煙用貯柜底帶鏈條自動(dòng)潤(rùn)滑裝置的研制

徐輝能，關(guān)文錦，劉 鑫，胡智維，陳劍峰

廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司廣州卷煙廠，廣州市荔灣區(qū)環(huán)翠南路88 號(hào) 510000

底帶旁鏈輸送式煙用貯柜在卷煙廠制絲車(chē)間中應(yīng)用廣泛，主要用于緩沖上下游設(shè)備生產(chǎn)以及平衡煙葉、煙絲、煙梗、梗絲等煙用物料的工藝參數(shù)［1-2］。因貯柜體積大、運(yùn)行負(fù)載重，生產(chǎn)中如果底帶鏈條潤(rùn)滑不到位，則容易造成鏈條運(yùn)行卡滯、死結(jié)、磨損、噪聲異響、底帶傳動(dòng)軸和傳動(dòng)鏈條斷裂等問(wèn)題［3-5］，從而影響物料出料均勻性。目前通常采用人工手動(dòng)按壓罐式噴劑的方式對(duì)底帶鏈條進(jìn)行潤(rùn)滑（以下簡(jiǎn)稱(chēng)人工潤(rùn)滑），使?jié)櫥瑒┰谵D(zhuǎn)動(dòng)副表面形成動(dòng)壓油膜，防止?jié)L子和銷(xiāo)軸產(chǎn)生磨損，但該方式存在以下問(wèn)題：①貯柜運(yùn)行速度慢、體積大、潤(rùn)滑點(diǎn)多，人工潤(rùn)滑方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)長(zhǎng)、潤(rùn)滑不均勻；②為保證煙絲物料加工質(zhì)量，選用的食品級(jí)噴劑約220元/瓶，潤(rùn)滑成本較高；③為達(dá)到霧化效果，罐裝噴劑采用的潤(rùn)滑劑黏度低，形成的油膜厚度較薄且容易蒸發(fā)，潤(rùn)滑有效性和持久性較差。針對(duì)上述問(wèn)題，魏達(dá)［6］和章媛等［7］分別采用滾子石墨尼龍軸套和工程塑料軸承設(shè)計(jì)并制備了適用于制絲生產(chǎn)線的自潤(rùn)滑鏈條，無(wú)需加注潤(rùn)滑油，但該方法不適用于貯柜改造；薛智勇［8］基于連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鏈節(jié)潤(rùn)滑位置的自動(dòng)噴射，但仍需采用罐裝噴劑且無(wú)法準(zhǔn)確控制噴射量；于曉暉等［9］設(shè)計(jì)了一種連桿式自動(dòng)注油裝置，利用液態(tài)潤(rùn)滑油的自重注入潤(rùn)滑劑，但無(wú)法精準(zhǔn)控制加油量；李旭等［10］設(shè)計(jì)了一種具有定點(diǎn)定量滴油功能的機(jī)械式滴油裝置，但裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且無(wú)法精細(xì)控制滴油量。為此，基于自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)一種一體式自動(dòng)潤(rùn)滑裝置并對(duì)其進(jìn)行集中化管理，通過(guò)改變潤(rùn)滑油加注方式并優(yōu)選潤(rùn)滑油型號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底帶鏈條鏈節(jié)磨損位置的定點(diǎn)及定量潤(rùn)滑，以期改善貯柜底帶鏈條潤(rùn)滑效果、提升潤(rùn)滑效率、降低潤(rùn)滑成本。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

一體式自動(dòng)潤(rùn)滑裝置由集成箱體和精準(zhǔn)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)組成，見(jiàn)圖1。集成箱體（14）內(nèi)部設(shè)置有針閥式油杯（1）、液位檢測(cè)器（7）、流量泵（3）和PLC 控制電路（6），外部設(shè)置有掛鉤（8）、卡槽（11）、運(yùn)行指示燈（13）、故障指示燈（12）；箱體采用防塵和防泄漏設(shè)計(jì)，避免粉塵污染或潤(rùn)滑劑泄漏。精準(zhǔn)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)由可調(diào)支架（9）、行程開(kāi)關(guān)（4）以及滴管（10）組成，通過(guò)螺絲固定在集成箱體的背面。潤(rùn)滑裝置可現(xiàn)場(chǎng)接線定點(diǎn)使用或者安裝充電電源移動(dòng)使用，安裝時(shí)利用掛鉤和卡槽將潤(rùn)滑裝置固定在貯柜機(jī)架的側(cè)板上。對(duì)底帶鏈條進(jìn)行潤(rùn)滑時(shí)，打開(kāi)裝置電源，由PLC控制流量泵開(kāi)啟，油杯中的潤(rùn)滑油經(jīng)進(jìn)油管道（2）、流量泵、出油管道（5）后分流至兩個(gè)滴管，形成供油回路；利用可調(diào)支架調(diào)節(jié)滴管和行程開(kāi)關(guān)位置可以使?jié)櫥b置適用于不同規(guī)格的貯柜鏈條；運(yùn)行指示燈用于顯示裝置的運(yùn)行狀態(tài)，故障指示燈用于缺油報(bào)警或運(yùn)行異常警示，當(dāng)潤(rùn)滑油液面低于液位檢測(cè)器時(shí)，故障指示燈工作，提醒工作人員加注潤(rùn)滑油。

