李鵬超，徐建燎，劉雅君，王昭焜，林俊棟，鐘 蔚，劉彥奇，董文亮，葉校圳，吳玉生

廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建省廈門市海滄區(qū)新陽(yáng)路1 號(hào) 361022

儲(chǔ)柜或柜式喂料機(jī)在制絲生產(chǎn)線中主要起貯存物料、平衡煙絲含水率等作用［1］。底鏈?zhǔn)莾?chǔ)柜或柜式喂料機(jī)的重要組成部分，隨著生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的增加，其轉(zhuǎn)輪與銷軸間的磨損逐漸加劇，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成過(guò)載停機(jī)導(dǎo)致物料斷流，因此周期潤(rùn)滑對(duì)于保障底鏈平穩(wěn)運(yùn)行具有重要作用。目前底鏈潤(rùn)滑主要采用人工手動(dòng)按壓罐式氣霧型潤(rùn)滑劑，將潤(rùn)滑劑噴灑到底鏈中轉(zhuǎn)輪與銷軸接觸處，但人工潤(rùn)滑存在無(wú)法精確控制潤(rùn)滑劑的噴射量和噴射范圍等問(wèn)題［2］。針對(duì)此，章媛等［3］設(shè)計(jì)了一種喂料機(jī)鏈自潤(rùn)滑襯套，具有一定的免維護(hù)性，但需要對(duì)鏈條進(jìn)行全面更換，費(fèi)用較高；梁益遜［4］采用稀油直噴（刷涂）技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種倉(cāng)儲(chǔ)式喂料機(jī)自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，實(shí)現(xiàn)了稀油精準(zhǔn)噴射，但殘留在噴嘴內(nèi)的稀油以小液滴形狀滴下，容易在軌道上形成油漬；虞培年等［5］將現(xiàn)有重力自流滴油方式改為加氣壓力噴霧方式，提高了潤(rùn)滑效果，但噴油范圍過(guò)大，容易造成現(xiàn)場(chǎng)污染和能源浪費(fèi)。油霧潤(rùn)滑是當(dāng)前較為先進(jìn)和高效的一種潤(rùn)滑方式，主要采用超聲波對(duì)油液進(jìn)行霧化，具有潤(rùn)滑油利用率高、油霧顆粒小、霧化液滴均勻性好等優(yōu)點(diǎn)［6-7］。為此，基于油液霧化技術(shù)設(shè)計(jì)了一種儲(chǔ)柜底鏈精細(xì)潤(rùn)滑系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油的精準(zhǔn)噴射，提高底鏈潤(rùn)滑效率，改善潤(rùn)滑效果。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)柜底鏈精細(xì)潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由噴嘴、油箱、截止閥、蠕動(dòng)泵、過(guò)濾器、信號(hào)檢測(cè)單元等部分組成，見(jiàn)圖1a。進(jìn)入噴嘴1 的油液被霧化為油霧，經(jīng)噴嘴以近乎直線的形式噴出；油路由油箱2、截止閥3、蠕動(dòng)泵4 等組成，將油液按設(shè)定值供給噴嘴；氣路由截止閥5、過(guò)濾器6、調(diào)壓閥7、電磁閥8 等組成，將一定壓力值的壓縮空氣送入噴嘴。

在底鏈結(jié)構(gòu)（圖1b）中，除局部繞儲(chǔ)柜兩端底鏈大鏈輪10 做弧形轉(zhuǎn)動(dòng)外，大部分狀態(tài)為單向直線運(yùn)行，因此通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)輪11 是否到位可以確定轉(zhuǎn)輪12 的噴射時(shí)間。隨著底鏈的運(yùn)行轉(zhuǎn)輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元9 檢測(cè)到轉(zhuǎn)輪11 時(shí)，蠕動(dòng)泵4 與電磁閥8 同時(shí)啟動(dòng)，噴嘴1 開(kāi)始對(duì)轉(zhuǎn)輪12與銷軸接觸處噴油，噴油過(guò)程中底鏈保持正常運(yùn)行。

圖1 儲(chǔ)柜底鏈潤(rùn)滑系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of lubrication system for bottom chains in tobacco silo

