（机械工程专业论文）钢球磨煤机齿轮传动部分全自动喷雾润滑系统设计研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文介绍一种重型设备全自动润滑系统：系统主要针对型号为 d z m 3 8 0 6 5 0 姚电公司钢球磨煤机的齿轮润滑进行研究设计。采用p l c 进行 控制，用空气压缩机作为动力源，配合气动元件、高压注油泵，使润滑油 从油箱经油管通过电磁阀分配到达微型加热器，加热后由负压喷嘴喷出， 定时定量进行均匀雾状喷射，在润滑面上形成坚韧油膜，达到润滑目的。 采用可编程序控制器控制整个系统，使控制变的集中而简单；加入了 微型加热装置，使系统不再受季节和地域的限制；手动自动随意转换，使 润滑操作对现场情况有完全的适应性。并且这种新型的润滑系统，是一种 通用的润滑系统，对许多重型设备的润滑都有着借鉴的意义。 关键词：钢球磨煤机，全自动喷雾润滑，可编程序控制器( p l c ) ，微型加 热器 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e sas o r to fh e a v y d u t ya p p a r a t u s sf u l l - a u t o m a t i cs p r a y i n g a n dl u b r i c a t i n gs y s t e m t h es y s t e m m o s t l ya i m sa t r e s e a r c h i n ga n dd e s i g n i n go f y a o m e n ge l e c t r i cc o m p a n y ss t e e lb a l lc o a lm i l l sg e a rl u b r i c a t i o n ，t h et y p eo f w h i c hi s d z m 3 8 0 6 5 0 t h es y s t e ma d o p t sp l ct oc o n t r o l ，u s e sa i rc o m p r e s s o ra st h em o t i v e f o r c es o u r c e ，c o o p e r a t e sw i t hp n e u m a t i cc o m p o n e n t ，h i g h p r e s s u r eo i l i n gp u m p ， m a k e sl u b r i c a t i n go i la s s i g n ，r e a c hm i n i a t u r eh e a t e rt h r o u g he l e c t r o m a g n e t i cv a l v e f r o mf u e lt a n kb yo i lp i p e ，h e a t e d ，s q u i r t e db yt h es p r a yn o z z l eo fn e g a t i v ep r e s s u r e ， s p r a yv a p o r i f i c a l l ya tr e g u l a rt i m ea n dq u a n t i t y , f o r mt h et o u g ha n dt e n s i l eo i lf i l mi n l u b r i c a t i n gt h es u r f a c e ，a c h i e v e st h eg o a lo fl u b r i c a t i n g i t sd o p t i n gp l ct oc o n t r o lt h ew h o l es y s t e m ，m a k e st h ec o n t r o lc e n t r a l i z e da n d s i m p l e a d d i n gi nt h em i n i a t u r eh e a t i n gd e v i c e ，m a k e st h es y s t e mn o tr e s t r i c t e db y s e a s o na n dr e g i o na g a i n ，s w i t c h i n gm a n u a l l ya n da u t o m a t i c a l l y ：a tw i l l ，m a k e st h e l u b r i c a t i n go p e r a t i o nc o m p l e t e l ya d a p t a b l et ot h eo n t h e s p o ts i t u a t i o n a n ds u c | rn e w l u b r i c a t i n gs y s t e mi s f lk i n do fc o m m o nl u b r i c a t i n gs y s t e m ；i w h i c hh a sar e f e r e n c e m e a n i n g