淺析靜電涂油機對不同油品的差異化應用

陳建華，王 彬

（中鋁西南鋁板帶有限公司，重慶 401326）

0 前言

鋁制易拉罐因具有使用方便、產品保鮮期長、外觀美觀、質量輕以及可回收后再利用等優點而被廣泛用于各類啤酒、飲料等罐裝食品行業，市場需求量大。易拉罐主要由罐體料、罐蓋料和拉環料三種材料組成。罐體料是易拉罐的主要構成部分，對材料性能、表面質量、厚差均勻性、力學性能、涂油均勻性等有較高的要求，一般采用3104鋁合金材料。隨著罐體料市場競爭的日益加劇，客戶對產品的質量要求也在不斷提高，涂油后鋁板帶表面優質的潤滑性對后續深沖成型加工起到了決定性作用，因此靜電涂油成為了鋁制罐身料防氧化及加工潤滑不可或缺的關鍵工序。因此，為了滿足不同客戶對涂覆不同預涂油的制罐料的高質量要求，探索如何將物理和化學性能差異較大的不同油品通過同一臺靜電涂油機涂覆出高質量的產品是很有必要的。

1 涂油機的工作原理及涂油要求

1.1 涂油機的主要組成

靜電涂油機主要由預涂油油箱、伺服供油系統、回油系統、上下噴射刀梁、刀梁恒溫系統、高壓產生與控制裝置、電控系統、行走機構以及輔助穿帶導板等組成。

民國初年，經人介紹，祖父受聘英商漢口匯豐銀行首任買辦。匯豐銀行各部門負責人多由外籍高級職員擔任，但買辦間由華人買辦管理，主要辦理現金收付和行莊票據收兌。由于匯豐銀行所收款項是次日上解，因此李家始終擁有漢口匯豐銀行一天包括江漢關稅銀在內的全部資金，這筆巨額資金為李家生意大進大出提供了條件。此間祖父還擔任了海通銀行買辦、漢口廣東銀行司庫等。隨著李家轉入金融行業，九江已負盛名的李廣記營造廠逐漸停業。

1.2 涂油機的工作原理

涂油機的工作原理：預涂油箱將預涂油加熱到設定溫度，然后通過定量供油泵和伺服計量泵按照機列速度的變化精確地將定量的預涂油供到噴射刀梁。同時，高壓產生器將穩定的高壓直流電輸出到噴射刀梁。上下刀梁接通高壓電源后，會在刀梁間形成高壓靜電場，由于涂油機刀梁的刃口比較尖銳，位于刃口的同性電荷極易匯集。帶材通過圓盤剪切邊后的廢邊通過金屬接地，就使得帶材與上下刀梁間形成了高壓電場。此時刀梁刃口處匯集了大量荷電的油珠，它們在尖端放電以及電場的作用下克服內部和表面張力迅速霧化，最后吸附在高速通過的鋁帶材表面從而形成均勻的油膜。工作原理見圖1。

“李約瑟問題”是當今世界科學史家感興趣的話題，各國學者從不同角度進行研究，做出了各自不同的解讀。這里，我們將討論如何以現代的眼光看待中國古代科技成就的問題。

圖1 涂油機工作原理

1.3 涂油機的技術要求

足夠高的液體黏度δμ＞＞1：

表1 涂油機技術要求

2 液體靜電霧化機理

主要影響靜電涂油機涂油質量的因素有：預涂油的黏度、電導率、溫度、刀梁的刃口曲率、刃口縫隙尺寸、輸送高壓、刃口與帶材之間的間隙以及邊部效應等。

2.1 荷電階段

高速涂油機的油液荷電主要是利用兩個高壓發生器直接將高壓通過特殊電纜供給噴射刀梁，進而使刀梁中的油液帶電。隨著輸入電壓由低逐漸升高，油液會出現大滴降落、小滴降落、柱狀降落、泰勒錐、錐-線揮舞、多級噴射和雙泰勒錐等七種不同的幾何形態，其中泰勒錐狀態是屬于穩定狀態，霧化效果好，也是靜電涂油的理想狀態。預噴油噴射幾何形狀詳見圖2。

圖2 預噴油噴射集合形狀圖

為了能讓高切機列涂油機也能使用不同流動形式的預噴油，針對奎克油品油黏度高、電導率大的情況，我們主要從以下幾方面入手。

式中，VC為臨界電壓，H為噴射梁刃口與帶材之間的距離，L為預噴油的初始半徑，T為預噴油的表面張力，式中假定液滴周圍是空氣。

2.2 射流階段

噴射梁的刃口曲率半徑和縫隙越?。ǜ咔型坑蜋C刃口縫隙≤0.10 mm），越有利于靜電霧化的發生，且刃口節流致使油壓均勻。由于噴射刀梁和帶材平行，在沿刀梁長度方向形成均勻分布的電場。油液在均勻油壓和均勻電場的共同作用下，沿刀梁方向形成間距等長的射流油線。射流過程中，油線之間的間距隨伺服泵供油的增加而減少，油線的長度隨供油量的增加而加長。射流油線的直徑是預涂油物理性質和流速的函數[3]：

