大型铸造盘式离心机稀油站自动控制及改造

焦建波，陈风海

（邢台轧辊异型辊有限公司，河北邢台 054000）

1 稀油站概述

稀油站是机械设备中稀油循环润滑系统的心脏，将润滑油液强制地压送到机械设备中各摩擦部位。在相对运动的机器零件间形成油膜，减少零件的摩擦、磨损，同时对摩擦部位进行冲洗，并带走摩擦产生的热量，保证设备正常运转，延长设备使用寿命。稀油站一般由油站、仪表盘、电气控制箱和油水冷却器四部分组成。主要有两台供油油泵（一开一备），设有油位报警，油压联锁保护、电加热、油水冷却、磁过滤等功能。

主要适用于机械设备的稀油循环润滑系统，通常安装在机器附近的地下油库或地坑中。

2 冶金铸造企业设备简介及对润滑系统的要求

在大型冶金铸造企业，离心浇注机是冶金铸造企业的主要生产设备，用于许多复合金属产品的离心浇注生产,工作转速在200～600 r/min之间，设备承载在20～50 t之间。离心浇注机旋转主要由主轴轴承进行支撑旋转，因此离心浇注机的润滑主要采用稀油站对轴承摩擦副进行集中循环润滑，同时对轴承摩擦部位进行冲洗，带走摩擦产生的热量及磨损产生的颗粒。离心浇注机工作环境非常恶劣,在生产过程中,离心浇注机在不同转速下运转,主轴轴承承受在离心浇注过程中产生的上百吨的径向动载荷和20～50 t轴向载荷；由于离心浇注机上金属模具和离心机装配存在的径向偏移,以及金属熔液在凝固过程中的收缩引起的径向偏移会产生很大的偏心力,使离心机产生振动；金属熔液在凝固过程中产生大量的热通过金属冷型、离心浇注机的工作盘、主轴传递给主轴上部轴承，造成上部轴承温度高达近100 ℃；在浇注生产过程中，产生大量的金属粉尘,污染周围的工作环境，一部分粉尘会通过润滑系统连接部位或缝隙进入润滑系统内部,污染润滑油。稀油站一般布置在地下－9 m处（图1）。

图1 离心浇注机布置示意图

离心浇注机在生产过程中处于高温、粉尘、高速、重载、振动的恶劣工作环境，对设备润滑提出更高的要求。供油系统工作要可靠，不得出现断油现象；油温保持恒定，避免油温过高造成润滑油氧化失效；能对轴承进行冲洗冷却，防止轴承等摩擦副部位温度过高造成轴承烧损，导致设备损害；防止外界环境对油液的污染，能有效去除油液中具有破坏力杂质颗粒，保持油液纯净，减少轴承磨损。因此可靠的轴承润滑、有效的轴承冷却是保证设备正常运转，减少设备故障，延长设备使用寿命的主要措施。但是，目前设备配备的稀油站所拥有的功能和联锁保护措施无法满足设备正常运行。

3 存在的设计缺陷及问题

目前离心浇注润滑系统配备的稀油站为XYZ-160型稀油站，主要用于离心浇注机主轴轴承的润滑和轴承冷却。

稀油站采用两台齿轮油泵供油（一开一备），压力控制,当其中一台油泵出现故障,压力下降到设定下限值时,另一台备用油泵启动,压力超过设定上限值时,备用油泵停止工作,从而保证油泵不间断工作；稀油站设有油位报警,当油位低于下限时，进行报警，提醒操作人员加油,当油位高于上限时,进行报警提示,提醒操作人员检查油站；油压联锁保护可防止离心浇注机误操作,避免稀油站未启动而启动离心浇注机造成主轴轴承无油转动导致轴承损坏；电加热系统防止在冬季油温过低造成的启动困难和润滑不良；油水冷却器可对润滑油进行冷却，防止油温过高造成润滑油氧化失效；磁过滤装置可过滤润滑油液的机械杂质或金属颗粒等功能。

离心浇注机配备的XYZ-160型稀油站虽然功能、保护措施比较齐全，但是在离心浇注机的恶劣工作环境下，仍然无法保证稀油站的可靠工作，一旦发生故障，将会造成较大的设备事故、安全事故或质量事故，损失较大。现根据离心浇注机工作环境要求、稀油站安装位置以及离心浇注机的工作特性分析稀油站的原理、工作性能及存在的问题。

