姚林曉, 上官林建, 趙明章,2, 劉　棟, 王春虎, 吳　迪

(1.華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，河南 鄭州 450045； 2.鄭州奧特科技有限公司，河南 鄭州 450051)

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高寒環(huán)境下油脂潤(rùn)滑泵站的研制

姚林曉1, 上官林建1, 趙明章1,2, 劉棟1, 王春虎1, 吳迪1

(1.華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，河南 鄭州 450045； 2.鄭州奧特科技有限公司，河南 鄭州 450051)

摘要：針對(duì)現(xiàn)有油脂潤(rùn)滑泵站在高寒環(huán)境中存在吸油能力差、易損壞、油箱底部易出現(xiàn)潤(rùn)滑脂沉積變質(zhì)的現(xiàn)象，研制了一種新型油脂潤(rùn)滑泵站.該泵站配備有預(yù)剪切功能的高性能齒輪泵、重力平衡傳感器油箱和液晶監(jiān)控器.通過在車輛和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用表明：該泵站具有泵送能力強(qiáng)、油脂先進(jìn)先出、操作直觀等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高寒地區(qū)集中潤(rùn)滑產(chǎn)品的突破.

關(guān)鍵詞：齒輪泵；潤(rùn)滑脂；集中潤(rùn)滑系統(tǒng)；重力平衡傳感器

相對(duì)于手工潤(rùn)滑方式，集中潤(rùn)滑系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、易于控制、定時(shí)定量、省工降費(fèi)等諸多優(yōu)勢(shì)，在大型工程機(jī)械及大型客車等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛.泵站是集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的重要部分，主要完成潤(rùn)滑脂的泵送及存儲(chǔ).因此泵站的性能決定了一個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)的綜合工作能力，泵站技術(shù)的改進(jìn)創(chuàng)新是提高油脂集中潤(rùn)滑系統(tǒng)工作性能的最核心內(nèi)容.

1泵站技術(shù)現(xiàn)狀

由于潤(rùn)滑脂在集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中流動(dòng)的復(fù)雜性，長(zhǎng)期以來集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要依賴于工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧，具有很大的盲目性，致使集中潤(rùn)滑系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)各摩擦副的潤(rùn)滑效果欠佳、潤(rùn)滑脂消耗量偏大[1]等現(xiàn)象.目前，集中潤(rùn)滑泵站主要存在以下幾個(gè)問題.

1)無法泵送黏稠度較高的油脂.對(duì)采用齒輪泵作為供脂油泵的潤(rùn)滑系統(tǒng)而言，由于齒輪泵吸油能力較弱以及電機(jī)轉(zhuǎn)速過快時(shí)會(huì)發(fā)生抽空現(xiàn)象，造成潤(rùn)滑裝置只能泵送00號(hào)等黏度較低的潤(rùn)滑脂.在高寒地區(qū)，當(dāng)溫度較低時(shí)，00號(hào)潤(rùn)滑脂黏稠度升高，流動(dòng)性變差，導(dǎo)致泵站的泵油能力極弱，主油路欠壓、集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑效果降低、摩擦副潤(rùn)滑不足等問題頻繁發(fā)生.為此，在工程實(shí)踐中常利用000號(hào)等稠度更低的潤(rùn)滑脂來代替，但低黏度潤(rùn)滑脂的吸附性差，易流失并污染工作環(huán)境而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失.

2)潤(rùn)滑脂沉積變質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重.潤(rùn)滑脂是由基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑及填充劑等組成的混合物，在長(zhǎng)期靜止的狀態(tài)下會(huì)發(fā)生分離變質(zhì)現(xiàn)象[2].現(xiàn)有的油脂潤(rùn)滑泵站的出油口設(shè)計(jì)在油箱頂部，工作時(shí)潤(rùn)滑泵每次都將新加的潤(rùn)滑脂抽走，導(dǎo)致油箱底部潤(rùn)滑脂長(zhǎng)時(shí)間滯留，輸油量不大的潤(rùn)滑系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)油箱中的油脂沉積變質(zhì)現(xiàn)象，問題嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)?dǎo)致潤(rùn)滑泵堵塞損壞[3].

