余洪，梅德瓊，何偉軍，邵玉龍

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

隨著新一代信息技術(shù)和制造業(yè)的深度融合，我國(guó)智能制造發(fā)展取得明顯成效，其中當(dāng)以高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、智能儀器儀表最具代表性。目前我國(guó)制造業(yè)尚處于機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化、數(shù)字化并存，不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同企業(yè)發(fā)展不平衡的階段。智能制造這個(gè)新的模式成熟度不高，系統(tǒng)整體解決方案供給能力不足。正是在這種背景下，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型乃是大勢(shì)所趨。下面我就將近些年用在輪胎制作企業(yè)的密煉機(jī)生產(chǎn)線其中的轉(zhuǎn)子密封圈動(dòng)靜環(huán)智能化供油系統(tǒng)進(jìn)行探討。

1 密煉機(jī)轉(zhuǎn)子密封智能化高壓油泵供油系統(tǒng)的改造

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，而人力成本、生產(chǎn)原材料的成本、設(shè)備運(yùn)行成本占據(jù)著制造成本的大頭，如何為公司節(jié)約相應(yīng)的成本也自然是重中之重了。密煉機(jī)是輪胎制造企業(yè)重要的橡膠加工設(shè)備，又是第一道橡膠加工工序，所以密煉機(jī)整體運(yùn)行的穩(wěn)定，對(duì)產(chǎn)能的有效產(chǎn)出起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)公司內(nèi)部MES系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，用作終煉膠使用的共有5臺(tái)密煉機(jī)的密封圈潤(rùn)滑供油裝置的高壓油泵的故障時(shí)間約為1 500 min/年。通過與專業(yè)制作高壓油泵廠家玉環(huán)機(jī)械配件廠進(jìn)行了研討，以及通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地的調(diào)研，并實(shí)施了改造，實(shí)現(xiàn)了高壓油泵一用一備，也就是AB泵，當(dāng)A出現(xiàn)故障時(shí)，將通過電器控制自動(dòng)切換到B泵進(jìn)行供油，實(shí)現(xiàn)油泵部位趨于零故障，并且在觸摸屏上記錄報(bào)警內(nèi)容，以備下次計(jì)劃?rùn)z修時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)維修，同時(shí)實(shí)現(xiàn)離線維修。

2 智能化高壓油泵系統(tǒng)的原理與主要技術(shù)參數(shù)、主要改進(jìn)項(xiàng)

2.1 高壓油泵系統(tǒng)的原理

DGB-2A-2Q-IS型電動(dòng)高壓油泵是對(duì)密封圈潤(rùn)滑油進(jìn)行升壓,根據(jù)密煉機(jī)的運(yùn)行情況可靠精確地向密封圈注油，并對(duì)油筒加油、壓力、流量進(jìn)行控制的潤(rùn)滑設(shè)備。它由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、油泵、壓力控制機(jī)構(gòu)、油筒及加油裝置、電氣控制系統(tǒng)組成。它輸出油壓力高、操作方便、工作可靠，與集成分配器配合使用可具有油路堵塞、不注油等故障的檢測(cè)報(bào)警功能，主要用于密煉機(jī)密封圈動(dòng)靜圈的供油潤(rùn)滑系統(tǒng)（見圖1）。油泵打壓原理：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)油泵的凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞在凸輪軸和彈簧的作用下上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)油管輸入的低壓油不斷地流向柱塞套內(nèi)，進(jìn)入柱塞套內(nèi)的低壓油經(jīng)柱塞的向上運(yùn)動(dòng)壓縮容積，產(chǎn)生壓力，經(jīng)單向閥輸出，從而產(chǎn)生高壓。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)：

潤(rùn)滑油泵電機(jī)型號(hào) YVF2-90-4，2臺(tái)

潤(rùn)滑油泵電機(jī)功率 1.1 kW，2臺(tái)

