятии за маркетинг и продажу. Производимые фирмой "Savelli S.p.A." АФЛ относятся к лидерам на рынке формовочных технологий благодаря применению следующих современных технологических решений.

1. Применение технологии Formimpress®

Особенность технологии Formimpress® заключается в том, что уплотнение формовочной смеси осуществляется прессованием в две стадии, с обеих сторон формы. Операции уплотнения формы предшествуют этапы заполнения опоки смесью: происходит дозировка необходимого количества формовочной смеси во взвешивающем бункере-дозаторе формовочного автомата, далее, при открытии задвижки, формовочная смесь попадает в опоку. Многоплунжерная прессовая головка подводится сверху опоки, при этом происходит выравнивание смеси. Сперва, следует предварительное нижнее уплотнение, причем в отличие от классических систем уплотнения прессованием, наполнительная рамка в данном случае находится между подмодельной плитой и опокой. Подмодельная плита подвижна относительно наполнительной рамки и при ее подъеме вверх уплотнение формы начинается со стороны модели. На данном этапе уплотнения, формовочная смесь достаточно подвижна и при уплотнении формы снизу вверх в первую очередь происходит превосходное распределение формовочной смеси по всему контуру модели: смесь заполняет мельчайшие пустоты и углубления вокруг модели, обеспечивая превосходное качество отпечатка. Второй этап уплотнения осуществляется с помощью многоплунжерной прессовой головки (верхнее прессование), при этом достигаются усилия прессования до 15 кг/см². Стол формовочного автомата с держателем модельной плиты и опокой опускается вниз, отделение формы и модели при этом осуществляется за счет подъема рамки. Отформованная опока транспортируется на следующую позицию линии, в формовочный автомат подается следующая пустая опока.

Использовании системы Formimpress® имеет следующие преимущества:

• идеальная прочность формы при более высоких значениях твердости смеси достигается вблизи модели, в то время, как плотность смеси к верхней части формы снижается, обеспечивая форме отличную газопроницаемость (рис. 1);

• достигается отличное воспроизведение элементов модели (качество отпечатка);

• высокое качество отпечатка обеспечивает высокое качество поверхности отливок, тем самым минимизирую операции по обрубке-очистке литья;

• процессы изготовления формы характеризуются низким уровнем шума;

• достигается экономия 20-30% энергии (в зависимости от сравниваемого альтернативного процесса уплотнения);

• выталкивание форм осуществляется на раму, а не на ролики конвейера;

• многоплунжерная прессовая головка имеет 2 контура давления (внутренний и внешний), по которым давление распределяется в зависимости от особенности отливки.

Рис. 1. Распределение твердости формы по высоте при различных способах уплотнения формы

Отдельно необходимо отметить еще одно, крайне важное преимущество технологии формовки Formimpress®, а именно - нет необходимости использовать сжатый воздух для уплотнения формы. Помимо снижения потребления энергии, значительно упрощается конструкция модельной оснастки по сравнению с оснасткой основных конкурентов, так как нет необходимости в применении вент и воздушных каналов. Уменьшается абразивный износ модельной оснастки. Не требуются компрессорные станции и системы осушки воздуха (традиционно больной вопрос отечественных производств), требуется меньше обслуживания и запчастей. При производстве небольших серий форм, технология Formimpress® обеспечивает возможность применения пластмассовых и деревянных моделей, что значительно снижает себестоимость продукции.

Закономерно, специалистов-литейщиков в первую очередь интересует ответ на вопросы "Может ли технология формовки Formimpress® обеспечить самое высокое качество формы при производстве сложного литья?", "Сопоставимо ли качество форм, получаемых по методу Formimpress®, с качеством форм, изготавливаемых путем уплотнения воздушным потоком с последующим прессованием (Seiatsu-процесс)?". Многолетний опыт фирмы "Savelli S.p.A.", имеющей в своем активе опыт создания оборудования, работающего как по технологии Formimpress®, так и по методу уплотнения Seiatsu (технология Formimpulse®, разработана фирмой "Savelli S.p.A." в сотрудничестве с фирмой "DISA Holding" (г. Шаффхаузен, Швейцария)), убедительно позволяет ответить на эти вопросы положительно. Подтверждением теории служит практика - десятки предприятий во всем мире получают с использованием технологии Formimpress® высококачественную продукцию при производстве всех типов форм для изготовления отливок из чугуна, стали и цветных металлов. Благодаря ее уникальным характеристикам, она особенно подходит для изготовления сложных отливок.

