靜電涂油機(jī)在冷軋重卷檢查線上的應(yīng)用和優(yōu)化

喬順平，趙春禾

(1.寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900;2.上海西重所重型機(jī)械成套有限公司，上海 201900)

0 前言

在冷軋帶鋼工程重卷檢查機(jī)組中，為了防止帶鋼生銹需要配置涂油機(jī)，將非導(dǎo)電的流體均勻的涂到金屬帶鋼上，達(dá)到防腐、潤(rùn)滑的目的。常用的涂油機(jī)類型是臥式靜電涂油機(jī)，只利用靜電使涂油材料涂到帶材上，避免了使用空氣或者流體壓力引起的過量涂敷問題。靜電涂油機(jī)能精確的、均勻的把涂層材料涂到水平運(yùn)動(dòng)的鋼板表面上，而且?guī)т摰纳舷卤砻孢€可通過單獨(dú)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能獲得不同的涂油量需求。設(shè)置的防銹油液霧化裝置可加速油液顆粒化的過程，從而降低高壓電源工作電壓。霧化室本體的每個(gè)門上設(shè)有機(jī)械的安全聯(lián)鎖裝置，可以停止高壓發(fā)生器。

靜電涂油機(jī)不用時(shí)，通過拖鏈和輪子可便捷地將其移動(dòng)到離線位置。

1 靜電涂油機(jī)的組成和參數(shù)

靜電涂油機(jī)由涂油室(C型框架)、涂油刀梁、供油及加熱系統(tǒng)、高壓發(fā)生裝置、電控系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。

圖1 靜電涂油機(jī)簡(jiǎn)圖(從操作側(cè)方向看)Fig.1 Side view of static electricity greasing machine

1.1 涂油室

采取C型框架，箱體用10 mm的厚鋼板制成，其底部?jī)A斜，便于將剩余的油流入箱體底部集流槽里，回油靠重力流入回油箱。

在涂油室的兩端都安裝了門，并安裝機(jī)械的安全聯(lián)鎖裝置和安全視窗，門打開時(shí)高壓自動(dòng)斷電。安全連鎖裝置確保涂油機(jī)在運(yùn)行中無法打開涂油機(jī)的門，維護(hù)涂油分開進(jìn)行，同樣，涂油機(jī)處在維護(hù)的時(shí)候，也無法操作涂油機(jī)來涂油。C型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)涂油機(jī)在維護(hù)或者長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，不用剪斷鋼板就可方便的將涂油機(jī)移到離線位置。當(dāng)帶材在有張力作用時(shí)，滑行軌道也可以使涂油機(jī)滑移到離線位置。

1.2 涂油刀梁

涂油室內(nèi)有上下兩根結(jié)構(gòu)獨(dú)特的高強(qiáng)鋁合金刀梁，分別設(shè)置在帶鋼的上部和下部，涂油刀梁的高度(刀梁和帶鋼之間的距離)、角度(刀梁對(duì)帶鋼的傾斜角度)可進(jìn)行調(diào)節(jié)，使涂油刀梁和帶鋼之間達(dá)到最佳的霧化距離。刀梁安裝在帶滑動(dòng)齒輪的支架上，在傳動(dòng)側(cè)，可便捷地將涂油刀梁抽到機(jī)體外面進(jìn)行更換和維修。

為了確保在不斷開高壓電纜和流體管道工況條件下進(jìn)行刀梁抽出作業(yè)的安全性，在機(jī)體上專設(shè)了一個(gè)放電棒，抽出刀梁前放電棒自動(dòng)接觸刀梁做到完全放電，從而避免了對(duì)人體的傷害。

涂油室內(nèi)上下均設(shè)有絕緣材料導(dǎo)板臺(tái)，可有效保護(hù)上、下刀梁，并可進(jìn)行失張時(shí)穿帶。

為了保證帶鋼表面的涂油質(zhì)量，上刀梁下方還設(shè)置一個(gè)氣動(dòng)接油槽，當(dāng)主線停止時(shí)，接油槽接住上刀梁上的殘留油料，當(dāng)主線啟動(dòng)時(shí)，接油槽則自動(dòng)收回。

刀梁內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，用熱循環(huán)油加熱刀梁，目的是將霧化前的防銹油加熱。加熱刀梁采用嵌入式方式，在涂油刀梁內(nèi)部鉆細(xì)小的管道使熱交換油能做封閉的循環(huán)，刀梁視同換熱器，熱循環(huán)油被加熱并輸入到刀梁的內(nèi)部，被加熱的流體將溫度均勻分布在刀梁表面，維持欲噴涂的油品溫度保持在最佳狀態(tài)，霧化效果好，可確保靜電涂油機(jī)對(duì)穿過的帶鋼提供均勻的涂層。

1.3 供油及加熱系統(tǒng)

