静电涂油机中涂油质量控制研究

第30卷第6期武汉科技大学学报(自然科学版)

Vol.30,No.6

2007年12月J.of Wuhan Uni.of Sci.&Tech.(Nat ural Science Edition )Dec.2007

收稿日期:2007206220

基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2004ABA005);国家重点新产品计划资助项目(2006GRD10004). 作者简介:高全杰(19632),男,武汉科技大学教授.E 2mail :gaoqj6328@

静电涂油机中涂油质量控制的试验研究

高全杰,王记军

(武汉科技大学机械自动化学院,湖北武汉,430081)

摘要:结合液体雾化原理对高压静电场中荷电油液的雾化机理进行了理论分析和试验研究。试验采用A T 2

EST 2212激光粒度仪采集雾化油滴粒径,得到了雾滴粒径与电极电压、油液流量之间的确切关系,同时对试验

结果进行了理论分析。所得结论有利于改善静电涂油机涂油质量,减少涂油机的出厂调试工作量。关键词:油滴粒径;质量控制;激光粒度仪;静电涂油机

中图分类号:T HI2 文献标志码:A 文章编号:167223090(2007)0620606204

静电涂油机是将防锈介质高质量涂覆在钢材表面以防止腐蚀的关键设备。它依靠高压静电场的作用和尖端放电的影响,将从刀梁刃口间隙流出的油液迅速雾化,并吸附于钢材的表面形成匀薄的油膜,以使钢材达到防锈的目的。

静电涂油机和辊式涂油机相比减少了漏涂,消除了涂油不均、涂油量大、不能准确控制等弊端,延长了机器无故障在线运行时间,极大地提高了生产效率,涂油质量得到了极大改善。尽管如此,由于静电涂油机研发难度大,且属于单件小批量生产,许多问题在生产调试过程中逐渐出现,尤其是在保证涂油质量的前提下,为了满足不同的钢带走速,如何控制涂油量与电压值是一个关键的问题。长期以来,这个问题都是通过传统的经验方法调试解决的。由于调试过程相当复杂,耗费时间长,严重地影响了涂油机的生产效率。因此,有必要通过对涂油机的涂油质量进行试验研究,找出合理的电压值、流量值及其与油滴粒径和分布的关系。

1　静电涂油机涂油质量分析

1.1　静电涂油机工作机理

图1为静电涂油机工作原理图。涂油机在工作时,可以发现如下现象:

(1)从涂油刀梁端部看(见图1(a )),随着电极电压升高,从涂油刀梁刃口流出的油液由滴落状转化为射流状且逐渐变细。当电极电压继续升高时,射流转化为多枝散射状,

进而在离刃口一

(a )

从喷油刀梁端部看

(b )从喷油刀梁长度方向看

图1　静电涂油机工作原理简图

1—供油系统;2—涂油刀梁;3—高压发生器;4—钢板(钢带);5—输送辊道;6—涂油室

定距离出现雾化。这是由于随着电极电压增加,空间电场和射流荷电量增加,射流运动速度加快而散射以及雾滴荷电量超过瑞利极限后而产生多次分裂的结果[1]。

(2)从涂油刀梁长度方向看(见图1(b )),油液从滴落变为喷射,喷射出的油线之间的距离将由大变小,进而在离刃口一定距离出现雾化,油液由沿刀梁长度方向不均匀的滴落逐渐变成均匀的喷射雾化且均匀程度随电压升高而增加。当涂油刀梁未接通电源时,从涂油刀梁刃口狭缝中流出的油液会靠其自身的重量而滴落(上刀梁)。油液的滴落不均是由于油液在刀梁两端存在压力差造

2007年第6期高全杰,等:静电涂油机中涂油质量控制的试验研究

成的。当其接通高压直流电源负极后,梁与钢带之间就建立了高压静电场。刀梁与钢带在水平面上是平行的,因此在沿刀梁长度方向的空间领域就会产生均匀分布的强电场。在刀梁刀尖附近,施加在油液上的静电力远大于油滴重力及油液入口处油液速度影响之和,静电力成为油液射流形成的主要驱动力,同时静电力的产生也会极大地减少油液在刀梁两端存在压力差。因此在高压静电下,在刀梁长度方向上刀梁刀尖附近的油液受到均匀的静电驱动力,油液在刀尖附近的分布也会因此变得更加均匀,而且随着电压的升高均匀程度也会升高。

1.2　涂油质量分析

一般而言,静电涂油机涂油质量的好坏主要由两个因素决定:

(1)最终雾化油滴半径,它直接影响附着于钢板上的油膜均匀度。雾化油滴的半径越小,在保证均匀的前提下,单位面积上的涂油量越小,可以节约防锈油降低成本;同时油滴在接触钢板的瞬间接触过程中也不易形成飞溅,造成不必要的污染和浪费。

(2)雾化油滴均匀程度,这是保证涂油均匀的前提。油液雾化是否均匀没有严格标准,从统计学的角度来看,测试出的油滴半径分布越接近正态分布,可以说其雾化均匀性越好。在液体从射流到雾化过程中,均匀雾化分裂后的液滴通常都是呈正态分布的。

在静电涂油机的雾化试验中发现,当电压值保持在某个区域附近,油液流量保持在某个值时,可以得到粒径极小且均匀的雾化液滴。雾化液滴粒径的大小与粒径分布的均匀程度存在某种关系;同时在研究过程中还发现,当刀梁外加电压达到一定值后,除了在刀梁两端的射流密度较刀梁中间地段的密度有所增大外,在整个刀梁长度方向射流分布十分均匀,消除了在刀梁长度方向喷油不均的情形。因此,喷雾质量的控制主要是控制外加电压和油液流量。

2　试验装置及结果分析

2.1　试验组成及其原理

油滴粒径测试试验装置如图2所示。液滴半径及其分布数据由A TEST2212激光粒度仪获得。A TEST2212激光粒度仪是采用信息光学方法,依据激光散射原理来分析油滴大小及分布的。激光粒度仪接收器将接收信号经过A/D转化直接通过串行端口送入计算机,

最终在计算机上由

图2　油滴粒径测试实验装置

1—供油系统;2—涂油刀梁;3—高压发生器;

4—激光发射器;5—钢板;6—激光接收器

A TEST2212的专用软件进行分析、打印输出。图2中刀梁刀尖至钢板的距离为300mm,刀梁长度为1400mm。电极间距、刀梁缝隙对粒径的关系在以前的研究[1]中已经得出十分可靠的规律。故此在试验过程中,只针对电压流量与粒径的关系进行研究。

本试验采用正交实验方法:①在确定刀梁长度、刀梁电压不变的情况下,改变供油量的大小,得出供油量与液滴半径的关系;②在确定刀梁长度、供油量不变的条件下,改变刀梁电压值,得出电压与油液半径的关系。依据静电涂油机的常用工作状况,笔者仅研究了工作电压40～80kV、转速90～150r/min时雾化液滴的粒径及其分布状态。

2.2　试验结果及其理论分析

雾滴扩散后,梁板电极电压、流量对粒径的关系如图3所示。图3(a)为转速n与雾滴体积中粒径的关系,油液流量与转速呈正比,随着转速的增加,流量增大,油滴粒径呈增大趋势。

在电压为

(a)流量2粒径

×—电压50kV;○—电压60kV;▲—电压78

kV

(b)电压2粒径

○—转速90r/min;+—转速120r/min;※—转速150r/min;

图3　流量、电压与半径的曲线图

706