李衛(wèi)東

(洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽(yáng) 471039)

工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)用于板帶材軋機(jī)軋輥和軋件的潤(rùn)滑、冷卻，還可以用來(lái)控制軋輥輥形，沖洗軋制碎屑，達(dá)到改善帶材板形，提高帶材表面質(zhì)量的目的。所以說(shuō)工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)是軋機(jī)的重要組成部分，它對(duì)軋機(jī)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量都有著直接的影響。近些年隨著有色金屬軋機(jī)的快速發(fā)展，與其配套的工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也在不斷完善和提高。筆者近年來(lái)完成多項(xiàng)工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，本文將針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)要點(diǎn)，結(jié)合使用情況，做一些分析和討論。

1 油箱的布置和油箱容積的確定

1.1 油箱布置方式

工藝潤(rùn)滑油箱布置方式主要有以下幾種：1)凈油箱和污油箱都設(shè)置在地下室。兩油箱之間有連通口，集油坑收集的工藝油直接流入污油箱；2)凈油箱設(shè)置在地面，污油箱設(shè)置在地下室，地面凈油箱到地下污油箱有溢流管，集油坑收集的工藝油直接流入污油箱；3)凈油箱和污油箱都設(shè)置在地面上，地下室設(shè)置回油箱，地上兩箱之間有連通口，集油坑收集的工藝油先流入回油箱，再由泵打入污油箱。

設(shè)計(jì)中可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組布置情況以及車間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素選擇布置方式。第2和第3種方式雖然能夠節(jié)約一定的地下室建筑成本，但是生產(chǎn)中如果管理維護(hù)不到位，容易造成地下室油箱油滿后油液外流，浸泡電機(jī)等電氣元件。

1.2 油箱容積的確定

工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)在軋機(jī)工作中是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的流體系統(tǒng)，凈油箱的工藝油通過(guò)供油泵供給噴射機(jī)構(gòu)，噴射后的工藝油由集油槽收集，并流回污油箱(或回油箱)，污油被過(guò)濾泵送入過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后的凈油再流回凈油箱。工藝油箱的總?cè)莘e必須滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)循環(huán)的總量需求，油箱總?cè)莘e太小往往會(huì)造成工作中噴射油突然中斷或供油泵、過(guò)濾泵頻繁啟停；油箱太大不僅造成工藝油浪費(fèi)，也占用了較多的(地下或地上)空間位置。如無(wú)特殊要求，按經(jīng)驗(yàn)取法，通常凈油箱、污油箱的容積可定為系統(tǒng)流量的8～10倍，回油箱容積可取系統(tǒng)流量的3～5倍，再結(jié)合軋機(jī)的具體類型確定最終數(shù)據(jù)。

2 壓力控制

工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作壓力是指工藝油在軋機(jī)噴射機(jī)構(gòu)處的供給壓力。系統(tǒng)的最大供油壓力和最大流量(最大供油壓力下)是由軋機(jī)噴射裝置的具體結(jié)構(gòu)和工藝要求決定的，通常由機(jī)械專業(yè)經(jīng)過(guò)計(jì)算給出。在軋機(jī)實(shí)際工作中，噴射機(jī)構(gòu)的工況是變化的，噴射流量也會(huì)隨著變化(可人為干涉，也可以自動(dòng)調(diào)節(jié))，但同時(shí)要求供油壓力保持相對(duì)穩(wěn)定，所以必須選擇合適的壓力調(diào)節(jié)方法來(lái)穩(wěn)定供油壓力，以滿足噴射機(jī)構(gòu)不同工況要求。一般設(shè)計(jì)要求：在主操作室觸摸屏可根據(jù)工藝需要在一定范圍內(nèi)設(shè)置工作壓力，并顯示實(shí)際壓力；在不同工況下噴射，實(shí)際壓力接近設(shè)定壓力值，并能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。供油壓力的控制是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，壓力是否穩(wěn)定，壓力調(diào)節(jié)的速度快慢，直接影響噴嘴的工作狀況，從而會(huì)影響到軋輥和軋件的冷卻潤(rùn)滑效果。

2.1 壓力控制的方式

圖1所示為目前使用過(guò)的幾種壓力控制方式的原理圖。方式A：由供油泵和溢流閥組成壓力控制回路，供油壓力由溢流閥的調(diào)定值決定，壓力傳感器僅用于采集并遠(yuǎn)傳壓力信號(hào)；方式B：由供油泵、旁路籠式調(diào)節(jié)閥和主管路上的壓力傳感器組成一個(gè)閉環(huán)壓力調(diào)節(jié)回路，可實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)控制；方式C：由供油泵、主油路籠式調(diào)節(jié)閥和安裝在調(diào)節(jié)閥后的壓力傳感器組成壓力調(diào)節(jié)回路，可實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)控制；方式D：由供油泵、供油泵電機(jī)、壓力傳感器和變頻控制器組成電機(jī)變頻控制回路，實(shí)現(xiàn)壓力的閉環(huán)控制。

圖1

2.2 壓力控制方式的選用

對(duì)于供油壓力比較固定的小流量系統(tǒng)，采用A方式簡(jiǎn)單可靠；對(duì)于供油壓力低于0.4Mpa的小流量系統(tǒng)可選用C方式，但選擇供油泵的最大揚(yáng)程最好不超過(guò)100m； B方式和D方式為普遍采用的調(diào)壓方法，其中D方式的電機(jī)變頻控制調(diào)壓使用起來(lái)更為節(jié)能。實(shí)際設(shè)計(jì)中，根據(jù)情況幾種控制方式也可以組合使用。A方式可以和B、C、D組合使用，A中的溢流閥可做為安全閥用在B、C、D的旁路上，起超壓保護(hù)作用；有些情況下B中的調(diào)節(jié)閥也可以安裝在D的旁路上，起旁路泄壓作用，做為變頻控制壓力的輔助調(diào)節(jié)。