2. Применение электромеханической системы приводов El-Mec

На высокопроизводительных формовочных линиях "Savelli S.p.A." традиционный гидравлический привод транспортной системы заменен электромеханическими устройствами (электропривод El-Mec). Не смотря на то, что классическая гидравлическая система привода с точки зрения инвестиций кажется менее дорогой, однако, при эксплуатации она требует больших затрат на энергию, на техническое обслуживание, а также возникают значительные дополнительные расходы в результате износа гидроцилиндров и клапанов. Помимо снижения прямой затратной части обслуживания системы электроприводов El-Mec, гарантируется высокая производительность АФЛ и ее ремонтопригодность: заменить вышедший из строя один небольшой электродвигатель гораздо проще, чем устранять поломку крупной гидростанции, для ремонта которой, как правило, требуются оригинальные детали, поставляемые под заказ.

Фирма "Savelli S.p.A." имеет более чем 10-летний опыт применения электромеханических устройств с бесщеточными двигателями. Устройства El-Mec привнесли значительные преимущества в формовочные линии, если сравнивать с традиционными гидравлическими системами. Система электропроводов El-Mec обеспечивает:

• значительную экономию электроэнергии;

• оптимальную регулировку скорости транспортировки форм по всей длине формовочной линии и постоянную повторяемость движений;

• отсутствие негативного влияния внешних факторов (температура окружающей среды, тепловое расширение масла и проч.);

• легкий монтаж;

• очень простое техническое обслуживание;

• самый высокий уровень безопасности АФЛ;

• низкий уровень воздействия на окружающую среду;

• отсутствие масляного трубопровода в зоне разливки.

Программное обеспечение для управления АФЛ реализуется через ПЛК; стандартом являются устройства "SIEMENS"; по требованию может устанавливаться оборудование "Allen-Bradley", "Telemecanique", "Mitsubishi" и проч. Система контроля над формовочной линией имеет удобный интерфейс с многочисленными возможностями персонализации. Для обмена данных между местными электрошкафами и центральным пультом управления используются системы "Interbus" или "Profibus". Предусмотрен модем для непрерывной связи "Клиент - Savelli".

3. Использование собственных комплексов смесеприготовления

Все необходимые устройства комплекса автоматизированного смесеприготовления являются оборудованием фирмы "Savelli S.p.A.", поэтому Заказчик от одного поставщика получает весь комплект оборудования, необходимый для изготовления качественных форм. Это означает, что ответственность за поставку всего комплекса и за его обслуживание несет один поставщик, обеспечивается единый стандарт качества всего оборудования и его оптимальное взаимодействие.

Система смесеприготовления "Savelli S.p.A." представляет собой комплекс подготовки и транспортировки формовочной смеси, объединяющий: бункеры и загрузочные воронки, пневматические конвейеры для свежего песка и добавок, полигональные сита, ковшовые элеваторы, ленточные конвейера, охладители, смесители, аэраторы и проч. Несмотря на то, что, технология уплотнения Formimpress® принципиально менее требовательна к качеству ПГС (по сравнению с технологиями, использующими для уплотнения смеси энергию сжатого воздуха), установки смесеприготовления фирмы "Savelli S.p.A." предназначены для приготовления смесей наивысшего качества. Более подробное описание новаторских идей, реализованных инженерными работниками "Savelli S.p.A." при разработке смесеприготовительного оборудования, целесообразно привести в отдельном материале, в данной же статье уместно обозначить основные достоинства данных установок:

• ленточные конвейера специально спроектированы для применения в тяжелых рабочих условиях литейного производства; их конструкция обеспечивает максимальную функциональность, длительный срок службы и высокую износостойкость;