f o rl u b r i c a t i o ns y s t e mo f al o to f h e a v y d u t ya p p a r a t u s l z u oc h a o * s h a n g ( m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f w a n gb i n g r e n k e yw o r d s ：s t e e lb a l lc o a lm i l lm a c h i n e ，f u l la u t o m a t i cs p r a y i n ga n dl u b r i c a t - i n gs y s t e m ，p r o g r a m m a b l el o g i c a lc o n t r o l l e r , m i n i a t u r eh e a t e r 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文钢球磨煤机齿轮传动部分全自 动喷雾润滑系统设计研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指 导下进行的研究工作和取得的研究成果。掘本人所知，除了文中特别加以标注和 致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：e t 期： 幺：兰：! ! ： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日 期： s f s - f 。 趣 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 ，1 钢球磨煤机齿轮传动部分全自动喷雾润滑系统设计研究的意义 科学进步与技术革命从来都是推动人类历史前进的火车头，持续不断的技术革 命和技术创新，则是人类进步的原动力。 煤是一种脆性物质，在机械力的作用下可以被粉碎”3 ，随着市场煤炭资源的供 应紧张，煤中掺入过多的煤矸石，不仅发热量不够，而且大大缩短磨煤设备的使用 寿命。目前我国电厂应用最广的低速磨煤机是筒式钢球磨煤机，简称钢球磨，它按 形状分为圆筒式和锥筒式两种。钢球磨煤机的筒体由两端空心轴径支持在轴承上。 减速器的小齿轮与简体外的大齿轮啮合。电动机通过减速器带动简体旋转，转速随 简体直径不同而变化，一般在2 0 r m i n 左右。由于常年连续低速重载运转，齿轮啮 合部分受力很大，大小齿轮运行中，齿面油膜形成困难，实际接触面积较小，齿面 单位面积上的承压很大0 1 ，如果没有良好的润滑，齿轮很容易受损，影响设备的安 全稳定运行，因此，每运行几个小时，齿轮就需要润滑一次。 在实际运行中，大多电厂采用人工涂抹沥青或涂抹# 6 8 0 齿轮极压油进行润滑。 在钢球磨煤机运行环境中，噪音大，作业环境比较差，长期人工润滑，不仅浪费人 力，而且也增加了安全隐患，对职工的身心健康也非常不利。而且在磨煤机连续停 运后，机油加沥青的混合物会变得干结坚硬且粘附在齿面上，轴承座振动值必然加 大，加速齿面磨损，缩短使用寿命“1 ，如果人工润滑改为全自动润滑，不仅能让设 备的润滑面积和润滑时间间隔得到保证，有利于设备的安全稳定运行，还节约了人 力，改善了作业环境和设备文明卫生状况。 全自动的润滑系统，将可以任意设定工作时间和循环时间，性能将更稳定，将 可以广泛用于冶金、矿山、电力、化工等行业的大中型设备的润滑与保养，有着广 阔的应用前景和市场价值。 l2 钢球磨煤机齿轮传动部分润滑技术的发展及现状 现在围绕磨煤机齿轮传动所做的润滑研究工作，有在齿轮上方设置油箱的滴油 润滑方式；有加装密封罩进行改造的油池润滑；有用时间继电器改造的喷油润滑装 置；有在冬夏两季采用不同润滑油进行润滑的分季节润滑方式。 如河南省鹤壁电厂，从人工涂抹沥青到改为继电器控制，因故障频发，后又改 为在齿轮上方加装简易润滑油箱，靠润滑油自重和阀门控制润滑，既浪费又不能起 到良好的润滑效果。 j 华北电力大学：l 群硕士学位论文 洛阳市新安电厂，从人工润滑改为继电器控制之后，因现场恶劣故障多发，系 统调试或维修相对麻烦，容易造成设备长时间得不到润滑或损坏，增加现场检修人 员的负担。而对于电厂来说稳定性是最重要的一个方面。所以现场人员也急切要求 对此进行改造或更换。 姚i 乜公司# l 、# 2 机组共安装有8 台型号为d z m 3 8 0 6 5 0 钢球磨煤机，简体为圆 锥形，转速为1 8 转分钟，每台磨煤机每年运行有8 0 0 0 小时以上，长期运行和开 式传动使得润滑变得非常重要，而姚电公司的钢球磨煤机也经历了从手工涂抹润滑 i l | j 到用吲问继电器等电器控制的润滑方式的变化和改进，从现在的润滑方式来看也 还存在着很多的不足之处。 l 、电器元件多，连接线路多，易出故障，系统稳定性差，维修量大； 2 、润滑方式的更改麻烦，不易调整，更不能实现程序化； 3 、润滑油粘性大，不易雾化，尤其在寒冷的冬天，雾化效果更差，直接导致 雾化不均匀和润滑效果差； 4 、供汕距离短、髓次间隔之间系统产生空油路、喷嘴容易发生杂物堵死现象。 