牧野的理念是“質量第一”，牧野提供的不僅僅是機床，而是一個系統，能幫助客戶建立一個適應高效、高柔性的現代加工體系。牧野的產品與日本、歐美等同類產品相比，價格居中，整體性能已得到用戶的認可。在汽車行業應用較為廣泛的有臥式加工中心a1系列，它是專為大批量、高速和柔性零部件生產研發的新一代高速臥式加工中心。牧野中國的業務包括設計、生產和銷售，并提供相關產品的技術和維修服務。

高速切邊機生產速度快且其配套的涂油機涂覆寬度較寬，為保證制罐料在后續沖壓過程中的潤滑效果以及頭尾利用率，客戶對機列升減速段、穩速段整個過程的帶材橫斷面涂油均勻性要求特別高，具體參數詳見表1。

第二，經濟支持。(1)稅收支持。泰國政府通過低息貸款或減稅等政策，支持購買昂貴的醫療技術等；印度政府降低進口醫療器械的關稅，以外匯方式支付的醫療服務“視同出口”，享受同樣的出口激勵。(2)財政補貼。泰國政府投資數百萬美元補貼“醫療中心項目”。

低液體黏度δμ＜＜1：

式中，dj為射流油線直徑，γ是液體-氣體表面張力，ε0是真空介電常數，ρ是液體密度，Q是流速，K是液體電導率。現場使用的預涂油黏度遠大于1，射流直徑取決于涂油時預涂油的流速，流速越快，射流直徑越大，反之越小；對于不同的油品，電導率越高，射流直徑越細，反之越大。

2.3 霧化階段

隨著油液油線噴射變細，根據E=U/D，電場隨著距離增大而降低，預噴油受到的內部力Pi（液體內部張力Рγ和排斥力Рeχ）和外部力 P0（液體表面張力Рυ和外部阻力Рres）逐漸不平衡，當Pi＞ P0時，預噴油發生散裂而霧化，詳見霧化示意圖3。

圖3 霧化示意圖

3 主要涂油質量缺陷及其影響因素

3.1 涂油質量缺陷

靜電涂油質量缺陷主要存在以下幾個方面：（1）油膜厚度（單位面積重量）與設定值超差；（2）帶材縱向通條漏涂；（3）帶材橫斷面涂油不均；（4）預涂油油滴霧化效果不好，油滴顆粒粗大等。

3.2 影響涂油質量的因素

靜電霧化涂油主要是指液體通過某種荷電機理帶電后，液體在表面張力、電場力、重力、粘滯阻力等作用下引起液體內外張力不穩定，導致液體分裂、霧化。根據Taylor[1]研究結果形成的泰勒錐理論，結合現場涂油機的多次測試及運行跟蹤，確認靜電涂油主要分為荷電階段、射流階段、霧化階段和吸附階段。

統計2011年6月至2017年6月這6年中每年的破壞性手術總量與當年住院手術總量比較，從圖1中可以看出破壞性手術量在溫州醫科大學附屬眼視光醫院住院手術總量中所占比例呈輕度下降趨勢。

為了實現較好的涂油質量，通過借鑒經驗及現場實際運行測試，得出影響涂油質量的關鍵要素的實例支撐。

從同一角度進行分析，顯然也可更好地理解國際上關于教師專業成長的這樣一項共識，即是對于“在實踐中學習”的突出強調．例如，在論及在職教師的專業發展時，由國際數學教育委員會組織的專題研究“數學教師的專業教育與發展”（ICMI Study 15）就采用了“在實踐中和向實踐學習”（Learning in and from Practice）這樣一個標題[3]．

（5）高全杰[5]通過實驗室研究得出結論：刀梁刃口曲率越小，霧化顆粒越??；刃口縫隙越細，霧化顆粒越小。

（2）通過多次現場測試摸索，通過設置合理的電壓獲得泰勒錐，泰勒錐是我們靜電涂油機追求的最佳幾何形態。

（3）增加自動尋邊系統，避免因邊部效應造成帶材邊部的涂覆量過多。

（4）1999年，Barrero[4]研究了電導率和黏度對泰勒錐內部液體運動的影響。因為電導率決定了霧化時作用于液體錐表面的電切應力，所以起著至關重要的作用。

4～6歲兒童處于前運算階段(2～7歲)，已經建立了符號功能，能憑借象征性符號進行思維，即可以形成一定的概念，但是，由于掌握的詞語、語句還比較匱乏，尚未形成類概念(明玉君，2009)。這意味著4～6歲的兒童能夠有基本的死亡概念，但可能在某些維度上發展并不成熟。考察兒童對死亡的無功能性的理解情況，即兒童來生信念的特點，能反映兒童對死亡認知的水平及樸素生物學的理解。