電機(jī)轉(zhuǎn)速 1 380 r/min

電機(jī)使用電源 380V AC50Hz

每個(gè)出油口輸出油量 0～0.24 mL/次

油泵輸出的最高壓力 63 MPa

柱塞直徑 Φ9.5 mm

油箱容積 12 L

圖1 電動(dòng)高壓油泵結(jié)構(gòu)原理

2.3 改造前后對(duì)比及主要改進(jìn)項(xiàng)

2.3.1 智能化高壓油泵系統(tǒng)的油泵泵油功能

原油泵采用的是高壓柱塞泵單缸供油，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)油泵上的凸輪軸，凸輪軸上加工有一個(gè)凸輪，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，凸輪推動(dòng)柱塞運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，輸出一次潤(rùn)滑油?，F(xiàn)改進(jìn)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)與凸輪軸相聯(lián)，凸輪軸沿軸向均勻加工了4個(gè)凸輪，4個(gè)凸輪在圓周上呈90°錯(cuò)開，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，凸輪依次推動(dòng)4個(gè)柱塞，每柱塞運(yùn)動(dòng)了一個(gè)周期，則油泵輸出了4次潤(rùn)滑油。通過在凸輪軸上增加凸輪數(shù)，泵體上增加柱塞數(shù)，增加了凸輪軸每轉(zhuǎn)的輸出油量。在同等出油量的情況下，凸輪軸的轉(zhuǎn)速只需原來的1/4,在壓力一致的條件下，電機(jī)的輸出功率減少為原來的1/4，將原來電動(dòng)高壓油泵的電機(jī)功率從3 kW降至1.1 kW，達(dá)到了節(jié)能的效果。電機(jī)功率減少后，在轉(zhuǎn)速不變的情況下增加了減速機(jī)，油泵在原來1/4的速度下運(yùn)行，油泵凸輪及柱塞偶件的運(yùn)行速度也為原來的1/4，機(jī)器的噪聲明顯減少，凸輪、柱塞等發(fā)熱減少，油泵的溫升明顯降低，油泵的故障率明顯降低，使用壽命增長(zhǎng)。

2.3.2 智能化高壓油泵系統(tǒng)的進(jìn)油過濾、沉淀、油位檢測(cè)功能

原高壓油泵過濾精度偏低，無法達(dá)到完全過濾油品內(nèi)雜質(zhì)的目的。智能化高壓油泵過濾系統(tǒng)由帶磁性的密封式儲(chǔ)油筒、過濾器、油位檢測(cè)開關(guān)，放氣閥等組成。潤(rùn)滑油經(jīng)過濾器將潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)過濾掉，過濾精度達(dá)到10 μm，保證了潤(rùn)滑油的清潔度。帶磁性的密封式儲(chǔ)油筒采用密封式設(shè)計(jì)，耐壓0.8 MPa，能吸附潤(rùn)滑油中的微小金屬顆粒，內(nèi)部增加消泡裝置，儲(chǔ)油筒由一塊隔板隔成進(jìn)油腔及出油腔，潤(rùn)滑油經(jīng)進(jìn)油腔沉淀后從出油腔排出，更有效地清除了潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)，保障油泵及管道上所有閥的正常使用。由于儲(chǔ)油筒是密封式的，避免了潤(rùn)滑油與空氣接觸，使?jié)櫥椭胁粫?huì)產(chǎn)生氣泡，解決了以往工藝油在加入油罐時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，致使油泵內(nèi)柱塞件經(jīng)常吸空后壓力打不上來的故障現(xiàn)象，保障了油泵的可靠運(yùn)行。浮球式油位檢測(cè)開關(guān)在儲(chǔ)油筒缺油時(shí)發(fā)出缺油信號(hào)并進(jìn)入PLC。

2.3.3 智能化高壓油泵系統(tǒng)的壓力檢測(cè)

原高壓油泵輸送管道上只安裝壓力檢測(cè)開關(guān)，沒有壓力傳感器，無法實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)油泵的輸出油壓。新的智能化高壓油泵系統(tǒng)的輸出管道上裝有壓力傳感器，壓力信號(hào)經(jīng)壓力傳感器轉(zhuǎn)化成電信號(hào)（4～20 mA）輸出，電信號(hào)經(jīng)PLC的模擬量模塊進(jìn)入PLC， PLC對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)壓力達(dá)到一定值后，PLC判斷油路發(fā)生堵塞，將輸出堵塞報(bào)警信號(hào)，壓力值及堵塞報(bào)警都會(huì)通過觸摸屏顯示。

