使用飽和蒸汽進行智能化工業清洗生產線研究

宋曉龍

摘要：針對運用傳統且單一的工業清洗方法，對機械零部件表面污垢清洗過程中，存在人工操作勞動強度大、清洗后產生廢物對環境污染等問題，設計了一種運用飽和蒸汽精洗的智能化生產線，將飽和蒸汽發生、零件清洗防銹、零件轉移輸送、廢液廢氣回收、自動控制等5大系統集成于一體，實現工業化、智能化、規模化高效工業清洗作業。

Abstract： Aiming at the use of traditional and single industrial cleaning methods， in the process of cleaning the surface of mechanical parts and components， there are problems such as high labor intensity of manual operation and environmental pollution caused by waste generated after cleaning. A smart cleaning method using saturated steam is designed. The industrialized production line integrates 8 systems including saturated steam generation， parts cleaning and rust prevention， parts transfer and transportation， waste liquid recovery and treatment， exhaust gas negative pressure recovery， and automatic control to realize industrialization， intelligent， large-scale and efficient industrial cleaning operations.

關鍵詞：飽和蒸汽;智能化;工業清洗;生產線

Key words： saturated steam;intelligence;industrial cleaning;production line

中圖分類號：TB492? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0013-03

0? 引言

航空航天、工程機械、醫療器械等機械設備能正常平穩運行，與組成此類設備零部件表面清潔度[1]密不可分。例如，在設備傳動系統中，因零部件之間摩擦而導致其產生金屬顆粒物，附著在其表面，直接影響了傳動零件尺寸精度，設備正常運行產生潛在安全隱患，必須進行按期保養清洗。再比如，零件在加工制造過程中，附著在零件表面的切削液、油污等顆粒物，在裝配使用前，需要進行表面清洗。目前，傳統工業清洗方法主要包括人工擦洗、超聲波清洗、激光清洗、高壓水射清洗等，其所用清洗溶劑常有自來水、化學藥液等，雖然這些方法對零件表面清潔度能起到一定的清洗效果，但是因清洗方式為手持、清洗后廢液的二次污染、清洗零件運輸為人工完成、清洗零件的防銹保護不能很好解決等問題，對于實現規模化、自動化工業清洗提出了挑戰。為解決上述工業清洗需求和存在問題：①在原有清洗技術基礎上，設計了一種運用飽和蒸汽[2]進行零部件表面精洗系統，因其具有清洗后汽化蒸發特性，可以達到高清潔度要求。②為實現智能化批量生產需求，設計了集飽和蒸汽發生、零件清洗防銹、零件轉移輸送、廢液回收處理、廢氣負壓回收、自動控制于一體，使用飽和蒸汽清洗的智能化生產線。

1? 飽和蒸汽智能化工業清洗生產線概述

飽和蒸汽，是指飽和狀態下的蒸汽，其壓強為10MPa，溫度為180℃，由氣體分子之間的熱運動現象造成的無色、無味、無腐蝕的干燥氣體。智能化，是指在整條清洗生產線進行機械零部件表面清洗作業全過程，采用PLC控制系統[3]及人機界面進行智能自動控制。工業清洗，是指針對工業機械設備的零部件表面清洗。生產線，是指將零件清洗與防銹等各個系統集成于一條封閉式生產流水線。

2? 飽和蒸汽智能化工業清洗生產線系統設計

該智能化生產線系統[4]主要包括蒸汽發生系統、被清洗零件自動化輸送系統、零件清洗防銹系統、清洗后廢液回收處理系統、蒸汽廢汽負壓回收系統、自動控制系統組成。

2.1 蒸汽發生系統

該系統主要是為飽和蒸汽清洗生產線提供飽和蒸汽發生源，用于為精洗零件表面提供飽和蒸汽。依據蒸汽發生鍋爐數量不同分為不同型號，目前已研發了72kW、108kW、144kW三種型號，其中108kW實物，見圖1所示。該系統具備蒸汽鍋爐自動補水、鍋爐水位控制、溫度控制、壓力控制等功能。

2.2 清洗零件自動輸送系統

自動輸送系統主要是為清洗零部件在各清洗工序之間的運輸，依據被清洗零件形狀、清潔度等要求，設計了以下兩類輸送系統。

①網式鏈帶傳送式系統，詳見圖2所示。主要針對清洗面積大、形狀規則等零件運輸，常應用于藥液清洗、蒸汽清洗、高壓風切除水、噴防銹劑、熱風干燥等清洗工序。

②凸輪分度旋轉式輸送系統。主要針對清洗部位多、形狀復雜、多孔系等零件，常應用于噴淋清洗、蒸汽清洗等清洗工序。

2.3 零件清洗防銹系統

該系統主要由藥液清洗單元、自來水清洗單元、飽和蒸汽清洗單元、高壓風去除水單元、浸或噴防銹劑單元、油膜成型單元組成。

①藥液清洗單元。用于對零件使用稀釋的藥液清洗劑進行清洗，去除零件表面的顆粒物、有機物等。藥液從總管輸入后，經匯流管分別流入上、下噴管，經噴嘴噴出4～5個大氣壓力的射流，對穿越噴嘴陣列中心的被清洗零件進行清洗。同時，在管路外包一個半透明軟塑膠擋簾，用于防止噴射藥液向四周飛濺。整個清洗單元通過支架固定在清洗倉后壁。

