全电制动系统（共3篇）
全电制动系统 篇1
1 引言
履带车辆全电式制动控制系统是应用数字控制、交流永磁电机、丝杠和总线等技术研制的新型制动操纵系统,具有传统制动无可比拟的优势。其原理结构框图如图1所示[1]。
该系统应用在实车中,由于执行部件所处环境恶劣,高低温差大,一般的力传感器很难可靠工作,因此制动器压紧力的测量只能用估算的方法。本文仅以履带车辆单侧制动方案,即只进行一个制动器的控制方案,研究制动器压紧力的估算问题。
2 单侧制动方案
2.1 系统构成
单侧制动系统结构框图如图2所示。
在该系统中采用力传感器是用于进行估算验证。搭建的试验平台如图3所示。
该系统中的制动器为干片式制动器,如图4所示。由于其采用了多个动摩擦片与静摩擦片交替布置的结构,干片式制动器具有良好的制动性能,是高速履带车辆高性能机械制动装置[2]。电动缸是全电制动系统中的重要执行部件之一,主要由电动机和丝杠组成,它将输入到电动机的电能转换为丝杠作用到制动器上的机械能,从而带动制动器的工作。系统采用直线式无刷直流电机滚柱丝杠电动缸[3],如图5所示。
2.2 基本工作方式
基本工作方式分为3种:参数设置与调整工作方式、脚制动踏板工作方式及手动驻车按钮工作方式。
1)参数设置与调整工作方式。
通过电脑程序设置制动空行程、工作行程、最大电流等参数,并调整电动缸丝杠的绝对零位。
2)制动踏板工作方式。
踩踏制动踏板,转动小角度,消除空行程,制动器摩擦片间产生很小压力,继续转动踏板,摩擦片间压力随转角增大而增大;反之,踏板转角越小,摩擦片间压力越小。
3)手动驻车按钮工作方式。
按压手动驻车按钮,电动缸丝杠高速连续运行空行程和工作行程后,电动缸中的制动器断电闭锁,保持丝杠的位置不变,制动器摩擦片间产生最大压力;再次按压驻车按钮,电动缸中的制动器通电解脱,丝杠在脚制动踏板的控制下工作。
3 制动器压紧力计算
3.1 制动器最大压紧力的计算
干片式制动器最大摩擦副比压所能产生的到主动轮最大制动转矩为[4]
T=μ·Kn·pmax·A·re·ic·Z
=μ·Kn·Fmax·re·ic·Z
式中:μ为摩擦系数; Kn为摩擦副压紧力降低系数; pmax为作用在摩擦副上的最大比压,Pa; A为摩擦副面积; re为作用半径,m;ic 为由制动器至主动轮传动比;Fmax 为摩擦片法向最大压紧力; Z为摩擦副数。
根据某车型要求的主动轮最大制动转矩和制动器的结构参数,可求出摩擦片法向最大压紧力 Fmax为20kN。将此值设定为制动器的最大压紧力。
3.2 电磁转矩与电流的关系
无刷直流电动机采用开-关矩形波电流控制器时的电磁转矩为[5]
式中: E0为空载反电动势; i(t)为电机绕组中的电流; ω为电动机转子电角速度,与机械角速度Ω的关系为ω=pΩ。
3.3 电磁转矩与压紧力的关系
同步电动机的转矩平衡方程式[6]为
Tem=T2+T0
式中:T2为输出机械转矩;T0为空载转矩。
丝杠产生工作推力(即制动器压紧力F )所需的转矩 T′为
T′=FL/2πηs
式中:L为丝杠的导程;ηs为丝杠的效率。
电机输出的转矩 T2为
T2=T′/iη
式中:η为电机过载系数;i为电动缸系统中电机和丝杠之间减速机构的传动比。
得出:
Tem=T′/iη+T0=kF+T0
式中:k为一常数,k=L/2πiηsη。
3.4 压紧力与电流的关系
由上所述,可得压紧力F与电机电流i(t)的关系如下:
E0值为[5]