（1）現場涂油機的多次測試和生產運行驗證表明，噴射梁刃口與帶材的最佳距離為200~250 mm。

為了控制集成學習模型復雜度，通過動態權重降低了高精度分類樣本的權重，有效控制了最終分類器的樣本數量，從而控制了集成學習模型復雜度。

4 油品差異對涂油質量的影響

長期以來，我們使用的是涂油質量較為穩定的油品漢高 DTI-8100A和PL-A。隨著市場的開拓，部分客戶指定預噴油為奎克 PL-30。由于該油品的指標參數（詳見表2）與漢高油品差異巨大，屬于不同流動形式的液體。漢高油品是低黏度和低電導率，其流動的典型雷諾數較大；而奎克油品具有足夠高的電導率和黏度，相應的雷諾數很小。在未充分理解和了解靜電霧化的機理之前，將奎克油品作為預涂油生產時，經常產生刀梁放電、油液霧化顆粒粗大、帶材橫向方向涂油不均甚至漏涂等質量缺

表2 油品指標對比表

Taylor研究表明，一定黏度的小分子液體噴射出流體的臨界值Vc可以由下式確定[2]：

（1）涂油溫度范圍選擇。對漢高油品8100、漢高PL-A和奎克PL-30油品分別做了黏度-溫度化驗。從實驗結果可知，漢高兩種油品的黏-溫曲線接近，當溫度高于40 ℃之后，黏度隨溫度增加而降低的趨勢趨于平緩；而奎克PL-30油品在油溫較低時，黏度較高，當溫度高于60 ℃之后，黏度隨溫度增加而降低的趨勢趨于平緩。由于漢高油品的溫度在45 ℃左右時涂油質量較好，處于該溫度下的黏度值為27 mm2/s左右，為了保證涂油黏度值接近，所以我們摸索奎克PL-30的涂油溫度范圍初步選定在65~75 ℃，黏度范圍為33~24 mm2/s，見圖4、圖5和圖6。

電機的主要尺寸是指定子鐵心內徑Di(或極距τ)及鐵心長度lt，選擇和確定Di和lt時應考慮下列問題[1-4]：

圖4 漢高8100黏-溫曲線

圖5 漢高PL-A黏-溫曲線

圖6 奎克PL-30黏-溫曲線

（2）油品溫度調整試驗。由于奎克油品的選擇溫度較高，我們提高涂油機的油箱溫度設定，同時提高刀梁恒溫系統的加熱油油溫設定。隨著預噴油的溫度提升，當溫度超過75 ℃之后，奎克油品易老化，影響油品的穩定性。為了保證油品質量，將奎克油品的涂油溫度預定到65 ℃左右，刀梁恒溫系統設定到 75 ℃左右。

（3）優化上下刀梁電壓設置。根據漢高油品涂油時的電壓設置經驗以及對奎克油品的泰勒錐臨界電壓計算，在預涂奎克油時，對上下刀梁的電壓設定從70 kV開始逐步摸索增加：在70 kV時，刀梁的涂油幾何形態介于柱狀形態與泰勒錐形態之間，油霧顆粒粗大，霧化較差；隨著電壓逐漸增加至85 kV左右時，涂油幾何形態逐步接近泰勒錐，霧化顆粒變小，油霧均勻；當電壓高于95 kV后，涂油幾何形態呈揮舞形態，帶材出現漏涂，刀梁偶爾出現放電現象。

（4）上下刀梁與帶材的距離摸索。由于油品在霧化過程中，油霧顆粒除了受液體內外張力之外，還受到電場力、油粒自重力、空氣阻力、帶材高速運行時空氣流動的外力和環境溫度等因素影響。所以分別對上下刀梁與帶材之間的距離進行適當調整，在確保上涂油質量穩定的基礎上，下刀梁與帶材的距離相對于上刀梁大10%左右為佳。

在奎克油品的涂油試驗階段，我們通過理論計算、油品化驗和現場摸索，不斷優化預涂油的設定油溫、刀梁恒溫系統的加熱油設定溫度、差異性設定上下刀梁高壓、調整刀梁與帶材之間的距離等途徑，終于實現三種油品在相同機列上均可高質量穩定生產。

5 結論

（1）同一臺靜電涂油機可以通過優化油品工作溫度和調整高壓發生器電壓，實現理想的涂油效果。

（2）預涂油涂覆時的理想運動黏度范圍為25~35 mm2/s。

（3）高壓發生器的電壓設定決定預涂油霧化的幾何形態，通過設定合理的電壓達到泰勒錐形態是最佳的涂油質量。

（4）通過現場摸索和總結，典型雷諾數較大的油品（奎克油）較雷諾系數小的油品（漢高油）需要的涂覆電壓要高。

（5）現場實踐與分析結果表明，受油霧自重、高壓靜電電場等因素影響，下噴射刀梁與帶材的距離較上刀梁要小10%左右才能使帶材上下表面涂油質量達到最佳效果，且邊部尋邊系統可以有效減輕因電場邊部效應引起邊部涂油較多的質量影響。