烧结机润滑油流量控制研究.pdf

中图分类号蟹2 2 3 U D C6 2 0 硕士学位论文 学校代码 Q 5 三3 密级公珏 烧结机润滑油流量控制研究 T h eR e s e a r c ho ft h eL u b r i c a t i n gO i lF l o wC o n t r o lo nt h e S i n t e r i n gM a c h i n e 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 副指导教师 张明明 控制工程 控制理论与控制工程 信息科学与工程学院 王随平教授 张涛副教授 论文答辩日期垄生生望答辩委员会主席 中南大学 二零一四年四月 U V7 ’ 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名叠 鱼望旦日期三型L 年卫月丑日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名鏊亟鲴 月丑日 万方数据 烧结机润滑油流量控制研究 摘要烧结机是烧结生产线中对烧结厂对矿粉烧结处理主要设备，润 滑油流量将直接影响到烧结的质量以及设备的使用寿命。流量过小会 造成润滑不到位而影响烧结机的烧结质量。流量过大不仅会使轴承温 升加重，还会使资源造成浪费。因此，必须合理对润滑油流量进行控 制。 分析烧结机润滑系统的工艺过程，参考国内外研究，忽略影响润 滑油流量的次要因素，采用机理法分析得到烧结机润滑油流量控制数 学模型。烧结机润滑系统复杂，针对其时滞性、大惯性等特性，传统 的P I D 控制算法，难以满足控制要求。因此提出了针对润滑油流量控 制的内模控制算法 I M C 。I M C 算法在二阶纯滞后系统中应用已经 很成熟，其设计简单、参数选择简单且在线调整容易，能实时对误差 进行补偿，使流量得到稳定控制。基于M a t l a b 的S i m u l i n k I 具箱对内 模控制器和P I D 控制器分别进行仿真，仿真结果表明，内模控制具有 明显的控制优越性，在系统标配、失配、干扰情况下，润滑油流量都 能快速达到稳定，表现出很好的鲁棒性和抗干扰性。 烧结机润滑油流量控制系统的总体采用F C S 结构，由监控层、控 制层和现场层组成。硬件系统有P L C 、检测装置和执行器等组成。监 控界面是由上位机组态软件组态王编写，实时监控润滑情况和流量参 数，确保系统正常工作。图3 3 幅，参考文献6 7 篇。 关键词烧结机；流量控制；P I D ；内模控制 分类号T P 2 7 3 I I 万方数据 T h eR e s e a r c ho ft h eL u b r i c a t i n gO i lF l o wC o n t r o lo nt h e S i n t e r i n gMachineSinteringM a c h i n e A b s t r a c t S i n t e r i n gm a c h i n ea st h em a i ne q u i p m e n ti su s e df o rs i n t e r i n g p l a n t i n s i n t e r i n gp r o c e s s e s ．s i n t e r i n gq u a l i t y a n d w o r k i n g l i f eo f e q u i p m e n ta r ed i r e c t l ya f f e c t e db yL u b r i c a t i n go i lf l o w ．S m a l lf l o wd o e s n o tr e a c hs e tv a l u et oa f f e c tt h eq u a l i t yo fs i n t e r i n g ．B i gf l o wn o to n l y i n c r e a s e st h eb e a r i n gt e m p e r a t u r e ，b u tc a u s et h ew a s t eo fr e s o u r c e s ． L u b r i c a t i n go i lf l o wm u s tb el i m i t e dt oar e a s o n a b l ea n ds t a b l ev a l u e ． B ya n a l y z i n gt h el u b r i c a t i o np r o c e s so fS i n t e r i n gm a c h i n e ，b a s e do n m e c h a n i s ma n a l y s i sm e t h o d ，m a t h e m a t i c a lm o d e lb e t w e e nL u b r i c a t i n g o i lf l o wa n dE l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l r e l i e fv a l v eo p e n i n gi s e s t a b l i s h e d ．