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高安全性氣動潤滑注油車設計及應用

文檔作者：張曉剛權龍文檔來源：太原理工大學機械電子工程研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月06日
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液壓氣動與密封／2012年第2期
高安全性氣動潤滑注油車設計及應用
張曉剛 權 龍
(太原理工大學機械電子工程研究所，山西太原030024)
摘要：大型野外工業(yè)設備現(xiàn)場，道路崎嶇，環(huán)境惡劣，設備移動困難，使用一段時期后，設備需要補充液壓油、齒輪油、機油、防凍液、潤
滑脂等維持設備正常運轉的必需油品。為此，可移動的潤滑注油車便成為有效的運載和加注工具，受現(xiàn)場電力條件限制，油品加注需要
的動力源大都采用車載式柴油空壓機，車廂內(nèi)放置空壓機造成占用油品空間．封閉的空間內(nèi)柴油空壓機與油品混放一處，存在巨大的
安全隱患。經(jīng)過反復論證，重新設計和改型后的注油車去掉了整體空壓機的柴油發(fā)動機．空壓機的其余部分設計成可獨立布置的幾個
單元。在封閉廂體內(nèi)只保留油氣分離器、冷卻器、過濾器等氣源控制裝置，螺桿式空氣壓縮泵通過汽車變速箱取力13獲取動力，經(jīng)過中
央控制器的反饋與調(diào)節(jié)，分體式空壓機性能與柴油空壓機完全一致，達到了安全環(huán)保滿足現(xiàn)場需求的目的。
關鍵詞：安全；分體式空壓機；取力；油品；中央調(diào)節(jié)器
中圖分類號：TH138．9 文獻標識碼：A 文章編號：1008—0813(2012)02—0044～04
High Safety Pneumatic Lubrication Oiling Vehicle Design and Application
ZHANG Xiao-gang QUAN Long
(Mechanical and Electrical Engineering Institute of Taiyuan
University of Technology，Taiyuan 030024，China)
Abstract： Large field industrial equipment site is in the condition of bumpy road，vile environment，and dificult to move equipment．
After a period of time， the equipment needs to supplement the hydraulic oil， gear oil， engine oil， antifreeze， lubrication grease
and other essential petroleum products to maintain the normal operation of the equipment． Therefore， mobile lubrication oiling vehicles
become efective carrying and charging—up tools， and are restricted by the site electric power conditions．Th e power source needed by
petroleum products filling are mostly used vehicle-mounted diesel air compressor, the air compressor placed inside the carriage can
occupy too much space of petroleum products，inside the enclosed space mixed with diesel air compressor and petroleum products together
has a major potential safety hazard．Th rough several repeated tests．the new type oiling vehicle after redesign and remode1．have removed
the diesel power source of integrative air compressor，adopted separated structure，kept only oil and gas separator，cooler，filter，and
