CN102033504B - 一种废油处理装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种废油处理装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法与装置，利用实验数据以及智能控制策略，获取涂层孔隙率与喷涂工艺参数的T-S模糊模型，将所述的T-S模糊模型输入到PLC中形成智能控制系统，利用所述的智能控制系统控制气源通过分流集流阀分别输送给喷枪燃烧室以及被喷涂工件的伸缩缸的速度，控制喷涂电压、电流调节器提供适当的喷涂电压和喷涂电流，以达到控制喷涂主要工艺参数的目的，得到较佳的涂层孔隙率，结构紧凑，采用可编程方式控制灵活，灵敏度高，实现自动化，减小人为因素对涂层孔隙率的影响。

Description

一种废油处理装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法与装置

技术领域：

本发明涉及一种废油处理装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法与装置，涉及废油装备表面处理技术领域。

背景技术：

电弧喷涂技术是80年代兴起的热喷涂技术中的新秀，由于其优质、高效、低成本，应用领域广阔，成为目前热喷涂技术中最受重视的技术之一。通过电弧喷涂技术可以制备光滑、致密、结合强度高的高质量涂层，接近于等离子喷涂的水平，在国际上已部分取代火焰喷涂和等离子喷涂。近年来高速电弧喷涂技术从提高粒子的喷射速度、改善受热与熔化状态，从而具有较高的动能，轰击基材时冲击动能变为热能，同时使颗粒产生充分的形变，得到致密的涂层，沉积粒子间孔隙率小(＜10％)。来提高等离子涂层的质量和降低孔隙率。

随着废油装备用轴类零件向大负荷、高参数和高效率方向发展，对高速喷涂涂层的孔隙率的要求也随之提高，对喷涂工艺的合理选择提出了更高的要求。在喷涂过程中，主要工艺参数包括喷涂电压、电流以及喷涂距离和气源压力等，采用合理的电弧喷涂工艺参数，可获得良好的喷涂效果，使涂层具有高的结合强度、微观硬度、宏观硬度和耐磨性及较小的空隙率。然而每一个参数对涂层孔隙率的影响具有较大的惯性和延迟，且是非线性和慢时变的，难以精确控制，一般根据经验进行试凑进行喷涂涂层孔隙率的设计，这对于电弧喷涂这种有严重非线性的系统如何做到平稳切换、减小人为误差仍然缺乏有效地方法。

发明内容：

针对上述喷涂方法及现有的技术状况不足，本发明的目的在于：提供一种新的废油装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法，控制灵活，灵敏度高，喷涂过程实现自动化完成喷涂系统的各种控制功能，使之喷涂系统涂层孔隙率达到最优。

本发明的技术解决方案如下：利用实验数据以及智能控制策略，获取涂层孔隙率与喷涂工艺参数的T-S模糊模型，将所述的T-S模糊模型输入到PLC中形成智能控制系统，然后利用智能控制系统将压缩空气以一定的流量，通过分流集流阀分别输送给喷枪燃烧室以及被喷涂工件的伸缩缸，其中被喷涂工件和伸缩缸安装在一块基板上；喷涂丝材经过送料系统从喷枪中拉伐尔喷咀的高速气流区，进入导电嘴内，导电嘴分别接电源的正负极并保证两根丝材在未接触前的可靠绝缘。在智能控制系统作用下，提供适当的喷涂电压和喷涂电流，当两根金属丝材端部由于送进而相互接触时，发生短路而产生电弧，电弧保持稳定燃烧，使丝材端部瞬间熔化；在电弧发生点的背后，经雾化喷嘴加速后的高速气流使熔化的熔滴脱离丝材并雾化为粒子，喷射到经过预处理的工件表面形成涂层。

本发明的关键是通过智能控制系统调节进入喷枪的高速气流的流量来调节喷涂气流速度，从而控制喷涂丝材的加热和加速，避免喷涂粒子含碳量的降低而制备高孔隙率的涂层，通过智能控制系统调节喷涂电压和电流，控制喷涂粒子的尺寸，以及氧化物增多，避免涂层硬度下降；通过控制被喷涂工件的伸缩缸的输入气流的压力实现对喷涂距离的调节，控制使粒子在空气中的飞行时间与氧化程度，将使涂层中碳含量增加，使涂层的硬度提高。

本发明的有益效果是，采用一个气源，利用智能控制系统实施分流集流阀对喷嘴的高速气流的提供以及对被喷涂工件伸缩缸的供气压力，实现喷涂距离的调节，结构紧凑；利用智能控制系统控制喷涂电压和电流，实现喷涂丝材的熔融粒子的尺寸、温度和速度的控制，使之喷涂系统涂层硬度高，孔隙率达到最优。智能控制系统采用可编程方式控制灵活，灵敏度高，喷涂过程实现自动化完成喷涂系统的各种控制功能，减小人为因素对涂层孔隙率的影响。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图中1——喷涂丝材及送丝机构，2——喷涂电压电路，3、7——被喷涂工件的固定基板，4——喷涂高速气流入口，5——被喷涂工件，6——被喷涂工件的伸缩缸，8——喷涂电流调节器，9——智能控制系统，10——喷涂电压调节器，11——喷涂气源，12——分流集流阀，13——伸缩缸的供气管路，14——高速喷涂气流管路。

