全氣動高壓注油機及其油脂泵的設(shè)計
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緒論
注油機目前主要用于重型，礦山機械行業(yè)。重型，礦山機械大致包含了采礦，冶煉，軋制，鍛壓，潤滑和液壓等幾大類設(shè)備，是我國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)的重要輔助設(shè)備。我國的注油機發(fā)展與國外先進水平相比，尚有較大的差距。其中，主要原因是成套設(shè)備和控制水平低。油脂被廣泛運用于軸承等運動部件的潤滑。由于其流動性差，給注油帶來了一定的困難。且國內(nèi)生產(chǎn)的注油機，由于通常注油阻力大，特別在北方，冬季環(huán)境溫度低的地方，油脂粘度大。而普通注油機壓力低，流量小，不但注油費時，工效低，且難以將油脂注入，加大了工人的勞動強度。
本課題原是為滿足上海隧道工程的需要，為隧道工程機械的潤滑而設(shè)計的注油機。課題前期工作已完成。所設(shè)計制造的注油機已經(jīng)用于生產(chǎn)實際。本次設(shè)計實在原設(shè)計的基礎(chǔ)上做系列化和改進設(shè)計。本課題是要求學(xué)生完成氣缸缸徑為250mm的全氣動高壓注油機的高壓油脂油脂泵設(shè)計，并從中探討研究其設(shè)計方法。
油脂泵的內(nèi)在特性是指包括產(chǎn)品性能、零部件質(zhì)量、整機裝配質(zhì)量、外觀質(zhì)量等在內(nèi)的產(chǎn)品固有特性，或者簡稱之為品質(zhì)。在這一點上，是目前許多油脂泵生產(chǎn)廠商所關(guān)注的也是努力在提高、改進的方面。而實際上，我們可以發(fā)現(xiàn)，有許多的產(chǎn)品在工廠檢測符合發(fā)至使用單位運行后，往往達不到工廠出廠檢測的效果，發(fā)生諸如過載、噪聲增大，使用達不到要求或壽命降低等等方面的問題；而油脂泵在實際當中所處的運行點或運行特征，我們稱之為油脂泵的外在特性或系統(tǒng)特性。
正如科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科越來越豐富，跨學(xué)科的共同研究是十分普遍的事情，作為油脂泵產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展亦是如此。以屏蔽式油脂泵為例，取消油脂泵的軸封問題，必須從電機結(jié)構(gòu)開始，單局限于油脂泵本身是沒有辦法實現(xiàn)的；解決油脂泵的噪聲問題，除解決油脂泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電機風(fēng)葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水油脂泵的可靠性，必須在潛水電機內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護、過載保護等措施；提高油脂泵的運行效率，須借助于控制技術(shù)的運用等等。這些無一不說明要發(fā)展油脂泵技術(shù)水平，必須從配套的電機、控制技術(shù)等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機電一體化綜合水平。
注油機的高壓油脂油脂泵的顯著缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件制造精度高，成本也高，對油液污染敏感。這些給生產(chǎn)、使用和維護帶來一定的困難。
圖1（齒輪油脂泵原理圖）
1.液壓泵的比較：
1.1齒輪油脂泵：
工作原理：依靠油脂泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)油脂泵。
外嚙合雙齒輪油脂泵的結(jié)構(gòu)。一對相互嚙合的齒輪和油脂泵缸把吸入腔和排出腔隔開。齒輪轉(zhuǎn)動時，吸入腔側(cè)輪齒相互脫開處的齒間容積逐漸增大，壓力降低，液體在壓差作用下進入齒間。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動，一個個齒間的液體被帶至排出腔。這時排出腔側(cè)輪齒嚙合處的齒間容積逐漸縮小，而將液體排出。過容許值而損壞油脂泵或原動機齒輪油脂泵適用于輸送不含固體顆粒、無腐蝕性、粘度范圍較大的潤滑性液體。油脂泵的流量可至300米3/時，壓力可達3×107帕。它通常用作液壓油脂泵和輸送各類油品。
