煙用貯柜底帶鏈條自動潤滑裝置的研制

徐輝能，關文錦，劉 鑫，胡智維，陳劍峰

廣東中煙工業有限責任公司廣州卷煙廠，廣州市荔灣區環翠南路88 號 510000

底帶旁鏈輸送式煙用貯柜在卷煙廠制絲車間中應用廣泛，主要用于緩沖上下游設備生產以及平衡煙葉、煙絲、煙梗、梗絲等煙用物料的工藝參數［1-2］。因貯柜體積大、運行負載重，生產中如果底帶鏈條潤滑不到位，則容易造成鏈條運行卡滯、死結、磨損、噪聲異響、底帶傳動軸和傳動鏈條斷裂等問題［3-5］，從而影響物料出料均勻性。目前通常采用人工手動按壓罐式噴劑的方式對底帶鏈條進行潤滑（以下簡稱人工潤滑），使潤滑劑在轉動副表面形成動壓油膜，防止滾子和銷軸產生磨損，但該方式存在以下問題：①貯柜運行速度慢、體積大、潤滑點多，人工潤滑方式勞動強度大、耗時長、潤滑不均勻；②為保證煙絲物料加工質量，選用的食品級噴劑約220元/瓶，潤滑成本較高；③為達到霧化效果，罐裝噴劑采用的潤滑劑黏度低，形成的油膜厚度較薄且容易蒸發，潤滑有效性和持久性較差。針對上述問題，魏達［6］和章媛等［7］分別采用滾子石墨尼龍軸套和工程塑料軸承設計并制備了適用于制絲生產線的自潤滑鏈條，無需加注潤滑油，但該方法不適用于貯柜改造；薛智勇［8］基于連桿機構設計了一種自動潤滑裝置，實現了對鏈節潤滑位置的自動噴射，但仍需采用罐裝噴劑且無法準確控制噴射量；于曉暉等［9］設計了一種連桿式自動注油裝置，利用液態潤滑油的自重注入潤滑劑，但無法精準控制加油量；李旭等［10］設計了一種具有定點定量滴油功能的機械式滴油裝置，但裝置結構復雜且無法精細控制滴油量。為此，基于自動控制技術設計一種一體式自動潤滑裝置并對其進行集中化管理，通過改變潤滑油加注方式并優選潤滑油型號，實現對底帶鏈條鏈節磨損位置的定點及定量潤滑，以期改善貯柜底帶鏈條潤滑效果、提升潤滑效率、降低潤滑成本。

1 系統設計

1.1 結構組成

一體式自動潤滑裝置由集成箱體和精準潤滑機構組成，見圖1。集成箱體（14）內部設置有針閥式油杯（1）、液位檢測器（7）、流量泵（3）和PLC 控制電路（6），外部設置有掛鉤（8）、卡槽（11）、運行指示燈（13）、故障指示燈（12）；箱體采用防塵和防泄漏設計，避免粉塵污染或潤滑劑泄漏。精準潤滑機構由可調支架（9）、行程開關（4）以及滴管（10）組成，通過螺絲固定在集成箱體的背面。潤滑裝置可現場接線定點使用或者安裝充電電源移動使用，安裝時利用掛鉤和卡槽將潤滑裝置固定在貯柜機架的側板上。對底帶鏈條進行潤滑時，打開裝置電源，由PLC控制流量泵開啟，油杯中的潤滑油經進油管道（2）、流量泵、出油管道（5）后分流至兩個滴管，形成供油回路；利用可調支架調節滴管和行程開關位置可以使潤滑裝置適用于不同規格的貯柜鏈條；運行指示燈用于顯示裝置的運行狀態，故障指示燈用于缺油報警或運行異常警示，當潤滑油液面低于液位檢測器時，故障指示燈工作，提醒工作人員加注潤滑油。

圖1 一體化自動潤滑裝置結構示意圖Fig.1 Structure of integrated automatic lubrication device

如圖2所示，貯柜底帶鏈條由外鏈片（1）、內鏈片（2）、滾子（3）和銷軸（4）組成，滾子與銷軸或鏈片間存在摩擦是鏈條磨損的主要原因［11］。兩個滴管的間距即為鏈條滾子兩端鏈片的距離a，潤滑油經滴管滴落至鏈片與滾子間隙后，經滲透形成油膜，實現對鏈條的潤滑；滴管與行程開關的水平距離等于鏈條上相鄰兩個滾子的距離（鏈條節距b），通過調整滴管和行程開關的位置，可以將潤滑劑自動、準確地滴落在鏈條上。