式中:f为电源频率;Kdp为绕组因数;N为定子绕组每相串联匝数;KΦ为气隙磁场波形系数;bm0为空载永磁体工作点磁通密度标么值;Br为剩磁密度;Am为永磁体提供每极磁通截面积;σ0为空载漏磁系数。
由于电机所用的永磁材料为钕铁硼,其居里温度较低,温度系数较高,因而其磁性能热稳定性较差,Br会随着温度的升高而降低,造成高温时压紧力F减小。因此,压紧力不仅与电流有关,还与温度有关。
3.5 压紧力与丝杠位移的关系
电动缸丝杠直线伸出,带动干片式制动器的动摩擦片组向静摩擦片组靠拢,空行程消除后,摩擦片组间完全接触,压紧力开始产生,此后随着丝杠位移的增大,压紧力也随之增大,直到电机电流达到最大值,电机堵转,丝杠位移不再增大,此时压紧力也为最大值不再增大。压紧力与丝杠位移的关系由制动器的特性决定,可由试验得出特定条件下的关系曲线。
4 压紧力估算试验
4.1 利用电流估算压紧力
将力传感器串联于丝杠与制动器之间,设定最大电流值,电机堵转后,记录力传感器值,试验多次,求取平均数,即为该电流在设定条件下的压紧力。同样方法得出一组电流所对应的压紧力,拟合出压紧力-电流曲线,并进行试验修正。条件为环境温度17℃,空行程0mm,工作行程2mm。试验数据如表1所示。压紧力-电流拟合曲线如图6所示。
从图6中可以看出,二阶多项式的拟合效果已经比较好,三阶多项式的拟合曲线几乎穿越所有的样本点。采用的二阶多项式如下:
F=0.3578I2-4.9093I+29.92
经力传感器实测验证,该多项式的计算值与实测值的最大误差为0.14kN,满足系统要求。
4.2 利用丝杠位移估算压紧力
将力传感器串联于丝杠与制动器之间,设定环境温度、最大电流值、空行程、工作行程等条件,记录丝杠位移变化时力传感器的值,试验多次,求取平均数,即得出在设定条件下的压紧力-位移数据,拟合出压紧力-位移曲线,并进行试验修正。条件为环境温度26℃,最大电流13.2A,空行程19.21mm,工作行程4.43mm。试验数据见表2。压紧力-位移拟合曲线如图7所示。
由图7可以看出,二阶多项式拟合曲线与三阶多项式拟合曲线几乎完全重合。采用的二阶多项式如下:
F=1.2942s2-51.096s+505.1402
经力传感器实测验证,该多项式的计算值与实测值的最大误差为0.13kN,满足系统要求。
5 结论
本文所述的两种方法均可对制动器的压紧力进行估算,且误差均能满足系统要求。比较而言,利用电动缸丝杠位移来估算压紧力的方法更为准确、实用。主要原因为:1)电动缸的位移传感器测量精度远远高于电流传感器的测量精度;2)电流估算法受温度变化的影响较大,虽然可以把温度系数计入考虑,但却增加了试验的工作量和算法的难度。通过本文研究可实现全电制动系统无力传感器的压紧力闭环控制。
参考文献
[1]尚颖辉.电控制动技术在四代坦克上的应用研究[C]//坦克装甲车辆理事会.四代主战坦克装备技术发展研讨会论文集,2009:106-110.
[2]宁克焱,万丽,于定跃.干片式制动器状态监测及预警系统研究[J].微计算机信息,2009,25(7-2):223-225.
[3]EXLAR.EXLAR 2008 Product Catalog[Z].2008.
[4]闫清东,张连第,赵毓芹,等.坦克构造与设计:下册[M].北京:北京理工大学出版社,2007.
[5]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2006.
[6]彭鸿才.电机原理及拖动[M].北京:机械工业出版社,2009.