具体实施方式：

下面结合实施例，本发明采用的方式和技术参数如下：

被喷涂工件选用低碳钢，基材预处理采用压力喷砂，使固体颗粒的磨料撞击到待清洗的金属表面上。丝材为常用的耐蚀耐磨涂层1Cr13不锈钢，直径为2mm；主要的工艺参数保证在一定的范围内，工作电流150-220A，电压10-44V，喷涂距离设定在130-240mm，压缩空气供气系统的供气工作压力在0.3-0.9MPa，为保证电弧喷涂涂层的质量和涂层与被喷涂基体之间的结合强度，保证喷涂时所用的气体是完全干净、干燥的，在空气压缩机与电弧喷涂机之间设有一台油水分离器或冷凝干燥器。采用型号为OLYMPUS/PMG3+ISA4图像分析系统对每种涂层进行内部孔隙体积的测定，进行孔隙率的计算：

P＝V_k/V₀×100％

式中P---涂层的孔隙率，V_k---涂层内部孔隙的体积，m³。V₀---涂层的体积，m³。

如图1所示的实施例，本发明的智能控制系统所述的控制策略建立如下，采集135组输入输出数据，其中：输入变量x(k)为喷涂工艺参数集，输出变量y(i)为涂层孔隙率指标，k表示不同的喷涂工艺参数，i表示不同的涂层序号。由于该过程具有动态变化的特性，影响系统输出的变量选取方法有多种，这里确定一个合理的输入变量子集为：喷涂电压，喷涂电流，喷涂距离，气源压力，一个电弧喷涂系统T_S模型可以由r条模糊规则组成的集合来表示，其中第i条模糊规则形式如下：

$R^i:\mathrm{if}{x}_1\mathrm{is}{A}_1^i\mathrm{and}{x}_2\mathrm{is}{A}_2^i\mathrm{and}\·\·\·\mathrm{and}{x}_m\mathrm{is}{A}_m^i$

i＝1，2.…，r

这里，Rⁱ表示第i条模糊规则；

为模糊子集，其隶属度函数中的参数称为前件参数；yⁱ为第i条规则的输出；

是结论参数；x₁(·)，x₂(·)，…x_m(·)是输入变量；y(·)是输出变量；通过运算可得相应的结构参数，即涂层孔隙率与喷涂工艺参数的T-S模糊模型。

将获取的T-S模糊模型输入到PLC中形成智能控制系统9，然后利用智能控制系统9的输出，即喷涂电压15v，喷涂电流250A，喷涂气流压力0.3MPa，喷涂距离130mm为涂层硬度最佳值为92.04HRC，通过PLC的模拟输出点控制气源11经过分流集流阀12输送给喷枪燃烧室的气流速度14，以控制喷涂高速气流值为0.3Mpa。以及控制被喷涂工件的伸缩缸6的输入压力13使被喷涂工件与喷嘴之间的距离达到130mm；喷涂丝材熔融的电弧发生点在智能控制系统作用下，控制喷涂电压调节器10提供喷涂电压15v，以及喷涂电流调节器8提供喷涂电流250A，经雾化喷嘴加速后的高速气流使熔化的熔滴脱离丝材并雾化为粒子，喷射到经过预处理的工件5表面形成涂层，经过硬度实验验证涂层硬度值为92.04HRC。

本发明提供的一种废油处理装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法与装置，采用实验数据以及智能控制策略，利用PLC形成智能控制系统，实施喷嘴高速气流、喷涂电压、电流以及喷涂距离的调节，实现喷涂丝材的熔融粒子的尺寸、温度和速度的控制，使之喷涂系统涂层孔隙率达到最优，结构紧凑，采用可编程方式控制灵活，灵敏度高，实现自动化，减小人为因素对涂层孔隙率的影响。

Claims (2)

1.一种废油处理装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法，利用实验数据以及智能控制策略，获取涂层孔隙率与喷涂工艺参数的T-S模糊模型，将所述的T-S模糊模型输入到PLC中形成智能控制系统，利用所述的智能控制系统控制气源通过分流集流阀分别输送给喷枪燃烧室以及被喷涂工件的伸缩缸的速度，控制喷涂电压调节器、电流调节器提供适当的喷涂电压和喷涂电流，以达到控制喷涂主要工艺参数的目的，得到较佳的涂层孔隙率。

2.根据权利要求1所述一种废油处理装备涂层孔隙率的喷涂智能控制方法，其特征在于通过控制被喷涂工件的伸缩缸的输入气流的压力实现对喷涂距离的调节，伸缩缸和被喷涂工件安装在一块基板上。