新型電動(dòng)高壓黃油加注機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

孫國來

（廣州逸安工程機(jī)械有限公司，廣州 510890）

0 引言

機(jī)械設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的一部分，良好的設(shè)備潤滑決定了設(shè)備能否正常運(yùn)行，是設(shè)備安全、穩(wěn)定、持續(xù)、高效運(yùn)行的重要保證，對于企業(yè)減少能源損耗、降低設(shè)備的維修成本、降低設(shè)備事故發(fā)生率、延長設(shè)備的使用壽命、提高設(shè)備生產(chǎn)效能都具有十分重要的意義。

高壓黃油加注機(jī)是專門用于把黃油注入潤滑工位的一種增加壓力的機(jī)器，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、設(shè)備、汽車、船舶等行業(yè)。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，在機(jī)械中占據(jù)重要位置的潤滑油脂的使用也得到了前所未有的重視。目前市面上的黃油機(jī)分為電動(dòng)加注和氣動(dòng)高壓加注兩種類型，現(xiàn)有產(chǎn)品在市場上的價(jià)格偏高，普遍適用于黏稠度低的黃油[1-2]，本文的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一臺能抽取高黏稠度的黃油加注設(shè)備。

1 新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備的總體設(shè)計(jì)

目前市面上現(xiàn)有的黃油加注設(shè)備所使用的黃油黏度等級主要為00號和1號，主要采用高壓氣動(dòng)及電動(dòng)活塞泵來抽取黃油，在黏稠度等級更高的黃油中，黃油機(jī)輸出黃油的壓力有著較為明顯的下降，不能滿足在重載場合下需要黃油黏度較高和油量較大的條件，在常規(guī)的黃油機(jī)上加注3號黃油時(shí)，其槍口的出油壓力無法達(dá)到正常使用的標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)行一段時(shí)間后甚至出現(xiàn)槍口堵塞的情況，主要原因是內(nèi)部無法形成負(fù)壓。

為了解決這些問題，本文設(shè)計(jì)了一款新型的高壓黃油加注設(shè)備，如圖1所示。其工作原理是：首先將高黏度的黃油放入攪拌桶里，再由底座及機(jī)殼內(nèi)的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)攪拌葉片高速旋轉(zhuǎn)攪拌黃油，當(dāng)黃油攪拌開來以后，再由偏心輪出油裝置（柱塞泵）將黃油通過左（右）出油口壓入出油三通閥，并進(jìn)一步將黃油導(dǎo)出總出油口，由于該設(shè)備分左右油路，工作時(shí)更容易形成負(fù)壓，可以提高設(shè)備加注時(shí)的輸出壓力。該設(shè)備通過單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，設(shè)定黃油加注的時(shí)長和油量，進(jìn)一步控制出油口的黃油輸出壓力，以便其能夠應(yīng)用于不同規(guī)格型號的黃油加注[3]。

圖1 新型電動(dòng)高壓黃油加注設(shè)備

2 新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

2.1 偏心輪出油裝置（柱塞泵）的設(shè)計(jì)

該新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備的驅(qū)動(dòng)原理是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪出油裝置（柱塞泵）來工作的，電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)偏心輪出油裝置（柱塞泵）轉(zhuǎn)動(dòng)，其中偏心軸與黃油攪拌葉片聯(lián)接鎖緊，攪拌葉片轉(zhuǎn)動(dòng)使黃油下沉。

如圖2所示，偏心輪出油裝置（柱塞泵）由左右2個(gè)閥體和中間的偏心輪軸及滑塊組成，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)便會(huì)帶著滑塊左右滑動(dòng)，而固定在滑塊上的2個(gè)活塞桿也會(huì)隨著滑塊左右滑動(dòng)，從而將黃油壓入2個(gè)閥體中，且偏心輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)1周，滑塊便會(huì)左右滑動(dòng)1次，形成負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)黃油不斷地被壓入閥體。左右閥體的兩端分別與左右單向閥相連，最終使黃油分別從左右單向閥里壓出，而2條油路又是通過出油三通閥連接合并輸出，故偏心輪出油裝置（柱塞泵）可以完成黃油從總出油口被壓出。

為了保證黃油的純凈，左右油閥閥體上都安裝了濾網(wǎng)，其作用是濾除黃油中的金屬顆粒及雜質(zhì)，也可以保護(hù)主機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行及整套設(shè)備出油的穩(wěn)定性。