圖1 一體化自動(dòng)潤(rùn)滑裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of integrated automatic lubrication device

如圖2所示，貯柜底帶鏈條由外鏈片（1）、內(nèi)鏈片（2）、滾子（3）和銷(xiāo)軸（4）組成，滾子與銷(xiāo)軸或鏈片間存在摩擦是鏈條磨損的主要原因［11］。兩個(gè)滴管的間距即為鏈條滾子兩端鏈片的距離a，潤(rùn)滑油經(jīng)滴管滴落至鏈片與滾子間隙后，經(jīng)滲透形成油膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈條的潤(rùn)滑；滴管與行程開(kāi)關(guān)的水平距離等于鏈條上相鄰兩個(gè)滾子的距離（鏈條節(jié)距b），通過(guò)調(diào)整滴管和行程開(kāi)關(guān)的位置，可以將潤(rùn)滑劑自動(dòng)、準(zhǔn)確地滴落在鏈條上。

圖2 貯柜底帶鏈條結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of bottom belt chains in tobacco silo

1.2 工作原理

如圖3所示，自動(dòng)潤(rùn)滑裝置工作時(shí)，隨著鏈條（4）向前移動(dòng)，滾子（5）圓弧高點(diǎn)將行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)（3）頂起，行程開(kāi)關(guān)（2）接通，PLC電路控制流量泵（8）工作并在運(yùn)行T時(shí)間后自動(dòng)失電，停止?jié)櫥浑S著鏈條繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，滾子脫離行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，流量泵保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，直至行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)被下一個(gè)滾子頂起，流量泵重新啟動(dòng)對(duì)下一鏈節(jié)進(jìn)行潤(rùn)滑。底帶鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)一周過(guò)程中，流量泵間歇式啟動(dòng)供油，PLC電路中計(jì)數(shù)器記錄行程開(kāi)關(guān)觸發(fā)次數(shù)，當(dāng)累計(jì)觸發(fā)次數(shù)達(dá)到單側(cè)鏈條滾子個(gè)數(shù)時(shí)潤(rùn)滑裝置停止運(yùn)行。由于滴管（6）與行程開(kāi)關(guān)的水平距離等于鏈條節(jié)距b，通過(guò)微調(diào)縱向可調(diào)支架（1）和橫向可調(diào)支架（7），可準(zhǔn)確定位潤(rùn)滑油滴落位置。

圖3 自動(dòng)潤(rùn)滑裝置工作原理Fig.3 Working principle of automatic lubrication device

1.3 油品選型與用量

為減少潤(rùn)滑劑揮發(fā)并在鏈條摩擦面上形成厚度適中的油膜，選用高黏度液態(tài)食品級(jí)齒輪油（德國(guó)福斯集團(tuán)加適達(dá)GL 系列）作為潤(rùn)滑劑，以提高潤(rùn)滑的有效性和持久性［12］。對(duì)不同黏度等級(jí)的油品進(jìn)行測(cè)試，考察潤(rùn)滑劑的滲透能力（潤(rùn)滑劑滲透入滾子與鏈片、滾子與銷(xiāo)軸間摩擦面的能力，潤(rùn)滑劑黏度越低滲透能力越好）、底鏈下方軌道油漬情況（潤(rùn)滑油在摩擦面上附著形成油膜，未附著的潤(rùn)滑油則溢出在導(dǎo)軌上形成油漬）以及潤(rùn)滑周期（鏈條潤(rùn)滑后再次出現(xiàn)異響的間隔時(shí)間），結(jié)果見(jiàn)表1?？梢?jiàn)，黏度等級(jí)為220 時(shí)，潤(rùn)滑油能夠較好地滲透入摩擦面，且未在底鏈下方軌道上形成油漬，潤(rùn)滑時(shí)間可持續(xù)6 個(gè)月。為避免潤(rùn)滑油過(guò)量加入而滴落在導(dǎo)軌或煙絲物料上造成污染，對(duì)黏度等級(jí)為220 的食品級(jí)齒輪油進(jìn)行供油量測(cè)試，結(jié)果表明每個(gè)滾子的最大滴油量Q為0.35 mL。