（1）稀油站润滑系统联锁保护措施采用稀油站供油压力进行控制。稀油站设有油泵压力、滤后压力和供油压力，供油压力采用压力继电器，设有上限和下限值，当供油压力低于下限值时，备用油泵启动，高于上限值时，备用泵停止工作，在一个供油压力范围内实现不间断供油。但是离心浇注机主轴轴承的润滑是靠润滑油的流量来保证的，压力控制只是间接反应供油流量。该供油压力只是反应稀油站系统的供油压力，但不能反映出设备润滑部位是否有油量供给。因此设备的可靠润滑是保证有合适的润滑油流量供给润滑部位，而靠稀油站供油压力无法保证设备有效润滑。在离心浇铸及稀油润滑系统中曾出现过压力正常而供油油路无流量的现象，造成轴承缺油烧损的设备事故。因此应在润滑系统的供油管路中靠近润滑点部位采用流量监测来实现离心浇注机主轴轴承润滑的监控。

（2）稀油站工作环境恶劣（稀油站安装在地下－9 m地坑内，处于高温、高粉尘的恶劣环境）。稀油站是离心浇注机润滑系统的心脏，稀油站的稳定可靠工作是保证离心浇注机正常运转的关键条件。加强离心机稀油站的巡检与维护是设备管理的一项基本内容。由于稀油站安装在地下－9 m地坑内，操作人员进入地坑内巡检稀油站，劳动强度大不安全。在离心浇注机工作期间，高温、粉尘、铁液飞溅等恶劣条件是不允许操作人员进入现场巡检和维护的，一旦稀油站发生故障，只能任其故障发展，造成更大的设备事故或生产安全事故。

（3）采用油水冷却的方式存在水资源大量的浪费。油温过高是造成润滑油氧化失效的主要原因。轴承摩擦，金属熔液热传导是导致油温过高的原因，如不采取油水冷却方式，则油温会高达80 ℃。一般油温超过65 ℃，润滑油便开始氧化，此情况下润滑油使用寿命仅6个月。离心浇注机稀油站采用油水冷却器的方式对润滑油进行冷却是一种普遍采用的冷却方式，但每小时耗水达20 t,如连续工作一天消耗水资源近480 t，造成大量的水资源浪费。而且采用油水冷却器冷却润滑油，其油温不易控制，温差较大，影响润滑油的粘度，长期使用冷却水易混入润滑油中造成油液污染，发生润滑故障，导致设备损坏。

（4）工作环境的大量粉尘，以及离心浇注机摩擦副部位、轴承产生的金属磨损颗粒会进入润滑系统，污染润滑油。颗粒污染是润滑油失效的主要原因之一，润滑油液中存在大量的金属颗粒，将会破环摩擦副间形成的润滑油膜，加剧磨损，最终导致零件失效。离心浇注机工作环境较差，而稀油站设置的过滤器仅能去除0.025 mm颗粒，如油液中存在大量的0.005～0.025 mm的金属颗粒将会破坏摩擦副的润滑油膜，增大摩擦，加剧磨损。

（5）电气控制采用接触器、继电器进行控制，长时间在高温、粉尘、振动的恶劣工作环境下会使接触器、继电器触点老化，工作不稳定，一旦在设备运行过程中电器出现故障，润滑中断，将会造成设备事故。由于传统的电气控制电气元件较多，线路复杂，发生故障后不易排查，会延长设备停机时间，对生产造成一定的影响。

4 解决方案

（1）采用流量控制技术，实现离心浇注机的可靠润滑。由于离心浇注机的轴承润滑是靠润滑油的流量来实现的，对流量的大小要求不高，只要满足冷却和润滑就可以保证轴承的正常运行，因此不需要对流量进行精确监控。为适应高温、粉尘、振动的恶劣工作环境，选用精度不是很高、环境适应性强的流量开关对润滑油量的大小进行控制。在进回油管路靠近润滑点的部位设置安装流量开关，当流量低于设定值时进行报警，提醒操作者采取措施；当进回油流量差距过大时，进行报警，提醒操作者检查油路是否有泄露或堵塞。流量控制技术避免稀油站润滑系统出现供油压力正常而供油油路无流量，造成轴承缺油烧损故障的现象。

（2）远程视频监控技术的应用：通过远程视频监控可以实现对设备现场运行状态进行采集，获得现场监控数据，为远程故障诊断提供数据。通过远程监控，技术人员无须亲临现场就可以监视并控制现场设备的运行状态及各种参数，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行过程控制，以维护设备的正常运行，最终实现远端的无人或少人值守，达到降低劳动强度，增加安全系数的目的。

