新型YJ29接裝機齒輪傳動系統油壓檢測裝置的研究與探索

劉峰

（重慶中煙工業有限責任公司涪陵卷煙廠卷包車間，重慶408102）

0 引言

YJ29接裝機傳動系統主要分為人工潤滑和強制潤滑2種方式，其中齒輪傳動鏈采用的是集中強制潤滑。該系統由油池、潤滑泵、油壓檢測開關、壓力表、配油管路和定量閥組成。在設備實際運行過程中，負責檢測管路實際油壓的隔膜式壓力檢測開關，由于隔膜損壞或變形，造成壓力檢測開關工作異常，造成設備頻繁出現“油壓低”的故障提示，嚴重的甚至導致壓力檢測開關失效，傳動齒輪鏈長時間得不到潤滑，從而導致齒輪燒壞的嚴重設備故障。

1 YJ29接裝機強制潤滑系統工作原理及故障分析

圖1 YJ29 強制潤滑系統圖

如圖1所示，YJ29微處理機每隔9 min啟動電磁閥[1]，將壓縮空氣通過潤滑泵使其工作10 s，由潤滑泵控制潤滑油進入油管，經定量閥將潤滑油噴滴到傳動齒輪系中。潤滑泵每完成一個10 s操作過程后，油壓恢復到0，完成一個潤滑工作循環。在潤滑泵的每一個工作循環中，油壓總是由壓力表和油壓檢測開關控制著，當達到設定油壓時，油壓檢測開關向微處理機發出信號。當經過兩個工作循環結束后，油壓未滿足設定值，出現“油壓低”故障信號顯示，則微處理機就會發信號控制設備停機。

1.1 原油壓檢測開關的工作原理

當潤滑泵工作時，潤滑油順著供油管路一分為二，一路前往定量閥，進入各潤滑分油路，另一路進入油壓檢測開關進行油壓檢測。如圖2所示，潤滑油順著油管1，進入檢測開關的壓力腔殼體2內，作用力實施在隔膜3上，隔膜在油壓的作用下發生彈性變形，呈拱形向內凸起。當油壓達到設定值（1.5 MPa），在油壓的持續作用下，隔膜形變作用在電氣微動開關檢測頂針使其閉合，向微處理機發出“油壓正常”的信號。當設定的潤滑工作脈沖10 s結束后，潤滑泵停止工作，系統壓力變為0，油壓檢測開關的隔膜3恢復原位，微動開關的檢測頂針5在回位彈簧6的作用下，恢復到初始工作位，等待下一個工作循環。

圖2 原油壓檢測電路圖

圖3 油壓檢測開關工作示意圖

當潤滑泵工作中，實際油壓低于1.5 MPa時，檢測開關壓力腔殼體內的油壓，不能使隔膜充分發生形變，其工作面形成的拱形中心點，設定的10 s工作脈沖內無法碰觸到微動開關的檢測頂針，油壓檢測開關向微處理機反饋該工作循環油壓不足的信號，在兩個工作循環中，油壓檢測開關連續向微處理機反饋油壓不足，則微處理機發出信號，通知設備停機，同時操作屏上顯示“油壓低”的故障提示。

1.2 原油壓檢測開關的故障情況統計

2018年1—12月對車間10組YJ29接裝機齒輪傳動系統油壓檢測故障進行了統計，如表1所示。

表1 YJ29油壓檢測開關故障次數統計表

1.3 原油壓檢測開關的故障原因分析

通過對表1所示的故障統計進行系統分析，YJ29接裝機齒輪傳動系統油壓檢測故障產生原因如下。

1.3.1 油壓檢測開關隔膜破損

原YJ29油壓檢測開關的工作原理，決定了隔膜片在每個工作循環中都要進行一次彈性形變，工作一段時間后，隔膜片容易發生變形甚至破裂，潤滑油浸透進電氣檢測元件部位，導致油壓檢測開關失效。

1.3.2 微動開關頂針回位彈簧故障

微動開關的檢測頂針回位彈簧的作用是保證檢測頂針及時恢復初始位置，在實際過程中發現，回位彈簧在執行檢測頂針回位動作的過程中，簧徑僅為0.4 mm的回位彈簧彈力持續衰減，甚至產生彈簧斷裂，導致檢測頂針無法復位，造成微動開關誤判斷。

1.3.3 電氣故障

在設備實際運行過程中，影響油壓開關出現故障的電氣故障主要集中在微動開關的觸點上，觸點的接觸不良，造成回饋微處理機的信號錯誤，也會造成油壓檢測功能的異常情況出現。

2 改進方案探討

綜合分析YJ29原油壓檢測開關出現的故障原因，主要還是在頻繁工作中，其零配件出現磨損、變形甚至破裂，導致油壓檢測的不穩定。如何通過一種結構簡單的裝置，實現油壓檢測的準確性和穩定性，成為了下一步工作的重點。