②自來水清洗單元。是使用城市自來水對零件進行漂洗，其目的是去除零件表面清洗藥液。如果零件表面清洗藥液去除不完全，零件會帶著藥液進入后續的飽和蒸汽清洗階段，干燥的飽和蒸汽會汽化藥液中水分，則藥液會濃縮為白色固態藥斑，此藥斑對零件有一定腐蝕性，長久粘附在零件表面，會影響零件耐蝕性能。

③飽和蒸汽清洗單元，詳見圖3所示。用于對零件進行精密清洗，分為上、下蒸汽清洗兩部分，上蒸汽清洗單元通過支架固定到蒸汽清洗倉后壁。下蒸汽清洗部分，固定到機架上。上、下蒸汽分別從上、下匯流管輸入，經管路的噴孔射出，對零件進行清洗。轉動蒸汽噴射角度調節桿，可使蒸汽管路旋轉，從而對蒸汽噴射角度進行調整，使蒸汽清洗更加高效。

④高壓風去除水單元。在高壓風上、下輸入管路的底部分別開有1毫米的縫，稱為上、下風刀。當高壓風從此縫射出，能很有效的去除零件上方的水分。通過風刀角度調節桿，帶動風刀轉軸旋轉，從而調整風刀角度，用于阻擋濺起的水珠進入下道工序。零件側面的水分，由鴨嘴噴口噴射出來的高壓風進行切除。上風刀側風管通過支架安裝在切風倉后壁上，下風刀安裝在機架上。

⑤浸或噴防銹劑單元。此單元結構與藥液清洗單元類似，所不同的是噴淋的是稀釋后的防銹劑或高閃點輕油作稀釋劑的防銹油。

⑥油膜成型單元。此單元結構與高壓風切除水單元類似，但輸入的是高溫熱風，以便于油膜的成形和防油滴露。

2.4 廢物回收系統

該系統主要由藥液或自來水回收水箱、蒸汽和藥液負壓回收系統、防銹廢氣回收系統三部分組成。

①藥液或自來水清洗回收水箱。清洗后的藥液通過回流口流向水箱。經過濾管路輸入至左側過濾泵，對微小顆粒狀、纖維狀物體進行過濾后，再回到水箱中。再通過帶式除油機，去除水箱內漂浮的有機物，達到了廢液回收目標。

②蒸汽和藥液負壓回收系統，詳見圖4所示。在藥液清洗階段，經過負壓旋渦風機抽吸，將清洗后藥液從藥液入口，吸到藥液回收罐內，和藥液一同被吸入的空氣從頂部空氣回收管路被吸走，藥液通過臥式離心泵，回送到藥液水箱。在蒸汽清洗階段，清洗后的廢蒸汽從回收管路吸入到回收罐內，通過罐內加放的金屬絲網，進行加速蒸汽的冷凝，將大部分蒸汽冷凝成水，再通過常開電磁閥和內絲四通排出，進行回收再利用。極少量未冷凝的蒸汽通過排氣煙窗排入到空氣中。在無蒸汽或系統負壓值達到一定時，分別通過空氣過濾器和釋壓閥，預防負壓風機被過載卡死而損壞。

③防銹廢氣回收系統。干燥倉的水或稀釋用輕油廢氣，由百級過濾器（一級）進行過濾，經循環風機吸取，送到電加熱器進行加熱，再次通過百級過濾器（二級）進行過濾，將過濾出的水或稀釋輕油廢氣通過底部管路回收利用。同時，將過濾的蒸汽，經雙送風管路，分左右兩路分別送回到兩個干燥倉，對零件進行干燥。另外，使用兩個干燥倉，是為了零件充分干燥，防護膜充分形成，起到更好的防銹作用。

2.5 自動控制系統

該系統主要由受控電子元器件、PLC集成控制單元[5]組成。

①受控電子元器件。主要由氣缸、旋渦風機、步進電機、分度器、電機保護器、高壓泵、流體控制閥、單向閥、安全閥、液位探頭、壓力開關、光電傳感器、接觸器、開關電源、模組、觸摸屏及其它自動化零件等組成。

②PLC集成控制單元，主要由控制柜、操作臂、人機界面等組成，詳見圖10所示。通過電源總開關控制電控柜的整個電源。微型空調負責為電控柜降溫。當機器任何部位有故障時，三色燈閃爍報警，同時蜂鳴器報警響起。搖臂可以進行360°旋轉，可使人機界面在一定范圍內任意運動，方便用于控制和監測清洗過程的相關操作。

3? 結語

整條清洗生產線運用PLC控制系統將所有子系統進行集成控制，可以有效提高清洗效率，減輕人工勞動強度和人力成本投入，實現智能化自動控制。特別優越之處：①設計有廢氣、廢物回收利用系統，可以節約自然資源，解決廢物排放問題。②設計浸油防銹系統，可以及時保護清洗零件表面，避免對其清潔度造成二次影響。

參考文獻：

[1]左管軍，趙會強.清潔度分析與控制研究[J].汽車實用技術，2016（5）：170-172.

[2]曾羽燕，毛為乙，李超.蒸氣清洗磷化膜中油漬的工藝研究[J].現代涂料與涂裝，2019（4）.

[3]莫偉強，文豪，劉娜.基于PLC的不規則零件清洗設備設計與研究[J].機械工程與自動化，2020（3）：15-16.

[4]桂林星藍節能環保科技有限公司.智能化蒸汽—清洗—蒸煮—烘干系統生產線設備：CN201710159173.1[P].2018-10-09.

[5]常佳龍.基于PLC在線清洗（CIP）系統的設計[D].黑龍江科技大學，2014.