全电制动系统 篇2
射器研制
关键字 >> 全电推进电磁弹射马伟明科技进步奖中国海军中国基础研究
上周，外媒称卫星照片上发现中国正在进行电磁弹射器实验，类似技术是美国最新航母“福特”级的核心技术之一。最近，中国工程院院士、海军工程大学教授马伟明在获国家科技进步奖时的获奖感言被许多网民转发。在这段发言中，马院士透露，中国电磁弹射技术研究已获成功。这篇讲话中还透露了关于我国舰船全电推进系统等同样由马院士主持研究的重大军事技术研究项目的进展情况。
工作中的马伟明院士
马伟明院士曾是中国工程院最年轻的院士，他出生于1960年，致力于独立发供电系统研究。创建并发展十二相发电机整流供电系统的基础理论体系，攻克系统中稳定性预测、固有振荡抑制、复合故障诊断、短路保护等国内外长期未解决的关键技术难题（德国有关公司购买其稳定装置专利），研制出具有国际先进水平的十二相发电机整流供电系统，已装备应用，获2000国家科技进步一等奖（第一名）。提出三相/十二相双绕组电力集成新原理，据此研制出艇用交直流混合发供电系统。在独立电力系统电磁传导干扰预测理论和抑制技术上取得突破，完成了运载工具不同供电系统电磁兼容研制。上述成果既有理论创新和发展，又解决工程中关键技术难题，并得到应用，取得了重大的成绩。还获国家发明三等奖2项，军队科技进步一等奖3项、二等奖4项，国家专利4项。出版专著2部，在国内外一级专业刊物发表论文61篇，撰写研究报告36份。主持建成博士学位授权点和博士后流动站，领导的课题组获得国家自然科学基金“创新研究群体”资助。培养博士、硕士50名。放弃国外高薪聘任，三度婉拒行政领导职务，全心投入科研和教学第一线，为国防建设和学科发展做出重要贡献。
马伟明院士对我国海军电气技术研究功勋卓著，先后两次荣立一等功
位于中国东部某大城市附近的中国航母装备陆上实验设施
在这篇发表于2011年的获奖感言中，有一段文字提到“某项尖端技术”，称其为“代表未来新型主战舰船标志性的核心技术”，在这篇文章发表当时尚不能解读这段文字中究竟提到的是什么。现在结合诸多其他信息，可以发现，马伟明院士的这段话说的就是我国航母电磁弹射器技术。文中称，该设备于2008年制成首台原理样机，随后制成1:1全尺寸样机，“突破了全部关键技术，实现了与世界最先进技术的同步发展”。美国航母电磁弹射器地面实验设施于2010年成功定型。这意味着，中国航母电磁弹射器已于同一时间完成定型测试，并可能已成功进行飞机弹射试验。这一信息可以通过曾发表于《解放军报》的一篇表彰马伟明院士的文章中的部分内容得到交叉证实，文章称：“在科研前沿高地上，只要是马伟明看准了的课题，即使无人投一分钱，他也会自掏腰包硬着头皮往前闯。5年前，他瞄准一项国际科技领域的尖端技术，申请到100万元论证经费。但论证报告完成后，再也没人给他投钱了。原因很简单：国家数亿元的专项科研经费已经拨付给了对口的研究机构。马伟明犟劲十足：‘砸锅卖铁也得干!’他从自己的科研积累中拿出2000万元，率领实验室一帮青年专家埋头苦干两年，研制成功了小型样机。”
马伟明院士在讲解某新型设备
马伟明院院士带病坚持工作
马伟明41岁时成为中国工程院最年轻院士
此前曾有外媒报道，中国海军早年间曾开展航母弹射器研究，当时根据80年代从澳大利亚购买的旧航母上的旧式弹射器，基本摸清了蒸汽弹射器的构造原理，并展开进一步研究，希望能够研制出与美国海军C-13蒸汽弹射器类似的大型蒸汽弹射器，用于我国航母。经测试后发现我国自行研制的蒸汽弹射器结构上存在一些问题，难以满足弹射多种型号舰载机的要求。蒸汽弹射器技术极为复杂，光靠海军本身科研院所难以独立完成进一步的改进工作。因此才有了军报报道中提到的马伟明院士勇闯尖端技术，开创中国电磁弹射器事业的这段往事。
马伟明院士（左起第三人）在工作中
