高安全性气动润滑注油车设计及应用.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 2年 第 2期 高安全性气动润滑注油车设计及应用 张晓刚 权 龙 太原理工大学机械电子工程研究所 ， 山西太原0 3 0 0 2 4 摘要 大型野外 工业设备现场 ， 道路崎岖 ， 环境恶劣 ， 设备移动困难 ， 使用一段时期后 ， 设备需要补充液压油 、 齿轮油 、 机油 、 防冻液 、 润 滑脂 等维持设备正常运转 的必需油品。 为此， 可移动的润滑注油车便 成为有效 的运载和加注工具 ， 受现场 电力条件 限制 ， 油品加 注需要 的动力源大都采用 车载式柴 油空压机 ， 车厢内放置空压机造成 占用油品空 间 ． 封闭的空间内柴油空压 机与油品混放 一处 ， 存在 巨大 的 安全隐患 。经过反复论证 ， 重新设计 和改型后 的注油车去掉 了整体空压机的柴油发动机 ． 空压机的其余 部分设计成可独立 布置 的几个 单元 。在封闭厢体 内只保 留油气分离器 、 冷却器 、 过滤器等气源控制装置 ， 螺杆式空气压缩 泵通过汽车变速箱取力 13获取动力 ， 经过 中 央控 制器 的反馈与调节 ， 分体式空压机性能与柴油空压机完全一致 ， 达到 了安全环保 满足现场需求 的 目的。 关键词 安全 ； 分体式空压机 ； 取力； 油品 ； 中央调节器 中图分类号 T H1 3 8 ． 9 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 2 0 0 4 4 ～ 0 4 Hi g h S a f e t y P ne u ma t i c Lu b r i c a t i o n Oi l i n g Ve h i c l e De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n Z H A N G Xi a o - g a n g QU AN L o n g Me c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g I n s t i t u t e o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4， C h i n a Ab s t r a c t L a r g e fi e l d i n d u s t ri a l e q u i p me n t s i t e i s i n t h e c o n d i t i o n o f b u mp y r o a d ， v i l e e n v i r o n me n t ， a n d d i ff i c u l t t o mo v e e q u i p me n t ． Af t e r a p e rio d o f t i me ， t h e e q u i p me n t n e e d s t o s u p p l e me n t t h e h y d r a u l i c o i l ， g e a r o i l ， e n g i n e o i l ， a n t i f r e e z e ， l u b ri c a t i o n g r e a s e a n d o t h e r e s s e n t i a l p e t r o l e u m p r o d u c t s t o ma i n t a i n t h e n o r ma l o p e r a t i o n o f t h e e q u i p me n t ． T h e r e f o r e ， mo b i l e l u b ri c a t i o n o i l i n g v e h i c l e s b e c o me e ff e c t i v e c a r r y i n g a n d c h a r g i n g u p t o o l s ， a n d a r e r e s t ri c t e d b y t h e s i t e e l e c t ric p o w e r c o n d i t i o n s ． Th e p o we r s o u r c e n e e d e d b y p e t r o l e u m p rod u