浅析静电涂油机对不同油品的差异化应用

陈建华，王 彬

（中铝西南铝板带有限公司，重庆 401326）

0 前言

铝制易拉罐因具有使用方便、产品保鲜期长、外观美观、质量轻以及可回收后再利用等优点而被广泛用于各类啤酒、饮料等罐装食品行业，市场需求量大。易拉罐主要由罐体料、罐盖料和拉环料三种材料组成。罐体料是易拉罐的主要构成部分，对材料性能、表面质量、厚差均匀性、力学性能、涂油均匀性等有较高的要求，一般采用3104铝合金材料。随着罐体料市场竞争的日益加剧，客户对产品的质量要求也在不断提高，涂油后铝板带表面优质的润滑性对后续深冲成型加工起到了决定性作用，因此静电涂油成为了铝制罐身料防氧化及加工润滑不可或缺的关键工序。因此，为了满足不同客户对涂覆不同预涂油的制罐料的高质量要求，探索如何将物理和化学性能差异较大的不同油品通过同一台静电涂油机涂覆出高质量的产品是很有必要的。

1 涂油机的工作原理及涂油要求

1.1 涂油机的主要组成

静电涂油机主要由预涂油油箱、伺服供油系统、回油系统、上下喷射刀梁、刀梁恒温系统、高压产生与控制装置、电控系统、行走机构以及辅助穿带导板等组成。

民国初年，经人介绍，祖父受聘英商汉口汇丰银行首任买办。汇丰银行各部门负责人多由外籍高级职员担任，但买办间由华人买办管理，主要办理现金收付和行庄票据收兑。由于汇丰银行所收款项是次日上解，因此李家始终拥有汉口汇丰银行一天包括江汉关税银在内的全部资金，这笔巨额资金为李家生意大进大出提供了条件。此间祖父还担任了海通银行买办、汉口广东银行司库等。随着李家转入金融行业，九江已负盛名的李广记营造厂逐渐停业。

1.2 涂油机的工作原理

涂油机的工作原理：预涂油箱将预涂油加热到设定温度，然后通过定量供油泵和伺服计量泵按照机列速度的变化精确地将定量的预涂油供到喷射刀梁。同时，高压产生器将稳定的高压直流电输出到喷射刀梁。上下刀梁接通高压电源后，会在刀梁间形成高压静电场，由于涂油机刀梁的刃口比较尖锐，位于刃口的同性电荷极易汇集。带材通过圆盘剪切边后的废边通过金属接地，就使得带材与上下刀梁间形成了高压电场。此时刀梁刃口处汇集了大量荷电的油珠，它们在尖端放电以及电场的作用下克服内部和表面张力迅速雾化，最后吸附在高速通过的铝带材表面从而形成均匀的油膜。工作原理见图1。

“李约瑟问题”是当今世界科学史家感兴趣的话题，各国学者从不同角度进行研究，做出了各自不同的解读。这里，我们将讨论如何以现代的眼光看待中国古代科技成就的问题。

图1 涂油机工作原理

1.3 涂油机的技术要求

足够高的液体黏度δμ＞＞1：

表1 涂油机技术要求

2 液体静电雾化机理

主要影响静电涂油机涂油质量的因素有：预涂油的黏度、电导率、温度、刀梁的刃口曲率、刃口缝隙尺寸、输送高压、刃口与带材之间的间隙以及边部效应等。

2.1 荷电阶段

高速涂油机的油液荷电主要是利用两个高压发生器直接将高压通过特殊电缆供给喷射刀梁，进而使刀梁中的油液带电。随着输入电压由低逐渐升高，油液会出现大滴降落、小滴降落、柱状降落、泰勒锥、锥-线挥舞、多级喷射和双泰勒锥等七种不同的几何形态，其中泰勒锥状态是属于稳定状态，雾化效果好，也是静电涂油的理想状态。预喷油喷射几何形状详见图2。

图2 预喷油喷射集合形状图

为了能让高切机列涂油机也能使用不同流动形式的预喷油，针对奎克油品油黏度高、电导率大的情况，我们主要从以下几方面入手。

式中，VC为临界电压，H为喷射梁刃口与带材之间的距离，L为预喷油的初始半径，T为预喷油的表面张力，式中假定液滴周围是空气。

2.2 射流阶段

喷射梁的刃口曲率半径和缝隙越小（高切涂油机刃口缝隙≤0.10 mm），越有利于静电雾化的发生，且刃口节流致使油压均匀。由于喷射刀梁和带材平行，在沿刀梁长度方向形成均匀分布的电场。油液在均匀油压和均匀电场的共同作用下，沿刀梁方向形成间距等长的射流油线。射流过程中，油线之间的间距随伺服泵供油的增加而减少，油线的长度随供油量的增加而加长。射流油线的直径是预涂油物理性质和流速的函数[3]：

