進口軸承加熱器超溫控制裝置的研制

陳志江，沈朋

中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇常州 213000

1 序言

進口軸承加熱器是齒輪箱裝配的重要設備，常用于安裝軸承、軸承套和隔圈工序中。在長期使用中，發現該設備只有一套溫度檢測和控制系統，無防錯功能。在軸承加熱過程中，若出現溫度檢測到的溫度已達到設置溫度，而實際溫度沒達到設置溫度，就會使工件加熱不足，不能裝配；反之，工件上的實際溫度偏高時，就會使軸承或工件過燒，導致軸承、軸承套和隔圈等報廢，造成較嚴重的質量事故和經濟損失。

基于生產對質量和成本的要求，現針對進口軸承加熱器進行研發和改造。

2 故障原因分析

在安裝軸承、軸承套和隔圈時，需采用進口感應加熱器加熱安裝。該設備只有一套溫度檢測和控制系統，在加熱過程中如果出現如探頭損壞、儀表元器件不良等問題，會造成檢測到溫度與實際加熱溫度不相同，出現較嚴重的產品原材料報廢事故，導致經濟損失。

當檢測到的溫度達到設置溫度而實際溫度并未達到設置溫度時，工件（或軸承內圈、外圈）的熱脹度不足，不能順利安裝。當檢測到的溫度達到設置溫度而實際溫度超過設置溫度（200℃）時，工件（或軸承內圈、外圈）就會過燒，導致產品原材料的報廢，不僅給公司帶來較大的經濟損失，還影響生產進度。

為了保證加熱工序正常進行，先期曾對使用2個月的進口探頭進行周期性更換，但如此操作，使公司采購進口探頭的數量較多，直接造成生產成本提高。為了提高測量的精確性，保證產品質量，同時也為了降本增效，決定自行設計制作帶有精準檢測溫度功能的溫控裝置。

3 進口軸承加熱器超溫控制裝置的研制

由于是進口產品，所以聯系軸承加熱器制造商更改內部電路板的難度較高，時間周期較長，且費用較大。

針對此現狀，通過自主設計控制電路、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繼電器等來精準檢測工件表面溫度，以達到精準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）設計控制電路 在進口軸承加熱器工作的基礎上，增加一路溫度控制線路。將溫度檢測儀采集到的數據輸入PLC，由PLC處理信息反饋在觸摸屏上。同時設定的溫度值傳入觸摸屏，再導入PLC，當檢測溫度超過設定溫度上限時或者達到設定時間時，斷開加熱器的總電源并報警提示，以此來防止軸承過燒。

（2）編寫溫度控制程序 根據生產要求，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繼電器等來精準檢測工件的表面溫度。

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試 通過對PLC和觸摸屏編寫程序，使觸摸屏上可以顯示當前測量溫度和設置保護溫度，具體達到如下功能。

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

2）實現超溫控制功能。使用前，將進口加熱器的電源插頭插入保護裝置內部的插座上，保護裝置的PLC控制固態繼電器導通，給加熱器供電，將兩個熱電偶磁性測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。在觸摸屏上設置保護溫度，一般比加熱器設置的加熱溫度高5～10℃。起動加熱器加熱工件，在加熱器無故障的情況下，加熱工件的溫度是達不到保護溫度的，保護裝置不會起作用。一旦加熱器故障導致實際溫度超過保護溫度后，PLC關斷固態繼電器，加熱器失電停止加熱。加熱時，需要在觸摸屏上復位確認后才可以重新開啟加熱器。

第二種是時間控制方式。在觸摸屏上設置加熱的時間，起動加熱器的同時按下觸摸屏上的起動按鈕，當加熱時間達到設置時間后，PLC關斷固態繼電器，加熱器失電。同樣也需要在觸摸屏上復位確認后才能重新工作。

4 軸承加熱器超溫控制功能試機

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

5 結束語

針對進口軸承加熱器在工作時出現的工件過燒現象，詳細分析了進口軸承加熱器超溫控制裝置的缺陷，找到了可能導致故障發生的各種原因，并對原有加熱器進行改造，有針對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置來控制溫度，操作簡便、顯示直觀，便于操作者使用和監測。

在工件加熱過程中，實現有兩路溫度探頭在測溫，操作者隨時可以比對兩組溫度，溫度偏差過大就可以及時停止加熱，保護作用更完善。工作人員在給工件加熱時如發現電源斷開或者進口感應加熱器顯示溫度與溫度保護電柜的溫度偏差過大，就能及時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象，確保了軸承加熱的精確性，保障了產品的質量。