圖2 貯柜底帶鏈條結構示意圖Fig.2 Structure of bottom belt chains in tobacco silo

1.2 工作原理

如圖3所示，自動潤滑裝置工作時，隨著鏈條（4）向前移動，滾子（5）圓弧高點將行程開關觸點（3）頂起，行程開關（2）接通，PLC電路控制流量泵（8）工作并在運行T時間后自動失電，停止潤滑；隨著鏈條繼續向前運動，滾子脫離行程開關觸點，流量泵保持斷電狀態，直至行程開關觸點被下一個滾子頂起，流量泵重新啟動對下一鏈節進行潤滑。底帶鏈條轉動一周過程中，流量泵間歇式啟動供油，PLC電路中計數器記錄行程開關觸發次數，當累計觸發次數達到單側鏈條滾子個數時潤滑裝置停止運行。由于滴管（6）與行程開關的水平距離等于鏈條節距b，通過微調縱向可調支架（1）和橫向可調支架（7），可準確定位潤滑油滴落位置。

圖3 自動潤滑裝置工作原理Fig.3 Working principle of automatic lubrication device

1.3 油品選型與用量

為減少潤滑劑揮發并在鏈條摩擦面上形成厚度適中的油膜，選用高黏度液態食品級齒輪油（德國福斯集團加適達GL 系列）作為潤滑劑，以提高潤滑的有效性和持久性［12］。對不同黏度等級的油品進行測試，考察潤滑劑的滲透能力（潤滑劑滲透入滾子與鏈片、滾子與銷軸間摩擦面的能力，潤滑劑黏度越低滲透能力越好）、底鏈下方軌道油漬情況（潤滑油在摩擦面上附著形成油膜，未附著的潤滑油則溢出在導軌上形成油漬）以及潤滑周期（鏈條潤滑后再次出現異響的間隔時間），結果見表1?？梢?，黏度等級為220 時，潤滑油能夠較好地滲透入摩擦面，且未在底鏈下方軌道上形成油漬，潤滑時間可持續6 個月。為避免潤滑油過量加入而滴落在導軌或煙絲物料上造成污染，對黏度等級為220 的食品級齒輪油進行供油量測試，結果表明每個滾子的最大滴油量Q為0.35 mL。

表1 不同黏度等級潤滑油測試結果Tab.1 Test results of lubrication oil with different viscosities

1.4 供油回路參數設計

1.4.1 流量泵選型

設鏈條運行速度v1為0.004 m/s，滾子銷軸直徑d為0.014 m，為確保潤滑油能夠準確滴落在銷軸上，每個滾子的最大滴油時間Tmax和流量泵的最小流量qmin分別為：

由于流量泵流量過大會導致供油精度難以控制，根據經驗確定流量泵流量在20～30 mL/min時滴油效果較好。因此，選用卡默爾KFS-HD1B10G高精度小流量泵［卡川爾流體科技（上海）有限公司］配合適宜孔徑的滴管使潤滑油逐滴下落在鏈條上，通過調節流量泵運行時間T（每個滾子的實際滴油時間）即可實現對滴油量的精準控制。

1.4.2 滴管孔徑設計

采用不同孔徑（1.0、1.4、1.8、2.2、2.6 mm）的滴管配合高精度小流量泵進行潤滑油滴油實驗。設流量泵運行10 min（從第一滴潤滑油滴落開始計時），記錄潤滑油滴數x并利用量筒計量潤滑油體積V，根據公式（2）和（3）計算油滴體積V0（mL）和滴1滴油所需時間T0（s），測試結果見表2。可見，油滴體積隨滴管孔徑的增大而增大，當孔徑＞1.8 mm 時，V0＞0.088 mL，而過大油滴（油滴直徑超過滾子和鏈片間隙）會在滾子和鏈片上表面形成油漬。因此，滴管孔徑應≤1.8 mm。

表2 不同滴管孔徑下滴油實驗結果Tab.2 Test results of oil dripping under different dropper apertures

