儲柜底鏈精細潤滑系統的設計

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

廈門煙草工業有限責任公司，福建省廈門市海滄區新陽路1 號 361022

儲柜或柜式喂料機在制絲生產線中主要起貯存物料、平衡煙絲含水率等作用［1］。底鏈是儲柜或柜式喂料機的重要組成部分，隨著生產運行時間的增加，其轉輪與銷軸間的磨損逐漸加劇，嚴重時會造成過載停機導致物料斷流，因此周期潤滑對于保障底鏈平穩運行具有重要作用。目前底鏈潤滑主要采用人工手動按壓罐式氣霧型潤滑劑，將潤滑劑噴灑到底鏈中轉輪與銷軸接觸處，但人工潤滑存在無法精確控制潤滑劑的噴射量和噴射范圍等問題［2］。針對此，章媛等［3］設計了一種喂料機鏈自潤滑襯套，具有一定的免維護性，但需要對鏈條進行全面更換，費用較高；梁益遜［4］采用稀油直噴（刷涂）技術開發了一種倉儲式喂料機自動潤滑裝置，實現了稀油精準噴射，但殘留在噴嘴內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］將現有重力自流滴油方式改為加氣壓力噴霧方式，提高了潤滑效果，但噴油范圍過大，容易造成現場污染和能源浪費。油霧潤滑是當前較為先進和高效的一種潤滑方式，主要采用超聲波對油液進行霧化，具有潤滑油利用率高、油霧顆粒小、霧化液滴均勻性好等優點［6-7］。為此，基于油液霧化技術設計了一種儲柜底鏈精細潤滑系統，以期實現潤滑油的精準噴射，提高底鏈潤滑效率，改善潤滑效果。

1 系統設計

儲柜底鏈精細潤滑系統主要由噴嘴、油箱、截止閥、蠕動泵、過濾器、信號檢測單元等部分組成，見圖1a。進入噴嘴1 的油液被霧化為油霧，經噴嘴以近乎直線的形式噴出；油路由油箱2、截止閥3、蠕動泵4 等組成，將油液按設定值供給噴嘴；氣路由截止閥5、過濾器6、調壓閥7、電磁閥8 等組成，將一定壓力值的壓縮空氣送入噴嘴。

在底鏈結構（圖1b）中，除局部繞儲柜兩端底鏈大鏈輪10 做弧形轉動外，大部分狀態為單向直線運行，因此通過檢測轉輪11 是否到位可以確定轉輪12 的噴射時間。隨著底鏈的運行轉輪向前轉動，當信號檢測單元9 檢測到轉輪11 時，蠕動泵4 與電磁閥8 同時啟動，噴嘴1 開始對轉輪12與銷軸接觸處噴油，噴油過程中底鏈保持正常運行。

圖1 儲柜底鏈潤滑系統示意圖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［8］和聚焦管對霧狀射流束聚焦［9］的原理，設計了一種新型霧化集束噴嘴，主要由氣體進口、導流管、液體進口、氣體/液體出口、共振腔、聚焦管等部分組成，見圖2。兩相流噴嘴大致分為兩種：一種是在噴嘴外部進行混合的外混式霧化噴嘴，另一種是在噴嘴內部混合腔中混合且發生相互作用的內混式霧化噴嘴［10］。為保證油液能夠通過鏈板間縫隙到達轉輪與銷軸接觸處，霧化后油液要經過聚焦以狹窄束流的形式噴出，因此系統采用了內混式霧化噴嘴。

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

在油液霧化過程中，壓縮空氣自氣體進口1進入導流管2，再從氣體/油液出口4 以高速氣流噴出，射入共振腔5 內通過激振產生超聲波；油液自液體進口3 進入噴嘴，再從氣體/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 主要對射流束進行校直和聚焦，以保證射流的直束性和能量集中。為確定聚焦管尺寸，分別選取圓柱段長度40、60、80 mm，噴嘴直徑 0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 mm 進行對比測試，結果（圖3）顯示：聚焦管圓柱段長度在60 mm 以上，噴嘴直徑在0.9 mm 以下時，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。結合現場實際情況，確定聚焦管圓柱段長度60 mm，噴嘴直徑0.9 mm。

