石建峰,張明軍,劉俊利

(1.江陰興澄特種鋼鐵有限公司,江蘇 江陰 214400；2.河南理工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引 言

冶金行業(yè),尤其是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)環(huán)境多是高溫、多塵、水淋、重載等,工況條件惡劣。惡劣工況下,設(shè)備良好可靠的潤(rùn)滑必不可少[1-3]。干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)大體分為單線潤(rùn)滑系統(tǒng)、雙線潤(rùn)滑系統(tǒng)和智能潤(rùn)滑系統(tǒng)等3類,冶金(鋼鐵)行業(yè)現(xiàn)在基本使用雙線干油潤(rùn)滑系統(tǒng)和智能干油潤(rùn)滑系統(tǒng)[4-6]。陳代彥[7]對(duì)輥壓機(jī)目前普遍采用的干油潤(rùn)滑系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了闡述，通過(guò)改造實(shí)例介紹了如何對(duì)輥壓機(jī)實(shí)施潤(rùn)滑系統(tǒng)的智能改造升級(jí)；李鵬來(lái)等[8]圍繞熱軋2250生產(chǎn)線飛剪干油潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行智能改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的定時(shí)、定量、單獨(dú)供油,并可實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)供油情況；廖敏[9]針對(duì)濟(jì)鋼120燒結(jié)之前使用的雙線集中潤(rùn)滑系統(tǒng)無(wú)法滿足生產(chǎn)需求的問(wèn)題,在2014年5月大修期間,對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行了改造,采用了ZDRH-2000智能潤(rùn)滑系統(tǒng),效果十分顯著，改造后系統(tǒng)穩(wěn)定,設(shè)備故障減少,燒結(jié)機(jī)作業(yè)率和產(chǎn)量都得到明顯提高；張震[10]分析了ZDRH型集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)在平時(shí)使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的故障類型及處理方法；郭永強(qiáng)等[11]通過(guò)對(duì)安鋼1號(hào)高爐槽下傳動(dòng)房已廢棄的單線潤(rùn)滑系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)成雙線智能潤(rùn)滑系統(tǒng)后,最大化利用現(xiàn)有資源,提高了效率,降低了成本,且維修便利,達(dá)到了改造的目的；孫江波[12]分析了智能潤(rùn)滑在改造立盤過(guò)濾機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中的應(yīng)用；楊茂勇等[13-14]設(shè)計(jì)了一種用于采煤機(jī)的干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)各摩擦副的自動(dòng)、合理、精確的干油集中潤(rùn)滑，之后又提出了潤(rùn)滑脂智能流量計(jì)在單線式干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中對(duì)給脂區(qū)域流量的控制方法；趙玉剛等[15]、劉新玉[16]在分析干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的工藝要求和步進(jìn)電機(jī)控制特性的基礎(chǔ)上,提出一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案,并研究了硬件的隔離電路，實(shí)際應(yīng)用表明,采用步進(jìn)式干油閥作為給油器可大大降低干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的故障率；周全座等[17]利用WINCC軟件實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的智能操作與監(jiān)控,確保了潤(rùn)滑系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及可靠性。

江蘇江陰市某棒材軋鋼廠于1997年建設(shè)并投產(chǎn)，選用當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)的“四位一體”短流程煉鋼、軋鋼生產(chǎn)工藝，并采用同期先進(jìn)進(jìn)口煉鋼、軋鋼設(shè)備，主要生產(chǎn)軸承鋼、齒輪鋼等高端特殊鋼，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有較大市場(chǎng)份額。其中軋鋼步進(jìn)式冷床設(shè)備自投產(chǎn)以來(lái)已運(yùn)行二十多年，冷床軋制鋼產(chǎn)量由當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)50萬(wàn)t/年提升至110萬(wàn)t/年，產(chǎn)能的提升對(duì)步進(jìn)式冷床的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了一定的故障和隱患，對(duì)設(shè)備機(jī)械、電氣、潤(rùn)滑等方面性能提出了更高要求。傳統(tǒng)的雙線型集中式干油潤(rùn)滑系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足新的生產(chǎn)工況的需求，潤(rùn)滑脂傳統(tǒng)潤(rùn)滑方式對(duì)給油點(diǎn)是否供脂、給脂量是否適量不易判斷,出現(xiàn)問(wèn)題不易點(diǎn)檢、維修。因此，有必要對(duì)原有生產(chǎn)線潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，可采用智能集中潤(rùn)滑系統(tǒng),將PC(personal computer)、PLC(programmable logic controller)技術(shù)同電磁給油器、流量傳感器相結(jié)合,具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、參數(shù)調(diào)節(jié)、異常報(bào)警、故障診斷等功能，確保設(shè)備的潤(rùn)滑效果及用脂的經(jīng)濟(jì)性，滿足新的生產(chǎn)需求。