1 3 本文的任务和要求 润滑理论是现在已经形成了比较完善成熟的理论系统，在理论上进行突破是比 较困难和不太现实的。但各种类型的润滑系统都有其最适合的工作场所和范围，有 其优点和缺点。 我现在要做的是利用现有的成熟理论，融合最新的自动化控制成果，在一些油 路和机械构件( 如喷嘴) 进行创新设计，研究出新型的、实用的、集中的、先进的 并能适用于各类润滑油和各类开式传动以及能适应各利t 高寒环境的一种全自动润 滑装罨。 针对姚电公司d z m 3 8 0 6 5 0 型钢球磨煤机开式齿轮传动，设计一种通用型的干 油雾化喷射润滑装置。适用于冶金、矿山、水泥、化工、造纸等行业的大型开式齿 轮( 如球磨机、回转窑、挖掘机、高炉布料器等) 以及钢丝绳、链条的润滑。 在系统上主要着重研究以下几个问题： l 、解决控制方式不够稳定和可靠的问题，提高控制的自动化程度，降低更改 润稽方式和状态时的复杂性； 2 、解决润滑油粘度大，在实际运行中雾化效果差的问题，使系统能适应较冷 的天气( 比如我国东北地区) ，并可根据不同地区的寒冷程度进行与之相适应的调 节： 华北电力大学工程硕士学位论文 3 、解决好自动运行中的油路系统供油距离和喷头易堵等问题，并在自动方式 之外配备手动润滑方式以保证随时可对设备临时根据实际情况增加润滑次数： 4 、使研究出的润滑装置不仅使用于钢球磨煤机齿轮传动部分，而且对所有的 丌式齿轮传动和其它类机械传动都具有直接或间接的应用意义。 华北电力大学j ：程硕士学位论文 第二章系统总体方案设计 2 1 润滑技术的基本理论 2 1 1 润滑的作用 l 、降低磨擦系数。在两个相对磨擦的表面之i f i j 加入润滑剂，形成一个涧滑油 膜的减磨层，就可以降低磨擦系数，减少磨擦阻力，减少功率消耗。 2 、减少磨损。润滑剂在磨擦表面之间，可以减少山于硬粒磨损、表面锈蚀、 金属表面问的咬焊与撕裂等造成的磨损。因此，在磨擦表面间供应足够的润滑剂， 就能形成良好的润滑条件，避免油膜有破坏，保持零件配合精度，从而大大减少磨 损。 3 、降低温度。运转机械克服磨擦所做的功，全部转变成热量，一部分由机体 向外扩散，一部分则不断使机械温度升高。采用液体润滑剂的集中循环润滑系统就 可以带走磨擦产生的热量，使机械控制在所要求的温度范围内运转。 4 、防止腐蚀、保护金属表面。机械表面，不可避免地要和周围介质接触( 如 空气、水湿、水汽、腐蚀性气体及液体等) 使机械的金属表面生锈、腐蚀而损坏。 尤其是冶金工厂的高温车问和化工厂腐蚀磨损显得更为严重。 5 、清洁冲洗作用。磨擦副在运动时产生的磨损微粒或外来介质等，都会加速 磨擦表面和磨损。利用液体润滑剂的流动性，可以把磨擦表面问的磨粒带走，从而 减少磨粒磨损。在压力循环系统中，冲洗作用更为显著。在冷轧、热轧以及切削、 磨削、拉拔等加工工艺中采用工艺润滑剂，除有降温冷却作用外，还有良好的冲洗 作用，防【| 二表面被固体杂质划伤，使加工成品( 钢材) 表面具有较好的质量和表面 粗糙度。例如在内燃机汽缸中所用的润滑油里加入悬浮分散添加剂，使油中生成的 凝胶和积炭从汽缸壁上洗涤下来，并使其分散成小颗粒状悬浮在油中，随同循环油 过滤器滤除，以保持油的清洁，减少汽缸的磨损，延长换油周期。 6 、密封作用。蒸汽机、压缩机、内燃机等的汽缸与活塞，润滑油不仅能起到 润滑减磨作用，而且还有增强密封的效果，使其在运转中不漏气，提高工作效率的 作用。润滑脂可以防止水湿或其他灰尘、杂质浸入磨擦副。例如采用涂上润滑脂 的油浸盘根，对水泵轴头的密封既有良好的润滑作用，又可以防止泄漏和灰尘杂质 浸入泵体而起到良好的密封作用。此外，润滑油还有减少振动和噪声的效能。 2 1 2 润滑的分类 华北电力火学：i 一科硕士学位论文 根据润滑剂的物质形态分类： l 、气体润滑。采用空气、蒸汽或氦气等某些惰性气体作为润滑剂，可使磨擦 表面被高压气体分隔丌。如航海用的惯性陀螺仪；重型机械中垂直透平机的推力轴 承：大型天文望远镜的转动支承：高速磨头的轴承等都可用气体洞滑。气体润滑的 最大优点是磨擦系数极小，几乎接近于零。气体的黏度不受温度的影响，所以气体 润滑的轴承，阻力小、精度高。 2 、液体润滑。轧钢机的减速机、齿轮座、精密汕膜轴承等，均采用不同粘度 和性能的液体润滑油润滑。液体润滑剂包括矿物润滑油、合成润滑汕、乳化油。水 也可以作为初轧机胶木轴瓦的润滑剂和冷却剂。 3 、半固体润滑。润滑脂是一种介乎流体和固体之l h j 的一种塑性状态或膏脂状 态的半固体物质。它包括各种矿物润滑脂、合成润滑脂、动植物脂等。广泛用于各 种类型的滚动轴承和垂直安装的平面导轨上。 4 、利用具有特殊润滑性能的固体润滑剂，如石墨、二硫化钼、二硫化钨等， 代替润滑油、脂隔离磨擦接触表面，形成良好的固体润滑膜，以达到养活磨擦、降 低磨损的良好润滑作用。 根据润滑膜在磨擦表而间的分布状态分类： 1 、全膜润滑。磨擦面之间有润滑剂，并能生成一层完整的润滑膜，把磨擦表 面完全隔开。磨擦副运动时，磨擦是在润滑膜的内部分子之间的内磨擦，而不是磨 擦面的直接接触的外磨擦，这种状态称为全膜润滑。这是一种理想的润滑状态。 2 、非全膜润滑。磨擦表面由于粗糙不平或因载荷过大、速度变化等因素的影 响，使润滑膜遭到破坏，一部分为干磨擦，这种状态称为非全膜润滑。