I nt h ea n a l y s i sp r o c e s s ，b a s e do nr e l a t e dr e s e a r c ha th o m e a n da b r o a d ，s e c o n d a r yf a c t o r st h a tr e l a t et oL u b r i c a t i n go i lf l o wa r e i g n o r e d ．F o rf l o wc o n t r o ls y s t e mi nL u b r i c a t i n gi sc o m p l e x ，a n di t i s c h a r a c t e r i z e db yt i m ed e l a y , g r e a ti n e r t i a ，e r e ．t h er e q u i r e m e n to ff l o w c o n t r o li s h a r d l ym e tb yT h et r a d i t i o n a lP I Dc o n t r o la l g o r i t h m ．f l o w c o n t r o l l e r , b a s e do ni n t e m a lm o d e lc o n t r o l I M C ，c a nw e l la d a p tt ot h e p r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c so fL u b r i c a t i n go i lf l o wi np r o c e s so fL u b r i c a t i n g ． T h ea p p l i c a t i o no fI M Ca l g o r i t h mi ns e c o n d - o r d e ri n e r t i aa n dp u r el a g s y s t e mh a sb e e nv e r ym a t u r e ．I th a sal o to fa d v a n t a g e s ，t h u se a s i l y d e s i g n e d ，s m a l la m o u n to fo n l i n ec a l c u l a t i o n ，s y s t e me r r o rc o m p e n s a t i o n o fd y n a m i cp r o c e s s ，a n dr o l l i n go p t i m i z a t i o nt h a tc a ni m p r o v et h e a c c u r a c yo ft h es y s t e m ．B a s e do nt h eS I M U L I N Kt o o l b o xo fM A T L A B ， I M Cc o n t r o l l e ra n dP I Dc o n t r o l l e ri ss i m u l a t e dr e s p e c t i v e l y ．U n d e rt h e c o n d i t i o no fd i s t u r b a n c ea n dm o d e lm i s m a t c h ，c o n t r o ls y s t e mC a nq u i c k l y a c h i e v eas t a b l es t a t ew i t hs m a l la m o u n to fe x c e s s ．T h es i m u l a t i o nr e s u l t s h o w st h a tp r e d i c t i v ef u n c t i o n a lc o n t r o lh a ss t r o n g e ra d a p t a b i l i t ya n d r o b u s t n e s sf o rt h i sc o n t r o ls y s t e m ． S t r u c t u r eo fc o n t r o ls y s t e mo fl u b r i c a t i n go i lf l o wi sF C S ，w h i c h i n c l u d e sm o n i t o r i n gl a y e r , c o n t r o ll a y e ra n de x e c u t i o nl a y e r ．H a r d w a r e s y s t e mi s c o n s i s t e do fP L C ，s e v e r a li n s t r u m e n t a t i o na n da c t u a t o r s ，e t c ． W i t hg e n e r a lK i n g V i e wP Cs o f t w a r e ，t h em o n i t o rs c r e e ni sd e s i g n e d ， w h i c hC a nm o n i t o rt h e w o r k i n gc o n d i t i o n o fe q u i p m e n ta n dk e y I I I 万方数据 p a r a m e t e r so fs y s t e m ，t h u sf l o w ．