楊順成，張俊鋒，王建兵，李玉穩(wěn)，張海國(guó)

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇四研究所，上海200031)

0 引言

某大型專用設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中存在幾種摩擦副，主要的是活塞跟活塞筒內(nèi)壁的滑動(dòng)摩擦副和活塞上的各種部件跟導(dǎo)向槽口等的滑動(dòng)摩擦副。這些摩擦副的工況條件比較惡劣，如高溫，大載荷和高速，特別是潤(rùn)滑點(diǎn)多，面又廣，且路程很長(zhǎng)，這就要求必須研制出一套完善的潤(rùn)滑系統(tǒng)，采取良好可靠的潤(rùn)滑措施，盡可能讓所有的摩擦副實(shí)現(xiàn)有油潤(rùn)滑，以確保運(yùn)動(dòng)件能可靠有效地工作，尤其是要避免活塞跟活塞筒以及活塞上導(dǎo)向和傳動(dòng)部件跟導(dǎo)向槽口之間發(fā)生干摩擦。研究過(guò)程中涉及的知識(shí)面很廣，包括機(jī)、電、液、蒸汽、傳熱學(xué)和摩擦學(xué)等。研究主要采取理論分析、計(jì)算、計(jì)算機(jī)模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，暴露出其中的不足，在此基礎(chǔ)上再改進(jìn)提高和完善。

1 潤(rùn)滑系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容

1.1 對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的要求

某大型專用設(shè)備的滑動(dòng)摩擦副如圖1所示。這種設(shè)備中的活塞筒很長(zhǎng)，每次運(yùn)動(dòng)件在筒內(nèi)的運(yùn)行距離幾乎跟整列筒等長(zhǎng)，沿長(zhǎng)度方向每4 m內(nèi)筒上的潤(rùn)滑點(diǎn)布局幾乎是一樣的:活塞筒兩側(cè)布有4個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)(A，B各2個(gè))，長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ分布，作活塞筒內(nèi)壁噴射潤(rùn)滑油之用;對(duì)應(yīng)段活塞筒頂上布有3個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，其中1個(gè) (D)作導(dǎo)向槽口壁上噴射潤(rùn)滑油之用，另2個(gè) (2個(gè)C)作導(dǎo)向槽口上部?jī)?nèi)壁包括頂面噴射潤(rùn)滑油之用，共有近400個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn);摩擦副承受的正向載荷最高達(dá)269 kN，運(yùn)動(dòng)件末速很高，而且摩擦副處于高溫環(huán)境，平時(shí)的溫度在130℃左右，運(yùn)動(dòng)時(shí)溫度高得多。潤(rùn)滑油是消耗性的，不能循環(huán)使用，這就要求提供的潤(rùn)滑油適量，每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)噴油量均勻，而且噴射要有力，在活塞筒內(nèi)表面上噴射后的潤(rùn)滑油覆蓋直徑要盡可能大。具體技術(shù)要求如下:

潤(rùn)滑油閃點(diǎn) ＞220℃;

每次可噴總油量 4 L;

每次每個(gè)噴嘴噴油量 10 ml;

噴射間隔時(shí)間 12 s;

噴射距離600 mm處油膜覆蓋直徑 ＞200 mm。

圖1 潤(rùn)滑區(qū)域和潤(rùn)滑盲區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of lubricating and blind area

1.2 研究目的與內(nèi)容

該潤(rùn)滑系統(tǒng)涉及的具體研究?jī)?nèi)容比較廣泛和深入，從時(shí)序上要求研究?jī)?nèi)容須具有承前啟后的作用。基于這一目的確定的研究?jī)?nèi)容如下:

1)潤(rùn)滑油注油方式的選擇;

2)潤(rùn)滑油的選型;

3)潤(rùn)滑油管路布局;

4)油源參數(shù)的確定;

5)潤(rùn)滑油加熱方式的確定和蒸汽流量的計(jì)算;

6)潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成和工作原理;

7)潤(rùn)滑系統(tǒng)的操控;

