新型電動高壓黃油加注機的設(shè)計與研究

孫國來

（廣州逸安工程機械有限公司，廣州 510890）

0 引言

機械設(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)備能否正常運行，是設(shè)備安全、穩(wěn)定、持續(xù)、高效運行的重要保證，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。

高壓黃油加注機是專門用于把黃油注入潤滑工位的一種增加壓力的機器，廣泛應(yīng)用于機械、設(shè)備、汽車、船舶等行業(yè)。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展進步，在機械中占據(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分為電動加注和氣動高壓加注兩種類型，現(xiàn)有產(chǎn)品在市場上的價格偏高，普遍適用于黏稠度低的黃油[1-2]，本文的研究目標是設(shè)計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

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，主要采用高壓氣動及電動活塞泵來抽取黃油，在黏稠度等級更高的黃油中，黃油機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)的黃油機上加注3號黃油時，其槍口的出油壓力無法達到正常使用的標準，在運行一段時間后甚至出現(xiàn)槍口堵塞的情況，主要原因是內(nèi)部無法形成負壓。

為了解決這些問題，本文設(shè)計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，再由底座及機殼內(nèi)的電動機帶動攪拌葉片高速旋轉(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，工作時更容易形成負壓，可以提高設(shè)備加注時的輸出壓力。該設(shè)備通過單片機控制電動機的旋轉(zhuǎn)速度，設(shè)定黃油加注的時長和油量，進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 新型電動高壓黃油加注設(shè)備

2 新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備機械結(jié)構(gòu)的細節(jié)設(shè)計

2.1 偏心輪出油裝置（柱塞泵）的設(shè)計

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

如圖2所示，偏心輪出油裝置（柱塞泵）由左右2個閥體和中間的偏心輪軸及滑塊組成，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，偏心輪軸轉(zhuǎn)動便會帶著滑塊左右滑動，而固定在滑塊上的2個活塞桿也會隨著滑塊左右滑動，從而將黃油壓入2個閥體中，且偏心輪軸每轉(zhuǎn)動1周，滑塊便會左右滑動1次，形成負壓，實現(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)，也可以保護主機設(shè)備的安全運行及整套設(shè)備出油的穩(wěn)定性。

2.2 攪拌葉片的特殊設(shè)計

由于高黏度的黃油不易攪拌和流動，所以用于攪拌的攪拌葉片的機構(gòu)部分特意設(shè)計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)動一周時，其葉片與黃油的接觸方式及面積都會發(fā)生改變，能更好地把類似于固態(tài)的黃油攪拌松動；而偏寬的45°傾斜的攪拌葉片攪拌時，可以更好地攪拌黃油且引導(dǎo)黃油補充到柱塞泵的濾網(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

經(jīng)過實驗發(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，偏心輪軸帶動滑塊長時間運作后，活塞桿會有比較大的磨損，甚至不能保證兩邊活塞桿的同軸度，在使用一段時間后，黃油槍輸出黃油的壓力會降低，故在電動機支架上安裝了4個外螺紋軸承（如圖2），用來支撐滑塊，且滑塊滑動時外螺紋軸承可以轉(zhuǎn)動，從而減少滑動磨損，進一步降低滑塊與偏心軸的磨損和振動噪聲，減少活塞桿的磨損，保證設(shè)備在長時間運行時兩端活塞桿之間的同軸度和壽命。

圖2 新型電動高壓黃油加注設(shè)備裝配圖

3 新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備電動機選型計算

根據(jù)機械設(shè)計手冊，黃油機泵體、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，柱塞個數(shù)z為2,電動機轉(zhuǎn)動一圈油的輸出量V為

由此可得電動機輸出軸的輸出轉(zhuǎn)速至少要為133.2 r/min，因此選用10k減速比的定速電動機，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)動時的轉(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轉(zhuǎn)矩，為保險起見，電動機選用單相220 V(50 Hz)、功率為400 W的10k減速比的減速電動機，就可以完成新型高壓黃油潤滑加注設(shè)備的轉(zhuǎn)動要求。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種電動高壓黃油加注設(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、運行穩(wěn)定、高效精準的特點，可定時、定量加注，擁有較高和比較持久的油壓輸出壓力，維護簡單，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強度，提升工作效率。