表1 不同黏度等級(jí)潤(rùn)滑油測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of lubrication oil with different viscosities

1.4 供油回路參數(shù)設(shè)計(jì)

1.4.1 流量泵選型

設(shè)鏈條運(yùn)行速度v1為0.004 m/s，滾子銷(xiāo)軸直徑d為0.014 m，為確保潤(rùn)滑油能夠準(zhǔn)確滴落在銷(xiāo)軸上，每個(gè)滾子的最大滴油時(shí)間Tmax和流量泵的最小流量qmin分別為：

由于流量泵流量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致供油精度難以控制，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定流量泵流量在20～30 mL/min時(shí)滴油效果較好。因此，選用卡默爾KFS-HD1B10G高精度小流量泵［卡川爾流體科技（上海）有限公司］配合適宜孔徑的滴管使?jié)櫥椭鸬蜗侣湓阪湕l上，通過(guò)調(diào)節(jié)流量泵運(yùn)行時(shí)間T（每個(gè)滾子的實(shí)際滴油時(shí)間）即可實(shí)現(xiàn)對(duì)滴油量的精準(zhǔn)控制。

1.4.2 滴管孔徑設(shè)計(jì)

采用不同孔徑（1.0、1.4、1.8、2.2、2.6 mm）的滴管配合高精度小流量泵進(jìn)行潤(rùn)滑油滴油實(shí)驗(yàn)。設(shè)流量泵運(yùn)行10 min（從第一滴潤(rùn)滑油滴落開(kāi)始計(jì)時(shí)），記錄潤(rùn)滑油滴數(shù)x并利用量筒計(jì)量潤(rùn)滑油體積V，根據(jù)公式（2）和（3）計(jì)算油滴體積V0（mL）和滴1滴油所需時(shí)間T0（s），測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2?？梢?jiàn)，油滴體積隨滴管孔徑的增大而增大，當(dāng)孔徑＞1.8 mm 時(shí)，V0＞0.088 mL，而過(guò)大油滴（油滴直徑超過(guò)滾子和鏈片間隙）會(huì)在滾子和鏈片上表面形成油漬。因此，滴管孔徑應(yīng)≤1.8 mm。

表2 不同滴管孔徑下滴油實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of oil dripping under different dropper apertures

因滴管采用雙管口設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑油的實(shí)際出油滴數(shù)必須為偶數(shù)，否則管口處殘留的潤(rùn)滑油會(huì)在潤(rùn)滑間隙因自重或設(shè)備振動(dòng)而滴落在軌道上造成污染。因此，根據(jù)公式（4）計(jì)算理論最大油滴數(shù)xmax、實(shí)際最大油滴數(shù)x′max、實(shí)際最大出油量Q′，結(jié)果見(jiàn)表3?？梢?jiàn)，滴管孔徑為1.8 mm 時(shí)，實(shí)際最大出油量為0.35 mL，可以在保證導(dǎo)軌不形成油漬的前提下，延長(zhǎng)潤(rùn)滑周期。由表2 可知，采用孔徑1.8 mm 的滴管配合高精度小流量泵滴定潤(rùn)滑油時(shí)，滴1 滴油的時(shí)間為0.200 s。因此，確定流量泵運(yùn)行時(shí)間（即滴4 滴油的時(shí)間）T=0.200×4=0.800 s，取0.8 s，小于每個(gè)滾子的最大滴油時(shí)間Tmax，可以確保潤(rùn)滑油能夠準(zhǔn)確滴落在銷(xiāo)軸上。

表3 不同滴管孔徑下實(shí)際最大出油量Tab.3 Actual maximum oil pump capacity under different dropper apertures

1.5 集中化管控

如圖4所示，將同一生產(chǎn)片區(qū)的潤(rùn)滑裝置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信的方式組成一個(gè)區(qū)域控制子站，然后將各區(qū)域控制子站通過(guò)信息機(jī)柜中的交換機(jī)接入車(chē)間生產(chǎn)管理環(huán)網(wǎng)上，并在上位機(jī)設(shè)計(jì)一套管控系統(tǒng)，在車(chē)間中控機(jī)房?jī)?nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有潤(rùn)滑裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)分析和處理［13-14］。根據(jù)貯柜的實(shí)際運(yùn)行狀況，設(shè)置各潤(rùn)滑裝置的啟動(dòng)日期、潤(rùn)滑周期、潤(rùn)滑量等參數(shù)，通過(guò)管控系統(tǒng)下發(fā)潤(rùn)滑工單，使各貯柜的潤(rùn)滑裝置按照設(shè)定時(shí)間節(jié)點(diǎn)自動(dòng)執(zhí)行潤(rùn)滑工作。通過(guò)管控系統(tǒng)還可監(jiān)控各貯柜潤(rùn)滑工作的執(zhí)行情況、潤(rùn)滑裝置的工作狀態(tài)、故障提示及缺油報(bào)警等信息，實(shí)現(xiàn)貯柜底帶鏈條潤(rùn)滑裝置的集中化管控。