• в системах транспортировки формовочной смеси используются элеваторы с нейлоновыми ковшами, смонтированными на резиновой ленте, что позволяет снизить собственную массу конструкции, а также обеспечивает мгновенную очистку ковшей и отсутствие налипания;

• специальная конструкция полигонального сита позволяет полностью разбивать комы смеси, отделяя части стержней и обеспечивает легкое техническое обслуживание установки;

• днище и боковые стенки смесителя и охладителя смеси облицованы не изнашиваемой керамикой;

• действительное значение влажности оборотной смеси контролируется с помощью электронных датчиков, расположенных на лопатках внутри охладителя. Исходя из температуры окружающей среды (внешние датчики) и температуры и влажности смеси (внутренние датчики), автоматически рассчитывается время пребывания смеси внутри охладителя с тем, чтобы достигнуть надлежащего охлаждения и точного и постоянного значения влажности смеси на выходе (с точностью ±0,2%);

• концепция смесителя "Savelli S.p.A." основывается на многолетнем опыте и постоянных разработках. Учитываются следующие аспекты современной технологии подготовки смеси: гомогенизация, эффективное добавление воды, бентонита и других добавок. Смесители "Savelli S.p.A." гарантируют точные, постоянные результаты смешивания и обладают высокой производительностью. Однородное и интенсивное смешивание без разрушения зерна песка достигается за счет применения двух верхних турбин (вихревых головок) в сочетании с нижним узлом вращения, оснащенным смешивающими плужками (активатором). Турбины смесителя оснащены легко заменяемыми смешивающими лопатками. Высокая точность дозирования оборотной смеси осуществляется при помощи взвешивающего бункера-дозатора, свежего песка и добавок - за счет использования пневматического инжектора;

• все отдельные единицы оборудования установки смесеприготовления "Savelli S.p.A." спроектированы одним техническим отделом с учетом их максимального взаимодействия;

• линия смесеприготовления полностью автоматизирована (электронное управление на базе ПЛК "Siemens S7");

• для контроля свойств приготавливаемой смеси и обеспечения постоянного ее качества используется система Sandcontrol, предназначенная для анализа (в смесителе или на линии на ленточных конвейерах, подающих смесь в формовочный автомат) основных параметров формовочной смеси: уплотняемость, прочность на сжатие, влажность, температура. Система состоит из устройств для взятия проб смеси, их подготовки и испытания. Система работает в автоматическом режиме. При нахождении системой параметра с характеристиками, отличными от идеальных, автоматически производится активная корректировка параметров смесеприготовления с тем расчетом, что бы в бункер формовочной машины была подана смесь отличного качества.

4. Индивидуальный подход к производственным условиям и задачам Заказчика

Все проекты АФЛ и систем смесеприготовления разрабатываются специалистами фирмы "Savelli S.p.A." согласно специальным требованиям и запросам Заказчика. В процессе реализации проекта специалисты "Savelli S.p.A." и специалисты Заказчика работают одной командой, стремясь максимально учитывать все требования данного производства. Каждый Заказчик имеет свои задачи и свои производственные условия - и поэтому все линии "Savelli S.p.A." по-своему уникальны. Единый критерий, который их объединяет - это незыблемое качество форм и произведенной с их помощью продукции.

Поставленная фирмой "Savelli S.p.A." для ОАО "Алтайвагон" линия АФЛ (рис. 2) также уникальна. Во-первых, эта автоматическая линия с самыми большими в мире опоками. Cконструированная и изготовленная фирмой "Savelli S.p.A." специально для ОАО "Алтайвагон" опока с размерами 3000х1800х500/500 мм демонстрировалась на крупнейшей в мире выставке литейной промышленности GIFA-2007 (г. Дюссельдорф, Германия) /В 2008 г. фирма "Savelli S.p.A." должна изготовить и поставить для компании "SAMBRE & MEUSE" (Франция) АФЛ с размерами опок 3200 х 1100 х 400/400 мм производительностью 10 полных форм в час./. Во вторых, достаточно необычны весьма сжатые сроки поставки и монтажа линии, установки смесеприготовления и прочего оборудования: контракт на поставку оборудования был подписан 22 марта 2007 г., в ноябре того же года была произведена отгрузка первой партии оборудования, 18 апреля 2008 г. состоялся первый запуск линии, а первая заливка форм отливок "Рама боковая" и "Балка надрессорная" была осуществлена 10 июля 2008 года.

