進(jìn)口軸承加熱器超溫控制裝置的研制

陳志江，沈朋

中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇常州 213000

1 序言

進(jìn)口軸承加熱器是齒輪箱裝配的重要設(shè)備，常用于安裝軸承、軸承套和隔圈工序中。在長(zhǎng)期使用中，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備只有一套溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，無防錯(cuò)功能。在軸承加熱過程中，若出現(xiàn)溫度檢測(cè)到的溫度已達(dá)到設(shè)置溫度，而實(shí)際溫度沒達(dá)到設(shè)置溫度，就會(huì)使工件加熱不足，不能裝配；反之，工件上的實(shí)際溫度偏高時(shí)，就會(huì)使軸承或工件過燒，導(dǎo)致軸承、軸承套和隔圈等報(bào)廢，造成較嚴(yán)重的質(zhì)量事故和經(jīng)濟(jì)損失。

基于生產(chǎn)對(duì)質(zhì)量和成本的要求，現(xiàn)針對(duì)進(jìn)口軸承加熱器進(jìn)行研發(fā)和改造。

2 故障原因分析

在安裝軸承、軸承套和隔圈時(shí)，需采用進(jìn)口感應(yīng)加熱器加熱安裝。該設(shè)備只有一套溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，在加熱過程中如果出現(xiàn)如探頭損壞、儀表元器件不良等問題，會(huì)造成檢測(cè)到溫度與實(shí)際加熱溫度不相同，出現(xiàn)較嚴(yán)重的產(chǎn)品原材料報(bào)廢事故，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。

當(dāng)檢測(cè)到的溫度達(dá)到設(shè)置溫度而實(shí)際溫度并未達(dá)到設(shè)置溫度時(shí)，工件（或軸承內(nèi)圈、外圈）的熱脹度不足，不能順利安裝。當(dāng)檢測(cè)到的溫度達(dá)到設(shè)置溫度而實(shí)際溫度超過設(shè)置溫度（200℃）時(shí)，工件（或軸承內(nèi)圈、外圈）就會(huì)過燒，導(dǎo)致產(chǎn)品原材料的報(bào)廢，不僅給公司帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，還影響生產(chǎn)進(jìn)度。

為了保證加熱工序正常進(jìn)行，先期曾對(duì)使用2個(gè)月的進(jìn)口探頭進(jìn)行周期性更換，但如此操作，使公司采購(gòu)進(jìn)口探頭的數(shù)量較多，直接造成生產(chǎn)成本提高。為了提高測(cè)量的精確性，保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也為了降本增效，決定自行設(shè)計(jì)制作帶有精準(zhǔn)檢測(cè)溫度功能的溫控裝置。

3 進(jìn)口軸承加熱器超溫控制裝置的研制

由于是進(jìn)口產(chǎn)品，所以聯(lián)系軸承加熱器制造商更改內(nèi)部電路板的難度較高，時(shí)間周期較長(zhǎng)，且費(fèi)用較大。

針對(duì)此現(xiàn)狀，通過自主設(shè)計(jì)控制電路、編制觸摸屏及PLC程序，利用觸摸屏、PLC、模擬量控制模塊及固態(tài)繼電器等來精準(zhǔn)檢測(cè)工件表面溫度，以達(dá)到精準(zhǔn)控制軸承加熱的效果，使軸承加熱器超溫的情況得到有效的解決。

（1）設(shè)計(jì)控制電路 在進(jìn)口軸承加熱器工作的基礎(chǔ)上，增加一路溫度控制線路。將溫度檢測(cè)儀采集到的數(shù)據(jù)輸入PLC，由PLC處理信息反饋在觸摸屏上。同時(shí)設(shè)定的溫度值傳入觸摸屏，再導(dǎo)入PLC，當(dāng)檢測(cè)溫度超過設(shè)定溫度上限時(shí)或者達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，斷開加熱器的總電源并報(bào)警提示，以此來防止軸承過燒。