2.2 攪拌葉片的特殊設(shè)計(jì)

由于高黏度的黃油不易攪拌和流動(dòng)，所以用于攪拌的攪拌葉片的機(jī)構(gòu)部分特意設(shè)計(jì)為一根為一端偏長的不對稱結(jié)構(gòu)，如圖3所示，另一根為偏寬的45°傾斜的攪拌葉片，短的一側(cè)和長的一側(cè)在轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，其葉片與黃油的接觸方式及面積都會(huì)發(fā)生改變，能更好地把類似于固態(tài)的黃油攪拌松動(dòng)；而偏寬的45°傾斜的攪拌葉片攪拌時(shí)，可以更好地?cái)嚢椟S油且引導(dǎo)黃油補(bǔ)充到柱塞泵的濾網(wǎng)處，減少了黃油內(nèi)部中產(chǎn)生氣穴無法被壓入柱塞泵的情況。

圖3 攪拌葉片

2.3 滑塊處減少磨損的特殊設(shè)計(jì)

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，偏心輪出油裝置（柱塞泵）內(nèi)部的滑塊的主要支撐在活塞桿處，偏心輪軸帶動(dòng)滑塊長時(shí)間運(yùn)作后，活塞桿會(huì)有比較大的磨損，甚至不能保證兩邊活塞桿的同軸度，在使用一段時(shí)間后，黃油槍輸出黃油的壓力會(huì)降低，故在電動(dòng)機(jī)支架上安裝了4個(gè)外螺紋軸承（如圖2），用來支撐滑塊，且滑塊滑動(dòng)時(shí)外螺紋軸承可以轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減少滑動(dòng)磨損，進(jìn)一步降低滑塊與偏心軸的磨損和振動(dòng)噪聲，減少活塞桿的磨損，保證設(shè)備在長時(shí)間運(yùn)行時(shí)兩端活塞桿之間的同軸度和壽命。

圖2 新型電動(dòng)高壓黃油加注設(shè)備裝配圖

3 新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，黃油機(jī)泵體、活塞桿材料采用45鋼，黃油潤滑加注速度為800 g/min，3號黃油密度ρ為2.25 g/mL其中定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心距e為8.5 mm，活塞桿直徑d為10 mm，有效工作行程2e為17 mm，柱塞個(gè)數(shù)z為2,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈油的輸出量V為

由此可得電動(dòng)機(jī)輸出軸的輸出轉(zhuǎn)速至少要為133.2 r/min，因此選用10k減速比的定速電動(dòng)機(jī)，輸出軸轉(zhuǎn)速為135 r/min。

本設(shè)備的攪拌槳由傾斜45°的二葉斜葉槳和可拆卸的非對稱式的攪拌葉片組成，其功率受諸多因素影響，兩種不同的攪拌葉之間互相影響可忽略，通過功率因素關(guān)聯(lián)式的推導(dǎo)，功率因素主要取決于黏性流體的密度和攪拌葉轉(zhuǎn)速[4-5]，攪拌功率計(jì)算公式為

式中：n為攪拌葉轉(zhuǎn)速；M為轉(zhuǎn)矩；ω為角速度。

其中轉(zhuǎn)矩通過軟件WorkBench求解，可知在錐入度220～250/0.1 mm的黃油中，其槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩為M=26.3 N·m，求得功率為

考慮到偏心軸處受摩擦力及需要一定的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為保險(xiǎn)起見，電動(dòng)機(jī)選用單相220 V(50 Hz)、功率為400 W的10k減速比的減速電動(dòng)機(jī)，就可以完成新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)要求。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種電動(dòng)高壓黃油加注設(shè)備，該設(shè)備采用了非對稱式的攪拌葉片攪拌黃油，并設(shè)計(jì)了偏心輪出油裝置（柱塞泵）雙油路高壓出油的方式，能更好地完成類固態(tài)的黃油攪拌及輸送，該設(shè)備具有壽命長、運(yùn)行穩(wěn)定、高效精準(zhǔn)的特點(diǎn)，可定時(shí)、定量加注，擁有較高和比較持久的油壓輸出壓力，維護(hù)簡單，使用方便，占據(jù)空間較小，適用于特種設(shè)備作業(yè)環(huán)境，可以大幅降低人工手打黃油的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升工作效率。