离心浇注机正是采用远程视频监控技术实现了地坑内稀油站及设备运行状态监测。图2为离心机视频监控画面。

图2 离心机视频监控画面

维修、操作人员不需进入地坑内的设备工作现场进行巡检，可在控制室内实现离心浇注机及稀油站的运行状态的监测，可直观的观察稀油站的工作状况和工作压力。采用夜视成像视频技术实现了离心浇注机润滑系统的回油管路内部流量的监测。通过视频，操作者可在控制室直观的掌握回油管路内部润滑油的流量。远程视频监控技术的应用可起到防止稀油站误报警引发的设备停机或设备事故，如稀油站监控系统出现流量误报警（流量过低）引发设备停机警告，这时操作人员可通过视频，很清楚的观察到油路回油是否正常，如果油路回油正常，就可消除报警，使设备继续工作，避免出现人为的停机造成的生产、质量事故；同样当润滑系统出现供油不畅而系统没有报警，操作人员也可通过视频，很清楚地观察到油路回油状态，及时判断是否存在油路不畅的故障，及时停机，防止酿成设备无油润滑工作的设备事故和生产事故。因此远程视频监控技术不仅实现了远端的无人或少人值守，达到降低劳动强度，提高工作安全系数的目的，更重要的是可防止系统误报警造成的设备事故或生产事故，成为离心浇注机可靠运行的双重保证。

（3）采用油冷机冷却。油冷机冷却技术是目前设备液压控制、稀油润滑系统逐步推广应用的冷却方式。油冷机采用微电脑控制,可以根据工况需要设置油温,油温控制准确、能耗低。尤其在离心浇注机环境温度高的工况下,其应用价值非常突出，冷却效率高,可将高达80 ℃的油温在短时间内冷却到40 ℃,并且温度控制恒定,能有效防止润滑油氧化,延长油品使用寿命,同时较低的油温可对摩擦部位进行冲洗冷却,降低摩擦部位的温度。根据离心浇注机主轴轴承温度监测显示,采用制冷技术前,轴承温度高达90 ℃之多,采用制冷技术后,轴承温度一般不超过55 ℃,轴承使用寿命大大延长。

（4）安装旁路高精度油过滤器，有效去除0.005 mm以上的固体颗粒。XYZ-160型稀油站设有磁过滤器和双筒过滤器，能够去除0.025 mm颗粒和金属杂质。在实际应用过程中，由于工作环境的大量粉尘、离心浇注机摩擦副部位、轴承产生的金属磨粒会进入润滑系统，造成油液颗粒污染。解决润滑油中的颗粒污染，仅靠系统本身的过滤装置是无法满足使用要求的。在稀油站装置中安装旁路高精度油过滤器实施在线过滤，可有效去除0.005 mm以上的固体颗粒。降低润滑油污染度，减少摩擦，延长设备使用寿命和润滑油使用寿命，降低设备运行成本。图3为2011年5月份离心浇注机开始采用旁路高精度油过滤器后，润滑油液中铁质指数表和油液颗粒污染表。

（5）采用PLC无触点控制，解决电控系统工作不稳定问题。采用PLC无触点控制，减少了接触器、继电器等中间电器元件的应用，PLC控制器运行稳定，工作可靠，可减少因电器元件引发的故障。同时利用PLC控制器故障自检功能，可帮助维修人员迅速方便的判断故障点，排除故障，恢复生产。

图3 润滑油液中铁质指数和油液颗粒污染

5 结束语

自2009年开始逐步对离心浇注稀油站(共计7台离心浇注机)进行改造,安装油冷机替代油水冷却器、安装旁路高精度过滤器进行在线过滤和实施电气PLC控制改造、增设视频监控及流量监控技术后,离心浇注机实现了可靠运行,取得了显著效果：

（1）采用PLC控制后，电气故障明显减少。采用过滤和油品冷却技术后，使许多离心浇注机的轴承使用寿命由改造前的1～2年，变为改造后轴承使用寿命延长至3～4年以上。

（2）润滑油使用寿命延长，稀油站润滑油品质稳定，已连续使用3年，经化验油品品质未发生氧化或颗粒污染严重现象，仍可继续使用。由此平均每年可节约润滑油6 000 L。采用油冷机冷却技术，每年可节约冷却水5万t（按2009年离心机用水统计）。

（3）采用远程视频监控，实现了离心机地坑内稀油站及设备运行状态监测，可随时掌握地坑内设备的运行状况，而且该技术可在危险、环境恶劣、人员无法检查的设备部位推广应用。

[1]成大先.机械设计手册(第三卷)[M].北京：化学工业出版社，2002.1.

[2]唐全胜,张晓.水泥磨稀油站自动系统的改进[J].水泥,2005(7):50.

[3]李海彬.磨机稀油站控制系统PLC改造[J].水泥,2007(5)：60.