8)噴油效果的提升。

2 研究過(guò)程和方法

2.1 潤(rùn)滑油注油方式的選擇

圖2 活塞油缸噴射原理圖Fig.2 Injection principle of piston and cylinder

一般潤(rùn)滑油 (以下簡(jiǎn)稱滑油)的粘度比較高，越是耐高溫的，其粘度越高，而且溫度對(duì)其粘度的影響越顯著，溫度越高粘度越低，溫度越低其粘度越高，直至凝固。因滑油是在溫度150℃ ～250℃工作，所以選用的滑油粘度應(yīng)很高，以確保在150℃時(shí)仍然具有較高的粘度，使摩擦副中仍能形成一定厚度的油膜，保護(hù)摩擦面，但在常溫時(shí)這樣的油傳輸阻力很大，不便輸送，尤其是要形成噴射很困難，單靠一般的滑油泵 (2 MPa左右)提供的壓力實(shí)現(xiàn)噴射，特別是路程達(dá)100多米時(shí)幾乎不可能，因此只能采用液壓力推擠來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，采用活塞油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)噴射，首先滑油通過(guò)單向閥進(jìn)入油缸左端的滑油腔推動(dòng)活塞右移將液壓油經(jīng)二位三通電控閥 (下稱電控閥)壓回液壓油箱，噴油嘴開(kāi)啟壓力比滑油壓力大得多，待活塞推到右端終止，接通電控閥，閥動(dòng)作，液壓油經(jīng)它進(jìn)入油缸右端的液壓油腔，活塞推擠左邊的滑油，待左腔滑油壓力上升到噴油嘴開(kāi)啟壓力時(shí)，滑油噴射而出，直至活塞移動(dòng)到左端終止;斷開(kāi)電控閥，閥動(dòng)作，在滑油壓力下推動(dòng)活塞右移，液壓油腔中的油直接回液壓油箱，直至活塞推到右端終止，滑油腔中的滑油處于待命噴射狀態(tài)。因每節(jié)活塞筒上共有7個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，且分散，相隔距離比較遠(yuǎn)，所以把它們分為2組 (見(jiàn)圖3)，1組匯集4個(gè)活塞油缸，將之做成1個(gè)閥件，稱之為油缸分配器A型，其油口連接到4個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的噴油嘴，另1組匯集3個(gè)，稱之為油缸分配器B型，其油口連接到3個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的噴油嘴?；瓦M(jìn)口B1和液壓油接口B2分別接到滑油主油管路和液壓油主油管路。

圖3 油缸分配器的結(jié)構(gòu)與型式fig.3 Structure type of oil cylinder distributor

2.2 滑油的選型

滑油的選型對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要，特別是關(guān)系到潤(rùn)滑的效果，同時(shí)也影響到潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇。根據(jù)使用工況和調(diào)研，先選定了2種滑油:38號(hào)汽缸油和20號(hào)航空潤(rùn)滑油，然后用2種方式對(duì)之進(jìn)行比較:

1)用試驗(yàn)比較在不同溫度下的噴油效果;

2)用儀器設(shè)備測(cè)試其抗磨性能并作比較。

2.2.1 試驗(yàn)比較在不同溫度下的噴油效果

為此特設(shè)計(jì)了1個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，在48.3 mm×100 m的滑油銅管路和與其等長(zhǎng)的φ38 mm的液壓油管路中，均勻地設(shè)置了5組噴油點(diǎn)，每組采用1個(gè)A型油缸分配器。主滑油管對(duì)稱地綁了2根直徑為18 mm的伴熱黃銅管，蒸汽流動(dòng)方向相反，滑油銅管路的溫度用蒸汽調(diào)節(jié)，并設(shè)有溫控裝置。中間1組從主滑油管到噴嘴 (長(zhǎng)達(dá)2.5 m)這段紫銅管路溫度可在0℃ ～80℃調(diào)節(jié)。試驗(yàn)結(jié)論:

這2種滑油加熱時(shí)都會(huì)膨脹。后者即使是在冬天，在加熱到40℃以上時(shí)，噴射效果也極好，像噴水一樣，強(qiáng)勁有力，直線射出，碰壁后濺開(kāi)，但油溫升到60℃以上時(shí)，出現(xiàn)泡沫，粘性很小，粘不住表面;前者在20℃以下不加熱，則噴射效果達(dá)不到要求，即使能噴射，射程也很小，軟綿無(wú)力，在10℃以下像擠牙膏，但若加熱到40℃以上，即使在冬天其噴射效果也比較好，完全能滿足要求，加熱溫度越高，噴射效果越好，但效果比后者的差，而且該油加熱到60℃以上時(shí)，也沒(méi)出現(xiàn)泡沫，粘性仍較高，能粘附在噴射到的表面上。

