水利工程回轉式清污機自動潤滑系統(tǒng)的研制

黃桂林

（深圳市茅洲河流域管理中心，廣東深圳 518000）

深圳市某泵站自1996年4月主體結構建成投入運行以來，一直保持正常運行，多次解決了臺風正面襲擊深圳、普降暴雨等危險狀況，保證了市民正常的生活與工作。回轉式清污機在防洪泵站中，起著重要作用。回轉清污機固定安裝在泵站水工建筑物的進水口處，主要由柵體、清污耙（齒耙）、傳動系統(tǒng)3個部分組成。在閉環(huán)鏈條上等間距地裝有8根齒耙，寬約4 m。通過交流電動機及減速裝置帶動鏈輪軸旋轉，將攔污柵攔截水流中所挾帶的污物（樹枝、樹葉、雜草、生活垃圾、浮冰等）撈到橋面上，用皮帶輸送機或其他方式運走，避免有害污物進入引水道內(nèi)，保證機組或其他設備順利運行。由于回轉清污機工作環(huán)境惡劣，存在嚴重腐蝕、污染的情況。特別是回轉清污機的鏈條更是如此，因此對于清污機的自動潤滑研制是非常有必要的。

1 回轉式清污機的系統(tǒng)組成及現(xiàn)狀

回轉式清污機的傳動系統(tǒng)主要有：電動機、行星擺線針輪減速機、主動鏈輪、驅動鏈（套筒滾子鏈）、輪軸組等。輪軸組由從動鏈輪、傳動軸、牽引鏈輪、板式滾子鏈、左右調節(jié)軸承和過載保護機構組成。驅動鏈條的張緊靠電動機座上的滑軌和調節(jié)螺栓調節(jié)。支承在左右調節(jié)軸承支架上的傳動軸兩端的牽引鏈輪與板式滾子鏈嚙合，使?jié)L子鏈繞導軌回轉。為使兩滾子鏈同步張緊，在左右調節(jié)軸承上設置了調節(jié)螺桿。目前在深圳市大量使用這一類設備。這種機型的工作方式?jīng)Q定了它的牽引鏈條（板式滾子鏈）將長期浸泡在污水中，極易產(chǎn)生腐蝕結垢等情況。滾子鏈由5個零件組成：外鏈板、內(nèi)鏈板、銷軸、套筒和滾子，可分為內(nèi)鏈節(jié)和外鏈節(jié)。每個零件都通過選擇合適的材料、加工工藝和熱處理得到所需的性能。標準的滾子鏈由3項參數(shù)確定：節(jié)距、鏈寬、滾子直徑。本項目在滾子鏈的表面涂上一層黃油，以減少污水對滾子鏈的長期腐蝕。涂抹黃油前，先將鏈條清洗干凈，適當吹干，再涂黃油，以期待獲得更長的使用期。

由滾子鏈的功率曲線可知在負載一定的情況下，隨著轉速的增高，鏈板的疲勞強度不斷增大。當轉速繼續(xù)增大到某一參數(shù)時，滾子與套筒也都進入疲勞狀態(tài)，帶負載的能力逐漸減弱。隨著轉速的進一步提高，套筒與銷軸之間將產(chǎn)生膠合狀態(tài)。如果負載較大，最終可能導致滾子鏈的失效。其主要表現(xiàn)出下列幾種可能的狀態(tài)：①銷軸和鏈板的疲勞裂紋；②滾子和套筒的疲勞裂紋；③銷軸和套筒間因摩擦過度而產(chǎn)生的膠合；④外鏈板與套筒的配合力、內(nèi)鏈板與套筒的配合力的減少；⑤鏈條的載荷破壞；⑥由于磨損產(chǎn)生的鏈條伸長。