牧野的理念是“质量第一”，牧野提供的不仅仅是机床，而是一个系统，能帮助客户建立一个适应高效、高柔性的现代加工体系。牧野的产品与日本、欧美等同类产品相比，价格居中，整体性能已得到用户的认可。在汽车行业应用较为广泛的有卧式加工中心a1系列，它是专为大批量、高速和柔性零部件生产研发的新一代高速卧式加工中心。牧野中国的业务包括设计、生产和销售，并提供相关产品的技术和维修服务。

高速切边机生产速度快且其配套的涂油机涂覆宽度较宽，为保证制罐料在后续冲压过程中的润滑效果以及头尾利用率，客户对机列升减速段、稳速段整个过程的带材横断面涂油均匀性要求特别高，具体参数详见表1。

第二，经济支持。(1)税收支持。泰国政府通过低息贷款或减税等政策，支持购买昂贵的医疗技术等；印度政府降低进口医疗器械的关税，以外汇方式支付的医疗服务“视同出口”，享受同样的出口激励。(2)财政补贴。泰国政府投资数百万美元补贴“医疗中心项目”。

低液体黏度δμ＜＜1：

式中，dj为射流油线直径，γ是液体-气体表面张力，ε0是真空介电常数，ρ是液体密度，Q是流速，K是液体电导率。现场使用的预涂油黏度远大于1，射流直径取决于涂油时预涂油的流速，流速越快，射流直径越大，反之越小；对于不同的油品，电导率越高，射流直径越细，反之越大。

2.3 雾化阶段

随着油液油线喷射变细，根据E=U/D，电场随着距离增大而降低，预喷油受到的内部力Pi（液体内部张力Рγ和排斥力Рeχ）和外部力 P0（液体表面张力Рυ和外部阻力Рres）逐渐不平衡，当Pi＞ P0时，预喷油发生散裂而雾化，详见雾化示意图3。

图3 雾化示意图

3 主要涂油质量缺陷及其影响因素

3.1 涂油质量缺陷

静电涂油质量缺陷主要存在以下几个方面：（1）油膜厚度（单位面积重量）与设定值超差；（2）带材纵向通条漏涂；（3）带材横断面涂油不均；（4）预涂油油滴雾化效果不好，油滴颗粒粗大等。

3.2 影响涂油质量的因素

静电雾化涂油主要是指液体通过某种荷电机理带电后，液体在表面张力、电场力、重力、粘滞阻力等作用下引起液体内外张力不稳定，导致液体分裂、雾化。根据Taylor[1]研究结果形成的泰勒锥理论，结合现场涂油机的多次测试及运行跟踪，确认静电涂油主要分为荷电阶段、射流阶段、雾化阶段和吸附阶段。

统计2011年6月至2017年6月这6年中每年的破坏性手术总量与当年住院手术总量比较，从图1中可以看出破坏性手术量在温州医科大学附属眼视光医院住院手术总量中所占比例呈轻度下降趋势。

为了实现较好的涂油质量，通过借鉴经验及现场实际运行测试，得出影响涂油质量的关键要素的实例支撑。

从同一角度进行分析，显然也可更好地理解国际上关于教师专业成长的这样一项共识，即是对于“在实践中学习”的突出强调．例如，在论及在职教师的专业发展时，由国际数学教育委员会组织的专题研究“数学教师的专业教育与发展”（ICMI Study 15）就采用了“在实践中和向实践学习”（Learning in and from Practice）这样一个标题[3]．

（5）高全杰[5]通过实验室研究得出结论：刀梁刃口曲率越小，雾化颗粒越小；刃口缝隙越细，雾化颗粒越小。

（2）通过多次现场测试摸索，通过设置合理的电压获得泰勒锥，泰勒锥是我们静电涂油机追求的最佳几何形态。

（3）增加自动寻边系统，避免因边部效应造成带材边部的涂覆量过多。

（4）1999年，Barrero[4]研究了电导率和黏度对泰勒锥内部液体运动的影响。因为电导率决定了雾化时作用于液体锥表面的电切应力，所以起着至关重要的作用。

4～6岁儿童处于前运算阶段(2～7岁)，已经建立了符号功能，能凭借象征性符号进行思维，即可以形成一定的概念，但是，由于掌握的词语、语句还比较匮乏，尚未形成类概念(明玉君，2009)。这意味着4～6岁的儿童能够有基本的死亡概念，但可能在某些维度上发展并不成熟。考察儿童对死亡的无功能性的理解情况，即儿童来生信念的特点，能反映儿童对死亡认知的水平及朴素生物学的理解。