1 步進(jìn)式冷床雙線型干油潤(rùn)滑系統(tǒng)

1.1 雙線型集中式干油潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理

步進(jìn)式冷床主要由輸入輥道、分隔墻、制動(dòng)板、移鋼小車、動(dòng)齒條、靜齒條、輸出輥道等組成，其主要功能是將軋制后的棒材在齒條上分割排放、輸送冷卻，為鋸切工序做準(zhǔn)備。步進(jìn)式冷床的工作模式?jīng)Q定了步進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的相同性和重復(fù)性，動(dòng)齒條下共有56組相同的傳動(dòng)步進(jìn)機(jī)構(gòu)，因此潤(rùn)滑點(diǎn)多。冷床步進(jìn)原理為：在偏心輪組的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下，床面動(dòng)齒條組循環(huán)升降步進(jìn)；對(duì)應(yīng)每組偏心輪處設(shè)有推桿，推桿兩端設(shè)有滾輪；偏心輪組的旋轉(zhuǎn)由床下主傳動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪副減速機(jī)而實(shí)現(xiàn)。棒材廠步進(jìn)式冷床的偏心輪軸承座、推桿滾輪等部位共有392個(gè)軸承潤(rùn)滑點(diǎn)。

改造前上述潤(rùn)滑點(diǎn)采用一套傳統(tǒng)的雙線式集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)，如圖1所示。系統(tǒng)工作時(shí)，首先高壓油泵開(kāi)始加壓，油脂經(jīng)電磁換向閥交替由A，B兩油管輸送到雙線分配器，分配器向潤(rùn)滑點(diǎn)注油。A或B油管內(nèi)的壓力達(dá)到分配器內(nèi)活塞所需動(dòng)作壓力，分配器活塞進(jìn)行動(dòng)作，將定量的油脂擠壓到潤(rùn)滑點(diǎn)，分配器動(dòng)作完成后，A或B油管內(nèi)壓力繼續(xù)上升，當(dāng)油管上分配器完成一次動(dòng)作、系統(tǒng)壓力升到設(shè)定值后，換向閥換向，進(jìn)行二次給油。

圖1 雙線式集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)Fig.1 Two-line centralized dry oil lubrication system

1.2 雙線式集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)弊端

傳統(tǒng)雙線式集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)弊端如下：

(1)系統(tǒng)由兩條管路交替供油，靠壓差控制換向閥換向、為各潤(rùn)滑點(diǎn)供油，如果管路出現(xiàn)泄漏、差壓建立不起來(lái)，則無(wú)法換向，系統(tǒng)所有潤(rùn)滑點(diǎn)均不能得到潤(rùn)滑。

(2)出現(xiàn)潤(rùn)滑點(diǎn)堵塞、分配器活塞卡死等故障時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警，機(jī)械設(shè)備易因潤(rùn)滑不足引發(fā)故障。

(3)不能精確控制供脂量，會(huì)造成油脂的不必要浪費(fèi)。

(4)為保證分配器換向到位，主管壓力設(shè)置高(一般設(shè)置為25 MPa),易造成管線泄漏。

(5)干油桶內(nèi)最低液位與電動(dòng)潤(rùn)滑泵連鎖，當(dāng)主管線大量漏油時(shí)不能及時(shí)監(jiān)控，易造成整桶干油泄漏才會(huì)停泵。

(6)工作環(huán)境差，高溫、多氧化鐵皮的工況環(huán)境下維修困難；同時(shí)在冷床設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)，難以做到每班點(diǎn)檢巡查。

