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高安全性气动润滑注油车设计及应用

文档作者：张晓刚权龙文档来源：太原理工大学机械电子工程研究所		点击数：	更新时间： 2022年11月06日
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液压气动与密封／2012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030024)
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：TH138．9 文献标识码：A 文章编号：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 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：2011-12—16
作者简介：张晓剐(1964一)，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。
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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
Hydraulics Pneumatics&amp;amp; Seals，NO．2．2012
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El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PLC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
10一调压阀 11-换向阀 l2一空气过滤器 l3一气动三联件
14一气动输送泵 15一汽车变速箱 16一取力器 17一联轴器
18一标准油品桶 19一油卷管器20一油品加注枪
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10、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13供泵
l4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0．32—0．35MPa，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12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
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液压气动与密封／2012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11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0．2MPa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0．35MPa。② 常规
运行：当油气分离器内的压力达到0．35MPa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13进入气动输
送泵l4，气动输送泵从标准200L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
150m，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。
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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lOm3／min以内时(实际使用为3m3／min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8bar时，
曲线B表示空气压力为6bar时，曲线C表示空气压力
为4bar时
加 6
童 静嚣
Hydraulics Pneumatics&amp;amp; Seals／No．2．2012
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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
15～20L／min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：1．32，转速信号
进入中央控制调节器PLC，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470例【M】．北
京：机械工业出版社，2002
【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，2006．
[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．2005．
f4] 芮延奎．液压与气压传动[M】．苏州：苏州大学出版社，2005．
【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。2004．
【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．1997．
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2011年12月出版并投放市场。书号：ISBN
978—7—111-35617—2，精装本。全书约500页，1400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400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88元。在中国科技金书网

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