进口轴承加热器超温控制装置的研制

2021-11-25陈志江沈朋

金属加工(冷加工) 2021年11期

陈志江，沈朋

中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏常州 213000

1 序言

进口轴承加热器是齿轮箱装配的重要设备，常用于安装轴承、轴承套和隔圈工序中。在长期使用中，发现该设备只有一套温度检测和控制系统，无防错功能。在轴承加热过程中，若出现温度检测到的温度已达到设置温度，而实际温度没达到设置温度，就会使工件加热不足，不能装配；反之，工件上的实际温度偏高时，就会使轴承或工件过烧，导致轴承、轴承套和隔圈等报废，造成较严重的质量事故和经济损失。

基于生产对质量和成本的要求，现针对进口轴承加热器进行研发和改造。

2 故障原因分析

在安装轴承、轴承套和隔圈时，需采用进口感应加热器加热安装。该设备只有一套温度检测和控制系统，在加热过程中如果出现如探头损坏、仪表元器件不良等问题，会造成检测到温度与实际加热温度不相同，出现较严重的产品原材料报废事故，导致经济损失。

当检测到的温度达到设置温度而实际温度并未达到设置温度时，工件（或轴承内圈、外圈）的热胀度不足，不能顺利安装。当检测到的温度达到设置温度而实际温度超过设置温度（200℃）时，工件（或轴承内圈、外圈）就会过烧，导致产品原材料的报废，不仅给公司带来较大的经济损失，还影响生产进度。

为了保证加热工序正常进行，先期曾对使用2个月的进口探头进行周期性更换，但如此操作，使公司采购进口探头的数量较多，直接造成生产成本提高。为了提高测量的精确性，保证产品质量，同时也为了降本增效，决定自行设计制作带有精准检测温度功能的温控装置。

3 进口轴承加热器超温控制装置的研制

由于是进口产品，所以联系轴承加热器制造商更改内部电路板的难度较高，时间周期较长，且费用较大。

针对此现状，通过自主设计控制电路、编制触摸屏及PLC程序，利用触摸屏、PLC、模拟量控制模块及固态继电器等来精准检测工件表面温度，以达到精准控制轴承加热的效果，使轴承加热器超温的情况得到有效的解决。

（1）设计控制电路在进口轴承加热器工作的基础上，增加一路温度控制线路。将温度检测仪采集到的数据输入PLC，由PLC处理信息反馈在触摸屏上。同时设定的温度值传入触摸屏，再导入PLC，当检测温度超过设定温度上限时或者达到设定时间时，断开加热器的总电源并报警提示，以此来防止轴承过烧。

（2）编写温度控制程序根据生产要求，选用合适的电气控制元件（如：PLC、模拟量模块触摸屏和固态继电器等），编制触摸屏及PLC程序（见图1）。利用触摸屏、PLC、模拟量控制模块和固态继电器等来精准检测工件的表面温度。

图1 温度控制PLC梯形图（部分）

（3）轴承加热器超温控制功能调试通过对PLC和触摸屏编写程序，使触摸屏上可以显示当前测量温度和设置保护温度，具体达到如下功能。

1）温度校零。在使用前，需要进行轴承加热器校正。将手持式温度计和保护装置温度探头测量同一加热工件，观察温度是否一致，以手持式温度计为基准可以在触摸屏上修改温度偏置。为保证测量精度，建议一周校零一次。

2）实现超温控制功能。使用前，将进口加热器的电源插头插入保护装置内部的插座上，保护装置的PLC控制固态继电器导通，给加热器供电，将两个热电偶磁性测温探头吸附到工件上，在触摸屏界面选择两种控制方式中的一种。

第一种是温度控制方式。在触摸屏上设置保护温度，一般比加热器设置的加热温度高5～10℃。起动加热器加热工件，在加热器无故障的情况下，加热工件的温度是达不到保护温度的，保护装置不会起作用。一旦加热器故障导致实际温度超过保护温度后，PLC关断固态继电器，加热器失电停止加热。加热时，需要在触摸屏上复位确认后才可以重新开启加热器。

第二种是时间控制方式。在触摸屏上设置加热的时间，起动加热器的同时按下触摸屏上的起动按钮，当加热时间达到设置时间后，PLC关断固态继电器，加热器失电。同样也需要在触摸屏上复位确认后才能重新工作。