因滴管采用雙管口設計，潤滑油的實際出油滴數必須為偶數，否則管口處殘留的潤滑油會在潤滑間隙因自重或設備振動而滴落在軌道上造成污染。因此，根據公式（4）計算理論最大油滴數xmax、實際最大油滴數x′max、實際最大出油量Q′，結果見表3。可見，滴管孔徑為1.8 mm 時，實際最大出油量為0.35 mL，可以在保證導軌不形成油漬的前提下，延長潤滑周期。由表2 可知，采用孔徑1.8 mm 的滴管配合高精度小流量泵滴定潤滑油時，滴1 滴油的時間為0.200 s。因此，確定流量泵運行時間（即滴4 滴油的時間）T=0.200×4=0.800 s，取0.8 s，小于每個滾子的最大滴油時間Tmax，可以確保潤滑油能夠準確滴落在銷軸上。

表3 不同滴管孔徑下實際最大出油量Tab.3 Actual maximum oil pump capacity under different dropper apertures

1.5 集中化管控

如圖4所示，將同一生產片區的潤滑裝置通過網絡通信的方式組成一個區域控制子站，然后將各區域控制子站通過信息機柜中的交換機接入車間生產管理環網上，并在上位機設計一套管控系統，在車間中控機房內即可實現對所有潤滑裝置運行數據分析和處理［13-14］。根據貯柜的實際運行狀況，設置各潤滑裝置的啟動日期、潤滑周期、潤滑量等參數，通過管控系統下發潤滑工單，使各貯柜的潤滑裝置按照設定時間節點自動執行潤滑工作。通過管控系統還可監控各貯柜潤滑工作的執行情況、潤滑裝置的工作狀態、故障提示及缺油報警等信息，實現貯柜底帶鏈條潤滑裝置的集中化管控。

圖4 自動潤滑裝置集中管控系統通信方式Fig.4 Communication mode of centralized control system for automatic lubrication device

2 應用效果

2.1 實驗設計

材料：耐可優重負荷潤滑噴劑（食品級，罐裝，220 元/瓶，容積400 mL/瓶，廣州美潤孚化工有限公司）；加適達GL220 齒輪油（食品級，桶裝，2 960 元/桶，容積22 L/桶，德國福斯集團）。

設備：廣州卷煙廠制絲車間L 區GDT(D)H10A煙用貯柜10臺（每臺貯柜有620個滾子，昆明船舶設備集團有限公司）。

方法：每臺煙用貯柜每周運行3 h×5 d，運行速度為0.004 m/s。5 臺貯柜底帶鏈條采用人工潤滑方式，5 臺采用自動潤滑方式（利用自動潤滑裝置進行潤滑）。統計兩種潤滑方式下，各貯柜潤滑劑耗用量和成本、人工作業時間、潤滑周期等數據，取平均值。人工潤滑方式下，每臺貯柜兩側鏈條各安排1名操作人員，手動按壓罐式噴劑進行潤滑；自動潤滑方式下，每臺貯柜兩側鏈條各配置1 臺自動潤滑裝置，并安排維修人員定期對潤滑裝置進行維護保養。

2.2 數據分析

如表4 所示，人工潤滑方式下，每臺貯柜底帶鏈條每次潤滑的噴劑用量為2 400～3 200 mL（6～8瓶），每月潤滑1次，潤滑劑成本為18 480元/年；自動潤滑方式下，每臺貯柜底帶鏈條每次潤滑的油品用量為217 mL，每6個月潤滑1次，潤滑劑成本為60.28元/年。與人工潤滑方式相比，采用自動潤滑方式后，單臺貯柜減少人工作業時間35.5 h/年，潤滑劑成本減少約18 420 元/年（降幅99.67%），潤滑周期由1個月延長至6個月，降本增效效果顯著。

表4 自動潤滑裝置應用前后貯柜底帶鏈條潤滑效果對比①Tab.4 Comparison of lubrication effects for bottom belt chains in tobacco silo before and after application of automatic lubrication device

3 結論

設計了一種由集成箱體和精準潤滑機構組成的一體式自動潤滑裝置并將其固定安裝在貯柜機架的側板上，通過調整精準潤滑機構中滴管和行程開關的位置，將集成箱體油杯中的潤滑劑自動、準確地滴落在貯柜底帶鏈條上；潤滑劑選用高黏度液態食品級齒輪油，用量可調可控，潤滑效果優于罐式噴劑。以廣州卷煙廠制絲車間使用的10臺煙用貯柜為對象進行測試，結果表明：與人工手動按壓罐式噴劑的潤滑方式相比，采用自動潤滑裝置可以使每臺貯柜節省潤滑劑成本約18 420 元/年，降幅99.67%；人工作業時間減少35.5 h/年，潤滑周期由1個月延長至6個月。該裝置結構簡單，拆裝方便，可在不同規格底帶鏈條的煙用貯柜中推廣應用。