供油系統(tǒng)設(shè)有兩臺(tái)高精度計(jì)量泵，分別控制帶鋼上下表面的涂油量。每個(gè)計(jì)量泵根據(jù)輸入的生產(chǎn)線帶鋼速度信號(hào)，通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。每個(gè)計(jì)量泵配備一個(gè)伺服馬達(dá)，涂油量控制系統(tǒng)通過數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行控制，為刀梁提供定量的油料。系統(tǒng)控制器根據(jù)帶鋼速度和涂層重量的設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的速度。

主油箱系統(tǒng)設(shè)置三套不銹鋼油箱，玻璃液位計(jì)的高低液位開關(guān)自動(dòng)為加油泵提供信號(hào)。無接觸加熱器對(duì)油箱內(nèi)油液進(jìn)行加熱，根據(jù)涂油室需要的合適溫度和粘度進(jìn)行自動(dòng)溫度控制。

在計(jì)量泵的平臺(tái)或集油盤上安裝了帶電磁閥的多通閥，可以接受三種不同的油管連接，當(dāng)操作人員選擇改變油品時(shí)，不必清理油箱再換上需要涂的新油品，只需在操作面板上切換便可，PLC將自動(dòng)通過邏輯控制從一種油品切換至另一種油品，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)“廢油回收系統(tǒng)”，專處理由此帶來的油品交叉污染問題，當(dāng)“廢油回收系統(tǒng)”工作一段時(shí)間后，會(huì)自動(dòng)通過“油返回選擇閥”完成該部分廢油的排放，油箱供油回路如圖2所示。

圖2 油箱供油回路簡(jiǎn)圖Fig.2 Diagram of oil supply loops of oil tanks

1.4 高壓發(fā)生裝置

靜電涂油機(jī)設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的固態(tài)高壓靜電發(fā)生裝置，每個(gè)固態(tài)高壓靜電發(fā)生裝置可提供最高達(dá)125 kV的電壓。高壓發(fā)生器安裝在涂油機(jī)機(jī)體上，盡量縮短高壓電纜的長(zhǎng)度，使高壓的衰減最小。

1.5 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)由PLC、交流電機(jī)控制系統(tǒng)、液位監(jiān)控和顯示系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)等組成。

可變程序控制器PLC作為電控系統(tǒng)的核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。交流電機(jī)控制系統(tǒng)控制供油泵、回油泵及循環(huán)泵的運(yùn)行。液位監(jiān)控和顯示系統(tǒng)用以監(jiān)控涂油機(jī)泵站的油箱液位。操作系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式及遠(yuǎn)程和機(jī)旁兩種操作狀態(tài)。

1.6 涂油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)組速度30～300 m/min

帶鋼速度800～1850 mm

涂敷表面 上、下表面或雙面

涂料 防銹油

涂油量 0.2～3 g/m2連續(xù)可調(diào)

涂油量誤差 ≤±10%。

2 靜電涂油機(jī)的工作原理

靜電涂油機(jī)的工作是根據(jù)靜電場(chǎng)對(duì)電荷的作用原理來實(shí)現(xiàn)的。涂油刀梁上接有負(fù)高壓靜電，與作為接地極的帶鋼形成高壓電場(chǎng)，當(dāng)防銹油從涂油刀梁的刀口狹縫中流出時(shí)，由于流體不吸收電荷從而立即被破碎并分裂為更小的粒子，即被高壓靜電微粒化，小油滴被充電，根據(jù)同性相斥，異性相吸的原理，小油滴如均勻一致的油霧被吸附在有電勢(shì)差的接地鋼板上，形成均勻的油膜。靜電涂油機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 靜電涂油機(jī)工作原理Fig.3 Working principle of static electricity greasing machine

3 靜電涂油機(jī)空涂問題分析及供油系統(tǒng)的優(yōu)化

在靜電涂油機(jī)運(yùn)行中，為了確保任何情況下，刀梁噴油效果是100%的可靠，避免刀梁噴油孔發(fā)生堵塞，有些品牌的靜電涂油機(jī)通常會(huì)在供油系統(tǒng)中加入一個(gè)強(qiáng)制過濾系統(tǒng)，確保油液的清潔度，但由此則帶來一個(gè)新的問題，即:靜電涂油機(jī)在停機(jī)再啟時(shí)，系統(tǒng)的強(qiáng)制過濾系統(tǒng)會(huì)在“油箱切換閥”上產(chǎn)生一定的壓力，此壓力一般在0.103～0.138 MPa，該壓力一般可通過油箱回油管路上的減壓閥調(diào)節(jié)來解決。但在極端情況下，此壓力也會(huì)使油箱的“選擇電磁閥”不能完全打開，致使計(jì)量泵不能將油品供到刀梁上，出現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行時(shí)無油涂到帶鋼上去的現(xiàn)象，造成帶鋼的質(zhì)量異議。