2.2.2 抗磨性能的測(cè)試與比較

對(duì)2種滑油進(jìn)行油膜耐溫性能和潤(rùn)滑性能測(cè)試，分2種情況，1種是滑油含水0.5%和1%，另1種是滑油不含水。在SRV高頻往復(fù)多功能試驗(yàn)機(jī)上，測(cè)試上述2種滑油在作潤(rùn)滑劑時(shí)SRV試樣對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)和磨斑直徑。相應(yīng)參數(shù)為:試驗(yàn)溫度250℃，試驗(yàn)時(shí)間30 min，其中試驗(yàn)比壓分別取30，25，20，15，12，10，8，6 MPa。

用四球機(jī)評(píng)價(jià)油膜強(qiáng)度和性能:按GB/T3142標(biāo)準(zhǔn)在四球機(jī)上考察和使用直徑為12.7 mm的二級(jí)52100鋼球，其硬度為HRC59-61，在轉(zhuǎn)速1 400 r/min、室溫壓力為上述工況下，測(cè)試最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB、燒結(jié)負(fù)荷PD、綜合磨損值ZMZ三項(xiàng)指標(biāo)。限于篇幅，在此不一一列出其測(cè)試結(jié)果 (由西安交大完成)。

綜合測(cè)試結(jié)果，前者的抗磨性能優(yōu)于后者。

2.2.3 滑油的選定

從噴油效果和輸送的便利性來(lái)看，后者優(yōu)于前者，但從潤(rùn)滑效果來(lái)看，前者當(dāng)溫度達(dá)到60℃以上時(shí)，出現(xiàn)泡沫，粘性很小，粘不住噴射到的表面上，當(dāng)溫度更高時(shí)會(huì)完全失去潤(rùn)滑作用，況且其抗磨性能劣于后者。另外前者的閃點(diǎn)為≥230℃ (閉口)，比后者低，試驗(yàn)顯示當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)就冒黑煙。從使用工況條件和潤(rùn)滑效果來(lái)看前者更合適，所以最后選定38號(hào)汽缸油 (GB/T447-1994)作為本潤(rùn)滑系統(tǒng)的滑油。帶來(lái)的問(wèn)題是輸送管路必須加熱。

2.3 滑油管路布局

滑油管路(包括液壓管路)布局見(jiàn)如圖4。油缸分配器相對(duì)整列活塞筒的排列很有規(guī)則，體現(xiàn)在排列間距和從分配器到筒上噴油嘴連接銅管的布局上。其左右方向是相對(duì)于整列筒的軸向方向而言的，油源油流方向跟筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向一致。

圖4 潤(rùn)滑系統(tǒng)油管路布局Fig.4 Oil pipe-line layout of lubrication system

2.4 油源參數(shù)的確定

2.4.1 初步確定滑油泵功率、流量和工作壓力

每次噴射潤(rùn)滑油總量:

考慮8%的余量，則

初步確定主潤(rùn)滑油管外徑為48 mm，內(nèi)徑為42 mm。

考慮到該潤(rùn)滑油在30℃左右時(shí)粘度很高，所以設(shè)定油流速V1=0.9 m/s，則潤(rùn)滑油流量為Q2=0.9×102×1/4×422×3.14÷100≈1 247 ml/s=75 L/min。

因傳輸距離遠(yuǎn)，管徑小，擬定滑油泵工作壓力p1=2.5 MPa，滑油泵功率N1=3.68 kW，取N1=4 kW。

2.4.2 潤(rùn)滑油管壓損計(jì)算

1)管內(nèi)徑的初定和支管內(nèi)流速的計(jì)算

主油管和短支管內(nèi)徑分別為42 mm和14 mm，左右兩側(cè)主油路管內(nèi)流速設(shè)定為V2=0.5×V1=0.45 m/s。支管內(nèi)的流速按流量0.01 L/s計(jì)算，則其管內(nèi)流速為

2)滑油粘度與各段沿程阻力系數(shù)之計(jì)算

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T447-1994，38號(hào)油100℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度 v100℃=38 mm2/s，40℃ 時(shí) v40℃=1 100 mm2/s。

根據(jù)潤(rùn)滑油的Walther粘溫方程:

lglg(ν+0.6)=A0+B0lgt(A0，B0為常數(shù))，將38號(hào)汽缸油40℃和100℃時(shí)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)粘度代入上式得粘溫方程一(其中t為絕對(duì)溫度)為