（1）现场涂油机的多次测试和生产运行验证表明，喷射梁刃口与带材的最佳距离为200~250 mm。

为了控制集成学习模型复杂度，通过动态权重降低了高精度分类样本的权重，有效控制了最终分类器的样本数量，从而控制了集成学习模型复杂度。

4 油品差异对涂油质量的影响

长期以来，我们使用的是涂油质量较为稳定的油品汉高 DTI-8100A和PL-A。随着市场的开拓，部分客户指定预喷油为奎克 PL-30。由于该油品的指标参数（详见表2）与汉高油品差异巨大，属于不同流动形式的液体。汉高油品是低黏度和低电导率，其流动的典型雷诺数较大；而奎克油品具有足够高的电导率和黏度，相应的雷诺数很小。在未充分理解和了解静电雾化的机理之前，将奎克油品作为预涂油生产时，经常产生刀梁放电、油液雾化颗粒粗大、带材横向方向涂油不均甚至漏涂等质量缺

表2 油品指标对比表

Taylor研究表明，一定黏度的小分子液体喷射出流体的临界值Vc可以由下式确定[2]：

（1）涂油温度范围选择。对汉高油品8100、汉高PL-A和奎克PL-30油品分别做了黏度-温度化验。从实验结果可知，汉高两种油品的黏-温曲线接近，当温度高于40 ℃之后，黏度随温度增加而降低的趋势趋于平缓；而奎克PL-30油品在油温较低时，黏度较高，当温度高于60 ℃之后，黏度随温度增加而降低的趋势趋于平缓。由于汉高油品的温度在45 ℃左右时涂油质量较好，处于该温度下的黏度值为27 mm2/s左右，为了保证涂油黏度值接近，所以我们摸索奎克PL-30的涂油温度范围初步选定在65~75 ℃，黏度范围为33~24 mm2/s，见图4、图5和图6。

电机的主要尺寸是指定子铁心内径Di(或极距τ)及铁心长度lt，选择和确定Di和lt时应考虑下列问题[1-4]：

图4 汉高8100黏-温曲线

图5 汉高PL-A黏-温曲线

图6 奎克PL-30黏-温曲线

（2）油品温度调整试验。由于奎克油品的选择温度较高，我们提高涂油机的油箱温度设定，同时提高刀梁恒温系统的加热油油温设定。随着预喷油的温度提升，当温度超过75 ℃之后，奎克油品易老化，影响油品的稳定性。为了保证油品质量，将奎克油品的涂油温度预定到65 ℃左右，刀梁恒温系统设定到 75 ℃左右。

（3）优化上下刀梁电压设置。根据汉高油品涂油时的电压设置经验以及对奎克油品的泰勒锥临界电压计算，在预涂奎克油时，对上下刀梁的电压设定从70 kV开始逐步摸索增加：在70 kV时，刀梁的涂油几何形态介于柱状形态与泰勒锥形态之间，油雾颗粒粗大，雾化较差；随着电压逐渐增加至85 kV左右时，涂油几何形态逐步接近泰勒锥，雾化颗粒变小，油雾均匀；当电压高于95 kV后，涂油几何形态呈挥舞形态，带材出现漏涂，刀梁偶尔出现放电现象。

（4）上下刀梁与带材的距离摸索。由于油品在雾化过程中，油雾颗粒除了受液体内外张力之外，还受到电场力、油粒自重力、空气阻力、带材高速运行时空气流动的外力和环境温度等因素影响。所以分别对上下刀梁与带材之间的距离进行适当调整，在确保上涂油质量稳定的基础上，下刀梁与带材的距离相对于上刀梁大10%左右为佳。

在奎克油品的涂油试验阶段，我们通过理论计算、油品化验和现场摸索，不断优化预涂油的设定油温、刀梁恒温系统的加热油设定温度、差异性设定上下刀梁高压、调整刀梁与带材之间的距离等途径，终于实现三种油品在相同机列上均可高质量稳定生产。

5 结论

（1）同一台静电涂油机可以通过优化油品工作温度和调整高压发生器电压，实现理想的涂油效果。

（2）预涂油涂覆时的理想运动黏度范围为25~35 mm2/s。

（3）高压发生器的电压设定决定预涂油雾化的几何形态，通过设定合理的电压达到泰勒锥形态是最佳的涂油质量。

（4）通过现场摸索和总结，典型雷诺数较大的油品（奎克油）较雷诺系数小的油品（汉高油）需要的涂覆电压要高。

（5）现场实践与分析结果表明，受油雾自重、高压静电电场等因素影响，下喷射刀梁与带材的距离较上刀梁要小10%左右才能使带材上下表面涂油质量达到最佳效果，且边部寻边系统可以有效减轻因电场边部效应引起边部涂油较多的质量影响。