c t s fi l l i n g are mo s t l y u s e d v e h i c l e- mo u n t e d d i e s e l a i r c o mp r e s s o r , t h e a i r c o mp r e s s o r p l a c e d i n s i d e t h e c a r r i a g e c a n o c c u p y t o o mu c h s p a c e o f p e t r o l e u m p r o d u c t s ，i n s i d e t h e e n c l o s e d s p a c e mi x e d wi t h d i e s e l a i r c o mp r e s s o r a n d p e t rol e u m p r o d u c t s t o g e t h e r h a s a m a j o r p o t e n t i a l s a f e t y h a z a r d ．Th r o u g h s e v e r a l r e p e a t e d t e s t s ．t h e n e w t y p e o i l i n g v e h i c l e a f t e r r e d e s i g n a n d r e mo d e 1 ．h a v e r e m o v e d t h e d i e s e l p o we r s o u r c e o f i n t e g r a t i v e a i r c o mp r e s s o r ，a d o p t e d s e p a r a t e d s t r u c t u r e ，k e p t o n l y o i l a n d g a s s e p a r a t o r ，c o o l e r ，fi l t e r ，a n d o t h e r a i r c o n t r o l d e v i c e s i n s i d e t h e c l o s e d c o mp a r t me n t s ， s c r e w a i r c o mp r e o r p u mp c a n g e t p o w e r t h r o u g h t h e t o r q u e e x t r a c t i o n mo u t h o f v e h i c l e g e a r b o x ， s e n d i n f 0 衄 a t i o n a n d a d j u s t t h r o u g h t h e c e n t r a l c o n t r o l l e r ，t h e p e r f o rma n c e b e t w e e n s p l i t t y p e a i r c o mp r e s s o r a n d d i e s e l a i r c o mp r e s s o r a r e c o mp l e t e l y c o n s i s t e n t ， w h i c h h a s me t t h e p u r p o s e t o me e t t h e d e ma n d o f s e c u ri t y a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n o n s po t ． Ke y W o r d s s a f e t y； s p l i t t y p e a i r c o mp r e s s o r ； p o w e r t a k e - o ff； p e t r o l e u m p r o d u c t s ； t h e c e n t r a l r e g u l a t o r O绪论 我国有多个能源省份， 煤炭作为主要能源 。 关系到 经济发展和民生需求 ， 煤炭开采量很大 ， 采掘设备根据 煤炭储量所在地 ， 处于不断移动当中。煤炭开采主要有 露天开采和井工开采等类型，采煤现场车辆行驶过程 中道路颠簸 ， 非常泥泞。