3)無法直觀了解泵站的工作狀態(tài).由于經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)原因，多數(shù)集中潤(rùn)滑產(chǎn)品并沒有可以直觀地觀測(cè)運(yùn)行狀態(tài)的顯示裝置，只有單一的開、關(guān)、重啟等控制按鍵，無法了解泵站是否在正常工作，無法進(jìn)行正常的維護(hù)，僅能通過目測(cè)透明油箱的油位來判斷是否需要加脂.

為了進(jìn)一步提升油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作性能，非常有必要對(duì)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì).

2新型泵站的研制

在現(xiàn)有油脂集中潤(rùn)滑泵站的基礎(chǔ)上，依據(jù)“流水不腐”的自然現(xiàn)象，通過增加油脂的運(yùn)動(dòng)性能，減少其在油箱內(nèi)的滯留時(shí)間，對(duì)泵站進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì).研制的新型泵站主要由蓋板、電機(jī)、閥座、卸荷閥、高性能齒輪泵、溢流閥、加油閥、罩殼和重力平衡式油位傳感器等組成，監(jiān)控器由微處理單元、液晶顯示單元、電源單元、傳感器和輸入/輸出接口等單元組成，如圖1所示.

1—電機(jī)；2—連軸節(jié)；3—輸出軸；4—蓋板；5—溢流閥；6—閥座；7—卸荷閥；8—齒輪泵；9—導(dǎo)油外殼；10—輸油葉輪；11—稀油葉片；12—油位傳感器；13—油箱；14,15—卡槽；16—密封環(huán)；17—加油閥；18—外殼；19—監(jiān)控器； 20—按鈕；21—顯示屏圖1　新型油脂潤(rùn)滑泵站結(jié)構(gòu)圖

新型泵站除了特別設(shè)計(jì)的重力平衡式油位傳感器和監(jiān)控器之外，獨(dú)特之處還在于，高性能新型齒輪泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了稀油葉片、輸油葉輪和導(dǎo)油外殼等輔助吸油結(jié)構(gòu)，提高其泵送性能.將吸油口設(shè)計(jì)在油箱底部，實(shí)現(xiàn)油脂“先進(jìn)先出”，減少潤(rùn)滑脂在油箱內(nèi)的停留時(shí)間.增加監(jiān)控設(shè)備，使集中潤(rùn)滑系統(tǒng)有了眼睛和大腦，基于傳感器和芯片技術(shù)大幅提高泵站的操控性、靈敏性，使系統(tǒng)工作更可靠.放棄了工程中常用的浮子傳感器，改用新型齒輪泵重力平衡式油位傳感器，將其安裝在油箱底部，傳輸?shù)挠臀恍盘?hào)通過監(jiān)控器處理后轉(zhuǎn)換成液晶顯示屏上的油位指示.

2.1　高性能齒輪泵

根據(jù)潤(rùn)滑脂剪切變稀[2]的原理在齒輪泵上部增加了稀油葉片(如圖2所示)，一方面在工作過程中通過稀油葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)局部降低潤(rùn)滑脂的黏稠度，增加油脂的流動(dòng)性，有利于泵送.而已經(jīng)在管路中進(jìn)行輸送的潤(rùn)滑脂因不再受到剪切作用，在到達(dá)潤(rùn)滑點(diǎn)之前又逐漸恢復(fù)其本身的黏稠度，不會(huì)影響最終的潤(rùn)滑效果.另一方面，稀油葉片的攪動(dòng)作用，減少了油脂靜置的時(shí)間，增加了其自身的活性，有效地減少了潤(rùn)滑脂的沉積變質(zhì).