other air control devices inside the closed compartments，screw air compre~or pump can get power through the torque extraction mouth of
vehicle gearbox， send inf0衄ation and adjust through the central controller，the performance between split—type air compressor and
diesel air compressor are completely consistent，which has met the purpose to meet the demand of security and environmental protection on
spot．
Key W ords： safety； split—type air compressor； power take-of； petroleum products； the central regulator
O 緒論
我國有多個能源省份，煤炭作為主要能源。關系到
經(jīng)濟發(fā)展和民生需求，煤炭開采量很大，采掘設備根據(jù)
煤炭儲量所在地，處于不斷移動當中。煤炭開采主要有
露天開采和井工開采等類型，采煤現(xiàn)場車輛行駛過程
中道路顛簸，非常泥濘。上述采煤現(xiàn)場環(huán)境條件，決定
了主采煤設備潤滑保養(yǎng)非常重要，設備運轉過程中，所
需的各類油品需要不斷補充，油品補充過程中，設備對
收稿13期：2011-12—16
作者簡介：張曉剮(1964一)，男，博士研究生，主要研究方向液壓控制系統(tǒng)
的節(jié)能理論及其應用技術。
44
清潔度要求很高，需要在管路全封閉條件下進行．不同
油品供應量自動控制，相應的傳感器完成控制過程。油
品通過氣動輸送泵輸至主設備，氣動輸送泵工作時需
要的動力源，一般有電動、液動、氣動等幾種，其中氣動
輸送泵使用最為廣泛，面對惡劣環(huán)境適應性強，成本
低，動力大，輸送距離長。目前，為氣動輸送泵提供空氣
動力的主要是整體式柴油空壓機，柴油空壓機放置在
封閉的廂體內(nèi)，占用空間大，尤其在夏季天氣悶熱，每
次加注柴油時，易灑在空壓機外面，造成車廂內(nèi)油氣密
度高，留下了很大的安全隱患，現(xiàn)場出現(xiàn)過由于工人操
作不慎引起著火的事故。為避免事故發(fā)生，許多注油車
Hydraulics Pneumatics&amp;amp; Seals，NO．2．2012
采用敞開式廂體結構，隨之帶來的問題是冬季難以保
溫。惡劣環(huán)境油品極易受到污染。
安全型氣動潤滑注油車從實際需求出發(fā)．主要改
進之處是將整體式空壓機設計改型為分體式空壓機r】1，
廂體內(nèi)去掉了柴油發(fā)動機和螺桿式空氣壓縮泵，注油
車封閉廂體內(nèi)只保留空壓機的氣源控制單元口卅，車廂
內(nèi)安全整齊寬敞。保溫車廂確保車載各種油品冬季保
溫和不受環(huán)境污染。
1 氣動潤滑注油車工作原理
氣動潤滑注油車主要包括：車載底盤單元、螺桿式
空氣壓縮泵單元、氣源控制單元、油品輸送單元、控制
系統(tǒng)等部分[5-6]。圖1為氣動潤滑注油車底盤及供氣系
統(tǒng)分解圖。
圖l 氣動潤滑注油車底盤及供氣系統(tǒng)分解圖
由圖1可以看出。整體式空壓機被重新設計改型
為各個獨立的單元，根據(jù)車載底盤結構特點，各單元分
別連接到不同的位置，連接過程中既要考慮空壓機結
構特點，又要考慮管路連接的合理性，相對于不同的汽
車底盤，連接位置有所不同。圖2為氣動潤滑注油車工
作過程控制框圖。
注槍
圖2 氣動潤滑注油車工作過程控制框圖
圖2中，汽車變速箱與空氣壓縮主泵之間裝有轉
速傳感器，主要控制主泵的轉速，主泵出El裝有溫度傳
感器用于控制空氣溫度。氣動輸送泵與油品加注槍之
間裝有流量計和壓力傳感器。當輸出流量過大或不足
時，流量信號進入PLC控制器，經(jīng)轉速信號比較，通過
控制汽車發(fā)動機轉速，達到泵轉速與輸出流量相匹配。
當需要向高處設備輸送油品時，經(jīng)過空氣壓縮主泵的
調(diào)壓閥，使輸出壓力與負載需要相匹配。
2 分體式空壓機安全供油分析
圖3為分體式空壓機供油系統(tǒng)原理圖。
氣路
油路
氣
油
1一空氣濾清器2一進氣控制閥 3一空氣主泵4一油過濾器