一般由于运 动速度变化( 启动、制动、反转) ，受载性质变化( 突加、冲击、局部集中、变载 荷等) 以及润滑不良时，没备经常出现这种状态，其磨损也比较快。我们应当力求 减少和避免这种状态。 ， 2 1 3 润滑的原理 磨擦副在全膜润滑状态下运行，这是一种理想的状况。但是，如何创造条件， 采取措施来形成和满足全膜润滑状态则是比较复杂的工作。人们长期生产实践中不 断对润滑原理进行了探索和研究。现就常见到的动压润滑、静压润滑、动静压润 滑、边界润滑、极压润滑、固体润滑、自润滑等的润滑原理，作一简单介绍。 1 、动压润滑。通过轴承副轴颈的旋转将润滑油带入磨擦表面，由于润滑油的 粘性和油在轴承副中的楔形间隙形成的流体动力作用而产生油压，即形成承载油 膜，称为流体动压润滑。流体动压润滑理论的假设条件是润滑油的粘度在一定的温 华北电力大学“【程硕士学位论文 度下，不随压力的变化而改变；其次是假定了磨擦运动的表面是刚性的，即在受载 及油膜压力作用下，不考虑其弹性变形。在上述假定条件下，对一般非重载( 接触 压力在l5 m p a ) 的滑动轴承，这种假设条件接近实际情况。但是，在滚动轴承和齿 轮表丽接触压力增大至4 0 0 、l5 0 0 , l p a 时，上述假定条件就与实际情况不同。这时磨 擦表面的变形可达油膜厚度的数倍，而且润滑的金属磨擦表面的弹性变形和润滑油 粘度随压力改变这两个因素，来研究和计算油膜形成的规律及厚度、油膜截面形状 和汕膜内的压力分布更为切合实际这种润滑就称为弹性流体动 压润滑。 2 、静压润滑。通过一套高压的液压供油系统，将具有一定压力的润滑油以过 节流阻尼器，强行供到运动副磨擦表面的间隙中( 如在静压滑动轴承的间隙中、平 面静压滑动导轨的削隙中、静压丝杆的问隙中等) 。磨擦表面在尚未开始运动之前， 就被高压汕分隔开，强制形成油膜，从而保证了运动副能在承受一定工作载荷条件 下，完全处于液体润滑状态，这种润滑称为液体静压润滑。 3 、动、静压润滑。随着科学技术的发展，近年来在工业生产中出现了新型的 动、静压润滑的轴承。液体动、静压联合轴承充分发挥了液体动压轴承和液体静压 轴承二者的优点，克服了液体动压轴承和液体静压轴承二者的不足。主要工作原理： 当轴承副在启动或制动过程中，采用静压液体润滑的办法，将高压润滑油压入轴承 承载区，把轴浮起，保证了液体润滑条件，从而避免了在启动或制动过程中因速度 变化不能形成动压油膜而使金属磨擦表面( 轴颈表面与轴瓦表面) 直接接触产生的 磨擦与磨损。当轴承副进入全速稳定运转时，可将静压供油系统停止，和用动压润 滑供油形成动压油膜，仍能保持住轴颈在轴承中的液体润滑条件。 这样的方法， 从理论上来讲，在轴承副启动、运转、制动、正反转的整个过程中，完全避免了半 液体润滑和边界润滑，成为液体润滑。因此，磨擦系数很低，只要克服润滑油粘性 所具有的液体内部分子问的磨擦阻力就行。此外，磨擦表面完全被静压油膜和动压 汕膜分隔丌，所以，若情况正常，则几乎没有磨损产生，从而大大地延长了轴承的 工作寿命，节约了动能消耗。 4 、边界润滑( 即边界磨擦) 边界润滑是从磨擦面间的润滑剂分子与分子间的内磨擦( 即液体润滑) 过渡到 磨擦表面直接接触之前的临界状态。这时磨擦界面上存在着一层吸附的薄膜，厚度 通常为0 1 帅左右，具有一定的润滑性能，。我们称这层薄膜为边界膜。边界膜的 润滑性能主要取决于磨擦表面的性质；取决于润滑剂中的油性添加剂、极压添加剂 对金属磨擦表面形成的边界膜的结构形成，而与润滑油口的粘度关系不大。 5 、极压润滑。极压润滑是属于边界润滑的一种特殊情况，也就是磨擦副处在 重载( 或高接触应力) 、高速、高温条件下，润滑油中的极压添加剂与金属磨擦表 华北电力大学一i ：程硕士学位论文 面起反应生成一层化学反应膜，将两磨擦表面分隔开，并起到降低磨擦系数、减缓 磨损( 或改变金属表面直接接触的严重磨损) ，达到润滑的作用，就称为极压润滑。 6 、固体润滑。在磨擦面之间放入固体粉状物质的润滑剂，同样也能起到良好 的润滑效果。在两磨擦面之间有固体润滑剂它的剪切阻力很小，稍有外力，分子 i u j 就会产生滑移。这样就把两磨面之问的外磨擦转变为固体润滑剂分子间的内磨 擦。固体润滑有两个必要条件，首先是固体润滑剂分子m j 应具有低的剪切强度，很 容易产生滑移；其次是固体润滑剂要能与磨擦面有较强f 内亲和力，在磨擦过程中， 总是使磨擦面上始终保持着一层固体润滑剂，而且这一层固体润滑剂不腐蚀磨擦表 面。一般在金属表面上是机械附着，但也有形成化学结合的。具有上述性质的固 体物质很多，例如石墨、二硫化钼，滑石粉等。 对于非层状结构固体润滑剂或软金属来说，主要是以其剪切力低，起到润滑作 用，然后使它附着在磨擦表面形成润滑膜。对于已经形成的固体润滑膜的润滑机理， 可以按边界润滑机理近似的解释其润滑作用。 7 、自润滑。以上所述的几种润滑，在磨擦运动过程中，都需要向磨擦表面问 加入润滑剂。而自润滑则是将具有润滑性能的固体润滑剂粉末与其他固体材料相混 合并经压制、烧结成材，或是在多孔性材料中浸入固体润滑剂：或是用固体润滑剂 直接压制成材，作为磨擦表面。这样在整个磨擦过程中，不需要加入润滑剂，仍能 具有良好的润滑作用。白润滑的机理包括固体润滑、边界润滑，或两者皆有的情况。 