1—前泵蓋外緣；2—前泵蓋下平面；3—導(dǎo)油外殼；4—主動(dòng)齒輪；5—從動(dòng)齒輪；6—前泵蓋；7—泵體；8—后泵蓋；9—傳動(dòng)齒輪；10—齒圈；11—輸油葉輪；12—稀油葉片；13—螺栓；14—軸齒輪圖2　齒輪泵剖視圖

由圖2可知，主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪和泵體組成一個(gè)外嚙合齒輪泵，將從動(dòng)齒輪軸的一端加工成齒輪，做成軸齒輪，在齒輪泵前泵蓋的外緣處，套上一個(gè)相互形成摩擦副的齒圈，齒圈外側(cè)安裝上輸油葉輪和稀油葉片，葉輪外側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)漏斗形的導(dǎo)油外殼.采取這種結(jié)構(gòu)后，當(dāng)齒輪泵工作時(shí)，從動(dòng)齒輪將主動(dòng)齒輪傳遞來的動(dòng)力，通過傳動(dòng)齒輪傳遞至齒圈，齒圈以較主動(dòng)齒輪低得多的轉(zhuǎn)速繞著前泵蓋轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈上安裝的稀油葉片攪動(dòng)齒輪泵上方的油脂，使油脂能夠克服相互之間的黏結(jié)力而流動(dòng)起來，局部降低潤(rùn)滑脂黏稠度.當(dāng)齒輪泵工作時(shí)，輸油葉輪與漏斗形導(dǎo)油外殼形成一個(gè)簡(jiǎn)單的輸油裝置，油脂在稀油葉片和輸油葉輪的雙重作用下，會(huì)沿著導(dǎo)油外殼的內(nèi)壁源源不斷地流向齒輪泵的進(jìn)油口，以保證進(jìn)油口處油脂不斷被補(bǔ)充.

2.2　監(jiān)控器

監(jiān)控器由智能芯片、液晶顯示器和傳感器等組成，通過預(yù)設(shè)的程序?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和操作，同時(shí)將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)通過顯示器反映給操作人員.

首先根據(jù)各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的負(fù)荷和相對(duì)速度，以及機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境溫度等條件設(shè)定加脂量和加脂時(shí)間間隔，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制器中.監(jiān)控器通過對(duì)機(jī)械設(shè)備總開關(guān)的通斷來累計(jì)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到控制器設(shè)定的加脂時(shí)間值時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑油泵自動(dòng)完成加脂工作.

油泵的正常工作時(shí)間由主油路上的壓力開關(guān)來進(jìn)行調(diào)控.壓力開關(guān)設(shè)置在距離油泵最遠(yuǎn)的分配器主油路末端.當(dāng)主油管內(nèi)壓力上升至壓力開關(guān)的設(shè)定壓力時(shí)，壓力開關(guān)閉合，信號(hào)反饋給電子監(jiān)控器，監(jiān)控器控制油泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)置的時(shí)間后停止.若出現(xiàn)油箱內(nèi)的油脂低于油泵進(jìn)油口或主油管因損壞出現(xiàn)漏油等故障，主油路壓力沒有上升，壓力開關(guān)不能閉合時(shí)，油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到監(jiān)控器設(shè)定的工作時(shí)間，監(jiān)控器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并停止電機(jī)以保證系統(tǒng)的安全.

2.3　重力平衡式油位傳感器

由于浮子傳感器浮子所受油脂的黏附力大于油脂浮力，不適于黏稠度較高的油脂油位傳感，而利用光、電原理測(cè)量油位的裝置價(jià)格昂貴，為此在油箱中設(shè)計(jì)了重力平衡式油位傳感器，如圖3所示.

1—油箱底；2—薄膜；3—傳感器底座；4—傳感桿；5—方孔；6—圓孔；7—磁鐵；8—霍爾元件；9—傳感彈簧；10—插座；11—底部圓孔；12—螺釘；13—螺孔；14—彈簧座；15—螺母；16—螺柱圖3　油位傳感器結(jié)構(gòu)圖

該油位傳感器工作原理：當(dāng)油箱內(nèi)注入油脂時(shí)，隨著油位變化，位移傳感器通過薄膜變形和彈簧變形使傳感桿相對(duì)于殼體位置發(fā)生變化，薄膜變形引起的變形力和彈簧壓縮變形力始終與薄膜支撐面上承受的油脂重力處于平衡狀態(tài).因此，油位變化時(shí)，位移傳感桿相對(duì)于底座會(huì)產(chǎn)生與油位變化量成一定比例的位移.這一位移通過傳感桿下端的磁鐵或電極，以及傳感器底座上安裝的霍爾元件、干簧管、電感線圈或電極，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出.輸出的電信號(hào)接入信號(hào)處理電路最終成為聲光信號(hào)，指示油位狀態(tài)或在必要時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào).