1.1 噴嘴

利用超聲霧化技術(shù)［8］和聚焦管對(duì)霧狀射流束聚焦［9］的原理，設(shè)計(jì)了一種新型霧化集束噴嘴，主要由氣體進(jìn)口、導(dǎo)流管、液體進(jìn)口、氣體/液體出口、共振腔、聚焦管等部分組成，見(jiàn)圖2。兩相流噴嘴大致分為兩種：一種是在噴嘴外部進(jìn)行混合的外混式霧化噴嘴，另一種是在噴嘴內(nèi)部混合腔中混合且發(fā)生相互作用的內(nèi)混式霧化噴嘴［10］。為保證油液能夠通過(guò)鏈板間縫隙到達(dá)轉(zhuǎn)輪與銷軸接觸處，霧化后油液要經(jīng)過(guò)聚焦以狹窄束流的形式噴出，因此系統(tǒng)采用了內(nèi)混式霧化噴嘴。

圖2 新型霧化集束噴嘴示意圖Fig.2 Schematic diagram of new centralized atomization nozzle

在油液霧化過(guò)程中，壓縮空氣自氣體進(jìn)口1進(jìn)入導(dǎo)流管2，再?gòu)臍怏w/油液出口4 以高速氣流噴出，射入共振腔5 內(nèi)通過(guò)激振產(chǎn)生超聲波；油液自液體進(jìn)口3 進(jìn)入噴嘴，再?gòu)臍怏w/油液出口4 泵出，在高頻超聲波作用下霧化，并與壓縮空氣一起以霧狀油液噴出。聚焦管6 主要對(duì)射流束進(jìn)行校直和聚焦，以保證射流的直束性和能量集中。為確定聚焦管尺寸，分別選取圓柱段長(zhǎng)度40、60、80 mm，噴嘴直徑 0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 mm 進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果（圖3）顯示：聚焦管圓柱段長(zhǎng)度在60 mm 以上，噴嘴直徑在0.9 mm 以下時(shí)，油霧散射角約為0°，能夠以近似平行直線的形式噴出，匯聚情況良好。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定聚焦管圓柱段長(zhǎng)度60 mm，噴嘴直徑0.9 mm。

1.2 油路

1.2.1 單次泵油量

當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元檢測(cè)到轉(zhuǎn)輪時(shí)，蠕動(dòng)泵啟動(dòng)，將油箱內(nèi)的油液泵入噴嘴，經(jīng)延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)停止。因此，單次泵油量的上限值以油液噴入轉(zhuǎn)輪與銷軸接觸處且不滴落為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)人工潤(rùn)滑經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)噴入鏈板間縫隙的油量超過(guò)0.2 mL 以上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)油液滴落現(xiàn)象。由于一臺(tái)蠕動(dòng)泵同時(shí)供應(yīng)兩個(gè)噴嘴，故單次泵出量設(shè)定為0.4 mL。

1.2.2 單次油液噴射時(shí)間

單次油液噴射時(shí)間t 即為單次蠕動(dòng)泵通電運(yùn)行時(shí)間，其計(jì)算公式為：

式中：t—單次油液噴射時(shí)間，s；Q—蠕動(dòng)泵流量，在 5～245 mL/min 之間。

根據(jù)底鏈傳動(dòng)系統(tǒng)（圖4），可得：

式中：v—底鏈運(yùn)行速度，m/s；n1—底鏈減速機(jī) 4 輸出轉(zhuǎn)速，r/min；n2—被動(dòng)鏈輪 2 轉(zhuǎn)速，r/min；n3—底鏈大鏈輪 3 轉(zhuǎn)速，r/min；z1—主動(dòng)鏈輪 1 齒數(shù)；z2—被動(dòng)鏈輪2 齒數(shù)；z3—底鏈大鏈輪齒數(shù)；p—底鏈節(jié)距，mm。

圖4 底鏈傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic diagram of transmission system of bottom chains

分析表明，油液噴射時(shí)間t 小于銷軸通過(guò)噴嘴的時(shí)間，即可保證噴嘴噴出的油霧完全落在銷軸上。結(jié)合式（1）和式（3），可得：

式中：d—底鏈銷軸直徑，m。

不同儲(chǔ)柜的底鏈傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)不相同，造成銷軸通過(guò)噴嘴的時(shí)間存在差異。以昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的儲(chǔ)柜為例，將表1 中參數(shù)代入公式（4）可得：