Рис. 2. Рубцовский филиал ОАО "Алтайвагон". Автоматическая формовочная линия фирмы "Savelli S.p.A." (размер опок 3000 х 1800 х 500/500 мм, производительность 10 форм в час)

Стержневое отделение

Не зависимо от используемой технологии изготовления форм, абсолютное большинство вагоностроительных предприятий России и Украины для изготовления внутренних песчаных стержней литых заготовок "Рама боковая" и "Балка надрессорная" используют технологию Cold-box-amin. Экономические, технологические и экологические преимущества этого наиболее прогрессивного способа производства стержней бесспорны. Положительный опыт изготовления литейных стержней для крупного вагонного литья позволил специалистам ОАО "Алтайвагон" выделить технологию Cold-box-amin как оптимальный метод, обеспечивающий получение литых заготовок наивысшего качества. Комплексную поставку всего стержневого оборудования на ОАО "Алтайвагон" обеспечила фирма "АНВ Giessereitechnik GmbH", Германия.

Фирма "АНВ" является одним из ведущих европейских производителей, узко специализированным на разработку и производство стержневого оборудования. В настоящее время основной объем стержневого оборудования "АНВ" эксплуатируется на заводах Германии, десятки единиц техники поставлены в Бельгию, Австрию, Швецию, Голландию, Люксембург, США, Турцию, Китай и Грецию. Основная программа деятельности фирмы "АНВ" включает: пескострельные стержневые автоматы с объемом надува 3…250 литров; газогенераторы; стационарные и передвижные сферические смесители производительностью 2…10 т/ч; системы пневмотранспорта; стержневая оснастка. В Российской Федерации опыт применения стержневой машины "АНВ" имеет также ОАО "Сибэлектромотор" (г. Томск). На этом заводе с 2006 года на машине "АНВ" по технологии Cold-box-amin производятся стержни, применяемые при изготовлении литых заготовок корпусов электродвигателей. В июле 2008 года фирмой "АНВ" заключен контракт с ОАО "Пневмостроймашина" (г. Екатеренбург) на поставку комплекса стержневого оборудования "АНВ" (3 стержневые машины с объемом надува по 20 литров (1 машина - Hot-box, 2 машины - Cold-box-amin), газогенераторы, мобильный смеситель производительностью 4 т/ч, установка очистки вентвоздуха (кислотный скруббер).

Для выполнения производственной программы изготовления внутренних стержней отливок "Балка надрессорная" и "Рама боковая" в количестве 9 тысяч вагонокомплектов в год, поставка "АНВ" на ОАО "Алтайвагон" включала:

• 2 стержневых автомата АНВ-30 НV (объем надува - 30 литров, комбинированный разъем оснастки);

• 1 стержневой автомат АНВ-60 НV (объем надува - 60 литров, комбинированный разъем оснастки);

• 2 стержневых автомата АНВ-60 Н (объем надува - 60 литров, горизонтальный разъем оснастки);

• 2 передвижных сферических смесителя АНВ производительностью по 5 т/ч;

• систему пневмотранспорта для транспортировки сухого песка производительностью 10 т/ч;

• кислотный скруббер производительностью 30.000 м³/ч;

• полный комплект стержневой и модельной оснастки для изготовления отливок "Балка надрессорная" и "Рама боковая".

Пескострельные стержневые автоматы "АНВ"

Технические характеристики стержневых автоматов представлены в табл. 1. По своей конструкции пескострельные стержневые автоматы "АНВ" - это однопозиционные универсальные машины с возможностью использования оснастки с горизонтальным, вертикальным и комбинированным разъемом стержневого ящика; функциональные возможности машин позволяют использовать их для изготовления стержней по всем имеющимся технологиям Hot-box и Cold-box, в том числе - и Cold-box-amin.