由此得:ν20℃=7 726 mm2/s;ν30℃=2 700 mm2/s;

粘溫方程二(其中t為絕對(duì)溫度)為

由此 得:ν20℃=95 000 mm2/s，ν30℃=5 376 mm2/s。

管中壓損計(jì)算時(shí)取ν30℃=3 000 mm2/s，管的雷諾數(shù)按文獻(xiàn)［1］中式23.2-16計(jì)算，再計(jì)算出各段沿程阻力系數(shù) (計(jì)算結(jié)果略)。

2段長(zhǎng)滑油主管路前面的主干管路壓力損失按文獻(xiàn) ［1］計(jì)算，局部阻力系數(shù)查見(jiàn)文獻(xiàn) ［1］。

2段長(zhǎng)滑油主管路近似對(duì)稱，因二者均屬枝狀管路，其阻力等于任一枝的，同時(shí)因各分支管的流量幾乎是等量的，所以可將這種情形視為均勻?yàn)a流，壓損按文獻(xiàn) ［2］算式計(jì)算 (計(jì)算結(jié)果略)。

最后得滑油管總的壓力損失為1.91 MPa，可見(jiàn)泵排壓取2.5 MPa，功率取4 kW較合理，同時(shí)也表明了管徑等參數(shù)的選取是可行的。但從中也可看出，溫度低于30℃時(shí)，泵壓就不夠了，必須保持溫度30℃以上才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

液壓油采用水-乙二醇 (HS-620)，其運(yùn)動(dòng)粘度為43 mm2/s(對(duì)應(yīng)溫度為37.8℃)，遠(yuǎn)比相應(yīng)溫度下38號(hào)油的低。盡管液壓主油管內(nèi)徑為28 mm，比潤(rùn)滑油主油管小了近半，但總的壓力損失在同等溫度下小得多，況且現(xiàn)場(chǎng)液壓力高達(dá)17.5 MPa，因此足以推動(dòng)油缸分配器中的活塞實(shí)現(xiàn)滑油的噴射。

2.5 潤(rùn)滑油加熱方式的確定和蒸汽流量的計(jì)算

管道太長(zhǎng)，油太粘，所以必須加熱輸送。加熱的方式有滑油管道內(nèi)循環(huán)加熱法和輸送管道伴熱法，前者需要高壓力的泵將油箱內(nèi)已熱的油送出去，經(jīng)回油管回到油箱，但泵壓力受限，是因?yàn)槠溆绊懙絿娪妥斓拈_(kāi)啟壓力和壽命，更不能接受的是一旦噴油嘴及連接處有泄漏點(diǎn)，就浪費(fèi)了油，甚至系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此采用輸送管道伴熱法，這樣所有潤(rùn)滑油管道和伴熱管都采用銅管。

蒸汽充入紫銅管內(nèi)，依靠銅管的熱傳導(dǎo)給滑油箱和滑油主干管路與左右兩側(cè)主油管路內(nèi)的滑油加熱，好處就是滑油即使反復(fù)加熱也不會(huì)燒焦伴有刺激氣味，更不至于破壞其性能，因?yàn)檎羝麩嵩磯毫χ挥?.3 MPa，即溫度在170℃內(nèi)。根據(jù)2.2.1節(jié)中的試驗(yàn)結(jié)果，將主潤(rùn)滑油管的2根伴熱管直徑改為15 mm，對(duì)稱地綁住在主油管上，且外捆了石棉布層，2根伴熱管內(nèi)蒸汽流動(dòng)方向相反，這樣整個(gè)滑油主油管內(nèi)的油溫容易四處均衡，加熱效率高。

整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)需求的流量計(jì)算如下:

滑油管參數(shù):材質(zhì)為黃銅;管外徑φ=48 mm，壁厚3 mm，管長(zhǎng)L=96.93 m;密度:ρcu=8 920 kg/m3;比熱容:Cpcu=377 J/(kg·℃);導(dǎo)熱系數(shù):λ=377 w/(m.℃);加熱溫度為0℃ ～40℃。