通過研究目前液壓系統油壓檢測元件的工作原理，發現一個比較顯著的共同點，通過液壓檢測元部件的位移或者形變，完成對液壓的檢測。

2.1 新型YJ29油壓檢測裝置的設計思路

微型油缸具有體積比較小、工作穩定、故障率低的特點，適合在空間相對狹窄的YJ29齒輪傳動腔體內安裝。在潤滑油壓的作用下，微型油缸的活塞發生相對位移，在壓縮彈簧的阻尼作用下，當油壓滿足設備設定要求時，壓縮彈簧的變形量達到設定值，通過接近開關將信號反饋給微處理機，從而實現油壓檢測功能。

2.2 新型YJ29油壓檢測裝置執行部件選擇

2.2.1 油缸尺寸的選擇

根據新型YJ29油壓檢測裝置的工作原理及設備實際安裝條件，確定微型油缸的尺寸為油缸半徑R=10 mm，活塞桿半徑r=6 mm[2]。

油缸活塞在標準油壓P0下產生的推力F1，其計算公式為

其中：F1為油缸推力，N；P0為標準油壓，MPa；R為油缸半徑，mm；r為活塞桿半徑，mm。

2.2.2 壓縮彈簧的選擇及壓縮量的計算

壓縮彈簧作為新型油壓檢測的關鍵部件，充分考慮其負荷和剛性的要求，選擇了自由高度H0=30 mm，簧徑d=3 mm，中徑D2=18 mm，其剛度P′=333.2 N/mm，工作極限負荷P=380.6 N[3-4]。

一般壓縮彈簧的剛度P′是常數，相同彈簧產生的彈力F2僅與其壓縮量X成線性正相關：

其中：F2為彈簧彈力，N；P′為彈簧剛度，N/mm；X為彈簧壓縮量，mm。

在標準油壓P0下油缸活塞產生推力F1，壓縮彈簧壓縮，當油缸推力與彈簧彈力相等，即F1=F2時，彈簧與油缸活塞處于平衡狀態。此時，活塞的位移量，即壓縮彈簧的壓縮量X決定接近開關的安裝位置：

其中：X為彈簧壓縮量，mm；P0為標準油壓，MPa；R為油缸半徑，mm；r為活塞桿半徑，mm；P′為彈簧剛度，N/mm。

通過計算得出，采用選擇的油缸和壓縮彈簧，當處于標準油壓P0≥1.5 MPa時，壓縮彈簧變形量X≥9.046 mm時，達到設備設定要求，且滿足設備安裝條件。

2.3 新型YJ29油壓檢測裝置的工作原理

如圖4所示，潤滑油通過注油口進入微型油缸1，活塞桿2向下運動，控制檢測片4對壓縮彈簧3施加壓力，當壓縮彈簧壓縮形變量達到并超過9.046 mm，潤滑油壓達到1.5 MPa設定值，此時調整接近開關支架7，確保接近開關6距離檢測片10 mm左右（根據接近開關的感應距離，微調實際距離）。

圖4 新型YJ29 油壓檢測裝置示意圖

圖5 新油壓檢測電路圖

在潤滑泵開始工作時，設置一個“01L Low”標志，當接近開關感應到檢測片時，表明達到設定油壓值復位，如果20 min內，接近開關未感應到檢測片，該標志未復位，則設置一個油壓低鎖存信號，并停機顯示PA油壓低。

3 應用效果

2019年5月新型YJ29傳動齒輪系統油壓檢測裝置在2#ZJ19單機上試驗成功，隨后在2019年8月將我廠10臺套ZJ19卷接機組改為新型YJ29傳動齒輪系統油壓檢測裝置。對2019年8月至2020年7月對油壓檢測裝置的運行情況進行統計，如表2所示。

從表2可以看出，YJ29傳動齒輪系統油壓檢測裝置在近1 a的運行中，只出現一次其他故障，原因為油管接頭滲油，導致檢測油壓不足停機。除此之外，各機臺未發現因YJ29傳動齒輪系統油壓檢測裝置缺陷導致的設備故障發生。

表2 新型YJ29油壓檢測裝置故障次數統計表

4 結語

YJ29傳動齒輪系統油壓檢測裝置的成功應用徹底解決了我廠ZJ19卷接機組因油壓檢測失效而導致設備問題及安全事故隱患的發生。