Таблица 1. Основные технические характеристики пескострельных стержневых автоматов "АНВ" с комбинированным (вертикальным и горизонтальным) разъемом оснастки

Стержневая машина конструкции "АНВ" имеет мощное и жесткое основание с четырьмя несущими колонами, в верхней части которых установлена жесткая площадка с неподвижной пескострельной головкой и загрузочной воронкой. Подвижный машинный стол "АНВ" с расположенным на нем узлом передвижения нижней горизонтальной части оснастки и механизмами фиксации, сборки и разборки боковых (вертикальных) частей оснастки расположен между несущими колоннами машины. На верхней траверсе машины размещены механизмы перемещения продувочной плиты и фиксации верхней горизонтальной части оснастки. Ресивер для сжатого воздуха компактно интегрирован в верхнюю часть машины, а гидробак (маслостанция) - в опорные колонны машины. С фронтальной части машины расположен механизм протяжки стержней. Машина оборудована укрытием с раскрывающимися для обслуживания и уборки машины дверьми.

Таблица 1 (продолжение). Основные технические характеристики пескострельных стержневых автоматов "АНВ" с комбинированным (вертикальным и горизонтальным) разъемом оснастки

Принципиальная схема работы стержневых машин "AHB" соответствует кинематическим схемам современного европейского стержневого оборудования. В общем случае, при работе со сложной оснасткой с комбинированным разъемом, нижняя часть оснастки вводится между вертикальными боковыми частями. Верхняя часть стержневого ящика с помощью пневмопривода опускается на нижнюю часть, боковые части ящика жестко смыкаются при помощи гидропривода (полная сборка стержневого ящика). Подвижный стол машины вместе с собранным стержневым ящиком мощным гидроцилиндром поднимается вверх и прижимается к неподвижной пескострельной головке. Происходит надув стержня, подвижный стол машины немного опускается вниз, при этом верхняя часть оснастки остается плотно прижатой к другим частям ящика за счет синхронной работы четырех пневмоцилиндров на подвесной рамке. В образовавшийся зазор между стержневым ящиком и пескострельной головкой вводится продувочная плита, происходит подпрессовка и продувка стержня. После продувки стержня подвижный стол машины опускается вниз, верхняя часть стержневого ящика при этом удерживается верхним механизмом фиксации и отделяется от остальных частей ящика. В нижнем положении подвижного стола вертикальные баковые части стержневого ящика разводятся в стороны, изготовленные стержни остаются в нижней части оснастки, которая выводится на позицию протяжки. На этой позиции гидравлическим цилиндром с помощью плиты протяжки толкателями производится извлечение стержней из оснастки - машинный цикл закончен.

Используемая фирмой "АНВ Giessereitechnik GmbH" кинематическая схема работы стержневой машины имеет ряд важных достоинств:

• обеспечивается высокая производительность машин (продолжительность машинного цикла в среднем не превышает 20…30 секунд (в зависимости от модели машины, см. табл. 1));

• просторная 4-х колонная конструкция машины, подвижный стол с боковыми цилиндрами для фиксации и перемещения вертикальных частей оснастки, позволяет использовать крупногабаритные стержневые ящики (см. табл. 1). Если же на машине необходимо изготавливать менее крупные стержни, то и размеры оснастки соответственно уменьшаются. Можно использовать металлическую, пластиковую и даже деревянную стержневую оснастку с горизонтальным, вертикальным и комбинированным разъемом. Конструкция стержневого ящика не требует индивидуальной транспортной тележки;

• пескострельный способ надува стержня и жесткая фиксация гидроцилиндрами частей стержневого ящика в момент надува и продувки обеспечивает высочайшее качество изготавливаемых стержней;

• предусмотрена простая механическая фиксация частей стержневого ящика, продувочной плиты, плит толкателей. Кроме того, предусмотрено вакуумное крепление боковых (вертикальных) частей оснастки, причем используемые сопла Вентури не требуют техобслуживания в процессе эксплуатации оборудования. Фиксация надувной плиты производится быстродействующими гидравлическими захватами. В итоге - замена оснастки производится быстро, в процессе работы гарантируется точность сборки частей оснастки и безопасность для обслуживающего персонала.

