李青虹

三明學院1.機電工程學院，2.機械現代設計制造技術福建省高校工程研究中心，3.綠色鑄鍛及其高端零部件制造福建省2011協同創(chuàng)新中心，4.福建省鑄鍛零部件工程技術研究中心，三明,365004

軸承在出廠時往往需要在軸承中注入一定量的油脂，以保證足夠潤滑和防銹。目前，國內軸承加注潤滑脂除少部分引進國外自動化生產線之外，大部分以手工操作為主?，F有的軸承加脂機自動化程度不高，多采用滑坡式結構，靠鋼板拗成料道，加工較困難，換型號時不易調節(jié)，且振動較大，產生的噪音大；注射精度不高[1]；加工完成后靠人工清料，工作量較大，浪費人力、物力、財力；注油閥部分多采用外購氣缸，與外購閥體裝配，拼湊感強；外形比較復雜，體積大，油道長，占用較大空間；油道長，效率較低；有灰塵或其他污染物時，不容易擦拭；機架更多采用焊接結構[2]，浪費材料；整機結構復雜，耗費較多的資源，安裝、調試和后期維護都較困難。

針對目前加脂機存在的不足，考慮對原有的加脂機進行改進，使用精度高且安全可靠的液壓系統代替原來使用電機驅動螺桿的方式進行加脂，并采用性能強大的PLC作為控制系統的核心，通過各種傳感器和行程開關對各個動作進行監(jiān)控和調節(jié)，以保證加脂的精度和定量要求，并根據軸承的不同調節(jié)加脂量，實現加脂量無級可調。

1 傳統加脂頭結構和存在的不足

原有加脂機的加脂頭結構如圖1所示。

原有加脂機的加脂工作過程分為充脂和加脂兩個步驟。充脂(圖1)：絲杠螺母(2)左行至行程開關(S1)處,電磁鐵(Y2)通電,壓力氣源進入氣缸(9)上腔,氣缸活塞下行，推動貯脂缸(8)活塞向下運動,同時調節(jié)閥(7)打開，調節(jié)閥(4)關閉，貯脂缸(8)的油脂便通過打開的調節(jié)閥(7)進入加脂缸(11)的左腔進行補脂。當加脂缸內的油脂被充滿后,加脂缸(11)左腔壓力升高,壓力傳感器(6)將此信號傳送到單片機控制系統中,控制電磁鐵(Y2)和調節(jié)閥(7)斷電,步進電機停止運行，充脂過程結束。加脂時，調節(jié)閥(4)打開，當工作臺上的軸承到位后，步進電機驅動加脂缸(11)的活塞以一定的速度快速右行,加脂缸左腔內的油脂便通過調節(jié)閥(4)、噴嘴(5)注入軸承，完成加脂過程。

圖1 原加脂機的加脂頭結構原理圖

這種結構由于采用了電動機帶動絲桿作為加脂的主要構件，加脂時的速度和加脂量不好調節(jié)[3]，影響加脂精度。另外，更換軸承需調節(jié)加脂量時，不方便調節(jié)。

2 基于PLC的軸承加脂機的結構和工作原理

針對上述加脂機存在的不足，對加脂結構進行了重新設計，結構和原理如圖2所示。

圖2 基于PLC的軸承加脂機的結構和工作原理圖

如圖2所示,加脂臺共設有4個工位,其中C 位為加脂位,B位為準備位,A 位為上料位,D位為成品位。首先由送料油缸推送軸承到達A位，位置傳感器發(fā)出信號，步進電機帶動加脂臺逆時針旋轉，等B位的軸承到達C位后，旋轉行程開關(8)接通,加脂臺停止旋轉,同時換向閥(9)的電磁鐵(3YA)得電，頂料油缸(10)活塞伸出,將軸承托盤(7)和軸承(6)向上頂出。軸承內圈壓到加脂頭(5)后,頂升缸下腔壓力升高,由壓力傳感器檢出并發(fā)出信號,PLC控制換向閥(9)的電磁鐵(3YA)斷電，頂料油缸(10)停止運行。同時換向閥(2)的電磁鐵(1YA)得電,加脂缸(3)的活塞下行，推動貯脂缸(4)的油脂以一定壓力和速度通過加脂頭(5)向C位軸承加脂, 加脂時間由PLC控制,以保證加脂量的大小和加脂精度，時間一到，控制換向閥(2)的電磁鐵(1YA)斷電，加脂缸(3)停止運行，同時換向閥(9)的電磁鐵(4YA)得電，頂料油缸(10)向下運行，帶動C位軸承和托盤回到原位，位置傳感器發(fā)出信號，加脂臺由步進電機帶動逆時針旋轉90°，將已加脂的軸承送到D位，同時推料油缸(12)啟動，將成品推出，完成一次加脂過程。

加脂缸安裝在加脂頭的上方,消除了油脂的“爬行”現象[4]。同時，為了提高加脂效果,對加脂頭也進行了改進設計, 加脂頭的結構與軸承的保持架相吻合，以保證注射油脂的均勻性。更換不同口徑的加脂頭,可對不同型號的軸承進行加脂，大大提高了系統的生產效率和通用性。

