一种甘油自动喷雾系统的设计

刘静宇

摘要：本文在传统滤棒成型机组的基础上，根据甘油雾化喷涂原理，分别从喷嘴结构、两调节杆及刷辊雾化装置等角度对系统的部分结构进行升级改造，并利用PLC技术进行调控，实现自动调节，结合伺服控制系统，最终实现甘油雾化及均匀喷涂，以期对今后甘油喷洒装置的设计研究及其应用有一定的借鉴意义。

关键词：滤棒成型机；甘油雾化；喷嘴设计；PLC控制

中图分类号TP2 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0016-01

1.甘油雾化喷涂的实现

该装置主要原理是甘油箱内的压力变化。主要是由电动机作为动力，通过泵产生压力，将甘油从甘油箱析出进入分流器内，从而保证了分流器的压力恒定。一旦分流器中的压力超过了设计压力，甘油通过溢流管回流进入甘油箱，压力增大至喷嘴临界压力，甘油就会经喷嘴雾化喷出。这一过程的关键装置就是分流器内的压力变送器。借助该装置，一旦压力增加到设计值，甘油则经过加热后从高压喷嘴雾化喷出，剩下的甘油会再次进入甘油箱充分利用。甘油雾化后进入喷雾室，由于甘油成雾化颗粒状，保证了喷涂均匀，有效解决了传统施胶装置“胶孔”及“干棒”情况的发生。

2.整体结构设计

2.1喷嘴的结构设计

传统的雾化喷嘴布置方式较为简单，多为单列布置或是多列并排布置，一次性安装后不能进行调整。改进后，选择双列交错的布局，并将其固定在旋转杆上，通过旋转杆位置的变动，实现甘油喷射方向与纤维丝束垂直方向角度的可调变化。

通过改进，选用喷嘴并列交错的布局，并增添了可调的旋转杆装置，借助旋转杆位置的改变，从而调节甘油喷射方向与纤维丝束垂直方向之间的夹角。一方面增加了雾化圆锥内甘油雾化颗粒的覆盖率；另一方面在一定程度上避免了相邻喷嘴雾化颗粒的重叠范围。

图1中，n表示设置的喷嘴个数，B为喷嘴的喷射角度，a是在某一时刻甘油的喷射方向与丝束垂直方向的角度，h表示喷嘴与纤维丝束之间的距离，L为不同排喷嘴之间的距离，1是同一排中喷嘴间的距离，s表示剖面角度观察到雾化颗粒总的覆盖面积。

甘油雾化颗粒的覆盖率明显增加，有效减小了喷涂室内的不能覆盖的范围，且喷涂效果明显改善，更加均匀。另外，提高了甘油喷洒装置的喷涂性能。在传统的喷嘴结构尺寸基础上，选用多列交错喷嘴布局，增大了喷嘴之间的距离，在一定程度上避免了相邻喷嘴雾化颗粒的重叠范围。同时将喷嘴固定安装在旋转杆上，方便进行角度调节，使得喷涂更加均匀。

2.2两调节杆的设计

调节杆也是甘油喷洒装置的重要组成部分，其主要作用是精确调节喷涂量。调节杆呈圆柱形，在圆柱表面开有凹槽，凹槽的主要作用是为喷嘴提供布置位置，且在每两个喷嘴之间设置了回油孔，有效解决了凹槽中油分过多聚集易导致喷嘴阻塞的问题。凹槽开在调节杆上端，其内部采用均匀布置的方式，设置了4个喷嘴，3个油孔。调节杆设计安装在喷涂腔内，通过联轴器连接电机加以驱动。支承选用圆柱支承，以运行过程中的减轻磨损。

2.3刷辊雾化装置的改进

如图2所示，通过设计改进后，甘油分配器3的上表面设计为圆弧状，且与圆形刷辊2同圆心，能有更好的接触效果。两者的结构尺寸（半径为）25.0mm，考虑到运行过程中两者之间的摩擦损失，因此结构3与结构2之间留有允许偏差0.05mm～0.1mm的间隙，结构3上表面左端定点与圆形刷辊中心设计距离为3mm。结构4为调整板，其安装时需使结构5与毛刷之间存在至少0.2mm的接触长度。

通过合理的设计改进，刷辊结构较原来的结构更加简单，便于操作安装。首先，通过将调整板固定安装在甘油分配器上，保证了刷辊与硬质合金块能够有更好的接触效果，从而使的雾化更加均匀，装置运行稳定。其次是毛刷与硬质合金块的接触方式发生改变，由灵敏的瞬间接触替代传统的长距离摩擦接触，从而减轻摩擦损失，也延长了设备使用寿命。

3.控制系统

3.1系统硬件组成

甘油雾化装置的控制系统硬件设备主要包括了FXIN-40MT PLCMT6070触摸屏作为人机交互界面，PLC自动调节、伺服控制系统、活门、继电器等，同时还包括恒压泵以及加热器等雾化设备。

3.2工作过程

当硬件系统开启工作电源后，首先要进行系统初始化操作，当PLC调节端检测到系统已达到启动条件后，主要包括以下方面：甘油温度以及甘油箱内的油液位置符合设定条件、伺服控制部分正常以及活门处在初始位置等，PLC将自动启动主机工作，打开增压泵，通过泵产生压力。同时，伺服控制系统根据纤维丝束的运行速度对活门开度进行调节。将甘油从甘油箱析出进入分流器内，一旦分流器中的压力超过了设计压力，甘油通过溢流管回流进入甘油箱，压力增大至喷嘴临界压力，甘油就会经加热器加热后从7个喷嘴雾化喷出。若不满足上述条件，则PLC将会进行自动调节，进行甘油温度及液位调节，或将活门复位。

3.3伺服控制系统

伺服控制系统是甘油雾化装置进行自动喷涂的关键技术，其主要作用是对活门开度进行调节。原理如下：纤维丝束的运行速度主要受主机速度的调节，而伺服控制系统则主要通过监测主机的运行速度并采集数据信号传送至PLC进行调节，PLC将接受到的主机运行频率传送至伺服放大器，通过对伺服电机的调节，经过传动装置进而改变活门开度。而且，活门开度与雾化甘油单位面积的喷涂量成正比，所以，通过伺服控制系统调节活门开度，能够实现雾化甘油的均匀喷涂。