专利名称：一种废油处理装备涂层力学性能的喷涂智能控制方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废油处理装备涂层力学性能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：
废油处理装备的主轴等大型轴类零件失效的修复采用高速电弧喷涂技术，其修复 层的力学性能是确定喷涂工艺参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料实验 机上按照规定的实验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力一应变曲线。喷涂涂层是 被氧化物和微孔隔离开的单个颗粒的不规则堆积，具有非均勻性，涂层内的氧化物越多、孔 隙率越高，喷涂粒子与基体及粒子与粒子之间的结合强度越差，因而喷涂的力学性能主要 决定于颗粒之间的结合力而不决定于颗粒本身的强度。采用合理的电弧喷涂工艺参数，可 使涂层较小的空隙率和较少的氧化物，从而具有较好的力学性能。
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，高速喷涂涂层的 力学性能的要求也随之提高，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、宏观硬度和力学性及 较小的空隙率。然而每一个参数对涂层力学性能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力学性能的设计，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 油装备涂层力学性能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，使之喷涂系统涂层力学性能达到最优。
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，获取涂层力学性 能与喷涂工艺参数的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力学性 能的涂层，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，力学性能达到最优。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力 学性能的影响。
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。
具体实施例方式
下面结合实施例，本发明采用的方式和技术参数如下
对工件采用压力喷砂预处理，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，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，保证 喷涂时所用的气体是完全干净、干燥的。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。丝材为常用的耐蚀力学涂层lCrl3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-M0mm，压缩空气供气系统的供气工作压力在0. 3-0. 9MPa,喷涂拉伸 试片直径为25mm，长70mm，涂层厚度0. 40 0. 50mm.将喷涂完毕的试片涂层面约去掉 0. 02 0. 04mm涂层做表面均勻化处理，然后用粘结剂把试片涂层端粘结在试棒上，用试样 固定好，放置在固化夹具上，以试棒本身的自重固化。并在温度100 200°C烘箱中固化2 小时，然后随炉冷却，试样的同轴度控制在0. 20mm。将已固化的试样装置在拉伸试验机上， 拉伸速率为2mm/min。
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)为涂层力学性能 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
R1 if X1 is A[ and x2 is A12 and -..and xm is A1m
then y (k) = p'0 + p[x[ + ρ'2χ'2+··· + p'mx'm i = \,2.---,r
这里，Ri表示第i条模糊规则；4为模糊子集，其隶属度函数中的参数称为前件参 数Y为第i条规则的输出；代是结论参数；Χι(·)，χ2(·),…、卜)是输入变量；y(·) 是输出变量；通过运算可得相应的结构参数，即涂层力学性能与喷涂工艺参数的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为涂层结 合强度值为65. 53MPa，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结合强度值为65. 53MPa。
本发明提供的一种废油处理装备涂层力学性能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 系统涂层硬度高，力学性能达到最优，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力学性能的影响。
权利要求
1.一种废油处理装备涂层力学性能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，获取涂层力学性能与喷涂工艺参数的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，得到较佳的涂层力学性能。
2.根据权利要求1所述一种废油处理装备涂层力学性能的喷涂智能控制方法与装置， 其特征在于所述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。
全文摘要
一种废油处理装备涂层力学性能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，获取涂层力学性能与喷涂工艺参数的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，得到较佳的涂层力学性能，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力学性能的影响。
文档编号C23C4/00GK102031475SQ201010613030
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者刘阁, 吴云, 张贤明, 陈彬, 陈登霞 申请人:重庆工商大学