1.3 改進(jìn)理念及思路

為保證設(shè)備正常運(yùn)行，杜絕油脂的跑冒滴漏，減少因潤(rùn)滑引起的設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)精確給油，并提高智能化點(diǎn)檢程度，降低運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備周圍點(diǎn)檢產(chǎn)生的安全隱患，提出一種載波型智能集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，對(duì)步進(jìn)式冷床干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行改造，保證將干油可靠地注入潤(rùn)滑點(diǎn)，增加潤(rùn)滑效果、降低油脂消耗、降低點(diǎn)檢員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)干油集中潤(rùn)滑逐點(diǎn)給油、定時(shí)、定量、堵塞報(bào)警等智能化功能。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械軸承座大小、安裝位置、潤(rùn)滑點(diǎn)給油量要求，進(jìn)行干油潤(rùn)滑系統(tǒng)智能化升級(jí)改造。

2 載波型智能干油潤(rùn)滑系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

載波型智能干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由電氣主控設(shè)備、主泵系統(tǒng)、智能分油箱、集油塊等組成(圖2)。

圖2 載波型智能干油潤(rùn)滑系統(tǒng)組成Fig.2 Composition of carrier type intelligent dry oil lubrication system

電氣主控設(shè)備(主控柜)采用SIEMENS S7-200 PLC及觸摸屏為主要控制元件，可設(shè)置、調(diào)整、顯示潤(rùn)滑周期、潤(rùn)滑油量等系統(tǒng)各種參數(shù),顯示各潤(rùn)滑點(diǎn)的供油情況，出現(xiàn)故障時(shí)能指明故障點(diǎn)的位置、性質(zhì)。在主控柜上，可選擇自動(dòng)/手動(dòng)模式，自動(dòng)模式下，潤(rùn)滑系統(tǒng)與主機(jī)設(shè)備連鎖，自動(dòng)運(yùn)行；手動(dòng)狀態(tài)下，可通過(guò)觸摸屏對(duì)指定點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑。主控柜內(nèi)安裝有上位載波通訊板，與智能分油箱內(nèi)載波通訊控制模塊采用電力線進(jìn)行載波通訊傳輸，現(xiàn)場(chǎng)檢修方便。

主泵系統(tǒng)包含補(bǔ)油泵、主油泵(一用一備)、液位檢測(cè)、換向閥、壓力檢測(cè)元件、油桶電加熱系統(tǒng)。

智能分油箱主要由分油箱箱體、電磁閥組、載波通訊控制模塊、流量檢測(cè)開(kāi)關(guān)等組成。

集油塊固定在冷床推桿上，一端與分油箱電磁閥通過(guò)膠管相連，一端與現(xiàn)場(chǎng)滾輪給油點(diǎn)通過(guò)硬管相連，起到接頭連接的作用，方便推桿的整體拆裝檢修(圖3)。

圖3 載波型智能干油潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)備安裝Fig.3 Equipment installation of carrier type intelligent dry oil lubrication system

2.2 智能集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)控制原理

智能集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)所有智能分油箱進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)(1～56號(hào))，程序內(nèi)按編號(hào)設(shè)定相應(yīng)地址，無(wú)重復(fù)。主體設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑周期計(jì)時(shí)，有潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑周期到時(shí)，執(zhí)行以下動(dòng)作：

(1)首先由主控柜向高壓油泵輸出啟動(dòng)指令，高壓油泵開(kāi)始工作并將油脂輸送到“主油管”。

(2)系統(tǒng)壓力至設(shè)定最低值后，主控制柜輸出“開(kāi)始潤(rùn)滑”指令，在“開(kāi)始潤(rùn)滑”指令中，包括要潤(rùn)滑的點(diǎn)編號(hào)、要補(bǔ)加的潤(rùn)滑油量等信息。

