水利工程回转式清污机自动润滑系统的研制

黄桂林

（深圳市茅洲河流域管理中心，广东深圳 518000）

深圳市某泵站自1996年4月主体结构建成投入运行以来，一直保持正常运行，多次解决了台风正面袭击深圳、普降暴雨等危险状况，保证了市民正常的生活与工作。回转式清污机在防洪泵站中，起着重要作用。回转清污机固定安装在泵站水工建筑物的进水口处，主要由栅体、清污耙（齿耙）、传动系统3个部分组成。在闭环链条上等间距地装有8根齿耙，宽约4 m。通过交流电动机及减速装置带动链轮轴旋转，将拦污栅拦截水流中所挟带的污物（树枝、树叶、杂草、生活垃圾、浮冰等）捞到桥面上，用皮带输送机或其他方式运走，避免有害污物进入引水道内，保证机组或其他设备顺利运行。由于回转清污机工作环境恶劣，存在严重腐蚀、污染的情况。特别是回转清污机的链条更是如此，因此对于清污机的自动润滑研制是非常有必要的。

1 回转式清污机的系统组成及现状

回转式清污机的传动系统主要有：电动机、行星摆线针轮减速机、主动链轮、驱动链（套筒滚子链）、轮轴组等。轮轴组由从动链轮、传动轴、牵引链轮、板式滚子链、左右调节轴承和过载保护机构组成。驱动链条的张紧靠电动机座上的滑轨和调节螺栓调节。支承在左右调节轴承支架上的传动轴两端的牵引链轮与板式滚子链啮合，使滚子链绕导轨回转。为使两滚子链同步张紧，在左右调节轴承上设置了调节螺杆。目前在深圳市大量使用这一类设备。这种机型的工作方式决定了它的牵引链条（板式滚子链）将长期浸泡在污水中，极易产生腐蚀结垢等情况。滚子链由5个零件组成：外链板、内链板、销轴、套筒和滚子，可分为内链节和外链节。每个零件都通过选择合适的材料、加工工艺和热处理得到所需的性能。标准的滚子链由3项参数确定：节距、链宽、滚子直径。本项目在滚子链的表面涂上一层黄油，以减少污水对滚子链的长期腐蚀。涂抹黄油前，先将链条清洗干净，适当吹干，再涂黄油，以期待获得更长的使用期。

由滚子链的功率曲线可知在负载一定的情况下，随着转速的增高，链板的疲劳强度不断增大。当转速继续增大到某一参数时，滚子与套筒也都进入疲劳状态，带负载的能力逐渐减弱。随着转速的进一步提高，套筒与销轴之间将产生胶合状态。如果负载较大，最终可能导致滚子链的失效。其主要表现出下列几种可能的状态：①销轴和链板的疲劳裂纹；②滚子和套筒的疲劳裂纹；③销轴和套筒间因摩擦过度而产生的胶合；④外链板与套筒的配合力、内链板与套筒的配合力的减少；⑤链条的载荷破坏；⑥由于磨损产生的链条伸长。

链条的磨损形式：①初期磨损在预润滑链条中，如果预润滑的质量和数目都较好时，一般初期磨损都不应出现。但是，由于制造和装配使套筒出现了圆柱度误差、销轴之间出现了不平行现象，当高压力作用在滑动表面时，会出现初期磨损。初期磨损出现在链传动的初期工作期间。无润滑油的链传动初期磨损是显著的，初期磨损很快结束。②稳定磨损在初期磨损后，链条的磨损进入正常状态。链条在很好的润滑条件下，在稳定磨损开始到链条失效期间，链条都保持稳定的磨损状态。③瞬间磨损是一种稳定磨损复合状态，磨损发生在预润滑油缺少状态。在此种情况下的磨损曲线与非润滑曲线平行。④快速磨损类似于稳定磨损，可通过销轴和套筒之间表面处理增大抗磨性。快速磨损是在缺少润滑油状态下的稳定磨损。

减少滚子链磨损的措施：①使用适宜的预润滑油。使用适宜的润滑油可以减少销轴与套筒的初期磨损。②在稳定的磨损状态下，改善润滑油的工作性能，减少润滑油的喷溅，增大润滑油量，在适宜的时间间隔内更换润滑油等提高链条的磨损寿命。通过增加预润滑油量也可改善预润滑链条的磨损状态，应注意链条温度变化改变黏附在链条上润滑量的变化及引起的润滑油黏度的变化。③保证润滑油的供应。④链传动的合理润滑。链传动的润滑是指链条润滑剂和润滑剂的喷溅位置。喷油链传动松边与链轮啮合处，可使链条和链轮都得到润滑，轮齿上的油膜可减缓冲击载荷，在松边上润滑油易进入各间隙中，可使润滑油在松边上流动时间较长。