例如聚四氟乙烯制品作成的压缩机活塞环、轴瓦、轴套等都属自润滑，因此在这类 零件的过程中，它不需再加任何润滑剂也能保持良好的润滑作用。 2 1 4 稀油集中润滑系统 它具有明显的优点，因为压力供油有足够的供量，因此可保证数量众多、分布 较广的润滑点及时得到润滑，同时将磨擦副产生的磨擦热带走；磨擦表面的金属 磨粒等机械杂质，随着油的流动和循环将杂质带走并冲沈干净，达到润滑良好、减 轻磨擦、降低磨损和减少易损件的消耗、减少功率消耗、延长设备使用寿命的目的。 但是集中润滑系统的维护管理比较复杂，调整也比较有困难。每一环节出现问题都 可能造成整个润滑系统的失灵，甚至停产。在整个润滑系统中，安装了各利，润滑设 备及装置，各种控制装置和仪表，以调节和控制润滑系统中的流量、压力、温度、 杂质滤清等，使设备润滑更为合理。为了使整个系统的工作安全可靠，应有以下的 自动控制和信号装置。 2 1 5 干油( 润滑脂) 集中润滑系统 在各种机械设备中，除了广泛地采用稀油润滑外，在许多磨擦副中还采用了润 滑脂( 简称干油) 润滑。例如：高炉炉顶设备的某些磨擦副；炼钢车间炉倾动机构 华北电力火学工程硕士学位论文 的齿圈啮合部位：各种冶金起重机上的某些润滑点：轧钢厂轧机轴承座与机架窗口 的平面磨擦副；矫直机矫直辊轴承，剪切机组的某些磨擦剐；辊道组的轴承等。根 据磨擦副的情况不同，有的采用单独分散的润滑方式( 即山人工定期用加脂枪向润 滑点或油脂杯添加润滑脂) ；有的则因磨擦剐的数量多，工作条件的限制，用人工 加脂有一定的困难( 如高温、润滑点多、人工加脂忙不过来、人工加脂不易接近润 滑点) ，则必须采用二f a i i 集中润滑系统定期加润滑脂。 干油集中润滑的分类： 根据往润滑点供脂的管线数量分：1 、单管线( 单线) 供脂的干油集中润滑系 统。2 、双管线( 双线) 供脂的干油集中润滑系统 根据供脂的驱动方式分：l 、手动干油集中润滑。2 、自动干油集中润滑系统。 由于动力源不同，又可分为：电动与风动两类。 2 1 6 油雾润滑系统 油雾洞滑装置以压缩空气作为动力，使油液雾化，即产生一种像烟雾一样的、 粒度在2 1 - t i n 以下的干燥汕雾，然后经管道输送到润滑部位。在油雾进入润涓点之前， 还需通过一种称为“凝缩嘴”的元件，使油雾变成大的、湿润的油粒子，再投向磨 擦表面进行润滑。压缩空气及部分微小的油雾粒子，经过密封缝隙或专设的排气孔 排到大气= 油雾润滑适用于封闭的齿轮、蜗轮、链条、滑板、导轨以及各科i 车自承的润滑。 目前，在冶金企业中，油雾润滑装置用于大型、高速、重载的滚动轴承较为普遍( 如 偏八辊冷轧机的支撑辊轴承) 。 油雾润滑与其他润滑方式比较，具有许多独特的优点： 1 油雾能随压缩空气弥散到所有需要润滑的磨擦部位。可以获得良好而均匀 的润滑效果； 2 压缩空气比热小、流速高，很容易带走磨擦所产生的热量。 3 大幅度降低了润滑油的耗量。 4 较稀油循环润滑系统结构简单轻巧，占地面积小，动力消耗低，维护管理 方便，易于实现自动控制，成本低； 5 由于油雾具有一定的压力，因此可以起良好的密封作用，避免了外界的杂 质、水分等侵入磨擦副。 但油雾润滑也存在一些缺点，选用时应注意以下几点： 1 在排出的压缩空气中，含有少量的浮悬油粒，污染环境，对操作人员健康 不利。所以需增设抽风排雾装置； 2 不宜用在电机轴承上。因为油雾侵入电机绕组将会降低绝缘性能，缩短电 华北电力大学工程硕士学位论文 机使用寿命； 3 油雾的输送距离不宜太长，一般在3 0 m 以内较为可靠，最长不得超过8 0 m ： 4 必须具备一套压缩空气系统。 山于汕雾润滑的上述缺点，在一定程度上限制了它的使用范围。但它的独特优 点，则是其他润滑方式所无法比拟的。所以在冶金设备上，将获得越来越广泛的应 用。 2 17 干油喷射润滑系统 干油喷射润滑和汕雾润滑一样，也是依靠压缩空气为动力的一利z 润滑方式。由 于干汕粘度太大，它不能像油雾润滑那样，利用文氏管效应形成雾状。而是靠单独 的泵( 二1 二t 油站) 来输送油脂。油脂在喷嘴与压缩空气汇合，并被吹散成颗粒状的 油雾，随同压缩空气直接喷射到磨擦副进行润滑。它的显著特点是润滑剂能超越一 定的空问，定向、定量而均匀地投到磨擦表面。不仅使用方便、工作可靠用油节省， 而且在恶劣的工作环境下也能获得较好的润滑效果。 喷射润滑技术主要适用于发电、水泥、矿山、化工等行业，用于磨煤制粉的 球磨、管磨、棒磨等重型机械设备开式传动大齿轮及大型卤条、链轮、链条润滑部 位的喷射润滑，它与封闭润滑不同之处在于不需要回收润滑油”3 。 2 1 8 油气润滑 油气润滑是最近几年才发展起来的一种润滑装置，它与油雾润滑相似，但又不 同于油雾润滑。油气润滑与油雾润滑相似，都是以压缩空气为动力将稀油输送到轴 承，而不同的是油气润滑并不将油撞击为细雾，而是利用压缩空气流动把油沿管 路输送到轴承，因此不再需要凝缩。凡是能流动的液体都可以输送，不受粘度的限 制。正常运行时，轴承箱内保持一定的润滑油液位，所以给油量可根据实际消耗量 而定，因此润滑油是间隙补给，而空气才是连续供给。由于润滑点较多，要把油气 混合体均匀地分别输送到各个轴承，这在几年前还是一个难题。现在发明了一种特 波油路分配器，解决了这个难题，因而使得油气润滑得以发展和应用，并且获得令 人满意的效果。 