此外，马伟明院士的获奖感言中还提到了我国的AIP潜艇的发电系统的研制情况，这一设备在世界范围内属独创性技术。在这一技术出现前，由于不依赖空气动力系统总功率小，难以同时满足驱动潜艇航行、电子系统和充电的需要，因此全世界包括德国、瑞典（日本“苍龙”级潜艇使用瑞典技术）等发达国家研制的AIP潜艇都只能以1-2节的航速在水下慢慢“爬行”，与传统的常规动力潜艇相比也仅仅是提高了在水下潜伏的时间。而马伟明院士主持研制的新型发电、变电系统一举改变这一情况，我国039B型（西方称“元”级）AIP潜艇采用这一技术后可以同时满足水下低速航行和为主电池充电和为潜艇电子系统供电的需要，由此真正实现了常规动力潜艇在水下长期航行作战的需要，犹如一艘“小核潜艇”。去年俄罗斯与中国达成协议，与中国联合研制“阿穆尔”级潜艇的AIP型，从侧面说明了马伟明院士领导研制的这一技术的领先地位。
马伟明院士获奖感言中提到的舰船综合电力推进系统也是中国近年来海军领域追赶世界最高水平的研究成果之一。马伟明在讲话中说：“舰船综合电力系统是舰船动力平台的第三次革命。它将日常供电、电力推进供电和现代高能武器供电三者合而为一，由于取消了传统的机械推进装置，从源头上降低了声隐身问题的解决难度，同时为电磁轨道炮、激光炮等新概念武器上舰创造了条件。”据外媒报道，中国新一代多用途护卫舰054B型上将首次使用这一先进技术，这将是一种主要承担反潜任务的作战舰只。（翻页为马伟明院士讲话全文）
尊敬的各位领导，同志们：
我是一名军队的普通科技工作者，我叫马伟明。今天，我的心情十分激动。回顾近30年的科研创新之路，我深深体会到，作为党和军队培养的院士，必须以提高国家核心竞争力、军队战斗力为己任，以打赢未来战争为目标，勇于担当，敢为人先，全身心投入科技创新实践，才能真正实现自己的人生价值。
“一个国家的科技竞争力决定了其在国际竞争中的地位和前途。”谁抢占了自主创新的先机，谁就能在激烈的竞争中胜出。
我们知道，核心技术是买不来的，我国的现代化进程长期受到西方国家的技术封锁和制约。上世纪90年代初，我国研制新型常规潜艇，需要进口高效能的十二相整流发电机系统。在与外商的技术谈判中，我们提出该型电机系统存在“固有振荡”问题，对方却不屑一顾，傲慢地声称他们的产品不存在问题。
这件事对我刺激很大，没有科技的强大，中国就谈不上真正强大，而科技的强大是多少钱都买不来的，唯有靠中国人自己发愤图强，真正掌握核心技术，才能在世界高技术领域占有一席之地。我们用仅有的3万5千元，造了两台小型十二相电机，在洗脸间改造的简陋实验室里开展研究。1800多个日日夜夜，我们反复试验，拆了装，装了拆，测量、记录、分析，仅实验记录和报告就堆了半间屋子。在对数十万组数据综合分析的基础上，我们终于查明原因，成功研制出带整流负载的多相同步电机稳定装置，发明了带稳定绕组的多相整流发电机，从根本上解决了“固有振荡”难题，此项发明荣获国家科技进步一等奖。当我再赴该公司验收设备，指出该类电机系统存在的设计缺陷时，外方首席专家还狡辩：“你的理论太离奇，我们听不懂。”说完转身要走。当时一股热血直冲头顶，我强压怒火，直视对方，一字一板地说：“先生，我们是在讨论科学，你不懂，我可以免费教你！”外国专家一下子就懵了。当他们从世界专利索引上证实“带整流负载的多相同步电机稳定装置”是由我发明的，又提出“私下交易”，要我帮他们解决“固有振荡”。我对他说：“专利技术是有价的，它不仅属于我个人，更属于我的祖国！”此后，这家公司不得不将原来视为核心机密的整套设计图纸送我们审查，并花高价购买我们的专利。从对我们进行技术封锁到向我们购买专利，从对我们傲慢无礼到请求我们解决技术难题，这件事说明，中国人完全有能力赶超世界先进水平！
