摘要：文章通過(guò)應(yīng)用科恩達(dá)效應(yīng)原理對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，使用其大流量吸風(fēng)的作用，將板帶邊部攜帶的軋制油吸走，防止板帶兩邊的軋制油在鋁卷存放時(shí)擴(kuò)散到鋁卷的板面內(nèi)，從而有效保證板材表面質(zhì)量，為公司節(jié)省了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：邊部帶油；空氣放大器；特種吸油裝置；PLC；電動(dòng)滑臺(tái)

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）23-0033-03

1 設(shè)備改造的必要性

1.1 設(shè)備改造前存在的問(wèn)題

在冷軋機(jī)軋制時(shí)，軋機(jī)本身的吹掃系統(tǒng)能將板帶上、下表面的軋制油吹掃干凈，但是在板帶兩邊的厚度上所含有的軋制油無(wú)法吹掃干凈，該處軋制油在鋁卷存放時(shí)，由于毛吸作用擴(kuò)散，會(huì)造成板帶邊部30～100mm的板面帶油，形成油斑，如在退火前不進(jìn)行清洗，退火后就會(huì)形成油斑，造成板帶表面質(zhì)量缺陷，為避免該質(zhì)量缺陷就增加了一道清洗工序，增加了生產(chǎn)成本和延長(zhǎng)了交貨時(shí)間。如果清洗不干凈，退貨后形成了油斑，就需要將該部分切邊切除，造成成品率下降或無(wú)法滿足合同寬度要求，其后果不言而喻。

1.2 設(shè)備改造原理

為適應(yīng)公司發(fā)展的要求，我們?cè)诶滠垙S2#軋機(jī)出口安裝了一套邊部吸油裝置，吸走板面吹掃不能解決的板帶厚度所含有的板帶兩邊的軋制油，防止板帶兩邊含帶的軋制油在鋁卷存放時(shí)擴(kuò)散到鋁卷的板面內(nèi)。具體操作如下：板帶兩邊都要安裝吸油裝置，吸油裝置安裝在由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑臺(tái)上。正常工作時(shí)，操作工在操作畫面上輸入軋制板帶的寬度規(guī)格，待穿帶完成建立張力后，檢查邊部是否平穩(wěn)，沒有毛刺和邊部波浪在許可的范圍內(nèi)，操作工將滑臺(tái)按鈕打到伸出位置，兩邊的伺服電機(jī)同時(shí)動(dòng)作，根據(jù)之前操作工輸入的板帶寬度，自動(dòng)調(diào)整行程，將吸油裝置深入到板帶的邊部進(jìn)行吸油操作，當(dāng)一卷板帶即將完成軋制后，操作工將按鈕打到縮回位置，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)縮回到原始位置；由于在軋制過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生斷帶，為了保護(hù)板帶以及除油設(shè)備，需要與軋機(jī)的斷帶信號(hào)做連鎖，當(dāng)檢測(cè)到斷帶后，伺服電機(jī)帶動(dòng)的滑臺(tái)迅速縮回到原始位置，防止損壞設(shè)備。

2 空氣放大器的工作原理及特點(diǎn)

邊部吸油裝置的核心部件為空氣放大器，空氣放大器是利用流體力學(xué)的科恩達(dá)效應(yīng)原理，通過(guò)輸入小量的工業(yè)壓縮空氣，它會(huì)帶動(dòng)周圍的空氣，在一端高速輸出大量的低壓氣流，空氣流量能放大到25倍。

2.1 空氣放大器原理

1.環(huán)形腔；2.可調(diào)環(huán)形槽；3.發(fā)生科恩達(dá)效應(yīng)的剖面；4.外界氣體；5.固定環(huán)（可調(diào)空氣放大器）

圖1 空氣放大器原理圖

當(dāng)壓縮空氣通過(guò)空氣放大器0.05～0.1mm的環(huán)形窄縫后向左側(cè)噴出，通過(guò)科恩達(dá)效應(yīng)原理及空氣放大器特殊的幾何形狀，右側(cè)最大25倍的環(huán)境空氣可被吸入，并與原始?jí)嚎s空氣一起從空氣放大器左側(cè)吹出。

2.2 空氣放大器的特點(diǎn)

