鐵路貨車軸承單工位三點(diǎn)注脂機(jī)

曲圣賢，何春燕，姚成良，馬文，田琳

(瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 工程技術(shù)研究中心，遼寧 瓦房店 116300)

353130B鐵路貨車軸承采用脂潤滑，原注脂工藝是從軸承中隔圈處，通過注脂壓力將潤滑脂注入軸承滾道。由于軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)及阻力的影響，注脂后潤滑脂在滾道處分布不均，中隔圈及間隙處潤滑脂多，而兩端滾道處較少，常出現(xiàn)滾道缺脂現(xiàn)象。鑒于此，鐵道部2006年下發(fā)運(yùn)裝貨車[2006]21號文件，規(guī)定了《鐵路貨車353130B緊湊型軸承注脂技術(shù)條件》，要求注脂總量為(245±20)g，并要求在軸承中隔圈及兩端處分別注脂(三點(diǎn)注脂)。據(jù)此開發(fā)設(shè)計了鐵路貨車軸承單工位三點(diǎn)注脂機(jī)，以有效解決注脂問題。

1 注脂機(jī)結(jié)構(gòu)組成

三點(diǎn)注脂機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由機(jī)架、電子秤、注脂泵、上注脂頭、下注脂頭(含中間注脂頭)、分配器和定量閥等部件組成。

1—?dú)飧祝?2—上位接近開關(guān)；3—下位接近開關(guān)；4—上注脂頭；5—動體；6—軸承；7—中間注脂頭；8—下注脂頭；9—上位開關(guān)；10—下位開關(guān)；11—下彈簧；12—機(jī)體；13—彈簧座；14—分配器；15—定量閥 ；16—定位開關(guān)；17—電子秤顯示器；18—彈簧座套；19—上彈簧

注脂泵獨(dú)立放置在注脂機(jī)外，通過油管與主機(jī)連接，長期、間歇性地給定量閥充脂，以保證注脂工序的持續(xù)性；注脂分配器用于充脂和注脂的切換；定量閥兼顧定量充脂和注脂的雙重功能；注脂頭前端部位設(shè)有注脂孔，直接與軸承接觸，因此，注脂頭結(jié)構(gòu)尺寸要與軸承相適應(yīng)，以保證注脂時的密封性和準(zhǔn)確性。

2 工作原理及主要結(jié)構(gòu)部件

單工位三點(diǎn)注脂機(jī)對軸承一次定位即可完成注脂，整個過程為氣動控制、半自動方式。注脂機(jī)采用觸摸屏顯示單元，界面設(shè)置靈活，人機(jī)對話方便；具有注脂量超標(biāo)聲光報警及注脂前、后質(zhì)量顯示和計數(shù)功能。

在通電、通氣狀態(tài)下，注脂泵處于工作待機(jī)狀態(tài)，分配器封閉且定量閥處于注脂結(jié)束狀態(tài)。工作時，軸承放置在注脂工位后，觸發(fā)定位開關(guān)，分配器在氣控作用下?lián)Q向，使分配器閥芯(圖2)切換到充脂位置，注脂泵開始為定量閥充脂。當(dāng)定量閥閥桿頂靠到限位擋塊，同時觸發(fā)上位接近開關(guān)后，分配器閥芯馬上換向，切換到注脂位置。這時上注脂頭內(nèi)的動體在氣缸的作用下開始推動軸承下移，使下注脂頭內(nèi)彈簧縮進(jìn)，當(dāng)上注脂頭內(nèi)的動體移動到位，觸發(fā)下位接近開關(guān)，定量閥閥桿就在氣壓作用下反向移動，將定量閥內(nèi)的油脂通過管道及注脂頭內(nèi)部的通道擠壓入軸承，完成一個工作循環(huán)，整個過程用時23 s。

1—限位擋塊; 2—觸鐵;3—定量閥閥桿;4—分配器閥芯;5—下位接近開關(guān);6—上位接近開關(guān)

2.1 分配器、定量注脂閥

分配器相當(dāng)于一個開關(guān)閥，分配器閥芯在左端時為注脂狀態(tài)，在右端時為充脂狀態(tài)。T口連接注脂泵，R口連接注脂頭通道。開始時分配器閥芯處于左端位置，當(dāng)接到指令后，閥芯在氣壓的作用下被推到右端位置，這時，A口接T口，B口接E口，C，D，F(xiàn)，R口處于封閉狀態(tài)。此時，潤滑脂在注脂泵的壓力下，通過T→A→B→E口作用于定量注脂閥閥桿的底部，使閥桿逐漸升起，直到定量注脂閥閥桿上的觸鐵感應(yīng)上位接近開關(guān)后，完成充脂動作。分配器閥芯重新回到原始位置，T，A，B，E口處于封閉狀態(tài)，E，F(xiàn)，C，R口處于開通狀態(tài)。當(dāng)接到注脂指令后，定量閥內(nèi)的脂就依次通過E→F→C→R口和連接管進(jìn)入各注脂頭，壓注到軸承各部位中，完成注脂過程。