表1 底鏈傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)Tab.1 Parameters of transmission system of bottom chains

新型噴嘴在滿足聚焦管射流束穩(wěn)定和較高軸心速度外，還需防止動(dòng)能較大的油霧沖擊鏈輪而產(chǎn)生飛濺。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得到蠕動(dòng)泵流量Q 在30～60 mL/min 范圍時(shí)，能夠滿足工作要求，且對(duì)應(yīng)蠕動(dòng)泵通電運(yùn)行時(shí)間t 為0.4～0.8 s，小于銷軸經(jīng)過(guò)噴嘴的時(shí)間3.24 s。

1.3 氣路

由圖1 可見(jiàn)，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)單元檢測(cè)到轉(zhuǎn)輪時(shí)，電磁閥8 開(kāi)啟，將壓縮空氣通入噴嘴，經(jīng)延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)停止。在恒定油量情況下，取不同壓縮空氣壓力和噴射時(shí)間對(duì)油液噴射效果進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果（表2）顯示：油液噴射時(shí)間t 取0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 s 時(shí)，噴射效果差別不大；為保證噴腔內(nèi)油液完全噴出無(wú)殘留，壓縮空氣噴射結(jié)束時(shí)間較步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間需延時(shí)，當(dāng)壓縮空氣壓力取0.15～0.25 MPa，噴射時(shí)間比蠕動(dòng)泵通電運(yùn)行時(shí)間延時(shí)0.2～0.4 s 時(shí)，可以獲得良好噴射效果。

表2 不同壓縮空氣壓力和噴射時(shí)間下油液噴射效果Tab.2 Injection test at different compressed air pressures and injection time

2 應(yīng)用效果

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)備：10 臺(tái)儲(chǔ)柜（昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司）；底鏈精細(xì)潤(rùn)滑系統(tǒng)［KDS-FB2N17B 型蠕動(dòng)泵（日本Kamoer 公司），電壓DC24 V，最大電流1.8 A，流量5～245 mL/min］。

方法：將潤(rùn)滑系統(tǒng)安裝在儲(chǔ)柜底鏈的水平位置，噴嘴對(duì)準(zhǔn)鏈板間縫隙，調(diào)整信號(hào)檢測(cè)單元位置。其中，5 臺(tái)儲(chǔ)柜采用人工手動(dòng)潤(rùn)滑模式，5 臺(tái)采用精細(xì)潤(rùn)滑模式。每臺(tái)儲(chǔ)柜底鏈有292 個(gè)鏈輪，油量需求量為0.4×292=116.8 mL。分別測(cè)試單臺(tái)儲(chǔ)柜噴油量、人工作業(yè)時(shí)間、潤(rùn)滑周期等參數(shù)，測(cè)試時(shí)間為兩年。

2.2 數(shù)據(jù)分析

由表3 可見(jiàn)，與人工潤(rùn)滑模式相比，采用精細(xì)潤(rùn)滑系統(tǒng)后兩年中噴油量由222.6 mL 減少到116.8 mL，降低47.5%，人工作業(yè)時(shí)間減少86.8%，潤(rùn)滑周期由3 個(gè)月延長(zhǎng)至6 個(gè)月，有效提高了潤(rùn)滑效率，降低了油液使用量。

表3 人工潤(rùn)滑模式與精細(xì)潤(rùn)滑模式對(duì)比①Tab.3 Contrast between manual lubrication mode and precise lubrication mode

3 結(jié)論

采用超聲霧化技術(shù)和聚焦原理設(shè)計(jì)了一種新型霧化集束噴嘴，通過(guò)對(duì)底鏈精細(xì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的油路和氣路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，解決了人工潤(rùn)滑儲(chǔ)柜底鏈難以準(zhǔn)確控制潤(rùn)滑油噴射量和噴射范圍等問(wèn)題。以昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的儲(chǔ)柜為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：與人工潤(rùn)滑模式相比較，采用精細(xì)潤(rùn)滑系統(tǒng)噴油量降低47.5%，人工作業(yè)時(shí)間減少86.8%，潤(rùn)滑周期由3 個(gè)月延長(zhǎng)至6個(gè)月，實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油的精細(xì)霧化和精準(zhǔn)噴射，提高了潤(rùn)滑效率。