t h es a f eo p e r a t i o no fs y s t e mi se n s u r e d b ym o n i t o r ．33c h a r t sa n d6 7r e f e r e n c e sa r es u p p l i e d ． K e y w o r d s S i n t e r i n gm a c h i n e ；F l o wc o n t r o l ；I M Cc o n t r o l ；P I D C l a s s i f i c a t i o n T P 2 7 3 I V 万方数据 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 课题的来源、研究目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．1 课题的来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 ．2 研究的目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 国内外研究发展与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．1 润滑技术研究发展与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 烧结机集中润滑技术研究发展与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．3 电液比例控制研究发展与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．4 研究内容与章节安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 润滑工艺分析及润滑油流量模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．12 2 ．1 烧结机润滑工艺分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 润滑油对润滑控制的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．1 润滑剂的组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 ．2 润滑剂的作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．2 ．3 润滑剂在管道中的流动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．2 ．4 最佳润滑油流量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．3 润滑油流量控制模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．1 电液比例溢流阀先导阀的数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17 2 ．3 ．2 电液比例溢流阀主阀的数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 2 ．3 ．3 管道的数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 2 ．3 ．4 智能润滑油流量控制模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 2 ．4 智能润滑系统润滑油流量检测方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 烧结机润滑油流量控制算法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．1 常规P I D 算法对流量控制效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．1 ．1 润滑油流量P I D 控制算法的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．1 ．2 P I D 控制算法对润滑油流量控制效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．2 内模控制算法对流量控制效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．2 ．1 流量内模控制的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ，2 ．