2.2 注脂頭

注脂頭是整個注脂機(jī)的核心部件，決定著注脂質(zhì)量。上、下注脂頭是2個獨(dú)立體，工作時又是不可分割的整體(圖3)。中間注脂頭隱藏在下注脂頭中。

圖3 上、下注脂頭結(jié)構(gòu)

當(dāng)接到注脂指令時，下注脂頭內(nèi)的中間注脂頭在氣缸的推動下向上移，R2口對接B1口，同時氣缸內(nèi)的磁環(huán)和上位開關(guān)感應(yīng)，發(fā)出中間注脂信號，定量注脂閥閥桿推動潤滑脂通過E→F→C→R→R1→R2通道經(jīng)B1縫隙壓注到軸承中位處。同時定量注脂閥閥桿上的觸鐵感應(yīng)下位接近開關(guān)(圖2)，上注脂頭內(nèi)的動體下移，在彈簧的作用下，彈簧座套、軸承隨動體一起下移，通過圓錐滾子、軸承內(nèi)圈壓縮彈簧座，直到外圈受阻而停止(彈簧座套、彈簧座對軸承端面起密封作用)。此時，R4口對接R3口，油脂通過另兩組分配器、定量閥相應(yīng)的E→F→C→R→R3→R4→R5通道和下注脂頭的E→F→C→R→R6→R7通道被壓注到軸承的上、下滾道內(nèi)。注脂完成后，氣缸帶動上注脂頭內(nèi)的動體、彈簧座套一起上移，此時由于對軸承的作用力已撤掉，下彈簧通過彈簧座將軸承慢慢頂起，恢復(fù)到初始位置，完成一個工作循環(huán)。

2.3 彈簧

彈簧的設(shè)計應(yīng)滿足：(1)氣缸在下移到終點(diǎn)過程中的推力必須大于上、下注脂頭內(nèi)彈簧被壓縮時的合力；(2)下彈簧初裝壓縮時作用力必須大于軸承的重力。

已知?dú)飧變?nèi)徑D=160 mm，設(shè)氣壓為0.5 MPa，則氣缸推力為

F推=1/4×162π×5=10 048 (N)。

(1)

對于上彈簧[1]，取彈簧鋼絲直徑d上=10 mm，彈簧中徑d1上=100 mm，彈簧節(jié)距t上=40.7 mm，總?cè)?shù)n1上=4.5，有效圈數(shù)n上=2.5。計算得，彈簧自由高度H自由上=116.75 mm，壓并高度H壓并上=40 mm，設(shè)彈簧初裝高度為90 mm，如圖3所示，對應(yīng)壓縮量為26.75 mm，工作過程壓縮量為44.5-22.5=12 mm(由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定)，則彈簧總壓縮量H上=26.75+12=38.75 mm，其彈性力為[2]

(2)

對于下彈簧[1]，取彈簧鋼絲直徑d下=3 mm，彈簧中徑d1下=25 mm，彈簧節(jié)距t下=7.87 mm，總?cè)?shù)n1下=6.5，有效圈數(shù)n下=5。 計算得，彈簧自由高度H自由下=47.785 mm，壓并高度H壓并下=18 mm，設(shè)彈簧初裝高度為42 mm，如圖3所示，對應(yīng)壓縮量為5.785 mm，工作過程壓縮量為22 mm(由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定)，則彈簧總壓縮量H下=5.785+22=27.785 mm，其彈性力為

(3)

12根彈簧總彈性力為3 392 N，因此，氣缸所要克服的總彈性力為F38.75+12F27.785=4 912.9 N。由(1)式可知，氣缸的推力為10 048 N，因此可滿足設(shè)計要求。

彈簧壓縮量在5.785時的彈性力[2]為

(4)

12根彈簧總彈性力為706 N，即保證軸承恢復(fù)原位的恢復(fù)力為706 N，大于軸承的重力646 N，可以保證軸承恢復(fù)到原位。

3 結(jié)束語

鐵路貨車軸承單工位三點(diǎn)注脂機(jī)注脂到位好、注脂量分配準(zhǔn)確，保持架、滾子、滾道三者之間脂量充分，外儲量少，注后清潔。而且，可根據(jù)要求調(diào)整定量閥的充脂行程，方便調(diào)整雙列滾道及中隔圈處注脂量的分配。經(jīng)鐵道部行檢，一次性通過驗收。經(jīng)生產(chǎn)驗證，可在本行業(yè)推廣使用。