5一油分離器6～最小壓力閥7一供氣球閥8一油冷器9一放油閥
10一調(diào)壓閥 11-換向閥 l2一空氣過濾器 l3一氣動三聯(lián)件
14一氣動輸送泵 15一汽車變速箱 16一取力器 17一聯(lián)軸器
18一標準油品桶 19一油卷管器20一油品加注槍
圖3 分體式空壓機供油系統(tǒng)原理圖
圖3中，取力器連在汽車發(fā)動機的變速箱上，取力
器與空氣壓縮主泵通過聯(lián)軸器連接。汽車行駛時，取力
器不工作，空檔運轉停止行駛時，取力器經(jīng)氣動閥換向
處于工作狀態(tài)，空氣壓縮主泵開始排氣，進人供油狀
態(tài)。安全供油工作循環(huán)如下：
螺桿式空氣主泵3殼體內(nèi)有一對相互嚙合的轉
子，隨著齒問容積不斷縮小，從空氣濾清器1吸入的空
氣被壓縮，同時，潤滑油從油冷器8噴入主泵工作腔，
起到冷卻、潤滑和密封的作用，當齒間容積與主泵排氣
口相通時，油氣混合氣便從排氣口排出，進入油氣分離
器5。主泵的吸氣部分主要包括空氣濾清器1和進氣控
制閥2，空氣濾清器的作用是濾掉空氣中的雜質(zhì)，進氣
控制閥用來控制空氣的加載、卸載和放空。主泵的排氣
部分主要有油氣分離器5、最小壓力閥6、安全閥10、冷
卻器8和相應的連接管路等。經(jīng)油氣分離器分離后的
壓縮空氣通過最小壓力閥，排出至氣動三聯(lián)件13供泵
l4使用。最小壓力閥位于油氣分離器的頂蓋上，作用是
確保油氣分離器中的壓力不低于0．32—0．35MPa，以便
潤滑油能在管路中正常流動。
油氣分離器的頂蓋上還設有調(diào)壓閥，油氣分離器
主要由罐體和空氣過濾器12組成。來自主泵排氣口的
油氣混合物，切向進人油氣分離器，并沿筒壁高速旋
轉，在離心力的作用下，大部分潤滑油從油氣混合氣中
分離出來，形成較大的油滴，沉降到分離器的底部，所
以油氣分離器具有初級分離和儲油罐的作用?？諝膺^
45
液壓氣動與密封／2012年第2期
濾器的作用是，經(jīng)初級分離后的油氣混合物，穿過濾
芯，作精細分離，把殘留在壓縮空氣中的少量潤滑油
分離出來，積聚在濾芯底部由抽油管送到主泵進氣
口，吸人工作腔。油氣分離器中的潤滑油在壓力的作
用下進入油冷卻器，經(jīng)冷卻后通過油過濾器4進入主
泵殼體腔。
進氣控制閥2和換向閥11等元件主要用來調(diào)節(jié)
空氣主泵出口空氣量，共有四種不同工作狀態(tài)。① 起動
階段：在吸氣真空度的作用下進氣控制閥微微打開，少
量空氣進入主泵，油氣分離器內(nèi)迅速建立壓力。當壓力
達到0．2MPa左右時。壓力氣體便通過管路進入進氣控
制閥，把閥門關閉，使空氣主泵在較低的背壓下起動。
正常起動后，換向閥得電，接通進入進氣閥的控制氣，
在吸氣真空度的作用下，進氣控制閥再次打開，主泵又
開始吸氣，油分內(nèi)的壓力迅速上升至0．35MPa。② 常規(guī)
運行：當油氣分離器內(nèi)的壓力達到0．35MPa時，最小壓
力閥打開，開始向外供氣。這時，進氣閥保持最大開度．
主泵處于滿負荷運行狀態(tài)，只要系統(tǒng)內(nèi)壓力不超過最
高設定壓力，這種狀態(tài)將一直保持下去。③卸載運行：
當油槍停止油品加注時，系統(tǒng)內(nèi)壓力會迅速上升。壓力
達到最高設定壓力時，換向閥失電，放氣卸壓，油氣分
離器內(nèi)的壓力迅速下降。當油槍開始加注，壓力達到最
低設定壓力時，換向閥得電，停止放空，同時，接通進入
進氣控制閥的控制氣，于是進氣閥便打開，主泵又進入
滿負荷運行狀態(tài)。④停機放空：主泵停止運行，與此同
時，換向閥失電，放空卸壓，實現(xiàn)停機放空。
供氣球閥7的出口經(jīng)進氣三聯(lián)件13進入氣動輸
送泵l4，氣動輸送泵從標準200L油品桶(或儲油箱)內(nèi)
吸入油品，油品經(jīng)泵的出口輸至卷管器，卷管器管長約
150m，可使油品送至非常高或低凹的設備處。油品加注
槍不工作時處于關閉狀態(tài)，氣動輸送泵與油槍之間的
壓力高于氣動輸送泵的出口壓力，氣動輸送泵停止工
作。氣動輸送泵的出口壓力取決于進口空氣壓力，二者
之間存在壓縮比。當油品加注槍工作時，氣動輸送泵的
出口壓力降低，空氣主泵處于工作狀態(tài)，氣動輸送泵又
開始安全輸送油品
3 性能測試結果分析
圖4是測試汽車發(fā)動機驅動螺桿式空氣壓縮主泵
狀態(tài)下，泵轉速與輸出空氣量、輸出壓力、功率之間結
果關系圖。
由圖4可以看出，在不同條件下，泵輸出空氣量增
加，泵輸出壓力也相應增加，空氣量與壓力之間線性比
好，線性平行度隨著轉速增加越來越好。泵功率隨著壓
力增加也相應增大，功率越大，相同轉速條件下，壓力