2 内模控制算法对润滑油流量控制的效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．3 润滑系统流量内模控制器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 3 ．3 ．1 流量内模控制滤波器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 V 万方数据 3 ．3 ．2 流量控制系统内模控制器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 3 ．4 润滑系统流量内模控制的稳定性和鲁棒性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 3 ．4 ．1 内模控制系统的稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 3 ．4 ．2 内模控制系统的鲁棒性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 烧结机润滑油流量控制系统的仿真与结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．1 仿真的环境的介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 润滑系统润滑油流量控制模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．3 流量控制常规P I D 控制器与I M C 控制器仿真比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．4 存在干扰时的仿真与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．5 模型失配时的仿真与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 烧结机润滑油流量控制系统的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．1 烧结机润滑油流量控制系统硬件实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 5 ．1 ．1 烧结机润滑油流量控制系统硬件架构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 5 ．1 ．2 烧结机润滑油流量控制系统硬件通信⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 5 ．2 烧结机润滑油流量控制系统的软件实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．2 ．1 流量控制系统软件开发平台⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5 ．2 ．2 流量控制系统软件功能与流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 5 ．2 ．3 烧结机润滑流量监控界面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51 6 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 6 ．1 全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 6 ．2 工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 作者攻读硕士学位期间的主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 V I 万方数据 硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 ．1 引言 摩擦现象几乎存在于所有的大型工业机械中，并且有时会对工业机械的性能 和寿命产生重要的影响【l 】。摩擦能够导致能量的极大损失，根据相关的统计，全 球有将J 匠l ／3 ～1 ／2 的能量被不同类型的摩擦所消耗。而摩擦所引起的各种磨损可 能会导致多种机械设备的不同程度的失效或损失1 2 ] 。通常用润滑技术来减少摩擦 作用所引起的磨损以及机械设备失效等造成的各种不良影响。根据相关资料的调 查表明假如加拿大采用最新的润滑技术成果作用于不利摩擦的治理，那么l ／3 的 因摩擦所导致的机械磨损的5 0 亿加元损失将会被减少；英国一年从润滑技术推 广中所获得利润达到了5 亿英镑；日本在随机抽查的7 0 0 例机械事故调查中发现， 3 6 ％以上的事故是由润滑不良造成的【3 】。 据统计，在我国因润滑不当而发生的大型机械故障很普遍，其发生率达到 5 5 ％6 0 ％。合理的润滑技术在维持机械设备的正常工作、设备使用时间的延长、 能源不利消耗的减少、环境的保护、生产质量的提高等方面，起着举足轻重的影 响。