3 液壓系統設計和結構分析

根據加脂原理和上述過程分析，設計滿足所需條件的液壓系統如圖3所示。

圖3 加脂機液壓系統圖

由于加脂機對壓力的要求不高，所以采用低壓變量泵，以方便流量調節(jié)，從而控制加脂速度。根據加脂的工作需要，系統設計了4個油缸，分別為送料油缸、推料油缸、頂料油缸和加脂缸。系統中所有閥均采用插裝閥，結構簡單，制作容易[5]，工作可靠并易于集成；設置多個節(jié)流閥，便于根據用不同的軸承加脂時調節(jié)加脂量和加脂速度；使用電液換向閥，以便于PLC進行自動控制；通過對泵和節(jié)流閥的流量調節(jié)，可控制注脂量和注脂速度；加脂油缸和頂料油缸的回路均使用順序閥，以保證加脂過程中油缸運動的平穩(wěn)性，從而保證加脂精度。

4 加脂機液壓系統動作過程分析

加脂機主要工作流程：送料缸送料→送料缸退回，加脂臺旋轉→頂料缸頂料→加脂機加脂→加脂缸停止加脂，頂料缸下降退回→加脂臺旋轉推料缸推料→推料缸退回。一次加脂循環(huán)過程完成。

4.1 循環(huán)動作開始前的約束條件

1)加脂缸處于上極限位置，水平送料缸(25)處于右極限位置，推料缸(6)處于左極限位置，頂料缸(21)處于下極限位置。

2)電液換向閥(彈簧對中式)處于中間位置。

4.2 循環(huán)動作過程分析

根據加脂過程分析，各動作過程中電磁鐵通電情況如表1所示。

表1 電磁鐵動作順序表

4.2.1 啟 動

1)電動機(4)啟動，通過聯軸器(3)帶動泵(2)旋轉，泵向油路供油。

2)水平送料缸送料，此時6YA通電，水平送料缸開始送料，具體工作過程如下。

進油路：油箱→過濾器(1)→單向閥(26)→ 換向閥(24)右位→ 推料油缸(25)右腔。

回油路：推料油缸(25)左腔→油箱。

4.2.2 水平送料缸退回

此時6YA斷電，5YA得電，水平送料缸退回原位，具體工作過程如下。

進油路：油箱→過濾器(1)→單向閥(26)→ 換向閥(24)左位→推料油缸(25)左腔。

回油路：推料油缸(25)右腔→油箱。

4.2.3 步進電機帶動加脂工作臺旋轉90°

4.2.4 頂料缸頂料

此時7YA通電，頂料缸頂料，具體工作過程如下。

進油路：油箱→過濾器(1)→順序閥(23)→換向閥(22)左位→頂料油缸(21)下腔。

回油路：頂料油缸(21)上腔→換向閥(22)左位→油箱。

4.2.5 加脂缸下行加脂

此時7YA斷電，頂料缸停止運行，保持在上升的位置；同時3YA通電，加脂缸向下加脂，具體工作過程如下。

進油路：油箱→過濾器(1)→單向閥(9) →換向閥(12)右位→節(jié)流閥(13)→單向閥(15)→加脂油缸(20)上腔。

回油路：加脂油缸(20)上腔→外控順序閥(17)→節(jié)流閥(16)→油箱。

4.2.6 頂料缸退回

此時3YA斷電，加脂缸停止加脂， 同時8YA通電，頂料缸退回，具體工作過程如下。

進油路：

油箱→過濾器(1)→順序閥(23)→換向閥(22)右位→頂料油缸(21)上腔。

回油路：頂料油缸(21)下腔→換向閥(22)右位→油箱。

4.2.7 步進電機帶動加脂工作臺旋轉90°

4.2.8 水平推料缸推料

此時1YA通電，推料缸向右推料，具體工作過程如下。

進油路：油箱→過濾器(1)→換向閥(8)左位→平衡閥(7)→推料油缸(6)左腔。

回油路：推料油缸(6)右腔→換向閥(8)左位→油箱。

4.2.9 水平推料缸推料

此時1YA斷電、2YA通電，推料缸退回原位，具體工作過程如下。

進油路：油箱→過濾器(1)→換向閥(8)右位→平衡閥(7)→推料油缸(6)右腔。

回油路：推料油缸(6)左腔→換向閥(8)右位→油箱。

至此一次加脂過程完成，準備下次工作循環(huán)。

5 結束語

本加脂機以液壓為動力，以PLC為控制核心，具有操作方便，控制更準確，自動化程度更高，注脂均勻，定量精確，注脂量無級可調，軸承外觀無油脂污染等特點。液壓系統采用插裝閥作為元件，結構簡單，工作可靠并易于集成；換向閥均采用電磁閥，易于PLC進行精確控制。實驗研究表明：通過對泵和節(jié)流閥的流量調節(jié)，可方便控制注脂量和注脂速度，實現注脂量無級可調；通過更換注脂頭和對系統各閥的調節(jié)，可對不同型號軸承進行加脂，大大提高了加脂機的通用性和柔性。

參考文獻:

[1]臧平.軸承定量注脂機改造及工裝設計[J].哈爾濱軸承,2016(3):16-18

[2]曲圣賢,何春燕,姚成良,等.鐵路貨車軸承單工位三點注脂機[J].軸承,2013(6):29-31

[3]吳美霞,王海云,李長升.注脂機結構的改進[J].軸承,2010(6):61-62

[4]燕春南.定量注脂機的優(yōu)化設計[J].液壓與氣動,2009(9):44-46

[5]王學軍,邢曉文.抽真空注脂機液壓系統設計[J].液壓與氣動,2004(3):40-41