鏈條的磨損形式：①初期磨損在預潤滑鏈條中，如果預潤滑的質量和數(shù)目都較好時，一般初期磨損都不應出現(xiàn)。但是，由于制造和裝配使套筒出現(xiàn)了圓柱度誤差、銷軸之間出現(xiàn)了不平行現(xiàn)象，當高壓力作用在滑動表面時，會出現(xiàn)初期磨損。初期磨損出現(xiàn)在鏈傳動的初期工作期間。無潤滑油的鏈傳動初期磨損是顯著的，初期磨損很快結束。②穩(wěn)定磨損在初期磨損后，鏈條的磨損進入正常狀態(tài)。鏈條在很好的潤滑條件下，在穩(wěn)定磨損開始到鏈條失效期間，鏈條都保持穩(wěn)定的磨損狀態(tài)。③瞬間磨損是一種穩(wěn)定磨損復合狀態(tài)，磨損發(fā)生在預潤滑油缺少狀態(tài)。在此種情況下的磨損曲線與非潤滑曲線平行。④快速磨損類似于穩(wěn)定磨損，可通過銷軸和套筒之間表面處理增大抗磨性。快速磨損是在缺少潤滑油狀態(tài)下的穩(wěn)定磨損。

減少滾子鏈磨損的措施：①使用適宜的預潤滑油。使用適宜的潤滑油可以減少銷軸與套筒的初期磨損。②在穩(wěn)定的磨損狀態(tài)下，改善潤滑油的工作性能，減少潤滑油的噴濺，增大潤滑油量，在適宜的時間間隔內(nèi)更換潤滑油等提高鏈條的磨損壽命。通過增加預潤滑油量也可改善預潤滑鏈條的磨損狀態(tài)，應注意鏈條溫度變化改變黏附在鏈條上潤滑量的變化及引起的潤滑油黏度的變化。③保證潤滑油的供應。④鏈傳動的合理潤滑。鏈傳動的潤滑是指鏈條潤滑劑和潤滑劑的噴濺位置。噴油鏈傳動松邊與鏈輪嚙合處，可使鏈條和鏈輪都得到潤滑，輪齒上的油膜可減緩沖擊載荷，在松邊上潤滑油易進入各間隙中，可使?jié)櫥驮谒蛇吷狭鲃訒r間較長。

如果不及時進行維護保養(yǎng)，將大幅縮短其工作壽命甚至產(chǎn)生事故。由于目前的維護方式簡單，通常都是靠人工定期給予手動給油保養(yǎng)，這種傳統(tǒng)的維護模式，無論在質量上、時間上還是在可靠性方面都有值得改善的地方。鑒于人工注油有很多弊端，如油脂的浪費，人力、物力、時間上的浪費，而且成本不低，針對水務系統(tǒng)的設備智能化需求，研制出一款自動注油潤滑設備是非常有必要的。

2 回轉式清污機自動潤滑系統(tǒng)的研制技術

技術目標：實現(xiàn)回轉式清污機不銹鋼鏈條的自動清洗、自動加注油脂，防止鏈條加劇磨損，以保持不銹鋼鏈條處于正常工況。在某泵站的回轉式清污機提供一套“回轉式清污機自動潤滑系統(tǒng)”。該系統(tǒng)包括顯示子系統(tǒng)、傳感子系統(tǒng)、高壓清洗子系統(tǒng)、高溫烘干子系統(tǒng)、數(shù)控油脂注射子系統(tǒng)、電氣子系統(tǒng)和機械及鈑金裝置。

技術內(nèi)容及注意事項：根據(jù)現(xiàn)場清污機運轉情況，研發(fā)與之配套的“自動注脂器”，并安裝于清污機鏈條頂部（左右各一）。根據(jù)進入清污機的流量、水位與鏈條的轉速及工作狀態(tài)，自動調節(jié)“自動注脂器”的加油量及加油速率，從而達到適當自動注油的目的。①由于系統(tǒng)干燥采用熱風工藝，當系統(tǒng)工作時及停機后的1 h 內(nèi)，請勿觸摸干燥器周邊金屬件，以防燙傷。②每次啟動前先對空壓機排水，并檢查空壓機、水泵油面是否正常。