但是与机械设备的自动化相比，我国的润滑技术以及设备无论从技术的先进 程度以及设备的机械设备的机构方面都比较的落后，许多的工厂仍然还在沿用传 统的润滑设备以及技术，甚至有些工厂还在使用人工的注油润滑。一些厂子盲目 的去发展生产，忽视设备润滑的重要性，以至于最后由于设备的磨损严重以致损 坏，生产停滞，损失巨大。上述的做法是得不偿失的。 机械设备作为公司或工厂的生产工具，其良好的工作情况和润滑状态是安全 和正常生产产品的保证。但是这些设备经常会因为多润滑点、重负载、高的工作 温度、多粉尘等因素而影响润滑效果，其润滑点经常会出现润滑油少甚至没有润 滑油的情况。对于这些设备的关键地方的润滑一旦不足就有可能造成设备的损毁 甚至报废。所以，提供高效、灵活、可靠的润滑技术给企业的生产设备是十分有 重要的。 1 ．2 课题的来源、研究目的及意义 1 ．2 ．1 课题的来源 烧结机润滑油流量控制系统研究课题来源于中南大学信息科学与工程学院 和某公司合作开发的烧结机智能润滑项目。 烧结机是工业上普遍使用的一种用于烧结作业的工业设备，主要适用于大、 中型规模的烧结厂对铁矿粉的烧结处理。但长期以来，由于烧结机受环境温度高、 粉末多、连续工作时间长等工作状况的影响，又加上它的润滑的数量多、分布广、 位置各不同等因素，因此每个润滑点对润滑要求可能都不一样[ 4 1 ，另外许多的润 万方数据 硕士学位论文1 绪论 滑点人不易接触的地方，润滑的控制比较困难，因此，烧结机的润滑性能直接关 系到生产的正常运行。如果对于这些烧结机的润滑点润滑效果不佳，那么这不仅 会导致设备的使用寿命减短，还可能造成生产事故的发生，直接影响烧结的质量。 烧结机的润滑过程中的润滑油的流量会对整个润滑效果起着举足轻重的影 响，选择合适的润滑油流量控制技术，能够实现高效、低耗、高质的润滑效果， 保证烧结机的正常生产工作。 1 ．2 ．2 研究的目的与意义 润滑的主要作用就是在相对运动造成摩擦的两个机械设备表面之间注入一 定量的润滑剂，从而使表面形成具有能强有力承载负载的润滑膜，从而减小两个 机械表面的直接摩擦，减少机械损耗和能源的浪费，延长烧结设备的使用寿命， 为其正常工作提供强有力的保证。根据润滑剂的取材不同，润滑膜可分为流体膜、 固体膜等类型。润滑的作用有以下几个方面 1 降低摩擦 相对运动摩擦的两个机械表面之间注入一定量的润滑剂，形成了润滑膜，从 而就避免了两个表面的直接接触摩擦，而是两个润滑膜之间的内摩擦，这样就减 少了摩擦引起的能量损耗，使这个机械正常运行。 2 减少磨损 由摩擦表面所注入的润滑油所形成的润滑膜，不仅可以降低直接接触摩擦， 而且还能承受负荷。因此，润滑剂就保障了机械设备的工作精度。 3 冷却作用 在润滑系统工作状态下，润滑剂能带走大部分机械设备摩擦面产生的热量， 从而降低其温度。 4 防止腐蚀 润滑剂形成的润滑膜还能有效地阻止机械表面和水蒸汽以及腐蚀气体的接 触，这样就能有效地降低设备的腐朽发生的可能性【5 1 。 根据两机械摩擦表面上的润滑形成润滑膜的基本原理和特性的情况和状态， 可以将它们分为边界润滑、弹性流体动压润滑、薄膜润滑、流体静压润滑、流体 动压润滑、干摩擦这六种基本润滑形式。这六种润滑基本状态的基本特征如表 1 ．1 所示。 对机械设备摩擦部位最好的润滑情况是在任意时刻，轴承润滑部位的产热 量等于散热量，使整个系统的温度变化趋于稳定化【6 】。在润滑点的润滑过程中， 影响其温度变化的因素很多，其主要影响因素有产热因素如机械转速、润滑油粘 度、润滑油量等，热量散发因素如材质、机械几何形状等以及润滑系统的动力学 特征。通过分析可知在上面众多的影响因素中只有产热的因素是可控的，其中产 2 万方数据 硕士学位论文1 绪论 热因素中对温度影响最大的就是润滑油的流量，如果润滑油流量小，那么机械摩 擦面就会处于边界润滑情况，因摩擦产热量就多，相应的温度就会增高；如果润 滑油流量大，在润滑油的内部也会因摩擦产热增多，系统的温度也会增高。因此， 根据不同润滑工况，其润滑都存在一个最佳润滑流量，而流量的偏差就会造成温 度升高。因此，在润滑过程中，要达到一个最佳的润滑流量，已达到理想的润滑 效果。 表1 - 1 六种基本润滑状态的特点 烧结机就是将含有硫、磷等矿石原料发生化学反应的机械设备，让其结成磷、 硫的矿石的烧结状态，给高炉冶炼做预处理和原料。烧结矿在台车上进行烧结处 理，并被台车在滑道上运动送至高炉的位置。台车的运动依靠的是台车和滑道中 问的压力密封装置。它是靠弹簧的压力和密封板固定在滑道上的。烧结机依靠润 滑脂的作用，在滑道和密封板之间形成半流体密封状态。 为了获得尽量好的润滑效果，保证生产的连续化进行，预防生产期间因润滑 不当造成机械磨损或损坏造成停机或停产等问题，对于烧结机的润滑操作和参数 的调控是不可缺少的。根据表1 ．1 分析，采用流体动压润滑，其控制要点主要为 流量、压力等影响因素。其中决定润滑好坏的最重要因素烧结机润滑过程中润滑 油流量的控制，即所研究的对象。 润滑过程中润滑油量的变化，呈现一定的非线性、滞后性、时变性等特点， 对此变化的影响因素众多。管道入口压力、出口压力、管道阻力、电动机转速、 润滑油的粘度、出口流量阀的开度等润滑过程参数均影响润滑油的流量。但在众 多的影响因素对润滑油的流量的作用强度不尽相同，影响它的主要参数为管道口 出口压力、流量阀的开度以及电动机的转速。