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矿用、船用气动马达润滑系统设计的优化措
发布时间:2019-03-01        浏览次数:77        返回列表
    众所周知, 能将压缩空气的压力能变换成旋转机械能的有效装置就是气动马达, 其广泛使用在石油钻探、岩洞的钻凿、矿业的开采等领域。作为气动马达内部重要成员的润滑系统, 在具体工作中, 与马达的稳定性能、动力能量、经济价值都有着密不可分的联系。
 
    1、矿用、船用气动马达及其润滑系统概述
 
    近年来, 矿用、船用气动马达被广泛应用到各个行业, 如采矿行业、石油行业的钻井工作以及钻凿岩孔等行业。所谓的气动马达其实就是利用压缩空气后产生的压力, 将这些压力转变成旋转机械能的一种装置。作为气动马达最为重要的组成部分, 润滑系统工作性能的良好与否将直接影响到气动马达的工作效率。从目前各行业使用的活塞式气动马达来看, 其润滑系统通常都是采用甩油盘飞溅润滑的方式来工作的, 但是采用此种润滑方式将大大制约气动马达的工作效率, 而且也不利于延长气动马达的使用寿命, 造成这一后果的主要原因是采用甩油盘飞溅润滑使得气动马达的润滑系统在工作过程中无法准确的控制润滑油量。 某公司生产了一款5*135的矿用、船用气动马达,这款气动马达主要是作为一种气动载人绞车的动力装置来使用的。对于气动马达来说,如果其润滑系统工作性能良好,则能够在其工作过程中最大程度的减少活塞摩擦的功率损失和主轴承处的摩擦损失,这样一来,就能够在很大程度上保证气动马达的可靠性、经济性和动力性。气动马达润滑系统发挥的主要作用就是清洁润滑零件,当机械内部零件在作相对运动时,润滑系统会输送一定剂量的清洁润滑油到零件表面, 从而减少因摩擦而产生的阻力,有利于消减机器磨损率进而延长设备使用寿命。除此之外,润滑系统所输送的清洁润滑油还有助于清洗和冷却设备零件。
 
    2、分析润滑方式的现状
 
    现以矿用、船用气动马达为例进行剖析,在分类上,此马达的润滑方式就属于甩油盘飞溅润滑。在曲轴上安装甩油盘, 然后甩油盘随着曲轴的旋转而作有规律的运动。每一个甩油盘都有四个孔,目的是为了增加机油的沾附能力,当甩油盘受力运动时,缸体底部的机油就被带起, 接着, 停留在甩油盘上的机油就被甩出, 然后飞落到气缸套内壁和曲轴的润滑油孔里面,这样,不论是活塞还是气缸套和曲轴轴承都得到程度不一的润滑。而甩油盘与润滑油的接触面的高度控制能影响润滑油量的大小。此种润滑方式的显着缺点就是润滑油量不能得到精确控制。再加之,如5*135式的气动马达安装位置不科学,即机油浸泡在下部的两气缸套内。由此可见,机油送至上部的油量不足,导致上面的三个活塞不能被充分润滑,但下面的两个活塞一旦密封不好就会出现不同程度的漏油现象。
 
    下面以物理原理对润滑过程进行分解。即由于甩油盘受力高速旋转从而产生了离心力,而机油受到离心力的作用脱离甩油盘, 但由于机油的粘性因素使得离开甩油盘的机油形成一个倒圆锥形液膜。同时,空气受到滴流状态的作用产生了大量的噪音和振动。振动会产生长短不一的波长附着液膜上且传播,进而形成一个极不稳定的波系。由于这些表面波的不稳定性, 使得液膜被纵横撕扯,最后成为细小的液滴。小液滴飞落到等待润滑的机件上,通过运动和副运动使小液滴二次又在机件上形成了油膜。
 
    3、改进润滑系统
 
    3.1流体力学的基本理论
 
    在实际中,用体积元的动量守恒方程可以导换出纳维一斯托克斯方程。而利用牛顿第二定律,不但能够知道物体加速度是因为受到外力的作用,而且从流体受力运动状态, 借用第二定律研究得出因为流体的受力而造成液体速度加快的关系, 这也就是人们常说的动量守恒方程。以下就以x方向作为范例引导大家熟悉之,具体如下:
 
    x方向分量的牛顿第二定律:
矿用、船用气动马达润滑系统设计的优化措
    上面方程式中Fx代表x方向力的分量,而ax则是同方向速度的分量。
 
    不能忽视,Fx的受力作用不是单一的,而是两方面的:自身的体积力,其作用点在容积元的质量上,如物体的重力、以及电厂和磁场的力。分布在表面的力。有两个力源作用在物体表面:以压强形式作用在表面;以切向和法向的应力分布作用在物面上,换言之,就是外部物体以摩擦的方式在物体表面产生的推理和拉力。
 