(3)各智能分油箱在接到“開(kāi)始潤(rùn)滑”指令后，首先從1號(hào)箱1號(hào)潤(rùn)滑點(diǎn)開(kāi)始，1號(hào)電磁閥得電打開(kāi)，按照程序設(shè)定的時(shí)間給1號(hào)點(diǎn)注油，同時(shí)1號(hào)點(diǎn)流量傳感器監(jiān)控潤(rùn)滑點(diǎn)的供油狀態(tài)，潤(rùn)滑點(diǎn)堵塞時(shí)報(bào)警系統(tǒng)動(dòng)作，輸出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)監(jiān)控記錄故障信息；到供油時(shí)間后，主控系統(tǒng)發(fā)出指令使1號(hào)電磁閥關(guān)閉，2號(hào)電磁閥得電打開(kāi)，給2號(hào)潤(rùn)滑點(diǎn)供油；2號(hào)潤(rùn)滑點(diǎn)供油結(jié)束后關(guān)閉，3號(hào)電磁閥打開(kāi)給3號(hào)潤(rùn)滑點(diǎn)供油，依次循環(huán)按照主控柜發(fā)出的指令進(jìn)行下去，直到最后一個(gè)56號(hào)潤(rùn)滑箱的第7個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)供油完畢，主油泵自動(dòng)停止，系統(tǒng)進(jìn)入等待延時(shí)，待延時(shí)周期到后系統(tǒng)再次進(jìn)入新的供油周期。潤(rùn)滑點(diǎn)的堵塞報(bào)警信息同時(shí)顯示在主控柜畫面上。

(4)每一次運(yùn)行后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄故障信息，可通過(guò)主控柜畫面查詢各點(diǎn)潤(rùn)滑堵塞情況?？稍O(shè)置、修改潤(rùn)滑周期、各潤(rùn)滑點(diǎn)的給油量。系統(tǒng)壓力檢測(cè)與系統(tǒng)連鎖，如系統(tǒng)主管壓力在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未達(dá)到設(shè)定值，顯示壓力低報(bào)警并及時(shí)停泵，可能存在主管路泄漏故障。為保證冬季油脂的輸送性能，可通過(guò)纏繞式電加熱伴熱帶進(jìn)行加熱。

(5)智能分油箱以單片機(jī)為核心，包括I/O接口和通訊接口，如圖4所示。每個(gè)智能分油箱配4個(gè)電磁閥分別向7個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)給油。每個(gè)智能分油箱需要一個(gè)唯一的編號(hào)地址，電磁閥也相應(yīng)有唯一編號(hào)，所有通訊命令按照編號(hào)訪問(wèn)?，F(xiàn)場(chǎng)智能分油箱內(nèi)的載波通訊模塊接收主控柜的工作指令，控制相應(yīng)電磁閥開(kāi)關(guān)，完成各潤(rùn)滑點(diǎn)的供油，供油過(guò)程中各參數(shù)也由載波通訊模塊上傳主控柜。

圖4 載波型智能干油潤(rùn)滑系統(tǒng)控制原理圖Fig.4 Control schematic diagram of carrier type intelligent dry oil lubrication system

2.3 智能集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)改造后的效果

(1)系統(tǒng)主控程序簡(jiǎn)單，易操作，參數(shù)設(shè)定畫面簡(jiǎn)潔(圖5)。通過(guò)各級(jí)菜單進(jìn)入相關(guān)操作控制；如在“循環(huán)周期”內(nèi)設(shè)定給油自動(dòng)加油周期，系統(tǒng)自動(dòng)按周期啟停；如在“持續(xù)時(shí)間”內(nèi)設(shè)定智能分配箱內(nèi)單個(gè)電磁閥最大得電時(shí)間，并與“潤(rùn)滑油量”設(shè)定相匹配，可避免因現(xiàn)場(chǎng)管線漏油、閥心卡死等故障而產(chǎn)生大量干油泄漏；在“泵站設(shè)置”內(nèi)選用1號(hào)或2號(hào)泵，加熱器自動(dòng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定等；可在“潤(rùn)滑進(jìn)行”、“潤(rùn)滑記錄”、“點(diǎn)狀態(tài)查詢”等狀態(tài)下檢查實(shí)時(shí)、歷史過(guò)程中潤(rùn)滑記錄。