油气润滑的优点如下：l 、有利于环境保护。因为没有油雾，周围环境不受污 染。2 、精密计量。油和空气两个成分都可分别准确计量，按照不同的需要输送到 每一个润滑点，这是一个非常经济的系统。3 、与油的黏度无关。凡是能流动的油 都可以输送。它不存在高粘度雾化困难的问题，因为它不需要雾化。4 、可以监控。 系统的工作状况很容易实现电子监控。5 、特别适用于滚动轴承，尤其是重负荷的 轧机辊颈轴承，气冷效果好，可降低轴承的运行温度，从而延长轴承的使用寿命。 6 耗油量微小。仅为耗脂量的l 1 0 、l 2 0 。 9 华北电力人学一：程硕士学位论文 2 2 姚电公司钢球磨煤机的技术参数 主要技术规范： 型号：d z m 3 8 0 6 5 0 钢球磨煤机 每台炉配8 台磨煤机 每台磨年运行约7 0 0 0 小时 需润滑最佳位置：离地面1 8 米 齿轮宽度4 0 0 m m 护罩板厚度：2 - 5 m m 磨煤机转速：1 8 转分钟 润滑点数：一处润滑点可安排多个喷嘴 润滑油粘度：t t 6 8 0 齿轮极压油，4 0 。c 运动粘度6 1 2 - 7 4 8 平方毫米秒 1 3 总体方案设计与特点 采用可编程序控制器( p l c ) 进行控制，系统配置空气压缩机一台，用压缩空气 作为动力，一路压缩空气配合气动元件，由高压油泵把润滑油从油箱打出，经高压 油管通过电磁阀到达微型加热分配器，加热后由喷嘴中心喷出：另一路压缩空气配 合气动元件和电磁阀到达喷嘴外周，由喷嘴周围喷出，在喷嘴中心润滑油处形成一 负压区域，使润滑油分散雾化成一圆锥形区域，让喷嘴安装与需润滑的齿轮面保持 约2 0 0 m m 距离，即可保证定时定量进行的均匀雾状喷射，在润滑面上形成足够宽度 的坚韧油膜。周期循环，从而达到提高润滑效果，降低损耗的目的。 1 、选用p l c ( 可编程序控制器) 设计控制部分，使控制部分集中在p l c 一身， 减少系统故障率并增加自动化程度，适应恶劣的磨煤机工作环境。只用一个p l c 可 控制多套润滑系统，可以节约成本和集中控制，在此我以一个系统控制2 台磨煤机 齿轮润滑进行设计和泌明。 2 、加入可人工分寒冷阶段控制的同时全自动运行的微型加热装置，使喷头前方 待喷射润滑油在喷射时保持在2 0 4 0 。c 之间，从而实现t t 6 8 0 齿轮极压油在各种地区 和温度条件下都能顺利良好雾化，因仅仅加热待喷射润滑油，消耗的电能和产生的 热量将是非常微不足道的，考虑到加热部分是安装在喷嘴前，是检修与运行人员能 够触摸到的地方，在设计中采用3 6 伏以下安全电压。 3 、设计合理可靠的油路系统，使系统具备压力高、能持续保压、安全可靠的特 华北电力火学：】稗硕士学位论文 点，从而实现系统供汕距离长、系统在两次喷油之间没有空油路的目的，在设计中 考虑了高压气动油泵、溢流阀和单向阀。高压油泵达到高压力、小流量的目的；溢 流阀能够将系统控制在所需要的油压之下，并将多余的润滑油流回油箱；单向阀能 使系统：l 作是打丌汕路，系统停止工作是关闭油油路，保证油管中始终充满润滑油。 4 、改汁合理的雾化喷嘴寸，使之即能达到雾化效果又可对雾化效果进行调节， 以满足实际雾化需要。 5 、设计整个装置具有通用性，使之能够广泛应用在电力、矿山、化工等需要润 滑的大型砹备上面，并可容易实现一个系统带多台设备的扩展。 系统图： 图2 一l 系统图 华北电力大学一r 程硕士学位论文 第三章系统硬件设计 3 1 可编程序控制器的选用( p l c ) 3 1 1 分析工艺过程，明确控制要求 分析：艺过程：根据现场需求，钢球磨煤机齿轮润滑大约每6 小时一次，在润 滑系统改汁中，首先应该启动空气压缩机，待空气压缩机运转几分钟后，储气罐储、掣 满且压力达到空气压缩机额定值，g ：l ：启高压油泵前通气电磁阀，同时开启控制润滑 第一台磨煤机喷嘴前通汕电磁阀和通气电磁阀，此时高压油泵开始工作，汕路系统 充满压力，气路畅通，第一台磨开始得到润滑，达到设定润滑时间后，断丌第一台 磨煤机喷嘴前通油电磁阀和通气电磁阀：开启控制润滑第二台磨煤机喷嘴前通油电 磁阀和1 通气电磁阀，此时高压油泵仍旧工作，油路系统充满压力，气路畅通，第二 台磨开始得到润滑，达到设定润滑时间后，断开第二台磨煤机喷嘴前通油电磁阀和 通气电磁阀，同时断丌空气压缩机和高压油泵，工作结束，进入第二次循环。 需要手动或单独增加润滑时，可使用手动开关接通各个所需电磁阀，此时手动 与p l c 控制无关。 3 1 2 确定输入、输出点数并选择p l o 型号 根据工艺过程的分析，本系统是一个闭环控制，不需要采集现场的运转信号。 如果需要更改润滑时问和一个润滑循环的周期，可直接用手持编程器对程序进行修 改，与输入点无关：如果遇到机组小修或大修，可手工直接关闭系统电源，也与输 入点无关。所以，比较现实的需要输入点数是零，仅需要考虑输出点数就可决定选 择p l c 的型号。 】) l cf i j 输出信号用米控制空气压缩机、高压油泵前通气电磁阀、第一台磨通气 电磁阀、第一台磨通油电磁阀、第二台磨通气电磁阀、第二台磨通油电磁阀共6 个 设备或电磁阀线圈。需要6 个输出点，由于控制均属丌关量控制，功能上未提出特 殊要求，因此，任何型号的小型p l c 均可满足要求。