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静电植砂设备研制产学研合作20年

关键词 静电植砂 , 产学研合作 , 原创|2012-08-14 10:56:48|涂附新闻|来源 《中国涂附磨具》2012第2期
摘要 ——上海理工大学陈赉宝岑文远宋俊萍为配合涂附磨具分会编写《中国涂附磨具行业发展史》的工作,本刊从本期起设立《行业发展史》栏目,选登各会员单位、各企业以及各位...

 

——上海理工大学 陈赉宝 岑文远 宋俊萍

 

为配合涂附磨具分会编写《中国涂附磨具行业发展史》的工作,本刊从本期起设立《行业发展史》栏目,选登各会员单位、各企业以及各位老同志撰写的发展史文章,营造全行业大写发展史的气氛,并以期对编写行业发展史、企业发展史工作以借鉴和启迪。

 

一个偶然的机遇,我们与涂附磨具行业有了深度接触,至今已快20年了。

结缘起因

缘起于上世纪九十年代初,上海砂轮厂从世界银行贷款276万美元,从德国引进了一套当时国际上最先进的强力砂带生产线。运行一年多后,发现其核心部件静电植砂机有问题,因过了保修期,请外国专家来,从经济上、时间上都不合适,遂有了请国内大专院校修理及仿造的想法。

为此,上砂厂于1992年秋,请我们上海理工大学去洽谈。那天机械系主任带了7位老师参观了生产现场,进口设备生产正常,问题在于原来细粒度磨料要求电压较低,粗粒度磨料要求电压较高才能生产。而现在由于电压调不上去,到4万伏就跳闸,造成细粒度磨料植砂正常,粗粒度磨料植砂却不行。上砂厂给我们提供了厚厚的技术资料,但都是安装操作手册,不讲原理,没有电气原理图,只有安装接线图。图上关键部件都画一个黑方框,标出接线号码。

参观半天后,上砂厂厂长问我们能不能修?能不能仿造两台?我们7位老师,5位搞机械的,只有岑文远、陈赉宝两位是搞电气的。大家不约而同地看他们两位表态。由于没有图纸,无法仿制,只能重新设计。而仅凭半天的参观,能看懂大概就不错了,当场承接只有五、六成把握,风险不小。经过10多分钟的考虑,我们当场拍板接下了这个项目。不久我们找出了对于粗粒度磨料电压升不上去的原因,主要是德国进口设备绝缘不良。199319上海理工大学和上海砂轮厂签订了两台静电植砂高压发生器的研制合同,开始了产学研相结合的奋斗历程。

 

陈赉宝教授

 

刻苦攻关,研制国产设备

我们接到任务后,开始了紧张而有序的工作,虽没有德国设备的详细图纸资料和元器件资料,但在上砂厂厂方人员的配合下,仔细测试了德国设备的技术参数,包括电压、电流、频率、波形、阻抗等,为我们改进设计提供了很多有用的资料。

我们大胆采取了一系列措施:1、采用当时国际上最先进的大功率元件IGBT取代进口设备的可控硅,使高压关断时间从10毫秒缩短到10微秒,大大提高了安全保护性能;2、我们设计低频从2HZ30HZ,比进口设备2.5HZ30HZ0.5HZ。虽然只低0.5HZ,但是差20%,却提高了粗砂的植砂能力;3、进口设备实测输出阻抗72欧姆,我们设计的实测输出阻抗为55欧姆,降低20%,增强了植砂能力;4、变压器的工作频率必须避开谐振频率。高压变压器匝数多,结构设计和分布电容控制是技术难点,我们的低端谐振频率为1.3HZ,高端谐振频率为56 HZ,远离230 HZ工作范围;5、我们学习进口设备,设计了7种保护电路,确保高压使用安全。6、关键元器件采用进口名牌产品,各种零配件在上海采用国产品牌。

