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)新陽路1 號 361022

儲柜或柜式喂料機(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窕蚬袷轿沽蠙C(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)會造成過載停機(jī)導(dǎo)致物料斷流，因此周期潤滑對于保障底鏈平穩(wěn)運(yùn)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(zhuǎn)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(shè)計(jì)了一種喂料機(jī)鏈自潤滑襯套，具有一定的免維護(hù)性，但需要對鏈條進(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)開發(fā)了一種倉儲式喂料機(jī)自動潤滑裝置，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，提高了潤滑效果，但噴油范圍過大，容易造成現(xiàn)場污染和能源浪費(fèi)。油霧潤滑是當(dāng)前較為先進(jìn)和高效的一種潤滑方式，主要采用超聲波對油液進(jìn)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(yōu)點(diǎn)［6-7］。為此，基于油液霧化技術(shù)設(shè)計(jì)了一種儲柜底鏈精細(xì)潤滑系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)潤滑油的精準(zhǔn)噴射，提高底鏈潤滑效率，改善潤滑效果。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儲柜底鏈精細(xì)潤滑系統(tǒng)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(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，除局部繞儲柜兩端底鏈大鏈輪10 做弧形轉(zhuǎn)動外，大部分狀態(tài)為單向直線運(yùn)行，因此通過檢測轉(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，當(dāng)信號檢測單元9 檢測到轉(zhuǎn)輪11 時(shí)，蠕動泵4 與電磁閥8 同時(shí)啟動，噴嘴1 開始對轉(zhuǎn)輪12與銷軸接觸處噴油，噴油過程中底鏈保持正常運(yùn)行。

圖1 儲柜底鏈潤滑系統(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

在油液霧化過程中，壓縮空氣自氣體進(jìn)口1進(jìn)入導(dǎo)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(nèi)通過激振產(chǎn)生超聲波；油液自液體進(jìn)口3 進(jìn)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(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，分別選取圓柱段長度40、60、80 mm，噴嘴直徑 0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 mm 進(jìn)行對比測試，結(jié)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(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)場實(shí)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(dāng)信號檢測單元檢測到轉(zhuǎn)輪時(shí)，蠕動泵啟動，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)人工潤滑經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)噴入鏈板間縫隙的油量超過0.2 mL 以上時(shí)，會出現(xiàn)油液滴落現(xiàn)象。由于一臺蠕動泵同時(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—蠕動泵流量，在 5～245 mL/min 之間。

根據(jù)底鏈傳動系統(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—被動鏈輪 2 轉(zhuǎn)速，r/min；n3—底鏈大鏈輪 3 轉(zhuǎn)速，r/min；z1—主動鏈輪 1 齒數(shù)；z2—被動鏈輪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。

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

表1 底鏈傳動系統(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，還需防止動能較大的油霧沖擊鏈輪而產(chǎn)生飛濺。經(jīng)過多次試驗(yàn)得到蠕動泵流量Q 在30～60 mL/min 范圍時(shí)，能夠滿足工作要求，且對應(yīng)蠕動泵通電運(yùn)行時(shí)間t 為0.4～0.8 s，小于銷軸經(jīng)過噴嘴的時(shí)間3.24 s。

1.3 氣路

由圖1 可見，當(dāng)信號檢測單元檢測到轉(zhuǎn)輪時(shí)，電磁閥8 開啟，將壓縮空氣通入噴嘴，經(jīng)延時(shí)一定時(shí)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(shí)間對油液噴射效果進(jìn)行測試，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 臺儲柜（昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司）；底鏈精細(xì)潤滑系統(tǒng)［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(tǒng)安裝在儲柜底鏈的水平位置，噴嘴對準(zhǔn)鏈板間縫隙，調(diào)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(xì)潤滑模式。每臺儲柜底鏈有292 個(gè)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(yè)時(shí)間、潤滑周期等參數(shù)，測試時(shí)間為兩年。

2.2 數(shù)據(jù)分析

由表3 可見，與人工潤滑模式相比，采用精細(xì)潤滑系統(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%，潤滑周期由3 個(gè)月延長至6 個(gè)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(xì)潤滑模式對比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，通過對底鏈精細(xì)潤滑系統(tǒng)的油路和氣路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，解決了人工潤滑儲柜底鏈難以準(zhǔn)確控制潤滑油噴射量和噴射范圍等問題。以昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的儲柜為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：與人工潤滑模式相比較，采用精細(xì)潤滑系統(tǒng)噴油量降低47.5%，人工作業(yè)時(shí)間減少86.8%，潤滑周期由3 個(gè)月延長至6個(gè)月，實(shí)現(xiàn)了潤滑油的精細(xì)霧化和精準(zhǔn)噴射，提高了潤滑效率。