曲柄壓力機稀油潤滑系統流量調節特性分析及改造

李正爽，王 旭，韋爾寶

（濟南二機床集團有限公司，山東 濟南250022）

0 前言

曲柄壓力機主傳動系統的潤滑方式主要通過稀油自動循環潤滑實現，該系統的主要執行元件為遞進式分配器（亦稱作分油器），由一定數量的分油器組成的一個潤滑組件稱作分油器組，而每個分油器組每分鐘的潤滑次數以及由此所產生的油量有著嚴格的規定。出現問題的這條生產線使用的分油器均為自行研制，其特點是分油器為片式結構，流量調節通過節流閥實現，問題是在使用過程中分油器潤滑次數不穩定。

1 稀油自動循環潤滑系統的流量控制要求

曲柄壓力機的潤滑系統采用的是稀油自動循環潤滑，泵站一般經由一個齒輪泵向整個系統提供潤滑油，由于每個分油器組的油量需求各不相同，因此從泵站泵至各潤滑點的潤滑油在進入分油器組之前需要進行流量調節。

在液壓系統中，用來控制流體流量的閥統稱為流量控制閥，簡稱流量閥。按結構、原理和功用分類，流量閥可分為節流閥、行程節流閥、調速閥、溢流節流閥和分流-集流閥。經查制造圖紙，這條生產線采用的流量閥為節流閥，此種流量閥的特點是結構簡單、造價低，但該閥沒有壓力和溫度補償裝置，不能補償由負載或油液粘度變化所造成的速度不穩定，因此初步判斷此環節可能是造成潤滑次數不穩定的原因。為此，筆者先從流量閥的結構入手分析節流閥在潤滑系統的循環過程中對潤滑次數的影響。

2 節流閥的閥芯構造以及流量特性分析

節流閥的閥芯根據其結構不同一般可分為沉割槽式、錐閥式、三角槽式、圓孔式。此閥為自制錐閥結構，如圖1 所示，分油器塊作為閥體，錐閥活塞通過螺母固定并插入閥體上與之相配合的圓孔內，可通過調節微動螺母的旋入深度改變閥芯與閥孔之間的間隙，從而實現流量調節。根據液壓傳動理論，節流閥閥口的流量計算一般都是建立在小孔和縫隙流量公式基礎上的，因此本節將主要研究潤滑油流經節流閥錐閥閥芯時的流量變化情況。

圖1 錐閥式節流閥

根據節流口的長徑比關系判斷，此閥芯屬于薄壁孔，其流量表達式為

式中：Cd——流量系數，一般取0.6～0.8；

A——節流面積，m2；

ρ——油液密度，kg/m2；

△p——閥的進、出口兩端的壓力差，Pa。

從小孔流量公式可見，通過小孔的流量Q 與小孔前后壓力差△p 的平方根成正比，而且由于是薄壁孔，其過流長度較短、摩擦阻力作用小，所以通過該閥的流量主要受壓差影響，受粘度、溫度變化的影響則較小。

2.1 油液經過小孔的流量剛度

當節流口前后壓差變化時，節流口的流量隨之改變的這種特性也可用流量剛度曲線來表征，如圖2所示。

圖2 節流小孔的流量剛度曲線

流量剛度的表達式

由剛度公式可知：①流量剛度與節流口壓差成正比，壓差越大，剛度越大；②壓差一定時，剛度與流量成反比，流量越小，剛度越大；③系數m 越小，剛度越大。薄壁孔（m=0.5）比細長孔（m=1）的流量穩定性受△p 變化的影響要小。

2.2 壓差對流量的影響

若式（2）中，假設△p 不變，改變截面積A，則可調節通過節流閥的流量Q。

根據錐閥的截面特性（圖3），面積A 求解公式：

圖3 節流閥的截面特性參數

壓力機的潤滑系統中潤滑點比較多，只傳動部分就分布有100 多個潤滑點，其中大部分屬于滑動軸承潤滑，根據徑向軸承油膜壓力分布理論，其運動過程中油膜壓力一直處于變化之中，因此節流閥的前后壓差也在不斷發生變化。分油器組次數的允許偏差在±20 次，但需要驗證是否壓差的變化會造成分油器次數偏差超過許用值。

查圖紙及手冊知：Q=2404.5L/min，潤滑次數=80次/min，D=6mm，θ=15°，h=1.15～0.44mm，m=0.6～0.8，Cd=0.7，△p=3×105Pa。受滑動軸承動壓影響，當△p 變為2×105Pa 時，將參數代入式（2）及式（4），流量減少到1738L/min，潤滑次數變為48 次/min，已經偏離規定次數很多，顯然已經無法滿足壓機正常工作了。微動調節螺母向外旋出1.8mm 后，再次計算，流量可以恢復正常值。

計算證明，當節流閥出口壓力增大時，系統壓差降低，出口流量降低，從而導致潤滑次數降低。

3 沖壓線潤滑系統改造

根據前述理論可知，當節流閥的節流口開度一定時，節流口前后油液的壓力差是影響流過節流閥流量大小的重要因素。在執行機構運動速度穩定性要求高的場合，為了使流經節流閥的流量不致隨負載的變化而變化，就需要對節流閥前后的油液壓力差進行壓力補償，使節流閥前后的油液壓力差在負載改變時能近似保持一個常數，根據這一要求，將節流閥和定差減壓閥串聯起來，這樣組成的閥稱為調速閥。

圖4 是調速閥結構圖。當調速閥出油口的壓力P3由于負載增大而上升時，通過孔a 作用在閥芯M右端的液壓作用力增大，使閥芯M 左移。減壓閥的閥口h 加大，壓力降減小，因此PZ增大，使節流閥芯前后的壓力差P2-P3基本保持原來的數值，從而使流過節流閥的流量保持不變。

圖4 調速閥的結構

4 結論

綜上所述，將該生產線的5 個分油器組全部配備調速閥以后，經過在現場進行多次觀察、記錄，證明潤滑次數不穩定的問題得到徹底解決。

曲柄壓力機主潤滑系統的潤滑油流量，受到潤滑點布置、油膜動壓、粘度等因素的影響，在整個潤滑過程中系統的壓力會一直處于變化的過程。當使用節流閥進行流量調節時，由于節流閥流量受壓差變化影響比較大的特點，分油器組的流量也會發生較大變化，其變化趨勢為：負載壓力增大，壓差減小，流量降低；負載壓力增減小，壓差減增大，流量升高，經計算驗證，壓差增加0.1MPa 時，流量減少600L/min。因此在設計壓力機的主潤滑系統時，在流量穩定性要求高的場合，為了使流經節流閥的流量不致隨負載的變化而變化。就需要對節流閥前后的油液壓力差進行壓力補償，根據這一要求，對流量的控制必須選用調速閥來實現。

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