孙国来

（广州逸安工程机械有限公司，广州 510890）

0 引言

机械设备是工业生产过程中不可或缺的一部分，良好的设备润滑决定了设备能否正常运行，是设备安全、稳定、持续、高效运行的重要保证，对于企业减少能源损耗、降低设备的维修成本、降低设备事故发生率、延长设备的使用寿命、提高设备生产效能都具有十分重要的意义。

高压黄油加注机是专门用于把黄油注入润滑工位的一种增加压力的机器，广泛应用于机械、设备、汽车、船舶等行业。随着工业的不断发展进步，在机械中占据重要位置的润滑油脂的使用也得到了前所未有的重视。目前市面上的黄油机分为电动加注和气动高压加注两种类型，现有产品在市场上的价格偏高，普遍适用于黏稠度低的黄油[1-2]，本文的研究目标是设计一台能抽取高黏稠度的黄油加注设备。

1 新型高压黄油润滑加注设备的总体设计

目前市面上现有的黄油加注设备所使用的黄油黏度等级主要为00号和1号，主要采用高压气动及电动活塞泵来抽取黄油，在黏稠度等级更高的黄油中，黄油机输出黄油的压力有着较为明显的下降，不能满足在重载场合下需要黄油黏度较高和油量较大的条件，在常规的黄油机上加注3号黄油时，其枪口的出油压力无法达到正常使用的标准，在运行一段时间后甚至出现枪口堵塞的情况，主要原因是内部无法形成负压。

为了解决这些问题，本文设计了一款新型的高压黄油加注设备，如图1所示。其工作原理是：首先将高黏度的黄油放入搅拌桶里，再由底座及机壳内的电动机带动搅拌叶片高速旋转搅拌黄油，当黄油搅拌开来以后，再由偏心轮出油装置（柱塞泵）将黄油通过左（右）出油口压入出油三通阀，并进一步将黄油导出总出油口，由于该设备分左右油路，工作时更容易形成负压，可以提高设备加注时的输出压力。该设备通过单片机控制电动机的旋转速度，设定黄油加注的时长和油量，进一步控制出油口的黄油输出压力，以便其能够应用于不同规格型号的黄油加注[3]。

图1 新型电动高压黄油加注设备

2 新型高压黄油润滑加注设备机械结构的细节设计

2.1 偏心轮出油装置（柱塞泵）的设计

该新型高压黄油润滑加注设备的驱动原理是通过电动机驱动偏心轮出油装置（柱塞泵）来工作的，电动机通过联轴器带动偏心轮出油装置（柱塞泵）转动，其中偏心轴与黄油搅拌叶片联接锁紧，搅拌叶片转动使黄油下沉。

如图2所示，偏心轮出油装置（柱塞泵）由左右2个阀体和中间的偏心轮轴及滑块组成，当电动机转动时，偏心轮轴转动便会带着滑块左右滑动，而固定在滑块上的2个活塞杆也会随着滑块左右滑动，从而将黄油压入2个阀体中，且偏心轮轴每转动1周，滑块便会左右滑动1次，形成负压，实现黄油不断地被压入阀体。左右阀体的两端分别与左右单向阀相连，最终使黄油分别从左右单向阀里压出，而2条油路又是通过出油三通阀连接合并输出，故偏心轮出油装置（柱塞泵）可以完成黄油从总出油口被压出。

为了保证黄油的纯净，左右油阀阀体上都安装了滤网，其作用是滤除黄油中的金属颗粒及杂质，也可以保护主机设备的安全运行及整套设备出油的稳定性。

2.2 搅拌叶片的特殊设计

由于高黏度的黄油不易搅拌和流动，所以用于搅拌的搅拌叶片的机构部分特意设计为一根为一端偏长的不对称结构，如图3所示，另一根为偏宽的45°倾斜的搅拌叶片，短的一侧和长的一侧在转动一周时，其叶片与黄油的接触方式及面积都会发生改变，能更好地把类似于固态的黄油搅拌松动；而偏宽的45°倾斜的搅拌叶片搅拌时，可以更好地搅拌黄油且引导黄油补充到柱塞泵的滤网处，减少了黄油内部中产生气穴无法被压入柱塞泵的情况。

图3 搅拌叶片

2.3 滑块处减少磨损的特殊设计

经过实验发现，偏心轮出油装置（柱塞泵）内部的滑块的主要支撑在活塞杆处，偏心轮轴带动滑块长时间运作后，活塞杆会有比较大的磨损，甚至不能保证两边活塞杆的同轴度，在使用一段时间后，黄油枪输出黄油的压力会降低，故在电动机支架上安装了4个外螺纹轴承（如图2），用来支撑滑块，且滑块滑动时外螺纹轴承可以转动，从而减少滑动磨损，进一步降低滑块与偏心轴的磨损和振动噪声，减少活塞杆的磨损，保证设备在长时间运行时两端活塞杆之间的同轴度和寿命。

图2 新型电动高压黄油加注设备装配图

3 新型高压黄油润滑加注设备电动机选型计算

根据机械设计手册，黄油机泵体、活塞杆材料采用45钢，黄油润滑加注速度为800 g/min，3号黄油密度ρ为2.25 g/mL其中定子和转子之间的偏心距e为8.5 mm，活塞杆直径d为10 mm，有效工作行程2e为17 mm，柱塞个数z为2,电动机转动一圈油的输出量V为

由此可得电动机输出轴的输出转速至少要为133.2 r/min，因此选用10k减速比的定速电动机，输出轴转速为135 r/min。

本设备的搅拌桨由倾斜45°的二叶斜叶桨和可拆卸的非对称式的搅拌叶片组成，其功率受诸多因素影响，两种不同的搅拌叶之间互相影响可忽略，通过功率因素关联式的推导，功率因素主要取决于黏性流体的密度和搅拌叶转速[4-5]，搅拌功率计算公式为

式中：n为搅拌叶转速；M为转矩；ω为角速度。

其中转矩通过软件WorkBench求解，可知在锥入度220～250/0.1 mm的黄油中，其桨叶转动时的转矩为M=26.3 N·m，求得功率为

考虑到偏心轴处受摩擦力及需要一定的启动转矩，为保险起见，电动机选用单相220 V(50 Hz)、功率为400 W的10k减速比的减速电动机，就可以完成新型高压黄油润滑加注设备的转动要求。

4 结语

本文设计了一种电动高压黄油加注设备，该设备采用了非对称式的搅拌叶片搅拌黄油，并设计了偏心轮出油装置（柱塞泵）双油路高压出油的方式，能更好地完成类固态的黄油搅拌及输送，该设备具有寿命长、运行稳定、高效精准的特点，可定时、定量加注，拥有较高和比较持久的油压输出压力，维护简单，使用方便，占据空间较小，适用于特种设备作业环境，可以大幅降低人工手打黄油的劳动强度，提升工作效率。