（2）編寫溫度控制程序 根據(jù)生產(chǎn)要求，選用合適的電氣控制元件（如：PLC、模擬量模塊觸摸屏和固態(tài)繼電器等），編制觸摸屏及PLC程序（見圖1）。利用觸摸屏、PLC、模擬量控制模塊和固態(tài)繼電器等來精準(zhǔn)檢測(cè)工件的表面溫度。

圖1 溫度控制PLC梯形圖（部分）

（3）軸承加熱器超溫控制功能調(diào)試 通過對(duì)PLC和觸摸屏編寫程序，使觸摸屏上可以顯示當(dāng)前測(cè)量溫度和設(shè)置保護(hù)溫度，具體達(dá)到如下功能。

1）溫度校零。在使用前，需要進(jìn)行軸承加熱器校正。將手持式溫度計(jì)和保護(hù)裝置溫度探頭測(cè)量同一加熱工件，觀察溫度是否一致，以手持式溫度計(jì)為基準(zhǔn)可以在觸摸屏上修改溫度偏置。為保證測(cè)量精度，建議一周校零一次。

2）實(shí)現(xiàn)超溫控制功能。使用前，將進(jìn)口加熱器的電源插頭插入保護(hù)裝置內(nèi)部的插座上，保護(hù)裝置的PLC控制固態(tài)繼電器導(dǎo)通，給加熱器供電，將兩個(gè)熱電偶磁性測(cè)溫探頭吸附到工件上，在觸摸屏界面選擇兩種控制方式中的一種。

第一種是溫度控制方式。在觸摸屏上設(shè)置保護(hù)溫度，一般比加熱器設(shè)置的加熱溫度高5～10℃。起動(dòng)加熱器加熱工件，在加熱器無故障的情況下，加熱工件的溫度是達(dá)不到保護(hù)溫度的，保護(hù)裝置不會(huì)起作用。一旦加熱器故障導(dǎo)致實(shí)際溫度超過保護(hù)溫度后，PLC關(guān)斷固態(tài)繼電器，加熱器失電停止加熱。加熱時(shí)，需要在觸摸屏上復(fù)位確認(rèn)后才可以重新開啟加熱器。

第二種是時(shí)間控制方式。在觸摸屏上設(shè)置加熱的時(shí)間，起動(dòng)加熱器的同時(shí)按下觸摸屏上的起動(dòng)按鈕，當(dāng)加熱時(shí)間達(dá)到設(shè)置時(shí)間后，PLC關(guān)斷固態(tài)繼電器，加熱器失電。同樣也需要在觸摸屏上復(fù)位確認(rèn)后才能重新工作。

4 軸承加熱器超溫控制功能試機(jī)

軸承加熱器超溫控制裝置研制后，開機(jī)試機(jī)，檢查工件加熱狀況皆為正常（見圖2）。

5 結(jié)束語

針對(duì)進(jìn)口軸承加熱器在工作時(shí)出現(xiàn)的工件過燒現(xiàn)象，詳細(xì)分析了進(jìn)口軸承加熱器超溫控制裝置的缺陷，找到了可能導(dǎo)致故障發(fā)生的各種原因，并對(duì)原有加熱器進(jìn)行改造，有針對(duì)性地增加了加熱器的功能。

軸承加熱器超溫控制裝置的使用，是利用觸摸屏溫度設(shè)置來控制溫度，操作簡(jiǎn)便、顯示直觀，便于操作者使用和監(jiān)測(cè)。

在工件加熱過程中，實(shí)現(xiàn)有兩路溫度探頭在測(cè)溫，操作者隨時(shí)可以比對(duì)兩組溫度，溫度偏差過大就可以及時(shí)停止加熱，保護(hù)作用更完善。工作人員在給工件加熱時(shí)如發(fā)現(xiàn)電源斷開或者進(jìn)口感應(yīng)加熱器顯示溫度與溫度保護(hù)電柜的溫度偏差過大，就能及時(shí)檢查探頭安裝是否到位。

超溫控制裝置使用之后，杜絕了軸承加熱過燒的現(xiàn)象，確保了軸承加熱的精確性，保障了產(chǎn)品的質(zhì)量。