上述采煤现场环境条件 ， 决定 了主采煤设备润滑保养非常重要 ， 设备运转过程 中， 所 需的各类油品需要不断补充 ， 油品补充过程 中， 设备对 收稿 13期 2 0 1 1 - 1 2 1 6 作者简介 张晓剐 1 9 6 4 一 ， 男 ， 博士研究生 ， 主要研究方 向液压 控制 系统 的节能理论及其应用技术。 4 4 清洁度要求很高 ， 需要在管路全封闭条件下进行 ． 不同 油品供应量 自动控制， 相应的传感器完成控制过程。油 品通过气动输送泵输至主设备 ，气动输送泵工作时需 要的动力源 ， 一般有 电动、 液动 、 气动等几种 ， 其中气动 输送泵使用最为广泛 ，面对恶劣环境适应性强 ，成本 低 ， 动力大， 输送距离长。目前 ， 为气动输送泵提供空气 动力的主要是整体式柴油空压机 ，柴油空压机放置在 封闭的厢体 内， 占用空间大 ， 尤其在夏季天气 闷热 ， 每 次加注柴油时 ， 易洒在空压机外面 ， 造成车厢内油气密 度高， 留下了很大的安全隐患 ， 现场出现过 由于工人操 作不慎引起着火的事故。为避免事故发生 ， 许多注油车 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， N O ．2 ． 2 01 2 采用敞开式厢体结构 ，随之带来的问题是冬季难以保 温 。 恶劣环境油品极易受到污染 。 安全型气动润滑注油车从实际需求出发 ．主要改 进之处是将整体式空压机设计改型为分体式空压机r 】 1 ， 厢体 内去掉 了柴油发动机和螺杆式空气压缩泵 ，注油 车封闭厢体 内只保 留空压机的气源控制单元口 卅， 车厢 内安全整齐宽敞。保温车厢确保车载各种油品冬季保 温和不受环境污染。 1 气动润滑注油车工作原理 气动润滑注油车主要包括 车载底盘单元 、 螺杆式 空气压缩泵单元 、 气源控制单元 、 油品输送单元 、 控制 系统等部分[ 5 - 6 ] 。图 1为气动润滑注油车底盘及供气系 统分解图。 图 l 气动润滑注油车底盘及供气 系统分解图 由图 1可以看出 。整体式空压机被重新设计改型 为各个独立的单元 ， 根据车载底盘结构特点 ， 各单元分 别连接到不同的位置 ，连接过程中既要考虑空压机结 构特点 ， 又要考虑管路连接的合理性 ， 相对于不同的汽 车底盘 ， 连接位置有所不同。图 2为气动润滑注油车工 作过程控制框图。 注枪 图 2气 动 润 滑 注 油 车 工作 过程 控 制 框 图 图 2中，汽车变速箱与空气压缩主泵之间装有转 速传感器 ， 主要控制主泵 的转速 ， 主泵出 E l 装有温度传 感器用于控制空气温度 。气动输送泵与油品加注枪之 间装有流量计和压力传感器 。当输出流量过大或不足 时 ， 流量信号进入 P L C控制器 ， 经转速信号比较 ， 通过 控制汽车发动机转速 ， 达到泵转速与输出流量相匹配。 当需要 向高处设备输送油品时 ，经过空气压缩主泵的 调压阀， 使输出压力与负载需要相匹配。 2 分体式空压机安全供油分析 图 3为分体式空压机供油系统原理图。 气路 油路 气 油 1 一 空气滤清器2 一 进气控制阀 3 一 空气主泵4 一 油过滤器 5 一 油分离器6 ～ 最小压力阀7 一 供气球阀8 一 油冷器9 一 放油 阀 1 0 一 调压阀 1 1 - 换向阀 l 2 一 空气过滤器 l 3 一 气动三联件 1 4 一 气动输送泵 1 5 一 汽车变速箱 1 6 一 取力器 1 7 一 联轴器 1 8 一 标准油品桶 1 9 一 油卷管器2 0 一 油品加注枪 图 3 分体式空压机供油系统原理 图 图 3中， 取力器连在汽车发动机的变速箱上， 取力 器与空气压缩主泵通过联轴器连接。汽车行驶时 ， 取力 器不工作 ， 空档运转停止行驶时， 取力器经气动阀换向 处于工作状态 ，空气压缩主泵开始排气 ，进人供油状 态 。安全供油工作循环如下 螺杆式 空气 主泵 3壳体 内有一对相互 啮合 的转 子 ， 随着齿问容积不断缩小， 从空气滤清器 1吸入 的空 气被压缩 ， 同时 ， 润滑油从油冷器 8喷入主泵工作腔 ， 起到冷却 、 润滑和密封的作用 ， 当齿间容积与主泵排气 口相通时 ， 油气混合气便从排气 口排 出， 进入油气分离 器 5 。 主泵的吸气部分主要包括空气滤清器 1 和进气控 制阀 2 ， 空气滤清器的作用是滤掉空气中的杂质 ， 进气 控制阀用来控制空气的加载、 卸载和放空。主泵的排气 部分主要有油气分离器 5 、 最小压力阀 6 、 安全阀 1 0 、 冷 却器 8和相应 的连接管路等 。经油气分离器分离后 的 压缩空气通过最小压力阀 ， 排出至气动三联件 1 3供泵 l 4使用。 