2.3.4 智能化高壓油泵系統(tǒng)的輸出檢測(cè)

油泵上裝有流動(dòng)發(fā)訊器，根據(jù)柱塞泵的特點(diǎn)，油泵輸出是斷續(xù)性的，油泵每輸出一次潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油經(jīng)發(fā)訊器流出時(shí)，發(fā)訊器需要?jiǎng)幼饕淮?，每?dòng)作一次會(huì)產(chǎn)生一次開關(guān)量的通斷信號(hào)。PLC根據(jù)通斷信號(hào)的連續(xù)性進(jìn)行分析，判斷出油泵是否正常運(yùn)行。輸出的頻率及故障信號(hào)顯示在觸摸屏上。

2.3.5 智能化高壓油泵系統(tǒng)的精準(zhǔn)注油功能

油泵的電機(jī)采用了變頻電機(jī)，系統(tǒng)接收到潤(rùn)滑點(diǎn)的溫度信號(hào)，經(jīng)PLC邏輯運(yùn)算，當(dāng)溫度升高時(shí)，PLC模擬量輸出模塊輸出高電平，當(dāng)溫度降低時(shí)，PLC輸出低電平，模擬量輸出模塊輸出的電平信號(hào)進(jìn)入變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到油泵油量的調(diào)節(jié)功能。精準(zhǔn)注油是節(jié)油的關(guān)鍵，通過溫度檢測(cè)無級(jí)地調(diào)節(jié)油量，使用油量達(dá)到最精確，而且最大限度地保護(hù)了設(shè)備，避免了原油泵不管潤(rùn)滑點(diǎn)情況如何而采用同一注油量，既浪費(fèi)了潤(rùn)滑油又沒可靠保護(hù)設(shè)備的缺點(diǎn)。

2.3.6 智能化高壓油泵系統(tǒng)的油量統(tǒng)計(jì)功能

油泵上采用的是高壓集成分配器，每點(diǎn)出油量一致，油泵控制系統(tǒng)接收分配器的動(dòng)作信號(hào)，進(jìn)行計(jì)數(shù)。PLC根據(jù)分配器每次的注油量及注油頻率計(jì)算出設(shè)定時(shí)間段的注油量，注油量及注油頻率直接顯示在觸摸屏上。原高壓油泵不具備此一功能，對(duì)油料的使用量無法統(tǒng)計(jì)，不便于油品的管理。

2.3.7 智能化高壓油泵系統(tǒng)的雙保險(xiǎn)功能

采用了雙油泵供油系統(tǒng)，系統(tǒng)只需使用一個(gè)油泵，當(dāng)一個(gè)油泵運(yùn)行時(shí)，另一油泵處于備用檢修狀態(tài)。兩泵分別進(jìn)油，兩輸出油口前加裝高壓?jiǎn)蜗蜷y，通過活接頭匯合成一個(gè)出油口，以便兩臺(tái)油泵之間切換之后，運(yùn)行油泵輸出的壓力油不影響停機(jī)檢修的油泵。如當(dāng)A油泵出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警后切換至B油泵供油，A油泵可直接進(jìn)入檢修狀態(tài)，只需關(guān)閉進(jìn)油閥就可進(jìn)行檢修，不會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑油倒流現(xiàn)象。兩臺(tái)油泵在電器控制上具備了互鎖功能，機(jī)器的運(yùn)動(dòng)部分防護(hù)措施齊全，保障了檢修時(shí)的安全性。備用泵可以在不停機(jī)下進(jìn)行維修，節(jié)省了高壓油泵在線維修的時(shí)間。并且，實(shí)現(xiàn)了不停機(jī)也就是離線維修。