二战以来，各国海军一直致力于高性能潜艇的研制。但由于潜艇空间狭小，承载重量受限，为其提供体积小、重量轻、容量大、效率高的交直流电源，一直没有理想的解决方法。当我们率先提出用一台电机同时发出交流、直流两种电的设想时，电机界普遍认为，这是天方夜谭。搞技术创新，就是要人无我有、人有我优。经过充分论证，我们首次提出电力集成的技术设想，经过16年刻苦攻关，终于研制出了世界上首台交直流双绕组发电机系统。该产品2002年通过鉴定，正式生产装备部队。从此，中国潜艇真正拥有了中国人自己设计制造、并具有自主知识产权的“中国心”！受此鼓舞，我们马不停蹄，集中力量，向第三代集成化发电系统的研制发起全面冲击，多项关键技术被突破，3兆瓦级高速感应电机系统很快研制成功。这一创新成果先于美国研制成功，几步跨越确立了我国在该领域的国际领先地位。
在电机研制过程中，我们注意到中国风力发电的主要设备还被国外垄断着，我国为此付出昂贵的购买费用。我们决心利用已经掌握的相关技术，主动作为，打破垄断。经过两年多努力，成功研制出大功率风力发电变流器，其性能指标均优于国外同类产品。消息一经公布，立即在世界上引起强烈反应，一台风力发电变流器对中国的销售价格，从230万元一路跌至90余万元。这项技术对于我国新能源的开发利用具有划时代意义，国家发改委特将我们研究所确定为国家新能源接入设备研发实验中心。
三代新型供电系统电机和风电关键设备的研制经历，使我更加坚信，欧美国家在电气工程领域的垄断不是打不破的，在核心技术上超越欧美也不是不可能的，落后更不是中国的代名词，只要坚持不懈的自主创新，不断提升核心技术的研发能力，就一定能增强国家核心竞争力，实现真正意义上的超越！
一支军队的发展，离不开科技优势作后盾。在新军事变革加速推进的今天，谁先抢占科技制高点，谁就能在未来战争中赢得主动。
我认为，对军队来说没有平时和战时之分，只有战争和准备战争之别。而战场上的胜负，更多的取决于战争准备。在新军事革命挑战的今天，军事科技在战斗力中的地位和作用更加凸显。敌我双方的较量，更多的表现为科技领域的比拼。作为军队院士，首先是一名战士，我深深感到自己的使命高于天，责任重如山。
舰船综合电力系统是舰船动力平台的第三次革命。它将日常供电、电力推进供电和现代高能武器供电三者合而为一，由于取消了传统的机械推进装置，从源头上降低了声隐身问题的解决难度，同时为电磁轨道炮、激光炮等新概念武器上舰创造了条件。十几年前，美、英、法等发达国家就开始研发这一系统，现已进入实船应用阶段，而我国新型舰船还未能迈过这道坎。本世纪初，我们联合国内10多家科研院所和军工企业，展开课题攻关。但是，其中负责一重要分系统研究的单位，几年来一直没有突破性进展。本来就比别人落后了20年，如果再停滞不前，差距就越拉越大。在普遍认为不可能短时间内取得突破的情况下，我横下一条心，毅然带领团队投入该项关键技术研究，不到4年时间，完成了最关键的电力推进子系统的理论分析、样机制造、系统集成以及功能试验考核，全面突破了新型感应推进电机和新型变频器的核心技术。这关键的一小步，使我国全电化舰船技术整整向前跨越了一大步，一举赶上世界发达国家的研制水平。
我和我的团队秉承这样一个信念：只要海军装备建设需要，再大的风险也要去闯，再硬的骨头也要去啃，再重的担子也要去挑。
某项尖端技术，是近年来世界海军强国争相发展的重点领域，是代表未来新型主战舰船标志性的核心技术。我们瞄准前沿，主动作为，超前介入，自筹资金对这个项目进行自主研发。有人劝我：“一个世界科技大国斥巨资历时十几年都没有完成的项目，你还要强攻硬上，是不是疯了？你现在已经功成名就，万一搞砸了，就可能债务缠身，身败名裂！”我也知道风险很大，但搞科研就得担风险，国防建设急需，天大的风险也要干！否则，国家要我们这些院士干什么？5年里，我们不分昼夜地连续攻关，就连大年初一也在实验室过。遇到的困难不计其数，承受的压力难以想象，经历了无数次的失败。在军委、总部和海军首长的高度关注和支持下，2008年我们终于研制成功小型样机，接着又做出了1：1单元设备样机，突破了全部关键技术，实现了与世界最先进技术的同步发展。当7位院士、80多位著名专家学者前来参加成果鉴定时，一位白发苍苍的老专家抚摸着样机，激动得流下热泪。军委胡锦涛主席在反映攻克这一技术难关的报道上批示，要继续对马院士的科研工作予以支持。胡主席的亲切关怀，使我们团队倍感振奋，深受鼓舞，大家决心不辜负党和人民的重托，发扬“两弹一星”精神，为共和国的国防建设做出新的更大贡献！