38號(hào)汽缸油的參數(shù):Cpoil=1 880 J/(kg.℃);加熱溫度為0℃ ～40℃。

將油箱中821 L的潤(rùn)滑油用1.5 h從0℃加熱到40℃需求蒸汽的有效熱量為6.21×107J，設(shè)定蒸汽加熱效率為70%，則所需蒸汽功率P=16.43 kW。換算為蒸汽流量為23.21 kg/h。根據(jù)計(jì)算理論上只需約1.2 m2的換熱面積，加熱銅管尺寸取為φ18×1 mm、長(zhǎng)100 m(螺旋管)，對(duì)應(yīng)的換熱面積為3.3 m2。

加熱銅管和銅管內(nèi)的油所需總熱量為1.62×107J。設(shè)蒸汽功率為P，熱效率為20%，則所需蒸汽功率P=30 kW。蒸汽在約200 m的加熱銅管中流動(dòng)，利用該銅管給滑油加熱，全部采用的是飽和蒸汽的汽化潛熱 (170℃的汽變成170℃的飽和蒸汽和水)，根據(jù)要求的蒸汽功率30 kW，換算得蒸汽流量為47.1 kg/h。所需的總蒸汽流量為70.31 kg/h。

查表，在絕對(duì)壓力0.4 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)蒸汽密度約為2.18 kg/m3，由此可算出油箱加熱器、伴熱管和蒸汽輸入總管內(nèi)的蒸汽流量和后二者銅管管徑。

2.6 潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成和工作原理

潤(rùn)滑系統(tǒng)由滑油箱、液壓油箱、滑油螺桿泵、液壓油泵機(jī)組、過(guò)濾器、蓄能器、單向閥、噴油嘴、油缸分配器、油箱附件、管路附件、電控閥、加熱器、伴熱銅管、蒸汽減壓閥、安全閥、蒸汽電磁閥、蒸汽分配閥、電控箱等組成。

潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理:打開(kāi)蒸汽電磁閥，蒸汽分別進(jìn)入滑油加熱總管和支管，給銅管和滑油箱中的滑油加熱。待油加熱到40℃時(shí)，啟動(dòng)滑油泵和液壓油泵，這時(shí)滑油充入管道再經(jīng)分配器中各單向閥進(jìn)入各滑油腔并推動(dòng)其中的活塞，讓其充滿油 (10 ml);同時(shí)液壓油充入蓄能器，待蓄能器油壓達(dá)到17 MPa時(shí)，液壓油泵卸荷，當(dāng)接到噴油指令后，電控閥動(dòng)作，蓄能器中液壓油迅速充入液壓管道，并進(jìn)入油缸分配器的液壓油腔，推動(dòng)活塞擠壓滑油，待滑油腔壓力超過(guò)噴油嘴的開(kāi)啟壓力，滑油則噴射而出，濺到各摩擦副表面上。電控閥延時(shí)斷電復(fù)位，這時(shí)液壓油回路接通，滑油反推活塞推擠液壓油(滑油泵仍在運(yùn)轉(zhuǎn))，部分液壓油從閥的回油口流回液壓油箱，滑油再次充滿滑油腔，等待下次噴油指令。

將2個(gè)滑油主油管右側(cè)管道進(jìn)油端加裝1個(gè)二位二通閥 (帶電進(jìn)油通道開(kāi)，失電回油通道開(kāi)，這時(shí)只能出不能進(jìn))，同時(shí)將2列活塞筒上左側(cè)的所有噴油嘴連接到左側(cè)的分配器上，右側(cè)的連接到右側(cè)的上。在控制程序上，設(shè)定此閥比二位二通閥延遲3 s打開(kāi)，這樣總讓2列活塞筒中所有左側(cè)的噴油嘴先噴油，以避免每列活塞筒中左右對(duì)稱的兩側(cè)噴油嘴同時(shí)噴油，射線碰撞射不到對(duì)面壁上。

另外，設(shè)置1個(gè)0.3 MPa的壓縮空氣源，加裝1個(gè)電磁閥和單向閥 (防止蒸汽通過(guò)電磁閥)，與蒸汽輸送管相連通，若整個(gè)系統(tǒng)關(guān)機(jī)，就打開(kāi)電磁閥讓壓縮空氣吹掃蒸汽管路2 min，防止蒸汽管路積水。