Все преимущества, заложенные в механике, позволяет оптимально реализовать электронная система управления стержневых машин "АНВ" с управлением "IPC" и шинной системой "Ehternet" в электрошкафу. Для удобства обслуживания и настроек оператором, выносной пульт управления машиной оснащен сенсорной панелью "Touch Screen" (управление прикосновением к дисплею) для ввода данных и индикации. Все машины имеют стандартное программное обеспечение "WINDOWS XP", обеспечивающее контроль работы машины с диагностикой и русскоязычной индикацией возникших неполадок на дисплее. В памяти машины сохраняются данные для настроек оператора и данные по каждому стержневому ящику, в том числе оптимальные режимы надува и продувки, рецептура стержневой смеси (номер рецепта смеси). Все основные настройки рабочих параметров, включая все параметры надува и продувки, регулируются через сенсорную панель на пульте управления: не требуется механической регулировки клапанов давления и реле, что значительно упрощает работу оператора. Кроме того, фирмой "АНВ Giessereitechnik GmbH" может осуществляться диагностика поставленного оборудования в режиме "он-лайн", что наряду с большим складом запасных частей на заводе-изготовителе гарантирует оперативную помощь потребителю при возникновении каких-либо проблем с оборудованием.

Газогенераторы "АНВ" являются универсальными и могут быть использованы для работы со всеми основными катализаторами (отвердителями) продувочных технологий Cold-box: третичные амины, метилформиат, SO2, CO2. Высокую точность технологических настроек и экономичность расхода дорогостоящих катализаторов обеспечивает объемная дозировка катализатора с шагом дозирования 0,1 см³. Для хранения жидких катализаторов имеется встроенный объемный бачок из нержавеющей стали; имеется возможность подключения станции центральной раздачи амина. Имеется пропорциональный клапан, позволяющий осуществлять бесступенчатую регулировку давлений газации и продувки в широком диапазоне - от 0 до 0,6 МПа. Для управления работой и настройки режимов газогенератора используется система управления машиной "АНВ". Помимо снижения общей стоимости оборудования, такое решение без проблем позволяет отрабатывать и сохранять в памяти машины отработанные оптимальные режимы настроек для каждой оснастки. Все регулировки настроек газогенератора осуществляются оператором через панель оператора машины - ручной регулировки не требуется. Контроль текущих настроек газогенератора и диагностика ошибок (например - в бачке газогенератора закончился жидкий амин) также выводиться на панель оператора стержневой машины.

Установки смесеприготовления на базе сферического смесителя "АНВ"

Смеситель "АНВ" представляет собой сферу, внутри которой расположен смешивающий элемент - на горизонтальном валу расположены две лопасти (рис. 3). Сфера смесителя поворотная и имеет одно отверстие для загрузки компонентов и выгрузки готовой стержневой смеси. Порядок работы сферического смесителя следующий: сфера смесителя располагается загрузочным отверстием вверх, через отверстие в сферу загружаются компоненты смеси - песок и связующие материалы. После загрузки компонентов смеси сфера поворачивается на небольшой угол и загрузочное отверстие плотно закрывается пневмоприводной крышкой (заподлицо с внутренней поверхностью). Включается привод смешивающего элемента, и две двойные лопасти смесителя быстро и эффективно перемешивают стержневую смесь. Во время перемешивания смеси смеситель, установленный на рельсовую электроприводную тележку, перемещается к требуемой точке выгрузки смеси. По истечению заданного времени, перемешивание смеси прекращается, крышка открывается, и сфера смесителя поворачивается таким образом, чтобы загрузочное отверстие оказалось в самом низу. Стержневая смесь высыпается из смесителя, кратковременно включается привод смешивающего элемента, что позволяет быстро и без остатка выгрузить всю приготовленную смесь. Смеситель практически не требует обслуживания, так как в нем не остается налипших на стенки остатков стержневой смеси. Высокая точность дозирования компонентов стержневой смеси обеспечивается объемным дозатором для песка и высокоточной системой подачи и дозирования жидких компонентов. Жидкие связующие из транспортной тары подаются в смеситель через систему душирования с помощью пневмоприводных диафрагменных насосов, на каждой ветви подачи связующего имеется прибор для измерения действительной массовой подачи связующего. Таким образом гарантируется то, что в сферу смесителя будет действительно загружена требуемая доза связующего с точностью в пределах +/- 1 грамм. Смесители укомплектованы шнековым устройством дозирования порошкообразных добавок (рис. 3).