2.3.8 高壓油泵系統(tǒng)具備在線檢修測(cè)試功能

需要測(cè)試時(shí)，在觸摸屏上選擇測(cè)試功能，油泵自動(dòng)切換到測(cè)試狀態(tài)，輸出油管上的高壓電磁閥關(guān)閉，油泵在安全閥的調(diào)定壓力下運(yùn)行，油泵輸出最高壓力，達(dá)到最高壓力后溢出的潤(rùn)滑油從旁通管進(jìn)入注油點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑。同時(shí)觸摸屏能夠顯示出油泵最高工作壓力并進(jìn)行兩臺(tái)油泵的使用壽命的統(tǒng)計(jì)，根據(jù)油泵的測(cè)試壓力和使用時(shí)間以實(shí)現(xiàn)油泵的預(yù)防性維修。

智能化高壓油泵系統(tǒng)具備了油筒缺油、超壓、流動(dòng)故障等報(bào)警功能，并在觸摸屏上顯示。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，智能化高壓油泵能夠根據(jù)故障檢測(cè)元件，精確地對(duì)故障判斷后進(jìn)行自動(dòng)切換油泵供油功能，并在觸摸屏上故障記錄，同時(shí)根據(jù)密封圈動(dòng)靜環(huán)的溫度自動(dòng)調(diào)整油泵的注油頻率，以達(dá)到供油與消耗的平衡，即保障密封圈動(dòng)靜環(huán)之間的充足潤(rùn)滑，又達(dá)到不浪費(fèi)潤(rùn)滑油的目的。

3 改造后產(chǎn)生的效益

（1）實(shí)際改造時(shí)間為 2016年 8月 15～10月 10日，根據(jù)信息化統(tǒng)計(jì)，改造前后，高壓油泵潤(rùn)滑中心的故障對(duì)比為：改造前5臺(tái)密煉機(jī)高壓油泵部分的故障時(shí)間總計(jì)為1 500 min，改造后至2017年10月份，總的故障停機(jī)時(shí)間為155 min，則減少的停機(jī)時(shí)間每年的效益為：（1500－155）/2.5 min/車×350 kg/車/1 000×186元/t（加工效益）＝35 023.8元。

（2）通過油泵傳動(dòng)部分的改造，降低了每臺(tái)智能化高壓油泵系統(tǒng)功耗1.9 kW.h，則一年可節(jié)約用電費(fèi)用 ：1.9 kW.h×24 h/天 ×350天 /年 ×0.54元 /kW.h×5臺(tái)＝43 092元。

（3）根據(jù)密封圈動(dòng)靜環(huán)的溫度自動(dòng)調(diào)整油泵的注油頻率，以達(dá)到供油與消耗的平衡，可以在觸摸屏上方便直觀的觀察密煉機(jī)密封圈的注油頻次，可以通過每臺(tái)密煉機(jī)密封圈的運(yùn)行狀態(tài)不同進(jìn)行及時(shí)的修定，根據(jù)每臺(tái)注油頻次的調(diào)查，原來注油頻率為23次/min，一臺(tái)設(shè)備上有12根注油管，每次注油量為0.17 mL/次，320#重負(fù)荷齒輪油的密度為0.897，單價(jià)為8.5元/kg。則單臺(tái)密煉機(jī)每天的用油量為:1 440 min×23次 /min×12×0.17 mL/min÷1 000×0.897×5 臺(tái) =303 kg/天。改造后為16次/ min。則每天比原來可以減少1 440 min×(23 次 /min-16 次 /min(×12×0.17mL/min÷1 000×0.897×5臺(tái) =92.2 kg/天 320#潤(rùn)滑油的用量，則一年的效益為：92.2×350天×8.5元/kg=27.4萬元。

4 結(jié)語

我公司與玉環(huán)機(jī)械配件廠合作開發(fā)的智能化高壓油泵系統(tǒng)可適用于不同類型的密煉機(jī)密封圈潤(rùn)滑供油系統(tǒng)，此系統(tǒng)使用后不僅減少了保養(yǎng)人員對(duì)高壓油泵巡查力度，同時(shí)為公司節(jié)約生產(chǎn)加工成本效果顯著，可謂是未來的發(fā)展方向。