最小压力阀位于油气分离器的顶盖上 ， 作用是 确保油气分离器 中的压力不低于 0 ． 3 2 0 ． 3 5 MP a ，以便 润滑油能在管路中正常流动。 油气分离器的顶盖上还设有调压 阀，油气分离器 主要由罐体和空气过滤器 1 2组成。来 自主泵排气 口的 油气混合物 ，切向进人油气分离器 ，并沿筒壁高速旋 转 ， 在离心力的作用下 ， 大部分润滑油从油气混合气 中 分离 出来 ， 形成较大的油滴 ， 沉降到分离器的底 部 ， 所 以油气分离器具有初级分离和储油罐的作用 。空气过 45 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 2期 滤器的作用 是 ， 经初级分离后 的油气 混合物 ， 穿过滤 芯 ， 作精 细分 离 ， 把残 留在压缩 空气 中的少量润滑油 分离出来 ，积 聚在滤 芯底 部 由抽油管送到 主泵进气 口， 吸人工作腔 。油气分离器 中的润滑油在压力 的作 用下进入油冷却器 ， 经冷却后通过油过滤器 4进入主 泵 壳 体腔 。 进气控制 阀 2和换 向阀 1 1等元 件主要用来调节 空气主泵出口空气量 ， 共有四种不同工作状态 。 ①起动 阶段 在吸气真空度的作用下进气控制阀微微打开 ， 少 量空气进入主泵 ， 油气分离器 内迅速建立压力。当压力 达到 0 ． 2 MP a左右时 。 压力气体便通过管路进入进气控 制阀， 把阀门关闭 ， 使空气主泵在较低的背压下起动 。 正 常起动后 ， 换 向阀得电 ， 接通进入进气阀的控制气 ， 在吸气真空度 的作用下 ， 进气控制阀再次打开 ， 主泵又 开始吸气 ， 油分内的压力迅速上升至 0 ． 3 5 MP a 。② 常规 运行 当油气分离器 内的压力达到 0 ． 3 5 MP a时， 最小压 力阀打开 ， 开始向外供气 。这时， 进气阀保持最大开度． 主泵处于满负荷运行状态 ，只要系统 内压力不超过最 高设定压力 ， 这种状态将一直保持下去。③卸载运行 当油枪停止油品加注时 ， 系统 内压力会迅速上升 。 压力 达到最高设 定压力时 ， 换 向阀失电 ， 放气卸压 ， 油气分 离器内的压力迅速下降。当油枪开始加注 ， 压力达到最 低设定压力时 ， 换向阀得电， 停止放空 ， 同时 ， 接通进入 进气控制阀的控制气 ， 于是进气阀便打开 ， 主泵又进入 满负荷运行状态。④停机放空 主泵停止运行 ， 与此同 时， 换向阀失电， 放空卸压， 实现停机放空。 供气球 阀 7的出 口经进气三联件 1 3进入气动输 送泵 l 4 ， 气动输送泵从标准 2 0 0 L油品桶 或储油箱 内 吸入油品 ， 油品经泵的出口输至卷管器 ， 卷管器管长约 1 5 0 m， 可使油品送至非常高或低凹的设备处。 油品加注 枪不工作时处于关闭状态 ，气动输送泵与油枪之间的 压力高于气动输送泵的出口压力 ，气动输送泵停止工 作。气动输送泵的出口压力取决于进 口空气压力 ， 二者 之间存在压缩 比。当油品加注枪工作时， 气动输送泵的 出口压力降低 ， 空气 主泵处于工作状态 ， 气动输送泵又 开始安全输送油品 3 性能测试结果分析 图 4是测试汽车发动机驱动螺杆式空气压缩主泵 状态下 ， 泵转速与输 出空气量 、 输出压力 、 功率 之间结 果 关系 图。 由图 4可以看出 ， 在不同条件下 ， 泵输出空气量增 加 ， 泵输 出压力也相应增加 ， 空气量与压力之间线性 比 好 ， 线性平行度随着转速增加越来越好。泵功率随着压 力增加也相应增大 ， 功率越大 ， 相同转速条件下 ， 压力 增加越大。测试结果表明 ， 主泵的各项性能指标 ， 完全 可以满足使用要求 ，与标准电动机驱动泵条件下测试 效果一致。 曼 ￡ E 血4 羽 簿 ， J 二一 ， ／ ____ 一 ． 1 王一 ， ； ／ ● ，， ／ ； ， J 一r r ／ ， ， ≯ r r／ r ，／ 1 3 7 ，_ ／ ， ／ 一 ． ／ 一 一一 _ 一 ，／ 一 一 __ ， 一 _一 一 暑 l O 8 蓄 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 o 0 2 8 0 0 3 O 00 泉转速n ／ n m 图 4 泵转速 、 空气量 、 压 力、 功率之间关系图 图 5为测试调压 阀在不同进气容积条件下 ，阀调 节压力变化的关系图。 