優(yōu)點：齒輪油脂泵結(jié)構(gòu)簡單緊湊,制造容易,維護方便，有自吸能力。
缺點：流量、壓力脈動較大且噪聲大。齒輪油脂泵必須配帶安全閥，以防止由于某種原因如排出管堵塞使油脂泵的出口壓力超過安全值
齒輪油脂泵的額定排出壓力與工作部件尺寸，轉(zhuǎn)速無關(guān)，主要取決于油脂泵的密封性能和軸承承載能力。齒輪油脂泵會產(chǎn)生困油現(xiàn)象，是封閉容積中的壓力急劇升高或下降，產(chǎn)生很大的附加承載，功率損失及液體發(fā)熱等不良現(xiàn)象。本課題要求輸出壓力達到42MPA,工作環(huán)境為高壓，考慮的齒輪油脂泵的泄漏和困油等缺點，故不適合
1.2發(fā)展趨勢
我國隧道工程用注油機都是從國外進口，價格昂貴。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，交通事業(yè)也蓬勃發(fā)展，隧道工程日益增多，迫切需要注油機的國產(chǎn)化。隨著工業(yè)現(xiàn)代化進程的不斷深入，用于隧道、礦山、石油開采、汽車拖拉機制造等行業(yè)的大型干油注油機（壓力大于400bar，干油流量大于4000ml/min）的需求越來越大，而綜觀國內(nèi)此類設(shè)備的市場，幾乎是進口產(chǎn)品的一統(tǒng)天下。進口產(chǎn)品其價格高（幾倍甚至十幾倍于國產(chǎn)品的價格），配件難求（至少數(shù)周甚至數(shù)月才能到貨的現(xiàn)狀勢必大大影響生產(chǎn)）的弊端越來越顯現(xiàn)。為此，根據(jù)國家863計劃，大型干油注油機的國產(chǎn)化是勢在必行的。
本研制的注油機以壓縮空氣為動力，借助氣缸活塞運動帶動油脂油脂泵，將潤滑油脂直接從油脂桶內(nèi)吸出，然后輸送到機器設(shè)備需要潤滑的部位課題前期工作已完成。所設(shè)計制造的注油機已經(jīng)用于生產(chǎn)實際。本次設(shè)計實在原設(shè)計的基礎(chǔ)上做系列化和改進設(shè)計。本課題是要求學(xué)生完成氣缸缸徑為250mm的全氣動高壓注油機的高壓油脂油脂泵設(shè)計，并從中探討研究其設(shè)計方法。
市場上注油機的分類真空注油機、電動注油機、鋼絲繩注油機、電動注油機、自動注油機、高壓注油機、氣動注油機、手動注油機、定量注油機、手機注油機等。
圖中恒流量變量機構(gòu)由帶有節(jié)流閥的雙邊控制閥(恒流量閥)和差動變量缸組成?？刂崎yC端預(yù)壓彈簧調(diào)定后，節(jié)流閥兩側(cè)壓力差在控制閥閥芯上產(chǎn)生的液壓力與彈簧力相平衡，閥芯處于中垃，斜盤傾角固定在某一角度，油脂泵輸出流量為調(diào)定值。
當油脂泵轉(zhuǎn)速增加時，輸出流量也相應(yīng)增加。由于節(jié)流器面積不變，則節(jié)流器兩端壓力差 增大，推動控制閥閥芯左移，帶動變量活塞左移，斜盤傾角減小，流量城少，直至恢復(fù)到調(diào)定值。此時，閥芯上液壓力與彈簧力重新平衡閥芯處于中位，斜盤傾角穩(wěn)定，油脂泵輸出流量為恒定值。反之，當油脂泵轉(zhuǎn)速減小后，輸出流量減少。類似的分析可知，斜盤傾角會增加，流量也隨之增加，仍保持為一恒定值
圖9.5(b)為變量特性曲線。 為保持調(diào)定流量 的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。從圖中可以看出，從 以上，油脂泵輸出流量不隨轉(zhuǎn)速變化而改變，始終保持恒定值。
恒流量變星油脂泵用于對液壓執(zhí)行機構(gòu)要求速度恒定的設(shè)備中。例如，機床、運輸機械等液壓系統(tǒng)。但是恒流量變量油脂泵恒定流星的精度不高，誤差較大，這也限制了它的應(yīng)用。
結(jié)論
液壓油脂泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液的動力元件,它是每個液壓系統(tǒng)中不可缺少的核心元件,合理的選擇液壓油脂泵對于液壓系統(tǒng)的能耗﹑提高系統(tǒng)的效率﹑降低噪聲﹑改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要.