本文主要面向电液比例溢流阀的开 度对流量建立数学模型展开研究。 通过对润滑控制过程中的润滑油流量控制研究不仅可以保证烧结机设备的 万方数据 硕士学位论文l 绪论 正常运行和生产，提高烧结质量，而且还能增长烧结设备的使用寿命，降低企业 的生产成本，提高企业的经济效益。但是目前国内的冶炼工厂还是采用传统的润 滑设备或控制方法对烧结机进行润滑，其效果不是很好，已发生烧结事故。采用 先进的润滑控制系统不但可以避免烧结事故的发生，而且能够提高它的烧结质 量，使烧结生产过程更加的高效。 综上所述，要得到最佳的润滑油流量控制系统，需要从以下的几个方面去研 究和讨论 1 管道出口油量检测技术研究 通过不断地检测润滑油量的数值从而能更好的了解和控制润滑油的流量，进 而影响烧结的效果，但是烧结机的润滑部分在工作状态下，要检测管道油量的附 近温度高、有固体的煤、钢的残渣和煤气、二氧化硫等有害气体，使得检测流量 易受到干扰，不易准确的测量到流量的真实的数值，因此，需要在学习和研究检 测技术的基础上，选择出一套理想的检测方案，能实时有效的检测出管道出口的 润滑油量。 2 润滑油量过程对象模型研究 分析润滑控制系统润滑过程中润滑特性，结合电动机变频调速的理论，进计 算，利用相关的方程建立润滑控制系统润滑油量对象数学模型。针对建立的润滑 系统控制系统润滑油量对象模型，能更好地研究适合模型的流量控制方法。 3 润滑油量控制算法研究 借鉴国内外的工业上先进的流量控制算法，研究已建立润滑控制系统润滑油 量过程对象的模型的特点，选择一个适合本控制系统的控制算法，使润滑油流量 在所要求的润滑油流量变化波动范围内。通过利用具体的控制算法，根据具体的 工况和相关的技术设计参数，实现高效、实时、精确的润滑流量控制过程。 4 润滑控制系统润滑油量控制软硬件实现 润滑控制系统润滑油量控制系统硬件采用F C S F i e l d b u sC o n t r o lS y s t e m 分布式控制总线系统结合了现场实际情况和控制要求，根据整个系统做出一个监 控系统界面设计【7 J ，实现对整个润滑过程中润滑油流量的一体化监控。 润滑控制系统润滑油量控制系统软件控制器西门子3 0 0 采用的是S T E P 7 设 计，上位机组态界面是采用的北京亚控科技有限公司开发的组态王来编辑监控画 面对现场的润滑情况实时监控操作。 1 ．3 国内外研究发展与现状 l 。3 。1 润滑技术研究发展与现状 早在4 0 0 0 多年以前，人们已经意识到摩擦和润滑，并在实际的生活中进行 了简单的应用。但是，对于润滑系统的研究开始于工业革命以后，直到1 9 世纪， 4 万方数据 硕士学位论文1 绪论 在学术界才逐渐出现了一些关于润滑的基本理论。1 8 8 1 年，德国的赫兹在弹性接 触方面提出了弹性接触理论。1 8 8 3 年，英国著名科学家托尔得到了首个关于有 润滑系统的轴承滑动摩擦实验报告。1 8 8 { } 年，英国物理学家雷诺在机车车轮实 验的基础上，并结合夹缝流假设，得到了雷诺方程，阐述了流体薄膜动压机理， 后来变成了润滑理论的基本方程，为现代润滑技术的发展打下了良好的基础隅1 。 然而，由于受当时信息技术和计算机技术的局限，摩擦和润滑理论还简单的 存在于科研、理论阶段，并没有得到广泛的应用和推广。2 0 世纪，随着科学技 术的进一步发展和人类对于润滑的进一步认识，润滑技术也得到了飞速的发展。 1 9 1 9 年，H a r d y 兄弟发表了著名的边界润滑理论，他们将润滑理论拓展到了分子 级，也就是说润滑剂中的极性分子与摩擦表面吸附的分子组成了吸附膜，吸附膜 由单层或2 3 层分子构成。1 9 世纪8 0 年代，在机械与润滑领域，学术界几乎同 时出现了两个润滑理论R e y n o l d s 流体润滑理论和H e r t z 弹性接触理论。然 而，二者分别应用在面接触的摩擦副润滑设计和点、线接触的摩擦副。2 0 世纪 5 0 年代，人们将两种理论融合到了一块，建立了弹流润滑理论。我国摩擦学科 学家温诗铸在1 9 9 2 年提出将边界润滑、薄膜润滑和弹流润滑结合在一起，组成 混合的润滑应用于粗糙的物体表面。然而，一种完整的混合润滑理论还需要更长 时间的研究和实验积累。 随着计算机技术的广泛应用，人类将润滑理论和技术应用到工业领域，形成 系统的现代润滑技术理论。润滑过程由原来的分散式润滑变成集中式润滑，手工 润滑变成智能自动润滑形式，并且将它与监控技术有效的结合，组成一整套的全 自动智能润滑设备。 目前，由于润滑理论引入我国时间较晚，机械设备和技术的落后，我国的润 滑技术比国外还有一段很长的差距。因此，对于先进的润滑技术的研究就显得尤 为重要。先进的润滑技术能够满足实现机械设备恶劣的工况环境下对装备的润滑 需求。它不仅能为我国国民生产总值产生5 万亿的收益，而且能使工业节能减排， 使工业在走在可持续发展的道路上呻1 。 1 ．3 ．2 烧结机集中润滑技术研究发展与现状 烧结作业作为烧结生产过程中的重要的一个过程，它承载着混合料的台车在 轨道上通过滚轮轴承移动，经过点火炉时，点火炉将矿石混合料表面发生燃烧， 同时下部风箱强制的进行抽风，完成烧结作业，随着台车到达烧结尾部的变成烧 结矿落到破碎机，进行进一步处理破碎，破碎后烧结矿进入烧结和环冷机之间的 矿槽内排出，再冷却后进行筛分n0 | 。