Рис. 3. Установка смесеприготовления на базе передвижного сферического смесителя "АНВ" может в автоматическом режиме снабжать песчано-смоляной смесью до пяти стержневых машин одновременно

Стержневое отделение ОАО "Алтайвагон" представляет собой ряд из пяти стержневых машин "АНВ", над которыми расположена эстакада с двумя передвижными сферическими смесителями (рис. 4). Любой из двух имеющихся мобильных смесителей "АНВ" может обслуживать все пять стержневых машин, имеющихся на участке. Следует отметить высокую технологическую гибкость и эффективность схемы смесеприговления и раздачи стержневой смеси по бункерам машин, реализованной фирмой "АНВ" на ОАО "Алтайвагон". Настройка рецептур стержневой смеси для каждой стержневой машины осуществляется с центрального пульта управления смесителей, причем для каждой машины можно создать индивидуальный электронный архив рецептур. Рецептура смеси задается в виде, максимально удобном для технолога: количество компонентов связующего вводится в процентах (массовых частях), время перемешивания - в секундах. Оператор на панели стержневой машины указывает номер стержневого ящика, установленного на машине, при этом автоматически из памяти машины извлекается номер оптимального для этого стержня состава смеси. Бункера стержневых машин "АНВ" (пластиковые воронки) укомплектованы датчиками наличия смеси, что позволяет автоматизировать процессы приготовления и раздачи стержневой смеси. Получив сигнал о том, что запас стержневой смеси в бункере машины снизился до минимального (сообщение возникает на сенсорной панели управления машины), оператор принимает решение: необходима ему следующая порция смеси или нет. В случае, если оператор машины подтверждает необходимость в стержневой смеси, его "заказ" ставится в очередь, и как только смеситель (любой из двух имеющихся) освободится, машина получит порцию смеси требуемого состава. Такой индивидуальный подход позволяет реализовать все технологические требования к изготавливаемым стержням и добиться их индивидуальной оптимальной прочности и газотворности при минимальном расходе дорогостоящих связующих материалов.

Рис. 4. Общая компоновка стержневого отделения ОАО "Алтайвагон": 5 стержневых машин и 2 передвижных смесителя "АНВ"

Помимо высокого технического уровня и привлекательной, конкурентоспособной стоимости оборудования, при выборе фирмы "АНВ" были учтены и такие показатели, как комплектность поставки, работоспособность оборудования и его ремонтопригодность.

Комплектность поставки - одно из преимуществ, предложенное фирмой "АНВ Giessereitechnik GmbH" алтайским вагоностроителям. Основное стержневое оборудование было поставлено со всей необходимой периферией: установкой газоочистки (нейтрализации), системой пневмотранспорта для подачи песка к стержневым машинам. Кроме того, данной фирмой был изготовлен полный комплект модельно-стержневой оснастки для АФЛ и стержневых машин для изготовления отливок "Рама боковая" и "Балка надрессорная".

Литейная технология данных отливок была разработана специалистами ОАО "Алтайвагон", с целью минимизации количества стержней в форме, часть стержней была объединена в моноблоки, что позволило снизить общее количество стержневой оснастки. Так, для изготовления отливки "Балка надрессорная" по новой технологии требуется 7 видов стержней, изготавливаемых в 5-ти стержневых ящиков, а для изготовления отливки "Рама боковая" - 9 стержней и 8 стержневых ящиков соответственно (Классическая технология изготовления стержней отливки "Рама боковая", к примеру, предполагает применение значительно большого количества стержней (более 20 шт.)). Учитывая достаточно большие объемы производства, используется металлическая стержневая оснастка, большинство крупных стержней (в частности, все массивные стержни отливки "Балка надрессорная") выполнены с внутренним опустошением, что позволило снизить общую массу комплекта стержней (экономия затрат на материалы) и обеспечивает высокое качество отливок за счет повышения газопроницаемости стержней и улучшения их податливости (уменьшение уровня брака литья по вине газовых дефектов и горячих трещин - одна из главных задач при получении крупногабаритного стального вагонного литья).