（1）無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，安全。（2）只須加一個(gè)有效的過(guò)濾裝置，無(wú)需維護(hù)。（3）工作時(shí)沒有噪音。（4）孔不會(huì)堵塞。（5）輸出氣量由供氣量調(diào)解。（6）即時(shí)停止或啟動(dòng)。（7）無(wú)起火的危險(xiǎn)。（8）無(wú)電氣干擾。（9）入口和出口都可安裝輸送管，吸入新鮮空氣，從而移除煙氣或輸送輕質(zhì)物料。

3 邊部吸油裝置的組成及各部位的作用

根據(jù)滑臺(tái)尺寸與現(xiàn)場(chǎng)平臺(tái)情況，改造現(xiàn)有的平臺(tái)，先將平臺(tái)兩端的上平面開一條邊部吸油裝置移動(dòng)用的長(zhǎng)條孔，兩端筋板開一方孔，然后在平臺(tái)下方做一個(gè)滑臺(tái)支架，便于安放滑臺(tái)。邊部吸油裝置的吸嘴組件是由3個(gè)空氣放大器組裝在一起，然后在板帶邊部吸油處安裝上特制的尼龍?zhí)捉M成吸油裝置，吸嘴支架制作成“工”字型，這樣就可以在平臺(tái)縫隙中帶動(dòng)吸嘴組建來(lái)回滑動(dòng)，吸嘴與吸嘴支架之間是通過(guò)一塊強(qiáng)磁鐵連接的，當(dāng)發(fā)生鋁板斷帶或其他異常情況時(shí)，可能會(huì)碰撞到吸嘴，此時(shí)吸嘴會(huì)被撞開，與吸嘴支架分離，這樣整套機(jī)構(gòu)就不會(huì)損壞。在滑臺(tái)電機(jī)部分，將制作一件滑臺(tái)保護(hù)罩，保護(hù)罩做成可拆卸方式，方便檢修，并滿足防爆要求。

高壓氣源通過(guò)一根1寸鋼管引到整個(gè)裝置附近，在鋼管上安裝一個(gè)手動(dòng)球閥、一個(gè)三聯(lián)體和一個(gè)電磁控制閥，便于設(shè)定高壓壓縮空氣壓力和供氣條件。高壓壓縮空氣通過(guò)一根Φ16氣管連接到一個(gè)四通接頭上，再通過(guò)四通接頭連接到3個(gè)氣嘴上，3個(gè)氣嘴的出氣孔用一根30膠管連接，將廢氣和油導(dǎo)流到平臺(tái)下面，防止油氣反濺到帶材表面。

邊部吸油裝置的機(jī)械示意圖如圖2所示：

4 電氣控制系統(tǒng)

4.1 電氣控制系統(tǒng)的組成及控制原理

電氣控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、定位模塊和伺服系統(tǒng)組成。觸摸屏用來(lái)完成操作人員輸入?yún)?shù)、控制命令和顯示設(shè)備狀態(tài)；PLC用來(lái)控制設(shè)備的動(dòng)作；定位模塊用來(lái)控制伺服電機(jī)動(dòng)作；伺服系統(tǒng)用來(lái)控制吸油裝置按照不同要求伸縮動(dòng)作。觸摸屏及PLC、定位模塊均選用西門子產(chǎn)品，伺服驅(qū)動(dòng)及伺服電機(jī)選用松下產(chǎn)品。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如

圖3所示：

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)控制伺服電機(jī)定長(zhǎng)正、反旋轉(zhuǎn)，達(dá)到吸油嘴按板材寬度伸縮位置的精確控制。此方案采用西門子公司的位置控制模塊FM353來(lái)控制松下伺服驅(qū)動(dòng)器，由FM353輸出給出位置指令脈沖串，直接發(fā)送到伺服輸入端，此時(shí)松下伺服工作在位置模式。在PLC程序中設(shè)定伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，單位為（rpm），設(shè)伺服電機(jī)設(shè)定為1000個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。PLC輸出脈沖頻率=（速度設(shè)定值/6）×100（Hz）。假設(shè)該伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)直線定位精度為±0.1mm，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈滾珠絲杠副移動(dòng)10mm，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為1000，故該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量或者說(shuō)驅(qū)動(dòng)分辨率為0.01mm；PLC輸出脈沖數(shù)=長(zhǎng)度設(shè)定值×10。