    下面把作用在体积元上单位质量的体积力用f表示, 而x方向的分力用fx表示,用(dxdydz) 代表体积元的体积,自然,体积元在x方向作用力应为:
矿用、船用气动马达润滑系统设计的优化措
    作用在体积元x方向上的表面力如图1所示。
矿用、船用气动马达润滑系统设计的优化措

矿用、船用气动马达润滑系统设计的计划净即可食用的
    上式是动量方程在x,y和z方向上的分量形式。即着名的N-S方程。
 
    通过润滑油在轴承和轴颈间隙内的流动规律和粘性流体力学程,雷诺先生进行了合理的推设,而且因此得出了动压滑动轴承的润滑基本方程式,此也就为现代流体力学的发展奠定了理论基础。
 
    下面是雷诺先生具体的假设条件:用润滑油作为牛顿流体且忽略惯性力及重力;楔形间隙的内部为层状流动;粘性润滑油的间隙界面之间不发生相互滑动;在油膜方向不存在梯度压力;间隙内的润滑油始终沿圆周方向运动;在流动的全程中, 润滑油的粘度及物理性质不会改变。
船用气动马达润滑油作为牛顿流体且忽略惯性力及重力
    以上面的方程可以说明动压滑动轴承产生压力需具备以下条件:当相对运动的两表面之间出现了楔形间隙时;分开的两油膜表面必须保持需要的滑动速度,而且使油保持大口进、小口出的方向;使润滑油的粘度达标,且足量供给。
 
    从以上理论和润滑机理计算出,气动马达在一个运动周期内润滑所需最大流量为2.13/min。
 
    3.2改进船用气动马达的润滑设计
 
    当矿用、船用气动马达在实际工作中运行时, 首先必需要选用优质的机油,接着利用油泵通过压力油管将机油输送至油雾喷头, 然后润滑油将因受到喷头的压力而以雾化形态喷射到机体上, 从而完成为零部件表面输送清洁润滑油的任务。通过大量的理论数据计算而知:最大润滑流量为2.13/min,最大润滑压力为1.2MPa ,且使油泵和油管在空间进行合理布局即可。
 
    大部分的活塞式气动马达的工作转速为600-1200r/min,这也就是说齿轮的传动比为1:2,在实际运作时,为了避免油泵的压力不足,建议增加齿轮的副机构,使动力源来之齿轮泵的气缸配气阀芯。
 
    其具体的工作过程:在矿用、船用马达正传的情况下,由配气阀芯将输出动力传送到齿轮上,接着油泵被带动,机油就会随管道到达油雾喷嘴且被喷射于机件表面。完整的过程中,润滑油首先通过出油过滤, 接着又是吸油过滤和油底壳, 然后通过管路换向阀, 最终到达油泵且将机油喷洒到相关机件上。由于配气阀体的气道与机油管路换向阀的控件部分相连, 若马达反转时,油路换向阀的方向会被气阀所改变,而油道的工作性能不会受到影响。
 
    针对液压喷嘴反力太大问题,决定对其加固。即用3毫米厚的扇形钢板作为上下两端喷嘴的支撑板,用M8螺栓对其与壳体进行联接。它们的具体分工是:上支撑板固定上面三个喷嘴;下支撑板一是加固管路分配器,二是加固左侧轴承喷嘴;另外,右侧也有一个支撑板固定右辅。之所以没有对下部两个气缸安放喷嘴,原因很简单,上部喷出的机油在下行的过程中已对下面的两个缸体进行了充分的润滑,如果给其加设喷嘴,势必缸体的管线过密,且油损加大。
 
    本文详细分析了流体动力学和摩擦机理,且对各运动周期所需润滑油量进行了准确计算。经证实,改进的润滑系统性能相较于原气动马达润滑系统的工作性能来说,更加稳定、运行更加高效。运此成果,对今后设计高转速的活塞式气动马达的润滑系统提供了理基础,在我国经济大发展的今天,为机械更新换代提供了榜样。最重要的是对气动马达的发展,意义非凡。