如果不及时进行维护保养，将大幅缩短其工作寿命甚至产生事故。由于目前的维护方式简单，通常都是靠人工定期给予手动给油保养，这种传统的维护模式，无论在质量上、时间上还是在可靠性方面都有值得改善的地方。鉴于人工注油有很多弊端，如油脂的浪费，人力、物力、时间上的浪费，而且成本不低，针对水务系统的设备智能化需求，研制出一款自动注油润滑设备是非常有必要的。

2 回转式清污机自动润滑系统的研制技术

技术目标：实现回转式清污机不锈钢链条的自动清洗、自动加注油脂，防止链条加剧磨损，以保持不锈钢链条处于正常工况。在某泵站的回转式清污机提供一套“回转式清污机自动润滑系统”。该系统包括显示子系统、传感子系统、高压清洗子系统、高温烘干子系统、数控油脂注射子系统、电气子系统和机械及钣金装置。

技术内容及注意事项：根据现场清污机运转情况，研发与之配套的“自动注脂器”，并安装于清污机链条顶部（左右各一）。根据进入清污机的流量、水位与链条的转速及工作状态，自动调节“自动注脂器”的加油量及加油速率，从而达到适当自动注油的目的。①由于系统干燥采用热风工艺，当系统工作时及停机后的1 h 内，请勿触摸干燥器周边金属件，以防烫伤。②每次启动前先对空压机排水，并检查空压机、水泵油面是否正常。

技术方法和路线：根据现场清污机运转情况，研发与之配套的“自动注脂器”，并安装于清污机链条顶部（左右各一）。根据进入清污机的流量、水位与链条的转速及工作状态，自动调节“自动注脂器”的加油量及加油速率，从而达到适当自动注油的目的。①清污机牵引链条自动维护系统的功能分析；②清污机牵引链条自动维护控制系统的I/O 分析；③清污机牵引链条黄油注射系统的机械部分功能设计，包括高压清洗部分、高温烘干部分及高压注射部分的功能设计；④高压清洗机的设计与制造；⑤高温烘干机的设计与制造；⑥黄油高压注射机的设计与制造；⑦控制系统的控制方法研究与控制模型的建立；⑧现场安装调试工艺研究。

各子系统技术指标：①显示系统能完成手动与自动输入、输出的界面设置及控制输出；②高压清洗子系统能完成格栅机链条自动清洗，可手动或自动控制注水清洗链条，且水量可以调节；③格栅机链条自动吹风系统，可手动或自动控制，风量可手动调节；④数控油脂注射子系统可通过人机界面控制自动注油脂；⑤水位可自动监测。

（1）水路部分原理：水路由喷水管、水阀、高压水泵、电动机及电控系统组成。电控系统可控制水路完成手动控制与自动控制等功能。水路分为两路，在手动控制时，可分别进行控制；自动控制时，同时完成水路的通断控制（见图1）。

图1 水路部分原理

（2）气路部分：气路由喷气管、气阀、空气压缩机、压缩空气加热器、储气罐、电动机及电控系统组成。电控系统可控制气路完成热空气的手动控制与自动控制等功能。通过加热的压缩空气，快速吹到清洗过的链条上，使链条水分大量减少，为打黄油做好前期的准备工作（见图2）。

图2 气路部分原理

（3）液位原理：液位检测部分，检测污水的变化高度差，主要通过一个超声波测距仪来实现，检测回路由配电柜进行控制（见图3）。

图3 液位部分原理

（4）电气设计原理：其中控制电路的设计包括水路、气路、油路的手动控制与自动控制（见图4）。

图4 电气控制总框图

3 系统运行效果

“回转式清污机自动润滑系统”安装于深圳市某泵站4号清污机链条的顶部。根据清污机的转速、负荷及工作状态对清污机链条进行清洗、风干、注脂并按照预先设置适当注油量及注油速率，经6个月一整轮的主汛期试运行检验，已达到自动润滑的目的。获得的成果为：①本项目完成了格栅机链条自动润滑系统的设计、制造、安装、调试等工作，满足改造需求，已投入实际运行使用。②解决了回转式清污机的自动润滑问题，降低清污机的故障频率，降低人工成本，提高工作效率。③该项目改善了现有的工作环境，链条润滑实现自动化，提高了工作效率。④为格栅机的改造与更新提供了有益的经验，完善了新型格栅机的操作模式。⑤为回转式清污机生产厂商提供设备改造的方法。定型产品设计有手动及自动运行模式，手动运行时可通过触摸屏单独控制每个子系统进行独立工作。自动运行时，根据系统工况设计了自动清洗、自动清洗干燥、自动清注油3种子模式，用户可根据实际情况选择运行子模式来完成对回转式清污机链条的自动维护工作。实现了回转式清污机不锈钢链条的自动加注油脂，避免不锈钢链条上的润滑油稀释较快，防止链条加剧磨损，以保持不锈钢链条处于干净、整齐、安全的正常工况。

4 结束语

目前深圳市水利行业回转式清污机自动润滑系统的研制还有更大的空间发展，本文的设计理念及应用的工程到后期机组运行就是一个不错的尝试，可以为类似项目提供借鉴参考。