增加越大。測試結果表明，主泵的各項性能指標，完全
可以滿足使用要求，與標準電動機驅動泵條件下測試
效果一致。
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圖4 泵轉速、空氣量、壓力、功率之間關系圖
圖5為測試調(diào)壓閥在不同進氣容積條件下，閥調(diào)
節(jié)壓力變化的關系圖。
圖5 j盤力與進氣容積關系圖
由圖5可以看出，在一定壓力設定條件下，空氣主
泵提供進氣容積，調(diào)壓閥隨著進口空氣容積的增加，在
空氣量lOm3／min以內(nèi)時(實際使用為3m3／min左右)閥
的跟蹤線性度平直，表明系統(tǒng)壓力在穩(wěn)定的空氣量增
加條件下，壓力脈動小，驅動氣動輸送泵工作時，穩(wěn)定
性好，不會引起輸出油品流量脈動。
圖6是以氣動輸出泵輸出液壓油為例，測得泵在
不同空氣消耗量條件下，輸出壓力、流量與空氣消耗量
之間的關系圖。圖中曲線A表示空氣壓力為8bar時，
曲線B表示空氣壓力為6bar時，曲線C表示空氣壓力
為4bar時
加 6
童 靜囂
Hydraulics Pneumatics&amp;amp; Seals／No．2．2012
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圖6 氣動輸出泵空氣消耗量與壓力和流量關系圖
由圖6可以看出，在不同的流量輸出條件下，隨著
空氣消耗量增加，氣動輸出泵的輸出壓力也相應增加。
空氣消耗量的線性度好，說明螺桿式空壓機空氣量輸
出穩(wěn)定，對應不同的負載壓力需求，空氣輸出量的響應
效果沒有受到影響。泵的輸出壓力變化，在流量小于
15～20L／min時．泵的壓力增長較快。相比于氣動輸送泵
在整體式空壓機驅動下的使用狀況，效果完全一致。達
到了設計目的。
圖7為安全型氣動潤滑注油車的產(chǎn)品圖。
圖7 氣動潤滑注油車外形與內(nèi)部
圖7中，柴油發(fā)動機徹底去掉，消除了隱患，安全
型潤滑注油車的空氣壓縮主泵采用了專用取力器，汽
車變速箱與取力器之間的轉速比為l：1．32，轉速信號
進入中央控制調(diào)節(jié)器PLC，通過調(diào)節(jié)轉速達到滿足油
品輸出量的需求。汽車變速箱轉速由發(fā)動機轉速控制，
發(fā)動機轉速由汽車油門開啟量控制，實現(xiàn)無極調(diào)速，兼
備了變頻調(diào)速控制器的性能。
4 結論
(1)安全型氣動潤滑注油車的整體性能完全能夠
滿足現(xiàn)場使用要求，具有保溫、防塵、防盜的效果，自動
化控制程度較高，油品流量輸出穩(wěn)定性好，省去了柴油
發(fā)動機，成本低，壽命長。
(2)分體式空壓機是在整體式空壓機基礎上，經(jīng)重
新選型設計而成，設計和使用中有效地解決了汽車發(fā)
動機與螺桿式空氣壓縮主泵之間轉速匹配關系，解決
了氣動輸送泵輸出流量和壓力的動態(tài)響應問題，與整
體式空壓機相比，使用效果一致。
(3)從根本上解決了油品加注過程中存在的安全
隱患問題，為今后市場發(fā)展奠定了基礎。
參 考 文 獻
[1】周世昌，曹鑫銘．液壓氣動系統(tǒng)設計運行禁忌470例【M】．北
京：機械工業(yè)出版社，2002
【2】鄒建華，吳寶智，許小明．液壓與氣動技術基礎【M】．武漢：華中
科技大學出版社，2006．
[3】王積偉，章宏甲，黃誼．液壓與氣壓傳動[M]．北京：機械工業(yè)出
版社．2005．
f4] 芮延奎．液壓與氣壓傳動[M】．蘇州：蘇州大學出版社，2005．
【5】成大先．機械設計手冊·單行本·潤滑與密封【M】．北京：化學工
業(yè)出版社。2004．
【6】張利平，鄧鐘明，等．液壓氣動系統(tǒng)設計手冊【M]．北京：機械工
業(yè)出版社．1997．
新書介紹
由機械工程學會流體傳動與控制分會組編，中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會專家委員會委員張海
平博士編著的《液壓螺紋插裝閥》已由機械工業(yè)出版社在2011年12月出版并投放市場。書號：ISBN
978—7—111-35617—2，精裝本。全書約500頁，1400余幅插圖，系統(tǒng)全面地介紹了螺紋插裝閥及集成塊
的設計制作．包含了一些世界知名公司近年來液壓閥的研發(fā)內(nèi)容。隨書所附的光盤，收集了各章的部
分插圖，其中約400幅系各種螺紋插裝閥的彩色剖面圖。還有一個非常實用的液壓估算表格軟件。定
價88元。在中國科技金書網(wǎng)

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