每一项事业的成功，都离不开核心价值观的支撑。在充斥着太多利益和诱惑的今天，唯有坚守一份淡泊和清贫，才能潜心攻关克难，勇攀科技高峰。
我觉得，人是要有点精神的，要有精神支柱，要以当代革命军人核心价值观作为支撑。有人说我这个人，人如其姓，是一匹脾气倔、性子急的烈马。其实，这个比喻挺好！我心甘情愿做一匹驾辕拉套的马，为了国家利益和国防事业，鞠躬尽瘁，死而后已。
有人问我，你最缺的是什么？我说是时间。与世界发达国家相比，我们很多技术特别是关键技术存在着一代甚至几代的差距。因此，我们必须与发达国家赛跑，与时间赛跑，外国十几年搞出来的东西，我们必须在更短的时间内，发挥后发优势搞出来。有人算过一笔账，一年365天，我们没有双休日，没有寒暑假，基本上是“五加二”、“白加黑”，天天在搞科研，1年顶别人3年。2007年，我父亲患胃癌到武汉做手术，当时我特别忙，天天在实验室，把已经联系好住院的事忘说了。老爷子见几天没动静，气呼呼地闯进实验室，对我吼了起来：“马伟明，你上不管老下不管小，家里事不闻不问，你究竟着了什么魔？”我一听懵了，这才想起来，赶紧安排送老爷子去医院。事后我也内疚，感到这些年来对家人确实亏欠太多。但我不后悔，强大家、亏小家，是当代革命军人义无反顾的选择。
有人问我，你这么拼死拼活，究竟图的是什么？我回答，我一不图名，二不图利，三不图官，就想实实在在为国家和军队做点事。我认为，盯着名利，科研之路注定走不远；盯着权力，科研大门早晚会对你关闭。我和团队搞了几十项课题，我从不在别人的科研成果上挂名；我们拿了很多奖，一些人以为我们赚了很多钱，但知情人却称我们是“最穷的教授”、“高智商的傻子”。说实话，如果我们只想个人发财，每个人都能成百万富翁、千万富翁。但作为军人，不能只盯商场、忘了战场，只图赢利、忘了打赢！有一次，组织上到学校考察干部，一名首长提名要我当校领导。我当时想都没想，就婉言谢绝了。我知道自己的舞台重心在哪里，我们搞科研的人必须心无杂念，远离功名，沉下心来踏踏实实干上二三十年，才可能有所成就。
有人问我，你最担心的是什么？我最担心的是人才断档，后继乏人。我时时提醒自己，生命有尽头，事业无止境。唯有把培养后人、提携后学作为神圣职责，我们的事业才能得到延续。我也是在组织的培养、师长的教诲、同事的帮助下，一路走过来的，34岁晋教授，41岁当院士。在这里，我要特别感谢我的恩师张盖凡教授，他是我军电机学科的开拓者，我们团队的创始人。7年前，张教授殉职在他钟爱的工作岗位上。他对我影响最深刻的，就是他的那种“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”的人梯精神。我对培养年轻人也非常重视，我希望他们超过我，青出于蓝而胜于蓝。我给年轻人出思想，出课题，出经费，让他们在重大课题中施展才华。近10年来，我们团队先后培养了7名博士后、70名博士和116名硕士，连续两年获全国百篇优秀博士论文。这些年轻人，不少人在重大科研项目中领衔担纲，有的已在国际国内科技界崭露头角。我把国家“十五”某重点预研项目的关键技术，交给年仅23岁的博士生王东组团攻关；把1000多万课题经费交给赵治华博士搞研究。这些年轻人都不负众望，干出了出色的成绩。
在我们研究所实验大楼前，矗立着张教授的铜像，每次走过铜像前，我都感觉他在慈祥地看着我们、谆谆地教导我们。能够告慰于恩师的是，我没有辜负他的期望，为了建设强大的国防，我甘愿做一颗铺路石，为青年英才铺设通往成功的道路。
全电制动系统 篇3
乳白玻璃的外观类似于白瓷,我国的陶瓷出口量位居世界第二,每年出口高达100多亿元。用天然的粘土、高岭土为原料通过制胚、烧结等工序生产的产品属传统陶瓷。