根据所需的i o 总点数并留有 一定的备用量，可选欧姆龙公司的c p m l a 型p l c ，其输入1 8 点，输出1 2 点，继电 器输出类型，可满足要求。 o m r o n s y s m a c c p m 华北电力大学一l 程硕士学位论文 i n ( 输入) o c l i0 0o l0 20 30 4 0 50 60 7 0 80 91 0 1 1 l c o o0 10 20 30 40 5 o u i ( 输出) l o c i l0 00 l0 20 30 40 50 60 7 1 1 c | i0 0 o l 0 2 0 3 3 2 供气、供油设备和配件的选用 3 21 高压油泵的选用 根据系统特点，汕泵是此系统中的一个重要设备，油泵要求小流量高压力，如 果采用气动马达带动齿轮泵，还要考虑两种配件的匹配性，在选型、安装要求麻烦 一些，另外齿轮泵适合润滑油从一头进，另一头出，在油箱形式和位置安排上也有 要求，齿轮泵排量也是固定的，经过比较，选择了一种比较成熟的产品。 上海气动成套厂生产的g z 一1 型高压注油器，它的进口空气压力与出口润滑油 的压力之比为1 ：5 0 ，适合系统要求高压力的要求，它采用活塞式结构，能够很好 的适应小流量要求和流量调节的要求。同时它长约l 米的立式结构，使得高压注油 器能够很方便的插入到油箱中，从上部供给压缩空气，下部吸取润滑油。 作为主要的动力源，考虑到故障等因素，在本系统中选购2 个高压注油器，一 个工作，另一个作为备用，2 个高压注油器采用并联安装的方式，各在前后加装一 个手动小通气阀和手动小通油阀，只需要打开或关闭前后的阀门，就很容易的对两 个注油器进行切换操作。 32 2 空气压缩机的选用 系统中既需要压缩空气驱动高压注油器，同时又需要大量的压缩空气在喷嘴前 形成负压区域去雾化 ： ；6 8 0 润滑油，是系统中的动力源，所以系统需要在短时间内能 提供足够的压缩空气，同时此设备外形尺寸能放置在控制柜内部和系统形成有机的 一个整体，需要选用一个中等偏小的空气压缩机。 最终选定由江苏大力集团股份有限公司生产的v 一0 2 5 8 型空气压缩机，转速 1 2 0 0 r m i n ，长宽分别为1 0 5 0 和3 8 0 m m ，重量9 5 公斤，完全可固定设置在系统控制 柜中。 3 2 3 三联件、电磁阀等标准机械配件的选用 华北电力大学：l 程硕士学位论文 润滑是气动马达不可缺少的。气马达必须得到良好的润滑后才可_ 订：j ：常运转，良 好润滑可保证马达在检修周期内长时间运转无误。所以在高压注汕器前要设置油 雾器，使f 1 】雾与压缩空气混合后再进入气马达，从而达到充分润滑：空压机打出来 的压缩空气中含有不小的水分，需要在高压注油器和通气电磁阀前没旨过滤器，滤 去压缩空气中的水分；因系统对油压需要控制和调节，喷嘴口的空气压力也需要调 节以改变雾化效果来适应现场要求，所以在高压注油器和通气电磁阀的需设罱手动 减压阀。 综上所述，系统需要在高压注油器和通气电磁阀前各设置一气源三联件，用以 减压、滤水分和润滑，本系统选择了气源三联件如下： a 1r a c l u b r i c a t o r a i 。2 0 0 09 5 1 5 通气电磁阀选择了 a 【r 1 c m o d e l2 w 0 2 5 0 8 o r l f c e2 5 m m p r e s s0 7 b a r p ip es i z ei 4 t e m pm a x8 0 通油电磁阀要求能酬高压，动作可靠灵活，最后选择了无锡工程液压件厂生产 的2 2 d 一1 0 型换向阀，流量1 0 l m i n ，压力6 3 m p a ，电压2 2 0 v 。 在机柜中连接各气路元件采用半硬质高压尼龙管，使用压力范围o - 2 m p a ， 管接头采用插入式快速管接头，安装方便、密封可靠。输油管采用( | ) 1 0 铜管”1 ， 控制柜外现场气管电采用铜管，铜管可以承受更高的压力而不泄露，并且铜管易于 在现场进行规范布置，耐高温、牢固、美观大方。 3 3 雾化喷嘴的设计与制造 雾化喷嘴是系统的最终执行终端，虽然个头不大，但却与最终形成的雾化 效果有直接的关系，喷嘴要设计小巧、制造简单、便于拆装；能够满足外周通空气 中心通润滑油的要求：并可通过手动调节改变润滑效果。 4 华北电力大学：l ：程硕士学位论文 采用黄铜材料制造，内外两件配合，内件过润滑汕，内外件之问过压缩空气， 正常情况下两件组合后出口平齐，两者之间通过m 1 8 螺纹进行连接和调整雾化效果； 另外均分的直径为ln l m 的小孔将压缩空气均匀分配。 连接固定板将喷y 拧和微型加热器固定在磨煤机齿轮外罩上，组合形成的喷射板 安装在小齿轮的上方，大齿轮水平中心线的下方，应使喷嘴中心线与大齿轮水平中 心线呈2 2 5 。 ( 喷射角度) ，正负方向视磨煤机旋向，磨煤机左旋喷射板仰角 2 2 5 。，磨煤机右旋喷利板俯角2 2 5 。”。 喷头和喷头座具体尺寸详见附录l 、附录2 。 3 4 微型加热器的设计与制造 微型加热器的考虑应该以安全、可靠为前提，发热量是很小的，还要能和通润 滑油管路相配合，这方面是没有标准件可供选购的，只能自己设计。在设计上考虑 成双层，内层加热，外层通润滑油。