2.7 潤(rùn)滑系統(tǒng)的操控

潤(rùn)滑系統(tǒng)中的滑油溫度 (油箱內(nèi)溫度和管道中的溫度)、滑油壓力、液壓力、液壓油箱溫度和油缸分配器與噴油嘴的工作情況等必須得到監(jiān)控，否則一旦出故障將影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。在左右側(cè)靠近首和尾的4個(gè)油缸分配器上設(shè)置了監(jiān)控活塞位置的行程開(kāi)關(guān) (具代表性)，可以直觀活塞充油和噴油的狀態(tài):油腔充滿滑油時(shí)“噴油待命”指示燈亮，噴油完成時(shí)“噴油完畢”指示燈亮，4個(gè)都顯示，從中能觀察動(dòng)作的順序，采用4個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)控制來(lái)操控噴油，也可由此監(jiān)控滑油管路和噴油嘴處有無(wú)發(fā)生嚴(yán)重漏油。控制電路中設(shè)置了電控閥延時(shí)7 s失電關(guān)閉，二位二通閥延時(shí)3 s得電打開(kāi)，控制壓縮空氣的電磁閥得電后延時(shí)2 min斷開(kāi);“噴油”命令跟液壓力和油缸分配器上活塞位置(“噴油待命”與“噴油完畢”)連動(dòng)控制，液壓力達(dá)不到設(shè)定值或“噴油待命”燈不亮 (即滑油腔沒(méi)充滿)時(shí)，則按下“噴油”按鈕無(wú)效，這二者必須同時(shí)滿足要求。

400個(gè)噴油嘴再加上接頭又很多，因此難免某個(gè)地方因種種因素會(huì)出現(xiàn)滲漏或嚴(yán)重滲漏，為了監(jiān)控輸送潤(rùn)滑油量，特設(shè)計(jì)了供油量計(jì)，如圖5所示。打開(kāi)截止閥泵入滑油讓所有滑油管充滿，活塞壓縮彈簧，關(guān)掉截止閥且泵停機(jī)，這時(shí)電控閥 (常開(kāi)型)失電打開(kāi)，活塞在自重和彈簧的作用下復(fù)位，活塞將油壓入到活塞上端，油量刻度歸零。下次泵油時(shí)電控閥得電關(guān)閉，活塞上移，刻度顯示泵入的滑油容量。如果容量超或遠(yuǎn)超4 L時(shí)，“噴油待命”指示燈不亮，就表明管路和某些噴油嘴處漏油。

圖5 供油量計(jì)結(jié)構(gòu)原理 (虛框內(nèi))Fig.5 Structure principle of oil supply gauge(in dashed frame)

管中滑油受熱膨脹，溫度越高膨脹越嚴(yán)重，因油受單向閥的作用不能回流，所以管中油壓力比泵壓力高的多，達(dá)2倍多，為此須設(shè)置1個(gè)安全閥并接入油箱以保護(hù)管路和噴油嘴。

2.8 噴油效果的提升

如圖1所示A，B，C，D都接噴油嘴，從圖中可看出，有噴油盲區(qū)存在潤(rùn)滑死角:活塞筒導(dǎo)向槽口內(nèi)頂面、臺(tái)階及右側(cè)面、活塞筒內(nèi)壁ef段與gh段;噴油嘴的噴頭伸至ab，對(duì)應(yīng)ab孔直徑受到限制，否則會(huì)影響活塞筒內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。在此需要解釋的是為什么A和B不設(shè)置在活塞筒的其他位置從而避免這一問(wèn)題，事實(shí)上這是由這2列活塞筒的安裝位置和工作情況所決定的，若設(shè)置在其他方位，則會(huì)帶來(lái)其他更多的不便。一般的噴油嘴噴油散開(kāi)受到ad段的阻擋，因此須設(shè)計(jì)一種特殊的噴油嘴。根據(jù)形狀尺寸反復(fù)用計(jì)算機(jī)三維造型軟件Pro-E構(gòu)思出一種螺旋型噴油孔，如圖6所示，噴頭外端8個(gè)孔 O1～O8，8條油孔中心線01I2～O8I1，用軟件仿真改變內(nèi) (I1～I(xiàn)8)外 (O1～O8)端面上8個(gè)孔所在中心圓的半徑和內(nèi)外端面之間的厚度3個(gè)參數(shù)，調(diào)整油孔中心線的空間位置，找到使?jié)櫥蜔o(wú)論噴油嘴安裝轉(zhuǎn)到哪個(gè)方位都能將油噴射到盲區(qū)而不存在潤(rùn)滑死角的最佳方位。噴油孔呈螺旋分布，散開(kāi)范圍大為變廣，掃除了盲區(qū)，但這種空間直線孔加工難度大多了，須做專門模具，采用電化學(xué)腐蝕法加工;噴頭須采用分段加工，最后用激光焊接而成。