選擇液壓油脂泵的原則是:根據(jù)主機工況﹑功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求,首先確定液壓油脂泵的類型,然后按系統(tǒng)所要求的壓力﹑流量大小確定其規(guī)格型號.
一般來說,由于各類液壓油脂泵各自突出的特點,其結(jié)構(gòu)﹑功用和運轉(zhuǎn)方式各不相同,因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場合選擇合適的液壓油脂泵.一般在機床液壓系統(tǒng)中,往往選用雙作用葉片油脂泵和限壓式變量葉片油脂泵;而在筑路機械﹑港口機械以及小型工程機械中,往往選擇抗污染能力比較強的齒輪油脂泵;在負載大﹑功率大的場合往往選擇油脂泵.
正如科學(xué)技術(shù)的發(fā)展一樣，現(xiàn)階段科技領(lǐng)域中交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科越來越豐富，跨學(xué)科的共同研究是十分普遍的事情，作為油脂泵產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展亦是如此。以屏蔽式油脂泵為例，取消油脂泵的軸封問題，必須從電機結(jié)構(gòu)開始，單局限于油脂泵本身是沒有辦法實現(xiàn)的；解決油脂泵的噪聲問題，除解決油脂泵的流態(tài)和振動外，同時需要解決電機風(fēng)葉的噪聲和電磁場的噪聲；提高潛水油脂泵的可靠性，必須在潛水電機內(nèi)加設(shè)諸如泄漏保護、過載保護等措施；提高油脂泵的運行效率，須借助于控制技術(shù)的運用等等。這些無一不說明要發(fā)展油脂泵技術(shù)水平，必須從配套的電機、控制技術(shù)等方面同時著手，綜合考慮，最大限度地提升機電一體化綜合水平。
參 考 文 獻
〔1〕李培滋﹑王占林主編.《飛機液壓傳動與伺服控制》（上冊）.國防工業(yè)出版社.1989
〔2〕曾祥榮﹑葉文柄﹑吳沛容編著.《液壓傳動》.國防工業(yè)出版社.1980
〔3〕何存興主編.《液壓元件》.機械工業(yè)出版社.1982
〔4〕張赤誠等編.《液壓傳動》.地質(zhì)出版社.1986
〔5〕齊任賢主編.《液壓傳動和液力傳動》.冶金工業(yè)出版社.1981
〔6〕上海煤礦機械研究所編.《液壓傳動設(shè)計手冊》.上海人民出版社.1976
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〔9〕成大先主編.《機械設(shè)計手冊》.化學(xué)工業(yè)出版社.2004
〔10〕聞德生著.《開路式油脂泵》.航空工業(yè)出版社.1998
〔11〕吉林工業(yè)大學(xué)等校編.《工程機械液壓與液力傳動》.機械工業(yè)出版社.1978
〔12〕AD 811166.1981.