但陶瓷产品有诸多缺陷,将乳白玻璃与瓷类相比较如表1。
1 仿日用瓷乳白玻璃的基本原理
乳浊玻璃系指玻璃中含有大量高分散的微粒,其折射率与主体玻璃不同,光线照射后产生散射而呈乳浊,微粒尺寸大于入射光的波长则产生米氏散射,呈现乳白色。分散微粒数量的多少及尺寸的大小,决定了玻璃的透光程度,因而乳浊玻璃可以从半透明、微透明到完全不透明,也可以做成局部透明、局部乳浊的玻璃。
根据乳白玻璃白度的不同,分为珍珠白、砗磲白、霁脂白、凝脂白和藕粉白等。
2 仿日用瓷乳白玻璃的系统
仿日用瓷乳白玻璃的系统有:(一)F-Li2O-SiO2。(二)P2O5-Al2O3-SiO2-CaO。
目前,除氟化物作为乳浊剂外,还有磷酸盐、硫酸盐、氯化物、氧化物。现在常采用混合乳浊剂,如氟化物和磷酸盐共用、氟化物和硫酸盐共用、氟化物和氯化物共用、磷酸盐和氧化物共用等等。
3 全电熔玻璃窑炉
缘于减少乳白玻璃中的氟的挥发,该生产线采用含氟化物的乳白玻璃代替传统日用陶瓷,提高了工作效率,产品上了档次,并且对环境没有污染。是日用陶瓷产品升级换代的最佳选择。
3.1 熔化乳白玻璃的特点
乳白玻璃一般都含有大量极易挥发的组分,如氟化物等。在常规火焰加热的熔窑中,当火焰掠过玻璃液表面时,就会有相当数量的挥发性成分被带走,经过烟道,升入烟囱跑掉,既损失了大量的宝贵原料,又造成了空气污染。同时,由于挥发损失,使得表层玻璃在成分上变得与其下面的深层玻璃差异很大,结果造成了玻璃成分的不均匀。
3.2 电熔窑熔化乳白玻璃是最好的选择
当采用全电熔工艺时,热量是在配合料下面释放出来的,各配合料组分产生的气体要通过配合料层向上逸出。由于配合料温度较低,各挥发分的气体就会凝聚在冷的配合料中,而不会挥发掉,从而使通过流液洞流出的玻璃液能与加入窑炉的配合料在成分上基本保持一致,而使产品的化学成分稳定。另一方面,由于减少了挥发,节约了宝贵的原料,从而使原料成本降低。在常规燃料火焰加热的情况下,配合料中氟化物有大约40%因挥发而损失掉。而采用全电熔时,氟化物的挥发量仅为2%。
3.3 电熔窑熔化乳白玻璃时澄清剂的选择
由于普通玻璃常用的澄清剂As2O3和Na2SO4在高温下氧化能力很强,使钼电极氧化,特别是Na2SO4在高温下分解出O2和SO2的混合体,与钼反应生成MoO3和MoS4,对钼电极的侵蚀严重。因此选择硝酸盐作为澄清剂,其主要优点是:1)硝酸盐熔点低,分解温度低,在配合料的烧结过程中就能与碎玻璃的表面作用,因此对碎玻璃的澄清效果明显。2)硝酸盐的引入,可促使Fe2+向Fe3+转化,有利于乳白色玻璃的脱色。3)硝酸盐的分解反应是在配合料玻璃液的交界面进行的,因此放出的氧气只是集聚在玻璃液上部,对钼电极的侵蚀作用小。
3.4 电熔窑熔化乳白玻璃时乳浊剂的选择
乳白玻璃可以通过引入氟化物、磷酸盐和高折射氧化物等方式来获得。考虑到电熔窑的特点和原料来源,选择氟化物为乳浊剂。为了保证制品具有一定的白度,乳浊剂的含量(以F-计算)以4～5%为宜。乳浊剂用量过低时,玻璃半透明、白度偏低;用量过高时,玻璃的白度并无明显增大,反而易出现析晶,严重时会使玻璃体表面变得粗糙。
由于氟化物的挥发是随熔化温度提高而急剧增大的,因此,一般乳浊玻璃的R2O含量都较高,以降低熔化温度,减少氟化物的挥发。为了促进乳浊,改善析晶能力,提高制品光泽,引入一定量的K2O。考虑到电熔对玻璃液电阻的需求和成形工艺的要求,白色玻璃中R2O的含量约为18～19%。
3.5 电熔窑的结构
该窑采取冷顶垂直熔化,生产能力为30t/d,有三排电极(其中底层电极为启动电极,烤窑时使用)。水冷电极保护。年产10000吨乳白色玻璃器皿。有关情况总结如下。
电熔窑采用地上结构,熔窑最大高度6m,熔窑主体高5m。窑炉基础用钢筋混凝土,适当加固了窑底钢结构。