為了確保帶鋼無空涂，可在計(jì)量泵出口處至刀梁之間的油路上增加一個(gè)流量檢測(cè)開關(guān)，如圖4所示，檢測(cè)開關(guān)安裝位置及控制流程簡(jiǎn)圖。

圖4 檢測(cè)開關(guān)安裝位置及控制流程筒圖Fig.4 Mounted place and control flow of test switch

圖5 流量檢測(cè)元件Fig.5 Element for flow detection

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和發(fā)信功能，需將該開關(guān)信號(hào)接入涂油機(jī)的PLC中，即在涂油機(jī)的程序中增加監(jiān)測(cè)信號(hào)及油品動(dòng)態(tài)流量檢測(cè)功能。當(dāng)計(jì)量泵運(yùn)轉(zhuǎn)而油路中沒有油品流過時(shí)，流量監(jiān)測(cè)開關(guān)會(huì)將監(jiān)測(cè)結(jié)果送到PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)立刻發(fā)出無油報(bào)警的信號(hào)，手動(dòng)/自動(dòng)將油箱選擇閥及時(shí)打開，確保計(jì)量泵獲得需求的油品并送到刀梁上，徹底解決帶鋼的空涂問題，避免異常物流的產(chǎn)生，保證機(jī)組生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

3.1 流量檢測(cè)開關(guān)元件

新增的流量檢測(cè)開關(guān)包含流量檢測(cè)元件、流量信號(hào)變送器裝置、接線電纜及信號(hào)轉(zhuǎn)換元件。

(1)流量檢測(cè)元件。如圖5所示，流量檢測(cè)元件屬機(jī)械元件，該元件本身帶有安裝用的進(jìn)油、出油管路接口，只要將該機(jī)械元件直接接到刀梁的供油管路中便可。

(2)流量信號(hào)變送器裝置(圖6)。屬雙頭傳感器，作用是產(chǎn)生脈沖輸出信號(hào)。

圖6 信號(hào)變送器Fig.6 Signal transformer

(3)信號(hào)轉(zhuǎn)換元件(圖7)。供電電壓為9-32VDC。

圖7 信號(hào)轉(zhuǎn)換元件Fig.7 Signal transition element

(4)電纜走向。流量計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊→端子箱→主電氣控制柜。

3.2 安裝位置及數(shù)量

根據(jù)油箱供油回路簡(jiǎn)圖(圖2)和靜電涂油機(jī)工作原理(圖3)可知，“油箱選擇閥”打開后，油品經(jīng)過計(jì)量泵過濾器分別流向上、下刀梁的計(jì)量泵，并且上下刀梁同時(shí)涂油，所以，只需在上刀梁的供油管路上安裝1套檢測(cè)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)的目的。

3.3 程序

(1)PLC程序。在PLC控制程序中，增加程序段:當(dāng)油箱選擇閥切換完成，計(jì)量泵電機(jī)運(yùn)行5s(可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及流量開關(guān)的安裝位置進(jìn)行更改)后，流量檢測(cè)開關(guān)開始檢測(cè)流量，PLC計(jì)算的流量值作為設(shè)定值，與流量檢測(cè)開關(guān)的檢測(cè)值進(jìn)行比較，如果流量開關(guān)未檢測(cè)到油品流量或檢測(cè)到的流量與實(shí)際設(shè)定的流量相差較大時(shí)(如大于20%)，則產(chǎn)生報(bào)警信息。

(2)HMI程序。在HMI程序中增加流量報(bào)警信息條。

(3)L2程序。增加監(jiān)控程序。

4 結(jié)束語

漏涂或空涂現(xiàn)象在靜電涂油機(jī)的使用中出現(xiàn)較為普遍，原因很多，有外部的，也有涂油機(jī)本身引起的。本文是針對(duì)冷軋重卷線上的靜電涂油機(jī)停機(jī)再啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)空涂油現(xiàn)象，提出的供油系統(tǒng)優(yōu)化方法，該方法使用效果好，為使用靜電涂油機(jī)的用戶提供借鑒和指導(dǎo)。

［1］張偉.寶鋼某熱鍍鋅機(jī)組涂油機(jī)“漏涂”現(xiàn)象的分析及解決措施［C］，第八屆(2011)中國鋼鐵年會(huì)論文集［A］.北京:冶金工業(yè)出版社，2011.

［2］高全杰，王記軍.靜電涂油機(jī)中涂油質(zhì)量控制的試驗(yàn)研究［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，30(6).

［3］康建峰，王建梅，薛亞文，等.動(dòng)壓油膜軸承的摩擦性能及表面形貌分析［J］.太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(6).

［4］高全杰.靜電涂油機(jī)研究開發(fā)［C］，2001年中國鋼鐵年會(huì)論文集［A］.北京:冶金工業(yè)出版社，2001.