技術方法和路線：根據(jù)現(xiàn)場清污機運轉情況，研發(fā)與之配套的“自動注脂器”，并安裝于清污機鏈條頂部（左右各一）。根據(jù)進入清污機的流量、水位與鏈條的轉速及工作狀態(tài)，自動調節(jié)“自動注脂器”的加油量及加油速率，從而達到適當自動注油的目的。①清污機牽引鏈條自動維護系統(tǒng)的功能分析；②清污機牽引鏈條自動維護控制系統(tǒng)的I/O 分析；③清污機牽引鏈條黃油注射系統(tǒng)的機械部分功能設計，包括高壓清洗部分、高溫烘干部分及高壓注射部分的功能設計；④高壓清洗機的設計與制造；⑤高溫烘干機的設計與制造；⑥黃油高壓注射機的設計與制造；⑦控制系統(tǒng)的控制方法研究與控制模型的建立；⑧現(xiàn)場安裝調試工藝研究。

各子系統(tǒng)技術指標：①顯示系統(tǒng)能完成手動與自動輸入、輸出的界面設置及控制輸出；②高壓清洗子系統(tǒng)能完成格柵機鏈條自動清洗，可手動或自動控制注水清洗鏈條，且水量可以調節(jié)；③格柵機鏈條自動吹風系統(tǒng)，可手動或自動控制，風量可手動調節(jié)；④數(shù)控油脂注射子系統(tǒng)可通過人機界面控制自動注油脂；⑤水位可自動監(jiān)測。

（1）水路部分原理：水路由噴水管、水閥、高壓水泵、電動機及電控系統(tǒng)組成。電控系統(tǒng)可控制水路完成手動控制與自動控制等功能。水路分為兩路，在手動控制時，可分別進行控制；自動控制時，同時完成水路的通斷控制（見圖1）。

圖1 水路部分原理

（2）氣路部分：氣路由噴氣管、氣閥、空氣壓縮機、壓縮空氣加熱器、儲氣罐、電動機及電控系統(tǒng)組成。電控系統(tǒng)可控制氣路完成熱空氣的手動控制與自動控制等功能。通過加熱的壓縮空氣，快速吹到清洗過的鏈條上，使鏈條水分大量減少，為打黃油做好前期的準備工作（見圖2）。

圖2 氣路部分原理

（3）液位原理：液位檢測部分，檢測污水的變化高度差，主要通過一個超聲波測距儀來實現(xiàn)，檢測回路由配電柜進行控制（見圖3）。

圖3 液位部分原理

（4）電氣設計原理：其中控制電路的設計包括水路、氣路、油路的手動控制與自動控制（見圖4）。

圖4 電氣控制總框圖

3 系統(tǒng)運行效果

“回轉式清污機自動潤滑系統(tǒng)”安裝于深圳市某泵站4號清污機鏈條的頂部。根據(jù)清污機的轉速、負荷及工作狀態(tài)對清污機鏈條進行清洗、風干、注脂并按照預先設置適當注油量及注油速率，經(jīng)6個月一整輪的主汛期試運行檢驗，已達到自動潤滑的目的。獲得的成果為：①本項目完成了格柵機鏈條自動潤滑系統(tǒng)的設計、制造、安裝、調試等工作，滿足改造需求，已投入實際運行使用。②解決了回轉式清污機的自動潤滑問題，降低清污機的故障頻率，降低人工成本，提高工作效率。③該項目改善了現(xiàn)有的工作環(huán)境，鏈條潤滑實現(xiàn)自動化，提高了工作效率。④為格柵機的改造與更新提供了有益的經(jīng)驗，完善了新型格柵機的操作模式。⑤為回轉式清污機生產(chǎn)廠商提供設備改造的方法。定型產(chǎn)品設計有手動及自動運行模式，手動運行時可通過觸摸屏單獨控制每個子系統(tǒng)進行獨立工作。自動運行時，根據(jù)系統(tǒng)工況設計了自動清洗、自動清洗干燥、自動清注油3種子模式，用戶可根據(jù)實際情況選擇運行子模式來完成對回轉式清污機鏈條的自動維護工作。實現(xiàn)了回轉式清污機不銹鋼鏈條的自動加注油脂，避免不銹鋼鏈條上的潤滑油稀釋較快，防止鏈條加劇磨損，以保持不銹鋼鏈條處于干凈、整齊、安全的正常工況。

4 結束語

目前深圳市水利行業(yè)回轉式清污機自動潤滑系統(tǒng)的研制還有更大的空間發(fā)展，本文的設計理念及應用的工程到后期機組運行就是一個不錯的嘗試，可以為類似項目提供借鑒參考。