混凝土輸送泵雙向潤滑系統的應用分析

摘 要：本文根據流體動力學的基本理論，針對混凝土泵送設備兩個輸送缸交替送料的特性，提出新的雙向潤滑系統，并對該系統進行數學建模加以分析，在實際作業中得到驗證。這種雙向潤滑系統不僅可以延長輸送泵的使用壽命，有效的改善輸送泵的潤滑效果，還可以減少近三分之一潤滑劑使用量，大大的降低了成本，減少了環境污染。

關鍵詞：混凝土輸送泵；雙向潤滑系統；應用分析

混凝土輸送泵，又名混凝土泵，由泵體和輸送管組成。是一種利用壓力，將混凝土沿管道連續輸送的機械，主要應用于房建、橋梁及隧道施工。目前主要分為閘板閥混凝土輸送泵和S閥混凝土輸送泵。再一種就是將泵體裝在汽車底盤上，再裝備可伸縮或屈折的布料桿，而組成的泵車?；炷凛斔捅玫目煽啃耘c使用壽命直接受到潤滑系統的控制，尤其是顆粒污染物和粘度等參數對其影響重大，本文根據流體動力學的基本理論，針對混凝土泵送設備兩個輸送缸交替送料的特性，提出新的雙向潤滑系統，并在實際中的應用對該系統加以分析。

1.傳統泵送潤滑系統的特性

混凝土輸送泵在混凝土的輸送過程中，設置了油脂潤滑系統，以確保輸送砼和缸的絕對潤滑，并且預防輸送缸內的水泥滲入到砼密封體導致砼活塞配件磨損而漏漿。砼輸送泵的砼活塞、換向閥和攪拌軸承座等運動部件因其負荷大、運動頻率高，是重點潤滑部位，對潤滑脂的要求也比較高，并且須使用潤滑脂泵按照一定的頻率強制加壓潤滑。泵送來的潤滑脂直接送入各分配器，推動活塞向潤滑點供油；該潤滑系統的工作原理是：壓力從一個入口流入，帶動脂活塞吸入油脂，當油脂從另外一個入口流入時，帶動脂活塞排出油脂，油脂經過阻尼器到分配閥，再逐步分配到輸送缸潤滑各個潤滑點。

以上傳統的泵送潤滑系統存在一定的缺陷，其不能準確的隨動潤滑砼活塞，而且每次換向，而且油脂在同一缸內每次都會注射在同一個潤滑點上，而另外一個缸的潤滑脂在潤滑點處總是注入水中，基于此，會導致設備經常在潤滑不良的狀態下工作，加劇設備的磨損，導致檢修周期縮短，增加維修成本，同時潤滑效果相當差，潤滑油浪費嚴重。

2.雙向潤滑系統的技術方案

筆者通過多年的工作經驗，針對上述不足，提出了一種新型的雙向潤滑系統解決方案，可以有效的改善混凝土機械易損件的使用壽命，其原理主要是采用往復柱塞式潤滑脂泵，由液壓油驅動雙液壓缸柱塞，使其做往復式運動并各自獨立完成吸油和壓油過程。當壓力油從前一個口進入推動柱塞時，帶動另一液壓缸柱塞打開吸油孔吸油脂，并使液壓缸柱塞向前壓油，油脂從后一個口進入雙向閥。當壓力油換向且壓力油從后一個口進入推動柱塞時，帶動另一液壓缸柱塞打開吸油孔吸油脂，并使液壓缸柱塞向前壓油，油脂從前一個口進入雙向閥。如此往復，泵的兩個液壓缸柱塞隨液壓壓力油交替換向工作，同時交替向雙向閥供油脂。隨著液壓系統的交替換向，實現兩砼缸活塞定點同步潤滑。

3.結合流體潤滑原理，分析雙向潤滑系統的應用

3.1.流體潤滑基本方程

連續方程，即質量守恒方程，是物理學質量守恒定律在流體力學中的具體表現形式，潤滑系統中的潤滑介質在管路中的流動服從Reynolds方程，其方程式可寫成如下形式：

方程式（1）中：p為流體壓力；ρ為流體密度；u，v，w 分別為流體在x，y，z方向上的速度分量。

Navier-Stokes方程是黏性牛頓流體的微分運動方程，又稱動量方程，將連續方程和Navier-Stokes方程聯解，可得出描述流體潤滑油膜壓力分布的基本方程，即Reynolds方程：