经过我们和上砂厂有关人员的艰苦工作和共同努力,19938月底,第一台国产研制的静电高压发生器(JD-1)在上海砂轮厂八车间替代德国进口设备运行获得成功。生产的强力砂带质量不比进口设备差,同样畅销国内外。接着厂方陆续于1994年、1995年又订制三台静电高压发生器。分别用于一车间、三车间、宁波北沦分厂和印度尼西亚合资厂。实践证明,我们的JD-1型国产设备已经达到进口设备的水平,故厂方在1995年底委托我们将德国设备国产化,即机柜不动,柜内的元器件全部拆下来,换上我们研制的发生器,使用正常。产学研合作取得初步成果,199510月我们上海理工大学自行设计制造的静电植砂高压发生器获国家专利授权。199611月获上海市科学技术进步三等奖等一系列奖项。

1993年至2005年设备在上砂厂生产连续使用10多年,只更换过电动调压器的易损件碳刷,设备几乎无故障,其良好性能引起了作为二砂及上砂的强力砂带流水线的供应商——德国施瓦贝(Schwabe)公司的注意,他们主动邀我们商谈协作之事,几经谈判,终因样机放在国内还是国外无法达成一致而告吹。

在此需说明一点,即德国设备的控制柜是在恒温室内工作的,而国产静电发生器都是放在大厂房内工作的(无降温)。当年夏天温度很高,控制柜在大厂房内,工作丝毫未受影响。既受到了技术上和德国进口设备同样的技术层面上的考验,顺利通过,又受到了高温的考验。这对于静电植砂在国内推广具有重要意义,不需要昂贵的空调房,还节省能源。

 

岑文远教授

 

深入生产现场,理论联系实际,解决生产中问题

由于上砂厂技术力量较强,消化德国设备已有一段时间(当时国内仅有的两套引进的具有国际先进水平的强力砂带生产线),设备在上砂厂运行中发现问题不多。可是自1997年国产静电发生器设备开始用于长江砂轮厂,盐城刚玉砂布厂(现三菱磨料磨具有限公司)、汕头金雄砂轮厂和北京东新砂布厂等中小型厂相继使用后,由于他们和国内大多数涂附磨具工厂刚接触静电植砂新工艺,反应的问题就多了。其中主要的问题是砂面不匀;有时电压升不上去,不到35KV就报警了。

对静电植砂的应用,我们当时的认识也是肤浅的,简单地认为,只要砂粒飞起来,就说明发生器没问题,但厂家却来电不断。我们只能赶鸭子上架,查资料,翻书本,到工厂现场观察,才慢慢对一些问题有了认识。如:①在理论上的磁化与极化。当时生产厂家反映,砂料在运行一段时间后就不易植入,认为砂料经电场磁化了。我们从资料及教课书中了解到,介质(砂粒)在高电压的作用下,产生带电的现象实为极化。据此,我们更坚定了低频交流高压要比直流高压占优的观点。在不少场合中进行讲解,目前已为大多数技术人员所接受。其它如砂面不均的问题,如重复使用余砂,由于砂粒多次极化后呈带电状态,呈现同性相斥,而不易植入带胶的基布。我在生产现场曾碰到:上午砂面效果不错,下午砂面就逐步不行,无论升压调频,不解决问题,最后砂粒在极板中一点都不飞了。我们拿了一把新砂扔进去,立刻就飞起来了,这是很典型的砂粒极化的例子。故不少涂附磨具生产企业,如二砂等都主张余砂需进行处理后才能使用。②相对湿度问题。我国幅缘辽阔,南北各地的温度、湿度相差很大,植砂效果亦不尽相同。植砂机在各地亦有“水土不服”的时候,需要业内同行总结当地的具体情况。如北方冬天干燥,相对湿度甚至≤30%,此时滚轮与输砂带磨擦所产生的静电影响很大。从文献资料上查到,相对湿度在60%左右影响最小。北京东升砂布厂在冬春季节,就在静电房内加湿,形成小范围适宜砂粒植入的环境取得较好的效果。2007年在由郑州博盟公司主办的静电植砂研讨班上,此经验在业内各厂家得到介绍推广。③绝缘问题。出现的问题是电压加不上去,植砂机不能充分利用,植砂效果不好。这是由于砂布厂灰多,在高压极板区域内,由于砂粒灰尘多堆积,在高压电场下,绝缘材料上的表面灰尘成导电的主要路径,此时,绝缘电阻是体电阻及面电阻的并联值。面电阻(灰尘)在高压下很易击穿成打火点,这是造成植砂效果不好的主要原因。