Вся стержневая оснастка перед отправкой на ОАО "Алтайвагон" была апробирована в производственных условиях "АНВ", поэтому проблем при запуске оборудовании и изготовлении первых партий стержней не возникло. Для адаптации стержневой оснастки к местным условиям, определяемых свойствами используемого песка, потребовались лишь незначительная корректировка количества вент в отдельных стержневых ящиках. Не смотря на то, что достигнутое качество всех стержней высокое, линия разъема частей стержневого ящика очень чистая - полностью отсутствуют дефекты типа облоя и "просвистов"; отсутствуют рыхлоты и не полностью "продутые" (отвержденные) части стержней (рис. 5.); высокое качество подпрессовки остатков смеси во вдувных отверстиях), специалисты ОАО "Алтайвагон" продолжают работу по оптимизации технологии изготовления данных стержней: опробован высококачественный песок Верхнеднепровского месторождения; отработана технология изготовления стержней на основе смесей с технологическими добавками и так далее.

Рис.5. Стержневая машина АНВ-60Н

Безусловно, окончательные итоги масштабного проекта освоения производства литых заготовок крупного вагонного литья на ОАО "Алтайвагон" подводить еще рано. В настоящее время продолжаются работы по отработке отдельных операций на АФЛ и выводу линии на проектную мощность. Достигнутые результаты первых заливок (Фотографии первых форм "Балки надрессорной" и "Рамы боковой", изготовленных и залитых на линии Savelli в условиях ОАО "Алтайвагон", см. на сайте www.savelli.it) обнадеживают: подтверждена правильная стыковка стержней и формы, эффективность литниково-питающих систем и проч. Специалистам завода еще предстоит пройти непростой путь отработки и оптимизации технологии достаточно сложных отливок "Балка надрессорная" и "Рама боковая". Успех проекта в целом будет во многом зависеть от того, насколько тесным и эффективным окажется связка европейских производителей оборудования, отвечающих за его безотказную работу, и специалистов ОАО "Алтайвагон", обеспечивающих технологические решения. В этой связи необходимо отметить значимую роль в процессе подготовки и реализации данного инновационного проекта компаний "GUSS-EX Sp. z o.o.", Польша, и СООО "БелЛитМаш", г. Минск, Республика Беларусь. Наши предприятия хорошо известны специалистам как компания, имеющая многолетний инжиниринговый опыт и способная обеспечить комплексное решение оснащения всего литейного цеха самым передовым оборудованием с учетом взвешенного анализа целей и задач данного производства. Тесное сотрудничество с компанией предприятий "GUSS-EX Sp. z o.o.", Польша, и СООО "БелЛитМаш", г. Минск, Республика Беларусь, позволило специалистам ОАО "Алтайвагон" всесторонне изучить возможности ведущих мировых производителей на этапе выбора поставщика оборудования, а также обеспечило оперативное взаимодействие со всеми поставщиками на протяжении всех этапов согласования технических решений при изготовлении оборудования, его приемки, поставки и запуска.

Интересы компании Savelli на территории Украины представляет ООО "УкрЛитМаш", г. Киев.

Сведения об авторе:

• Кудин Дмитрий Анатольевич, к.т.н., инженер-технолог, специалист по литейному производству СООО "БелЛитМаш", Республика Беларусь, 220040, г. Минск, ул. М. Богдановича 153Б/406; тел/факс: +375 (17) 293-39-14; тел./моб: + 375 (29) 553-64-42; E-mail: kda@bellitmash.by.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №№10(98) - 11 (99), 2008 г.