图 5 j盘力 与进 气 容积 关 系 图 由图 5可 以看 出， 在一定压力设定条件下 ， 空气 主 泵提供进气容积 ， 调压阀随着进 口空气容积的增加 ， 在 空气量 l O m 3 ／ m i n以内时 实际使用为 3 m3 ／ mi n左右 阀 的跟踪线性度平直，表明系统压力在稳定的空气量增 加条件下 ， 压力脉动小 ， 驱动气动输送泵工作 时 ， 稳定 性好， 不会引起输出油品流量脉动。 图 6是 以气动输出泵输出液压油为例 ，测得泵在 不同空气消耗量条件下 ， 输 出压力 、 流量与空气消耗量 之间的关系图。图中曲线 A表示空气压力为 8 b a r 时 ， 曲线 B表示空气压力为 6 b a r 时 ， 曲线 C表示空气压力 为 4 b a r 时 加 6 童 静 嚣 Hy dr a ul i c s Pn e u ma t i c s Se a l s ／ No． 2 ． 201 2 ． ＼ 。 ． ＼ ＼ ． ／／ ／ ＼ 图 6气 动 输 出 泵 空气 消耗 量 与 压 力 和 流 量 关 系 图 由图 6可以看 出， 在不同的流量输出条件下 ， 随着 空气消耗量增加 ， 气动输出泵的输 出压力也相应增加。 空气消耗量的线性度好 ，说明螺杆式空压机空气量输 出稳定 ， 对应不同的负载压力需求 ， 空气输出量的响应 效果没有受到影响。泵的输出压力变化 ，在流量小于 1 5 ～ 2 0 L ／ m i n时． 泵的压力增长较快。相比于气动输送泵 在整体式空压机驱动下的使用状况 ， 效果完全一致 。 达 到了设计 目的。 图 7为安全型气动润滑注油车的产品图。 图 7 气动润滑注油车外形与内部 图 7中， 柴油发动机彻底去掉 ， 消除了隐患 ， 安全 型润滑注油车的空气压缩主泵采用 了专用取力器 ， 汽 车变速箱与取力器之间的转速 比为 l 1 ． 3 2 ，转速信号 进入中央控制调节器 P L C，通过调节转速达到满足油 品输 出量 的需求。汽车变速箱转速 由发动机转速控制， 发动机转速由汽车油 门开启量控制 ， 实现无极调速 ， 兼 备了变频调速控制器的性能。 4结 论 1 安 全型气动润滑注油车的整体性能完全能够 满足现场使用要求 ， 具有保温 、 防尘 、 防盗 的效果 ， 自动 化控制程度较高 ， 油品流量输出稳定性好 ， 省去了柴油 发动机 ， 成本低 ， 寿命长。 2 分体式空压机是在整体式空压机基础上 ， 经重 新选型设计而成 ，设计和使用 中有效地解决了汽车发 动机与螺杆式空气压缩主泵之 间转速匹配关系，解决 了气动输送泵输 出流量和压力 的动态响应 问题 ，与整 体式空压机相 比， 使用效果一致。 3 从根本上解决了油品加注过程 中存在的安全 隐患问题 ， 为今后市场发展奠定了基础。 参 考 文 献 [ 1 】 周 世 昌， 曹 鑫铭． 液压 气动 系统设计 运行 禁忌 4 7 0例【 M 】 ． 北 京 机械工业出版社， 2 0 0 2 【 2 】 邹建华， 吴宝智， 许 小明． 液压 与气动技 术基 础【 M 】 ． 武汉 华中 科技大学 出版社， 2 0 0 6 ． [ 3 】 王积伟 ， 章宏甲 ， 黄谊． 液压与气压传动[ M ] ． 北京 机械工业出 版社． 2 0 0 5 ． f 4 ] 芮延奎． 液压与气压传动[ M】 ． 苏州 苏州大学 出版社， 2 0 0 5 ． 【 5 】 成大先． 机械设计手册 单行本 润滑与密封【 M 】 ． 北京 化学工 业 出版社。 2 0 0 4 ． 【 6 】 张利平， 邓钟 明， 等． 液压气动系统设计手册【 M ] ． 北京 机械工 业 出版 社 ． 1 9 9 7 ． 新书介绍 由机械工程学会流体传动与控制分会组编 ，中国液压气动密封件工业协会专家委员会委员张海 平博士编著的 液压螺纹插装阀 已由机械工业出版社在 2 0 1 1年 1 2月出版并投放市场。书号 I S B N 9 7 8 7 1 1 1 - 3 5 6 1 7 2 ， 精装本 。 全书约 5 0 0页， 1 4 0 0余 幅插 图， 系统全面地介绍了螺纹插装阀及集成块 的设计制作 ． 包含了一些世界知名公司近年来液压 阀的研发内容。随书所附的光盘， 收集了各章的部 分插图， 其中约 4 0 0幅系各种螺纹插装阀的彩色剖面图。 还有一个非常实用的液压估算表格软件。 定 价 8 8元。在 中国科技金书网 h t t p ／ ／ w w w ． g o l d e n b o o k ． c o r n ／ 和卓越 网 h t t p ／ ／ w w w ． a ma z o n ． c n 邮购 ， 可有 优惠。 47