电熔窑采用六角形结构,熔化面积12m2,池深1800mm。熔化池电极孔砖采用国产的AZS41全致密耐火材料,其它部位采用国产的AZS33全致密耐火材料,池底采用AZS33全致密簿片砖和捣打料,底部保温层厚600mm,池壁保温层厚230mm,以减少窑体的热散失。设计窑龄14～18个月。
电熔窑熔化池采取冷顶加料,配合料层复盖在高温玻璃液面。料道采用复合式加热,上部用硅碳棒加热,下部用埋入式钼电极加热。
电熔窑主电极采用三相供电,电源平衡,不影响电网供电质量,有利于电源变压器功率因数的提高。电熔窑的装机功率2800kW,电熔窑的控温系统采用恒流调控磁性调压器的励磁电流的方案。消除可控硅与感性负载配合使用产生的高次谐波,避免对电网电流冲击,提高变压器的工作效率。
控制系统全部采用集成电路,整个控制线路集中于一块线路板上,可靠性高,一旦出现故障,整板更换,不影响生产。整个系统具有软启动功能,无启动冲击电流,可连续平稳调压,手动给定自动恒流,还具有过流声光报警,自动过流保护,温度自动调节,显示记录。
玻璃液间接测温,仅反映窑内温度变化,不参与调节和控温。
设备运行正常,成品率达到90%以上,单位熔化电耗约0.9kW·h/Kg玻璃液,最大熔化量可接近30 t,最低单位熔化电耗仅0.90kW·h/Kg玻璃液。
窑内最高温度达1450℃,一天的耗电量约为27000Kwh。
电熔窑的结构简图如图1所示。
3.6 电熔窑的接线如图2所示。
3.7 电熔窑的烤窑
电熔窑的烤窑升温曲线如图3所示。电熔窑的烤窑分两个阶段。首先是耐火材料的烘干阶段,这一阶段用煤气作燃料。为了使窑炉的各个部位都得到烘烤,烟囱挡板应合拢,使窑炉系统形成正压。该阶段大约需要持续两天。窑炉上部结构的最高温度应控制在200℃左右。第二阶段是电熔窑的主要加热阶段。对电熔窑主体进行加热,在遵循烤窑要求的前提下,尽可能按照升温曲线升温。电熔窑温度在1200℃时保温12小时以上,目的是让流液洞、上升道和料道在电熔窑加料之前有更多的加热时间。
3.8 钼电极的电流密度
电熔窑熔化乳白玻璃,钼电极电流密度的变化范围是0.5～1.20A/cm2。电流密度超过1.2A/cm2时,就会在乳白玻璃制品中出现黄褐色条纹和黄色或咖啡色气泡。
钼电极在乳白玻璃液中侵蚀加速的原因是由于玻璃液中含有硫化物(平均含0.3%SO3)和铁(约0.06%Fe2O3)。钼电极在电熔窑内处于还原性气氛中,那么形成铁和钼的硫化物的可能性大大增加。为了避免上述情况发生,有必要在玻璃成分中引入2%的氧化锌以替代氧化锶,另外再加入少量的硝酸钾以增加0.5%的氧化钾。要严格地把钼电极的电流密度控制在1.1A/cm2以下,这样就防止出现上述废品。
电极的损耗为每熔制1Kg的玻璃液平均为0.24g。
3.9 该电熔窑的生产氟化物玻璃有以下优点
1)电熔窑熔化乳白玻璃的优点之一就是各种生产工艺参数稳定性很高。该厂一周内生产的乳白玻璃样品中经化验氧化钠含量保持在15.0±0.1%,氧化钾含量保持在2.7±0.03%,氟含量保持在4.6±0.06%。产品合格率大大提高了。
2)熔制气氛稳定:电熔窑中的气氛不受大气和火焰的影响,这为制品的熔制提供了极为方便的条件。
3)占地面积小,土建要求低:该电熔窑的占地面积为60m2,厂房只需一层结构(主车间高9m)即可,并且基础不需特殊处理。
4)建设周期短,经济效益显著:全电熔池窑生产线的设备材料齐全后,20天完成设备安装和烤窑调试工作。
5)用电熔窑生产的乳白玻璃的质量大大高于采用气体火焰窑生产的乳白玻璃。
4 乳白玻璃器皿的生产工艺流程
1、根据配方称量-混合-输送窑头
2、电熔窑熔制-压机压制-退火窑
【全电制动系统】推荐阅读：
电子制动系统07-21
列车制动系统06-17
制动系统原理06-18
电控机械制动系统06-22
排气制动系统故障排除05-28
叉车制动系统的改进06-24
农用车制动系统的维护06-21
牵引/制动07-15
制动原理06-07
鼓式制动06-17