圖4 自動(dòng)潤(rùn)滑裝置集中管控系統(tǒng)通信方式Fig.4 Communication mode of centralized control system for automatic lubrication device

2 應(yīng)用效果

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：耐可優(yōu)重負(fù)荷潤(rùn)滑噴劑（食品級(jí)，罐裝，220 元/瓶，容積400 mL/瓶，廣州美潤(rùn)孚化工有限公司）；加適達(dá)GL220 齒輪油（食品級(jí)，桶裝，2 960 元/桶，容積22 L/桶，德國(guó)福斯集團(tuán)）。

設(shè)備：廣州卷煙廠制絲車(chē)間L 區(qū)GDT(D)H10A煙用貯柜10臺(tái)（每臺(tái)貯柜有620個(gè)滾子，昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司）。

方法：每臺(tái)煙用貯柜每周運(yùn)行3 h×5 d，運(yùn)行速度為0.004 m/s。5 臺(tái)貯柜底帶鏈條采用人工潤(rùn)滑方式，5 臺(tái)采用自動(dòng)潤(rùn)滑方式（利用自動(dòng)潤(rùn)滑裝置進(jìn)行潤(rùn)滑）。統(tǒng)計(jì)兩種潤(rùn)滑方式下，各貯柜潤(rùn)滑劑耗用量和成本、人工作業(yè)時(shí)間、潤(rùn)滑周期等數(shù)據(jù)，取平均值。人工潤(rùn)滑方式下，每臺(tái)貯柜兩側(cè)鏈條各安排1名操作人員，手動(dòng)按壓罐式噴劑進(jìn)行潤(rùn)滑；自動(dòng)潤(rùn)滑方式下，每臺(tái)貯柜兩側(cè)鏈條各配置1 臺(tái)自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，并安排維修人員定期對(duì)潤(rùn)滑裝置進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

如表4 所示，人工潤(rùn)滑方式下，每臺(tái)貯柜底帶鏈條每次潤(rùn)滑的噴劑用量為2 400～3 200 mL（6～8瓶），每月潤(rùn)滑1次，潤(rùn)滑劑成本為18 480元/年；自動(dòng)潤(rùn)滑方式下，每臺(tái)貯柜底帶鏈條每次潤(rùn)滑的油品用量為217 mL，每6個(gè)月潤(rùn)滑1次，潤(rùn)滑劑成本為60.28元/年。與人工潤(rùn)滑方式相比，采用自動(dòng)潤(rùn)滑方式后，單臺(tái)貯柜減少人工作業(yè)時(shí)間35.5 h/年，潤(rùn)滑劑成本減少約18 420 元/年（降幅99.67%），潤(rùn)滑周期由1個(gè)月延長(zhǎng)至6個(gè)月，降本增效效果顯著。

表4 自動(dòng)潤(rùn)滑裝置應(yīng)用前后貯柜底帶鏈條潤(rùn)滑效果對(duì)比①Tab.4 Comparison of lubrication effects for bottom belt chains in tobacco silo before and after application of automatic lubrication device

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種由集成箱體和精準(zhǔn)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)組成的一體式自動(dòng)潤(rùn)滑裝置并將其固定安裝在貯柜機(jī)架的側(cè)板上，通過(guò)調(diào)整精準(zhǔn)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)中滴管和行程開(kāi)關(guān)的位置，將集成箱體油杯中的潤(rùn)滑劑自動(dòng)、準(zhǔn)確地滴落在貯柜底帶鏈條上；潤(rùn)滑劑選用高黏度液態(tài)食品級(jí)齒輪油，用量可調(diào)可控，潤(rùn)滑效果優(yōu)于罐式噴劑。以廣州卷煙廠制絲車(chē)間使用的10臺(tái)煙用貯柜為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：與人工手動(dòng)按壓罐式噴劑的潤(rùn)滑方式相比，采用自動(dòng)潤(rùn)滑裝置可以使每臺(tái)貯柜節(jié)省潤(rùn)滑劑成本約18 420 元/年，降幅99.67%；人工作業(yè)時(shí)間減少35.5 h/年，潤(rùn)滑周期由1個(gè)月延長(zhǎng)至6個(gè)月。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，可在不同規(guī)格底帶鏈條的煙用貯柜中推廣應(yīng)用。