分别由加热器金属内管、加热器金属外管、加 热器胶木护罩、加热棒胶木支撑座、端部金属堵板组成，当然，还缺一核心部件加 热棒，加热棒的设计参考工业现场常用的螺栓加热棒，由加热丝、耐高温绝缘材料、 金属护套组成，通过螺纹连接固定在加热器内管中。 在加热电气设计上，考虑现场人员能够接触到，控制柜内安装一变压器，将 2 2 0 伏电压变为2 4 、1 2 二个档位，也可在高寒地区改为3 6 伏、2 4 伏二个档位，并 可在控制柜上通过手动选择进行随意控制，这样在使用上就不会有安全的隐患，并 且能根据季节的变化调节微型加热器的发热量。 加热器内管、外管、加热棒支承座、加热器护罩具体尺寸详见附录3 、附录4 、 附录5 、附录6 。 3 5 部分电气配件的选择 在微型加热器变压器的选择上，采用人民电器集团上海人民低压电器厂生产的 b k 一5 0 型控制变压器，初级电压为3 8 0 伏、2 2 0 伏，容量为5 0 v a ，次级电压为3 6 、 2 4 、1 2 、6 3 伏，能够满足实际加热所需。 在微型加热器的手动控制开关选择上，采用中国新华电器集团公司上海新华开 关厂生产的l w 5 1 6 2 型万能转换开关，额定电压5 0 0 伏，额定电流1 6 安，从左到 右分别为低温、正常、高温三个档位，正常即断开加热，低温对应1 2 伏电压加热， 高温对应2 4 伏电压，可手动根据季节和地域进行选择。 另外，采用上海新华开关厂生产的l w 5 1 6 3 型万能转换开关控制l # 手动、自 华北电力大学一f ：程硕士学位论文 动、2 # 手动的转换：上海新华开关厂生产的l w 5 1 6 5 型万能转换开关控制l # 停、 运行、2 # 停的转换。如两台磨都正常运行状态下，将l w 5 一1 6 3 型放置在自动档位 上，将l w 5 1 6 5 型放置在运行档位；如l # 磨处在长期检修停用状态，则将l w 5 1 6 3 型放置在自动档位，将l w 5 一1 6 5 型放置在l # 停档位。 启动按钮采用上海第二机床电器厂生产的l a l 9 一l l a 型产品，3 8 0 伏、5 安、 3 0 0 v a ；信号指示灯采用江阴长江电子实业总公司生产的a d l 卜2 5 4 0 型产品。能够 满足系统需要。 3 6 系统控制柜的设计和制造 系统集成控制柜总体尺寸为左右l l o o m m 、前后5 0 0 m m 、高】8 0 0 m m 。下面整体 放置空气压缩机：上面分为左右两部分，左侧放置油箱和两个高压注油器，右侧又 分为上下两部分，上部分放置整个电器盘，下部分放置通油电磁阀、通气电磁阀及 油路、气路和手动阀门。 控制柜没计为前后丌门，后f 主要用于检修高压注油泵和检修空气压缩机，拆 装润滑油箱以及为润滑油箱添加润滑油；前门主要用于观察运行情况和进行操作， 列电器、阀门、油路检查使用。 前门设计为双层对丌门，第一道门为透明玻璃，进行防护、防尘和观察使用。 第二道门主要是用于安装仪表、开关、指示灯，进行操作和各种指示。第二道门左 侧一扇从上到下分别安装油压表、系统气路气压表、总气压表和润滑油油位指示表： 右侧一扇上面一行分别是电源指示、运行指示、温度补偿、故障指示，下面一行分 别是启动和停止按钮，l # 停、运行和2 # 停转换开关，低温、正常和高温转换开关， l # 手动、自动和2 # 手动转换开关。 柜体结构图、柜体说明、柜体前面板、油箱详见附录7 、附录8 、附录9 、附 录1 0 。 华北电力大学t ，f ! f ! 硕士学位论文 第四章系统软件设计 4 1 可编程序控制器( p l c ) 的基本概念 41 1p l o 的发展和特点 可编程控制器( p r o g r a m m a b l el o g i c a lc o n t r o l l e f ) 是美国在6 0 年代首先研 制成功的。它是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术和计算机技术而形 成的一代新型工业控制装置。当时叫作p l c ，目的是用来取代继电器，执行逻辑、 计时、训数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。随着计算机的发展和微处理器 的出现，p l c 的功能也不断发展和完善，1 9 8 5 年1 月国际电工委员会颁布了可编程 序控制器标准草案第二稿，对p l c 作了如下规定：“它采用可编程序的存储器，用 来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令， 并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控 制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的 原则设计。” 4 1 11p l o 的发展过程 世界上自1 8 3 6 年发明电磁继电器以来，人们就开始用导线把各种继电器、定 时器、计数器、及其接点连接起来，并按一定的逻辑关系控制各种生产机械。这种 以硬接线方式构成的继电器控制系统，至今仍有使用。但是，对于复杂的控制系统， 如果某一继电器损坏，甚至一个继电器的某一对触点接触不良，都会影