以上的結(jié)論是在伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)定完的基礎(chǔ)上得出的。在計(jì)算PLC發(fā)=出脈沖頻率與脈沖前，先根據(jù)機(jī)械條件，綜合考慮精度與速度要求設(shè)定好伺服電機(jī)的電子齒輪比，大致過(guò)程如下：

機(jī)械機(jī)構(gòu)確定后，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的行走長(zhǎng)度已經(jīng)固定（如上面所說(shuō)的10mm），設(shè)計(jì)要求的定位精度為0.1mm。為了保證此精度，一般情況下是讓一個(gè)脈沖的行走長(zhǎng)度低于0.1mm，如設(shè)定一個(gè)脈沖的行走長(zhǎng)度為如上所述的0.01mm，于是電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即為1000個(gè)脈沖。此種設(shè)定當(dāng)電機(jī)速度要求為1200轉(zhuǎn)/分時(shí)，PLC應(yīng)該發(fā)出的脈沖頻率為20K。PLC可以發(fā)脈沖頻率為500kHz，完全可以滿足要求。有了以上頻率與脈沖數(shù)的算法后只需應(yīng)用PLC的相應(yīng)脈沖指令發(fā)出脈沖即可實(shí)現(xiàn)控制了。

4.2 操作原理

正常工作時(shí)，操作人員在觸摸屏上選擇帶材寬度，PLC根據(jù)帶材寬度計(jì)算出吸油裝置的位移量。操作人員按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠正向轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)吸油裝置伸向帶材。當(dāng)達(dá)到計(jì)算出的距離后，伺服電機(jī)停止，PLC打開高壓氣電磁閥，吸油裝置開始工作。當(dāng)帶材傳送完成或需要停止吸油時(shí)，操作人員按動(dòng)停止按鈕，伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠反向轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)吸油裝置離開帶材回到原位。PLC接收主控PLC的帶材斷帶信號(hào)，當(dāng)斷帶信號(hào)出現(xiàn)后，PLC控制吸油裝置收回，防止損壞設(shè)備。

4.3 伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置與接線方式

圖4 位置控制模式控制信號(hào)接線圖

4.3.1 按照伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明書上的“位置控制模式控制信號(hào)接線圖”接線：pin3（PULS1）、pin4（PULS2）為脈沖信號(hào)端子，PULS1連接直流電源正極（24V電源需串連2K左右的電阻），PULS2連接控制器（如PLC的輸出端子）。

4.3.2 pin5（SIGN1）、pin6（SIGN2）為控制方向信號(hào)端子，SIGN1連接直流電源正極（24V電源需串連2K左右的電阻），SIGN2連接控制器（如PLC的輸出端子）。當(dāng)此端子接收信號(hào)變化時(shí)，伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向改變。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方向由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的P41、P42這兩個(gè)參數(shù)控制，pin7（com+）與外接24V直流電源的正極相連。pin29（SRV-0N），伺服使能信號(hào)，此端子與外接24V直流電源的負(fù)極相連，則伺服電機(jī)進(jìn)入使能狀態(tài)，就是伺服電機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備

好，接收脈沖即可以運(yùn)轉(zhuǎn)。

上面所述的六根線連接完畢（電源、編碼器、電機(jī)線），伺服電機(jī)即可根據(jù)控制器發(fā)出的脈沖與方向信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)。其他的信號(hào)端子，如伺服報(bào)警、偏差計(jì)數(shù)清零、定位完成等可根據(jù)要求接入控制器構(gòu)成更完善的控制系統(tǒng)。

5 設(shè)備改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)應(yīng)用科恩達(dá)效應(yīng)原理對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，將該邊部吸油裝置安裝在我司2#冷軋機(jī)上，經(jīng)過(guò)運(yùn)行達(dá)到了預(yù)期的效果，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。改造后的設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；特種吸油裝置的運(yùn)行清除了鋁卷邊部的軋制油，避免了存放過(guò)程形成油斑，減少了清洗工序，工作效率將大大提高，間接地降低了運(yùn)行成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；由于改造后的設(shè)備具有一定的節(jié)能效果，降低單位產(chǎn)量能耗，在節(jié)能減排過(guò)程中，能取得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：馮勛寵（1979—），男，美鋁渤海鋁業(yè)有限公司機(jī)電工程師，研究方向：冷軋機(jī)維護(hù)、技改。