方程式（2）中，左邊第1，2項分別為流體潤滑油膜里由于壓力梯度所產生的x向和z向的壓力流變化；右邊第1，2項分別表示表面速度引起的剪切流；右邊第3，4，5項為Y向擠壓運動所引起的流量變化；右邊最后一項為該處密度變化產生的流量變化。所顯示的廣義Reynolds方程是黏性牛頓流體動力潤滑的基本微分方程，方程的待求變量為x向和z向的壓力分布。它允許計及密度和黏度的變化，允許采用不同的膜厚公式，允許考慮固體表面的彈性變形對潤滑特性的影響。

3.2.數值計算方法

分析潤滑力學問題需要求解非線性離散方程組，且潤滑劑在變黏度、變密度效應下，方程的系數都不是常數，整個方程呈現高度的非線性特征。而對于非穩態問題，方程中含有膜厚的時間導數項，既要考慮切向卷吸運動，又要考慮法向擠壓運動。本文采用FTCS（時間向前空間中心）差分格式求解Reynolds方程，并且用Matlab軟件編寫程序計算，考慮到對稱性，砼活塞環可只分析其圓周長的四分之一。計算時首先給定壓力分布和中心膜厚的初值，依此計算各節點處的膜厚、潤滑油黏度及潤滑油密度等參數，然后求解Reynolds方程，得到新的壓力分布。如壓力分布不滿足收斂條件，則修正壓力分布進行下一次計算，直到新舊壓力差小于某個定值，然后由壓力分布積分求解載荷。

由于該問題的數值穩定性差，雅可比法的收斂速度是比較慢的，當網格數較多時，并不是現實的解法。采用高斯一塞得爾迭代雖然比雅可比法稍好，但對于網格數較大的算例來說，耗時仍然過長。因此這里采用SOR（逐次超松弛法）來求解上述差分方程，并采用一定的方法來解決數值穩定性問題。

3.3.計算結果分析

4.雙向潤滑系統的優點

雙向潤滑系統在戶外施工部門的使用過程中，證明雙向潤滑系統具有極佳的穩定性，在工程機械領域，沃爾沃、凱斯、詹陽動力等品牌部分機型的使用客戶配置了該系統。

4.1.領先的技術

雙向潤滑系統適合能在低壓下加注到潤滑點的高級潤滑脂。潤滑脂的加注工作通常在機器啟動時進行，加注時雙向潤滑系統會保證在準確的時間間隔內定時定量地注入潤滑脂。這將使潤滑脂在軸承支承面達到最佳分布狀態，不斷維持良好的密封狀態同時使潤滑脂的消耗量減 半。雙向潤滑系統中含有雙固態管道系統，并可通過定量加注器向每一個潤滑點施加潤滑脂，這種堅固結構可在任何施工環境下保證潤滑過程中的操作安全性。雙向潤滑系統能防止不必要的磨損，減少機器意外故障的發生率。

4.2.良好的經濟效益

在連續潤滑活動部件的作用下，機器將保持最佳工作狀態。雙向潤滑系統可使機器在持續工作的狀態下不間斷得到潤滑，幫助操作者預防由機械損傷及相關安全風險所導致的機器停工現象的發生。操作者也可從油漬的、費時的手動加注潤滑工作中解脫出來，同時減少環境污染，節約資源。雙向潤滑系統可減少潤滑液的消耗量達35%左右。使用雙向潤滑系統可減少使用維護成本，減少運動件之間的切削磨損，提高密封性能，防潮防腐，有效排除雜質。

4.3.友好的用戶界面

駕駛室內顯示器會顯示所有相關信息，例如潤滑脂罐中潤滑脂液位較低。雙向潤滑系統泵中的數據管理系統可對潤滑過程實施連續性的監控。該系統還將在存儲器中存儲有關控制和診斷方面的操作信息，并通過操作臺顯示器通知操作員。

5.結束語

雙向潤滑系統通過交替換向液壓系統壓力油，實現了兩砼缸活塞同步準確定點潤滑，不僅延長了輸送泵的使用壽命，有效的改善了輸送泵的潤滑效果，還可以減少潤滑劑使用量，大大的降低了成本，為今后實現產品高效、環保、節能及深入的理論研究提供了新的方向和很好的解決方案。

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