〔13〕馬玉貴、馬治武主編.《新編液壓件使用與維修技術(shù)大》.中國建材工業(yè)出版社.1998
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〔15〕文懷興主編.《油脂泵的排量設(shè)計工況及優(yōu)化設(shè)計》. 北京.機械工業(yè)出版社.2005
〔16〕成大先主編.《機械設(shè)計圖冊》.化學(xué)工業(yè)出版社.2000
〔17〕沙毅 聞建龍主編.《油脂泵與風(fēng)機》.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.2005
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〔19〕路甬祥主編.《液壓氣動技術(shù)手冊》.北京.機械工業(yè)出版社.2002
〔20〕張耀宸.《機械加工設(shè)計手冊》.北京.航空工業(yè)出版社,1987
致 謝
本論文是在講師的悉心指導(dǎo)下完成的，在我即將完成學(xué)士學(xué)位學(xué)習(xí)之際，衷心感謝老師們給我提供了良好的學(xué)習(xí)條件、科研環(huán)境和全面鍛煉的機會以及在生活、學(xué)習(xí)上給予的關(guān)心和幫助。各位老師不僅以其淵博的學(xué)識、創(chuàng)造性的思維方式、嚴謹?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、高度的責(zé)任感使作者在學(xué)術(shù)上受益匪淺、而且言傳身教，以其高尚的人格和坦蕩寬廣的胸懷教導(dǎo)了我做人的道理。值此論文完成之際，瑾向張勇老師以及全系各位老師表示最衷心的感謝，并致以崇高的敬意！在課題的研究和論文撰寫過程中，得到了學(xué)院老師的大力支持，在此對你們表示衷心的感謝。
（論文）任務(wù)書 題目： 250 全氣動高壓注油機及其油脂泵的設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專業(yè)：機械電子工程 任務(wù)起至日期： 一、 課題的任務(wù)內(nèi)容： 本課題原是為滿足上海隧道工程的需要，為隧道工程機械的潤滑而設(shè)計的注油機。課題前期工作已完成。所設(shè)計制造的注油機已經(jīng)用于生產(chǎn)實際。本次設(shè)計實在原設(shè)計的基礎(chǔ)上做系列化和改進設(shè)計。本課題是要求學(xué)生完成氣缸缸徑為250 全氣動高壓注油機的 高壓油脂泵 設(shè)計 ，并從中探討研究其設(shè)計方法。。 二、原始條件及數(shù)據(jù)： 250 全氣動 高壓注油機要求驅(qū)動氣缸內(nèi)徑 250大行程 120，可調(diào)；注油機最大平均排量90、排量可調(diào)，注油機出口壓力達 42三、設(shè)計的技術(shù)要求（論文的研究要求）： 閱讀國內(nèi)、外的有關(guān)資料，在調(diào)研及學(xué)習(xí)有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對該注油機的總體方案及高壓油脂泵方案進行研究論證，對方案中的油脂泵部分根據(jù)要求進行分析、設(shè)計計算、并對具體結(jié)構(gòu)進行研究確定。從整個設(shè)計過程總結(jié)出這種油脂泵的設(shè)計方法，寫出設(shè)計論文。 四、畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的具體工作： 1．完成注油機總體方案設(shè)計，完成總裝配圖繪制； 2．完成高壓油脂泵的部件和零件設(shè)計 以上各部分裝配及零件設(shè)計圖總圖紙量合 3 張 0#以上； 4． 設(shè)計說明書一份。（要求有中、英文摘要） 軟硬件名稱、內(nèi)容及主要的技術(shù)指標（可按以下類型選擇）： 計算機軟件 圖 紙 部件圖、零件圖總計合 3 張 0 好號圖紙以上 電 路 板 機 電 裝 置 新材料制劑 結(jié) 構(gòu) 模 型 其 他 五、 查閱文獻要求及主要的參考文獻： 根據(jù)課題要求查找有關(guān)中、英文有關(guān)論文、資料，中、外文參考文獻至少 10 篇以上，其中至少有 2篇外文參考文獻， 20000 字以上印刷符號，并筆譯成文。 [1]成大先．機械設(shè)計手冊．化學(xué)工業(yè)出版社． 2000 [2]賈銘新．液壓傳動與控制．國防工業(yè)出版社．北京 2002 [3]張玉忠 電動黃油注油機 3213337。 1 [4]鄒滿順 給軸承及黃油槍注黃油的注油機 2217128. [5]趙靈生 彭耀華 氣動干油泵 、進度安排：（設(shè)計或論文各階段的要求，時間安排）： 集與課題相關(guān)的資料，并進行總結(jié)、分析和討論； 據(jù)收集的資料和課題要求，進行方案論證，并完成開題報告； 據(jù)設(shè)計方案，進行相關(guān)設(shè)計計算、校核等工作； 計繪制機械結(jié)構(gòu)裝配草圖； 改設(shè)計草圖； 制系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖； 檢查并修改圖紙； 13 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 改論文，并準備答辯。 指導(dǎo)教師： 審核意見： 教研室主任： 年 月 日