为了更好的推广应用植砂机,交流和推广经验,澄清应用中的模糊认识,郑州博盟磨料磨具技术信息咨询有限公司致力于我国涂附磨具事业,推广应用新工艺、新材料和新装备,于20074月初与我们上海理工大学在郑州举办了静电植砂技术讲座。当时20多家用户及河南工业大学都派员参加了。会上由岑文远先生讲解了静电植砂高压发生器的原理及维护要求。陈赉宝先生则从理论和实践两个方面对介质极化、生产中掌握相对湿度60%左右的原因、轮带磨擦产生的静电如何防止、高压击穿的防止等,作了进一步的阐述,回答了各单位所提出的问题;并在生产设备管理上,首先提出每周查地线,每月晚上关灯升压看极板绝缘状况,每半年查电动调压器碳刷磨损情况,一年查变压器油(送验)。值得一提的是,当时不是我们的用户的东莞金太阳研磨有限公司亦派技术人员来参加会议,对目前国内静电植砂存在问题进行了探讨,一个月后即成为我们的用户。

 

2007年4月岑文远教授在郑州博盟公司举办的静电植砂讲座上

 

紧跟科学技术进步,进行产品升级

根据客户控制植砂量的需要,我们进行了认真研究和分析。植砂量(单位面积砂量)以前都是通过砂箱来控制下砂量而达到的,我们能否通过静电植砂来控制调节植入砂量的多少呢?经过认真分析后,我们认为可通过调整极板的长度、植砂机的频率再配合电压的微调来实现,而电压稳定是实现微调的前提。这样,具备可以控制植砂量特点的JD-2型机出台了,此时是20043月底。经过几年的运行,以及电子原器件的发展进步和节能的要求,针对2型机运行中存在的不足,我们着手了JD-3型机的研制:①去掉了笨重又耗能的变压器及碳刷易磨损的三相电动调压器。②解决了机械限位保护等相关问题。③稳压性能大为提高,响应速度亦提高了一个数量级。⑷机柜大小由2000×700×450CM变为1000×700×250CM了,小了3/4左右,重量由200KG降至50KG左右,能耗由1.25KW降至0.8KW

通过近二十年的研制过程,我们感触良多。①直接深入车间生产现场,了解情况,回来分析,从理论上找答案。②不懂就问,找人请教,找书本请教,极化概念及相对湿度的影响都是从书本上获得的。③根据生产的要求,不断完善提高设备的性能,并赶超世界先进水平。近几年,有人建议我们对极板问题加以注意。确实植砂机的负载就是极板。目前对极板的材料、形状、相互间大小关系以及上下极板距离的研究都得到了一定的进展。遗憾的是对材料(磨料)方面因专业关系无法得到进展,如极化问题能否减少,甚至避免。但愿后来人能发现更多问题,并取得更多成效。

20多年来,国内几乎所有的生产厂家都采用了静电植砂工艺,国内外已有近40多家用户使用了我们的60多台静电植砂机,其中出口印尼2台,三菱厂7台,上砂厂5台,河南王牌厂5台,……。静电植砂工艺的应用推广是厂校联手,产学研结合二十年的丰硕成果。可以说,我们上海理工大学在中国涂附磨具行业的发展上,在以静电植砂取代重力植砂老工艺的技术革命中发挥了一定的作用,得到用户及同行认可,我们为我们能为我国成为涂附磨具的大国尽了一点力而自豪。

                                           

作者简介:

岑文远:男,教授级高级工程师,19414月出生,19648月毕业于哈尔滨工业大学,1992年后任上海理工大学教授(兼)。在涂附磨具行业主要负责了静电植砂高压发生器研制,填补国内空白。1992年被机械电子工业部授予有突出贡献专家,享受国务院特殊津贴。

陈赉宝:男,高级工程师,1942年生,1966年哈工大电机系毕业分配到第二炮兵某基地工作,1984年转业至上海理工大学工作,已退休 从事静电植砂研究获得国家专利

宋俊萍:女,高级实验师,1942年生,1966年北京理工大学毕业分配至第二炮兵某基地工作,1986年转业到上海理工大学工作,已退休 从事静电植砂研究获得国家专利

 

 

 

 

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