圖5 系統(tǒng)主控程序界面Fig.5 Interface of system main control program

(2)采用逐點(diǎn)供油、逐點(diǎn)檢測(cè)的監(jiān)控方式。每次只打開(kāi)一個(gè)電磁閥,為一個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)供油，可以保證每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)有足夠的供油壓力，系統(tǒng)壓力由改進(jìn)前的25 MPa降低至15 MPa，無(wú)論潤(rùn)滑點(diǎn)距離油泵遠(yuǎn)近，都能得到可靠供油。為各潤(rùn)滑點(diǎn)供油時(shí)，同時(shí)檢測(cè)供油量和供油壓力，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)主管路泄露和支管路堵塞故障，實(shí)時(shí)給出報(bào)警信息，方便及時(shí)維護(hù)維修，避免冷床設(shè)備故障(圖6)。

圖6 潤(rùn)滑異常和正常記錄界面Fig.6 Abnormal and normal lubrication record interface

(2)定時(shí)定量供油。通過(guò)圖7所示界面，系統(tǒng)中所有潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑周期、每周期補(bǔ)油量，都可以單獨(dú)設(shè)置，滿足冷床所有潤(rùn)滑點(diǎn)對(duì)潤(rùn)滑周期和每周期補(bǔ)油量的不同要求。

圖7 每次潤(rùn)滑量設(shè)置界面Fig.7 Interface for setting lubrication amount of each time

(3)遠(yuǎn)程智能信息監(jiān)控。如圖8所示，設(shè)備人員可在主控柜畫面上查詢所有潤(rùn)滑點(diǎn)的工作狀態(tài)(綠色為“正?！?，紅色為“異?！?，并與主報(bào)警畫面(圖5)信息相對(duì)應(yīng)。對(duì)潤(rùn)滑異常點(diǎn)可以進(jìn)行重點(diǎn)點(diǎn)檢、維修，大大節(jié)約點(diǎn)檢時(shí)間，由原先盲目的大面積點(diǎn)巡檢改變?yōu)楣收宵c(diǎn)快速定位、分主次點(diǎn)檢。

圖8 遠(yuǎn)程智能信息監(jiān)控界面Fig.8 Remote intelligent information monitoring interface

(4)載波通訊。采用載波通訊技術(shù)，簡(jiǎn)化了從主控柜到現(xiàn)場(chǎng)的專用通訊線路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，部件檢修更換方便。用動(dòng)力線完成監(jiān)控信息傳遞，使得電氣控制線路簡(jiǎn)單，維修方便。系統(tǒng)模塊過(guò)濾50 Hz/60 Hz工頻信號(hào)及其諧波，抑制瞬時(shí)電壓沖擊，抑制電力線上的電磁干擾，使通訊、工作更加穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

(1)智能干油潤(rùn)滑系統(tǒng)采用PC，PLC技術(shù)同智能給油器、流量傳感器相結(jié)合，編寫系統(tǒng)主控程序和操作界面，操作容易，參數(shù)設(shè)定界面簡(jiǎn)潔明了；采用逐點(diǎn)供油、逐點(diǎn)檢測(cè)的監(jiān)控方式，每次只打開(kāi)一個(gè)電磁閥，為一個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)供油，保證每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)有足夠的供油壓力，系統(tǒng)壓力由改進(jìn)前的25 MPa降低至15 MPa，無(wú)論潤(rùn)滑點(diǎn)距離油泵遠(yuǎn)近，都能得到可靠供油，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)定量供給；采用載波通訊技術(shù)，簡(jiǎn)化了從控制柜到現(xiàn)場(chǎng)的專用通訊線路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，部件檢修更換方便。

(2)步進(jìn)式冷床智能干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)自改造升級(jí)運(yùn)行一年多來(lái)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，智能化程度高，潤(rùn)滑點(diǎn)故障報(bào)警準(zhǔn)確率高，給油量設(shè)定調(diào)整方便，故障點(diǎn)查找容易，杜絕了傳統(tǒng)雙線型集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的弊端；同時(shí)維護(hù)量小，減少了干油脂跑冒滴漏現(xiàn)象，大大降低運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域點(diǎn)巡檢強(qiáng)度和點(diǎn)巡檢作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為冷床機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，并逐步應(yīng)用于其他大型設(shè)備的集中潤(rùn)滑智能化改進(jìn)。