1.2 油路

1.2.1 單次泵油量

當信號檢測單元檢測到轉輪時，蠕動泵啟動，將油箱內的油液泵入噴嘴，經延時一定時間后自動停止。因此，單次泵油量的上限值以油液噴入轉輪與銷軸接觸處且不滴落為標準。根據人工潤滑經驗，當噴入鏈板間縫隙的油量超過0.2 mL 以上時，會出現油液滴落現象。由于一臺蠕動泵同時供應兩個噴嘴，故單次泵出量設定為0.4 mL。

1.2.2 單次油液噴射時間

單次油液噴射時間t 即為單次蠕動泵通電運行時間，其計算公式為：

式中：t—單次油液噴射時間，s；Q—蠕動泵流量，在 5～245 mL/min 之間。

根據底鏈傳動系統（圖4），可得：

式中：v—底鏈運行速度，m/s；n1—底鏈減速機 4 輸出轉速，r/min；n2—被動鏈輪 2 轉速，r/min；n3—底鏈大鏈輪 3 轉速，r/min；z1—主動鏈輪 1 齒數；z2—被動鏈輪2 齒數；z3—底鏈大鏈輪齒數；p—底鏈節距，mm。

圖4 底鏈傳動系統示意圖Fig.4 Schematic diagram of transmission system of bottom chains

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

式中：d—底鏈銷軸直徑，m。

不同儲柜的底鏈傳動系統參數不相同，造成銷軸通過噴嘴的時間存在差異。以昆明船舶設備集團有限公司生產的儲柜為例，將表1 中參數代入公式（4）可得：

表1 底鏈傳動系統參數Tab.1 Parameters of transmission system of bottom chains

新型噴嘴在滿足聚焦管射流束穩定和較高軸心速度外，還需防止動能較大的油霧沖擊鏈輪而產生飛濺。經過多次試驗得到蠕動泵流量Q 在30～60 mL/min 范圍時，能夠滿足工作要求，且對應蠕動泵通電運行時間t 為0.4～0.8 s，小于銷軸經過噴嘴的時間3.24 s。

1.3 氣路

由圖1 可見，當信號檢測單元檢測到轉輪時，電磁閥8 開啟，將壓縮空氣通入噴嘴，經延時一定時間后自動停止。在恒定油量情況下，取不同壓縮空氣壓力和噴射時間對油液噴射效果進行測試，結果（表2）顯示：油液噴射時間t 取0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 s 時，噴射效果差別不大；為保證噴腔內油液完全噴出無殘留，壓縮空氣噴射結束時間較步進電機運行時間需延時，當壓縮空氣壓力取0.15～0.25 MPa，噴射時間比蠕動泵通電運行時間延時0.2～0.4 s 時，可以獲得良好噴射效果。

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

2 應用效果

2.1 試驗設計

設備：10 臺儲柜（昆明船舶設備集團有限公司）；底鏈精細潤滑系統［KDS-FB2N17B 型蠕動泵（日本Kamoer 公司），電壓DC24 V，最大電流1.8 A，流量5～245 mL/min］。

方法：將潤滑系統安裝在儲柜底鏈的水平位置，噴嘴對準鏈板間縫隙，調整信號檢測單元位置。其中，5 臺儲柜采用人工手動潤滑模式，5 臺采用精細潤滑模式。每臺儲柜底鏈有292 個鏈輪，油量需求量為0.4×292=116.8 mL。分別測試單臺儲柜噴油量、人工作業時間、潤滑周期等參數，測試時間為兩年。

2.2 數據分析

由表3 可見，與人工潤滑模式相比，采用精細潤滑系統后兩年中噴油量由222.6 mL 減少到116.8 mL，降低47.5%，人工作業時間減少86.8%，潤滑周期由3 個月延長至6 個月，有效提高了潤滑效率，降低了油液使用量。

表3 人工潤滑模式與精細潤滑模式對比①Tab.3 Contrast between manual lubrication mode and precise lubrication mode

3 結論

采用超聲霧化技術和聚焦原理設計了一種新型霧化集束噴嘴，通過對底鏈精細潤滑系統的油路和氣路參數進行優化和調整，解決了人工潤滑儲柜底鏈難以準確控制潤滑油噴射量和噴射范圍等問題。以昆明船舶設備集團有限公司生產的儲柜為對象進行測試，結果表明：與人工潤滑模式相比較，采用精細潤滑系統噴油量降低47.5%，人工作業時間減少86.8%，潤滑周期由3 個月延長至6個月，實現了潤滑油的精細霧化和精準噴射，提高了潤滑效率。