圖6 噴油嘴結(jié)構(gòu)與油孔Fig.6 Structure of injection nozzle and oil hole

3 試驗(yàn)情況分析與改進(jìn)

在噴油嘴批量生產(chǎn)前，先做樣品在缸上進(jìn)行噴油試驗(yàn)，除溫度之外其余跟工況一致，噴油嘴裝在B孔，結(jié)果表明噴油效果比原設(shè)想的更好，不但能強(qiáng)勁噴射到對(duì)面efg段，而且還有g(shù)h段部分也能“噴到”油，分析認(rèn)為噴油過(guò)程時(shí)間極短，只有0.6 s，滑油腔內(nèi)壓力由低-高-低，噴油嘴開(kāi)啟壓力2.7～5.0 MPa，待滑油腔內(nèi)的油壓力小于此值時(shí)，彈簧的瞬間高回復(fù)力迅速推動(dòng)鋼球封閉進(jìn)油口，瞬間產(chǎn)生泵吸效應(yīng)，導(dǎo)致噴頭腔內(nèi)的油部分回流，油射線被“縮回”止住，頂部的1或2根油射線快噴完時(shí)無(wú)力，中途被“縮”到gh段上。系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)距滑油主油管進(jìn)油口越遠(yuǎn)的地方噴油越有力，最末端的跟首端的差別很大，意外的結(jié)果就是噴油效果剛好跟活塞運(yùn)動(dòng)速度從0到高速對(duì)應(yīng)起來(lái)，速度越高的地方那里的噴油效果越好。分析認(rèn)為這種情況的出現(xiàn)是由該系統(tǒng)液壓管路和油缸分配器的結(jié)構(gòu)所致，一受到“噴油”指令，蓄能器中的液壓油迅速充入液壓管路中，推動(dòng)油缸分配器中的活塞移動(dòng)，液壓管路中的壓力其實(shí)是從最遠(yuǎn)端開(kāi)始建立起來(lái)的，且蓄能器的壓力逐降，管中前、中、后3個(gè)壓力表的示值和振動(dòng)程度證明了這點(diǎn)，瞬間的液壓力從末端朝首端沿管道遞減。

滑油主油管道中滑油的加熱效率很高但不均勻，可到最高設(shè)定溫度后停止加熱2 min就自動(dòng)均衡了，而且溫度穩(wěn)定，2 h才降5℃左右。

試驗(yàn)前段，泵入的滑油有時(shí)超過(guò)9 L“噴油待命”指示燈都不亮，而且很不穩(wěn)定，經(jīng)常造成供油量過(guò)多，經(jīng)查漏，幾個(gè)噴油嘴連接處漏油，為此在油缸分配器各滑油出油口加裝進(jìn)行了3 000次開(kāi)啟動(dòng)作壽命試驗(yàn)的單向閥，系統(tǒng)終于正常了，改進(jìn)后滑油供給量可以根據(jù)需要精確調(diào)節(jié)。

分3個(gè)階段試驗(yàn)，每階段試驗(yàn)完畢后進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副表面都有油，沒(méi)出現(xiàn)干摩擦。

4 結(jié)語(yǔ)

這套新研制的潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)性能達(dá)到了預(yù)定的指標(biāo)，研究過(guò)程循序漸進(jìn)，設(shè)計(jì)參數(shù)合理。潤(rùn)滑系統(tǒng)經(jīng)歷了200次的活塞往復(fù)試驗(yàn)，運(yùn)行了近600次未出現(xiàn)故障，經(jīng)2次改進(jìn)，性能更加完善和可靠。

滑油管加熱結(jié)果表明，用絕對(duì)溫度的Walther粘溫方程建立38號(hào)汽缸油的粘溫關(guān)系比較準(zhǔn)確。

滑油管加熱采用伴熱管和對(duì)稱布局而蒸汽流向相反的方式很有效，易實(shí)現(xiàn)溫度均衡。

噴油嘴噴頭油孔中心線采用空間直線傾斜旋轉(zhuǎn)分布的方法可將滑油噴射到盲區(qū)而消除潤(rùn)滑死角，大大提升了噴油效果。

［1］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］陳卓如.工程流體力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，1992.384-386.