为避免空气通过烧结板与滑道之间的缝隙中 漏入，要利用集中润滑控制系统定时、定量向其添加润滑油，以保证其密封和润 滑，从而提高矿的烧结质量n 。其烧结过程如图卜1 所示。 万方数据 硕士学位论文1 绪论 烧结设备中有几百个轴承需要润滑和密封，在烧结过程中，如果有一个或几 个轴承发生故障，就可能导致整个烧结设备停止工作，甚至发生损毁n2 】。但台车 密封板与滑动位置经常存在缝隙，这是急需要润滑密封的地方。但国内的润滑设 备不能完全解决密封效果差、磨损严重和漏气等不良状况出现的问题。资料表明 烧结机能漏风率减少10 ％，那么每吨的矿石减少电力消耗量1 ．5 ～2 ．0 K W ，烧结 矿的烧结质量将提高3 0 ％～5 0 ％。为降低轴承的润滑度和烧结机的漏风率，提高 烧结矿的烧结质量，一种新的润滑系统是非常有必要的n 3 。1 4 1 。 含铁粉尘 图1 - 1 烧结机烧结的过程 由于烧结机工作环境的原因，现场工况很复杂，首先，烧结机是一种高温烧 结冶金生产设备，在高达1 5 0 ℃甚至以上温度下连续循环工作；其次，烧结工作 利用高负压来实现，抽吸负压可达．2 6 7 K P a ，与大气的压差也逐渐增大，大的负 压对金属表面润滑剂的存留有一定的影响；再次，在烧结工作环境下，其设备运 转、物料的烧结及运输过程中C O ，、S O ，等酸性气体的介入，这些腐蚀气体会破 坏润滑剂的性能。这就要求烧结机的智能润滑系统在工作过程中要有良好的耐高 6 万方数据 硕士学位论文1 绪论 温性能、密封性能、优良的持久性、泵送性和耐腐蚀性能。 对于机械设备润滑，其润滑的设备系统主要作用就是向这些设备需要润滑部 位输送适量润滑剂。这些润滑设备有输送、分配并且检测适量的润滑剂的功能， 并且在润滑过程中能对润滑剂的流量能够实时检测报送。当润滑设备的某一点发 生堵塞或者故障时，润滑设备监控设备能及时做出报警反应，指出发生故障的部 位，如严重直接停止工作【”一6 1 。对润滑系统设计过程中，必须根据实际的工况来 选择合适的润滑设备以及功能设计，最佳的润滑控制系统可以在提高润滑效果， 延长机械设备的使用寿命方面，发挥十分重要的作用旧。在这些润滑方法中， 对于烧结机的润滑多采用集中润滑系统，它是目前应用最为广泛的一种润滑方式 和技术【l 引，它的类型众多，主要包括以下几种类型 1 节流式 根据流体在管道的阻碍力来分润滑流量，所分配润滑油流量和其承受压力以 及节流口大小都有着直接关系，其节流口的压力变化在O ．2 ～1 ．5 M P a 以内，润滑 的机械设备的部位最多可在3 0 0 个以上。 2 单线式 润滑油脂在动力源的动压力作用下，通过管道把润滑油脂送至喷嘴处，最后 通过喷嘴的喷射作用下，将润滑油脂实时的送至需要润滑的润滑点处。这些压力 作用有些延时，在润滑油的输送过程中，其输送润滑油压力变化在O ．3 ～21 M P a 之内，机械设备润滑部位最多可在2 0 0 个以上。 3 双线式 润滑油脂在在一定的动力源提供的压力作用下，利用两条输油管道输送至双 线的分配器的进口，经过双线分配器的定量分配作用下输送至每个需要润滑的机 械设备的部位。其输送润滑油压力变化在O ．3 ～4 0 M P a 之内，机械设备润滑部位 最多可在2 0 0 0 以上。 4 多线式 油泵有多个输送润滑油脂的输出口，然后通过每个泵的输出口的输油管道将 一定量的润滑油脂送至对应的需要润滑的机械设备的部位。管路的布置可以是并 联的或串联的安装。其输送润滑油压力变化在O ．3 ～4 0 M P a 之内，润滑的机械设 备的部位最多可在2 0 0 0 以上【1 9 之1 1 。 5 递进式 根据压力的大小变化从分配器依照预先设定的程序输送润滑油脂到每个机 械设备润滑的部位。其输送润滑油压力变化在0 ．3 ～4 0 M P a 之内，润滑的机械设 备的部位最多可在8 0 0 以上。 6 油雾／油气式 万方数据 硕士学位论文1 绪论 把压缩了的空气和润滑的油脂按照一定的比例混合，然后利用空气这个负荷 体输送至喷嘴处，把呈雾状的润滑油送至需要润滑的机械设备的部位。 7 混合式 把上面的润滑方式混合得到的润滑控制系统1 2 2 j 。 对于传统的集中润滑系统，它一般是由两个润滑泵 一个备用泵、一个润滑泵 ， 储油罐，加油泵，流量开关，电磁阀等器件组成【2 3 - 2 4 1 。它的控制方式也根据现在 的信息和控制技术，由原来的手动控制逐渐向智能自动化控制的转变【2 引。 自2 0 世纪2 0 年代起，外国人发明双线集中润滑控制系统1 26 。。在2 0 世纪3 0 年 代，润滑界出现单线集中润滑系统理论暖7 1 。过了很长时间，这两项润滑技术传 入我国加以利用，一直应用至今。然而国内许多公司只是以制造生产相关的润滑 设备为主，具体研发工作只是停留在外在结构和形状上，在技术上没有多大的突 破。 以前无论是单线还是双线集中润滑系统其机构和构成都是纯机械装置，因此 在系统工作过程中就会出现很多的应用问题如系统在开始输送润滑油脂时，润滑 设备几乎同时是对所有的润滑点进行输送润滑油脂，但是因为每个润滑点所处工 况和工作性质不同，其需求的润滑油流量和周期都不大相同，因此，同时输油势 必会造成润滑油脂极大浪费，还会给环境及设备冷却水造成了极大污染幽J 。润 滑系统中各个润滑点润滑油量不能检测而且润滑情况不可见幽j ，因此当润滑设 备出现故障时，故障原因就不易查询。一旦发生了机械设备工作