3新型泵站的使用效果

該油脂潤(rùn)滑泵站在鄭州奧特科技有限公司AR60車輛集中潤(rùn)滑系統(tǒng)和風(fēng)電集中潤(rùn)滑系統(tǒng)產(chǎn)品中得到應(yīng)用，經(jīng)黑龍江、吉林、遼寧、新疆等東北和西北環(huán)境惡劣的地區(qū)工程實(shí)踐表明：

1)新型泵站大幅度提高了齒輪泵的泵送能力，對(duì)高黏度的油脂依然具有良好的吸油性能，甚至可以泵送0號(hào)極壓鋰基脂;

2)稀油葉片增加了油箱油脂的局部流動(dòng)性；潤(rùn)滑泵的吸油口位于油箱底部，基本實(shí)現(xiàn)了油脂“先進(jìn)先出”，減少和避免了潤(rùn)滑脂的沉積變質(zhì);

3)研制的重力平衡式油位傳感器避免了因油脂黏稠對(duì)傳感器的黏附作用產(chǎn)生的信號(hào)干擾，信號(hào)傳輸給監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)了泵站工作狀態(tài)的全面監(jiān)控和控制.

4結(jié)語(yǔ)

文中所設(shè)計(jì)的新型油脂潤(rùn)滑泵站采用了高性能齒輪泵、重力平衡式油位傳感器和監(jiān)控器，相比市場(chǎng)上的產(chǎn)品有更加優(yōu)越的性能.

目前該泵站已經(jīng)投入實(shí)際生產(chǎn)使用，首次實(shí)現(xiàn)了0號(hào)高黏稠度油脂在全國(guó)范圍內(nèi)的常年使用，極大地提高了集中潤(rùn)滑裝置的性能，突破性解決了高寒地區(qū)無法使用集中潤(rùn)滑裝置及長(zhǎng)期困擾行業(yè)的潤(rùn)滑脂沉積變質(zhì)等問題，提高了集中潤(rùn)滑裝置對(duì)不同油脂、不同氣候和不同海拔等使用條件的適應(yīng)性，對(duì)油脂集中潤(rùn)滑裝置的性能發(fā)揮和推廣使用起到了很大的推動(dòng)作用.

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)任編輯：杜明俠)

Design and Manufacture of Grease Lubrication Pump Station under Alpine Environment

YAO Linxiao1, SHANGGUAN Linjian1, ZHAO Mingzhang1,2, LIU Dong1, WANG Chunhu1, WU Di1

(1.School of Mechanical Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;

2.Zhengzhou Autol Technology Co., Ltd.，Zhengzhou 450051, China)

Abstract:The centralized lubrication system has been widely used, but in the alpine regions, universal grease has poor liquidity that would result in pump station with poor oil-absorption capability and vulnerability, and the phenomenon of the grease deposition and metamorphism easily appears at the bottom of tank. For resolving these problems, we designed and manufactured a new grease lubrication pump station. The pump station has the high-performance gear pump with pre-shear function, the tank with gravity balance sensor and the liquid crystal display monitor. When this pump station was applied to the centralized lubrication system of vehicles and wind generating sets, the running results show that the pump station makes a breakthrough at centralized lubrication products in alpine regions.

Keywords:gear pump; lubricating grease; centralized lubrication system; gravity balance sensor

中圖分類號(hào)：TH117.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-5634(2015)02-0070-04

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2015.02.015

作者簡(jiǎn)介：姚林曉(1970—),女,河南鄭州人,副教授,碩士,主要從事液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)理論等方面的研究.

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(132102210096，142102210107)；河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012GGJS-098)；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目; 河南省高等學(xué)?！皩I(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目.

收稿日期:2014-12-10