3 溫度控制

在實(shí)際軋制過(guò)程中，工藝潤(rùn)滑油需要根據(jù)軋制材料的工藝要求設(shè)置一定溫度范圍，溫度過(guò)高和過(guò)低都會(huì)影響軋制效果，降低軋材質(zhì)量，因此在工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)中采用合理的、高效的溫控方式是非常必要的。

3.1 溫度控制單元的組成和控制原理

目前設(shè)計(jì)中一般采用筒式電加熱器、板式冷卻器、熱電阻和電接點(diǎn)溫度計(jì)等組成溫控單元。電加熱器和板式冷卻器可根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算并選型。電接點(diǎn)溫度計(jì)安裝在凈油箱上，設(shè)置高、低溫報(bào)警點(diǎn)；熱電阻安裝在凈油箱或供油管路上，可遠(yuǎn)傳信號(hào)，顯示實(shí)際油溫，同時(shí)利用熱電阻在控制程序中設(shè)定加熱器的開(kāi)、關(guān)溫度點(diǎn)和冷卻器的開(kāi)、關(guān)溫度點(diǎn)，這樣當(dāng)溫度達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，相應(yīng)的元件就開(kāi)啟或關(guān)閉，從而使工藝油溫度始終保持在一定范圍內(nèi)。

3.2 溫度控制的方式和選用

3.2.1 在線溫度控制回路

將加熱器和冷卻器設(shè)置在主供油管路上，熱電阻安裝在供油管路或凈油箱上，在冷卻器回水管路設(shè)置通斷閥F5，如圖2。當(dāng)軋機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)溫控單元的作用可將工藝油溫度保持在一定的范圍內(nèi)，停噴時(shí)，由于F1自循環(huán)閥處于打開(kāi)狀態(tài)，仍可進(jìn)行循環(huán)加熱和冷卻。

圖2

對(duì)于流量較小(小于5000L/min)的工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)，通常采用在線溫控回路，具有簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

3.2.2 獨(dú)立循環(huán)的溫度控制回路

由循環(huán)泵、加熱器和冷卻器等組成一個(gè)獨(dú)立的凈油循環(huán)回路，專用于工藝油的循環(huán)加熱或循環(huán)冷卻，如圖3。循環(huán)泵、冷卻器和加熱器串聯(lián)安裝，熱電阻置于凈油箱上。

對(duì)于較大流量(大于5000L/min)的工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)，考慮到加熱器和冷卻器通流能力的限制以及過(guò)流后壓降過(guò)大等因素，采用獨(dú)立循環(huán)的溫度控制回路更為合理。對(duì)于噴嘴工況特殊，工作時(shí)造成壓力高頻脈動(dòng)的系統(tǒng)，采用此種回路可以減少其對(duì)冷卻器的影響。

4 供油-循環(huán)控制

軋機(jī)需要噴射工藝油時(shí)，需將壓力油供到噴射機(jī)構(gòu)前，噴射間隙(或工作間隙)需要將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到低壓循環(huán)狀態(tài)，供油和循環(huán)之間就必須有一個(gè)較平穩(wěn)的切換過(guò)程。如圖4左圖，在供油管路上設(shè)置F2氣動(dòng)蝶閥，在循環(huán)旁路上設(shè)置F1氣動(dòng)蝶閥。供油時(shí)F2閥打開(kāi)，延時(shí)3秒后F1閥關(guān)閉；循環(huán)時(shí)F1閥打開(kāi)，延時(shí)3秒后F2閥關(guān)閉；這樣兩狀態(tài)之間就有一個(gè)較平穩(wěn)的過(guò)渡。當(dāng)系統(tǒng)流量較大時(shí)(超過(guò)10000L/min)，供油管路和循環(huán)管路的管徑也相應(yīng)增大，采用此種轉(zhuǎn)換容易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，引起較大的管路震動(dòng)，同時(shí)管路建壓時(shí)間也較長(zhǎng)，而采用三通閥可以有效的緩解以上現(xiàn)象，如圖4右圖。圖中的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于循環(huán)壓力的設(shè)定。

圖3 圖4

5 實(shí)例簡(jiǎn)介

圖5是某鋁熱軋機(jī)的工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)的方案原理圖。系統(tǒng)參數(shù)為流量10000L/min，壓力0.6Mpa，過(guò)濾能力12000 L/min。該系統(tǒng)的油箱布置方式為凈油箱和污油箱均布置在地下室，兩油箱上部設(shè)置連通口。供油泵采用二工一備，過(guò)濾泵也為二工一備。供油壓力控制為供油泵、壓力傳感器和變頻器等組成的變頻控制，可實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)控制，旁路上設(shè)置安全溢流閥，用于超壓保護(hù)。溫度控制采用獨(dú)立的加熱、冷卻循環(huán)回路。供油-循環(huán)控制采用三通閥，以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)間的平穩(wěn)切換。該系統(tǒng)投入使用后，工作穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)基本達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。

圖5

6 結(jié)束語(yǔ)

以上分析討論了工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些技術(shù)要點(diǎn)，希望能夠?yàn)榻窈蟮脑O(shè)計(jì)工作提供一些參考和可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際設(shè)計(jì)中還應(yīng)根據(jù)軋機(jī)類型和生產(chǎn)工藝要求，結(jié)合其它專業(yè)相關(guān)情況來(lái)確定最終設(shè)計(jì)方案。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第1卷)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，

[2]肖亞慶.鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.