ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ РЕГУЛИРУЕМАЯ ИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМА СМАЗКИ "МАСЛО-ВОЗДУХ" Российский патент 2003 года по МПК F16N7/32 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для смазки различных деталей машин, находящихся в подвижном контакте, в частности к смазке зубчатого зацепления венцовой шестерни, приводного вала-шестерни и ее опор качения мельниц горно-обогатительных комбинатов и глиноземных заводов.

В настоящее время смазка открытых зубчатых зацеплений приводного вала-шестерни и венцовой шестерни, закрепленной на барабане мельницы, производится консистентной графитовой смазкой УСсА ГОСТ 3333-80, которая периодически наносится на поверхность венцовой шестерни. Для лучшего смазывания поверхности зубьев смазка должна подаваться в течение не менее 2 оборотов венцовой шестерни. Например, при диаметре венцовой шестерни 5500 мм и ее ширине 800 мм, что соответствует размерам венцовой шестерни барабанной мельницы ММС-70-23, рекомендуется смазку подавать в количестве через 1 ч 91 г или через 4 ч 455 г (Справочник машиностроителя./ Под ред. Н.С. Ачеркана, т. 4, кн. 1. - Маш. лит. 1962, с.401). Кроме этого, консистентную графитовую смазку УСсА необходимо равномерно распределять по ширине зубчатого колеса. В случае нарушения этих условий увеличивается износ зубьев и потери на трение, контактирующие поверхности работают в условиях полусухого и граничного трения. Увеличивается трение также и от того, что консистентная графитовая смазка УСсА содержит посторонние примеси (например, нерастворившуюся известь и т.п. ), которая удерживается в смазочном слое и способствует образованию задиров и ускоряет износ.

Кроме указанных недостатков известно и то, что с консистентными смазками невозможно обеспечить жидкостное трение, а значит, снизить потери зацепления, что очень существенно, если учесть, что мощность электродвигателя для указанной мельницы составляет 1600 кВт, а для мельниц МГР5500-7500 и МБ90-30 соответственно 2•1750 кВт и 3960 кВт, а повышение кпд хотя бы на 1% составляет приблизительно 35-40 кВт/ч.

Для смазки опорных узлов качения приводного вала-шестерни, передающей вращение венцовой шестерне барабана мельницы, используют консистентную закладную смазку для подшипников. При этом потери на трение настолько большие, особенно в летний период времени, что корпуса опор качения приводного вала-шестерни дополнительно охлаждают (обдувают снаружи корпуса сжатым воздухом), при этом подшипники качения часто выходят из строя. Подшипники работают в условиях полусухого и граничного трения, идет большой износ контактирующих поверхностей. Таким образом использование консистентных смазок для подшипников качения опор вала-шестерни и консистентных графитовых смазок УС_сА ГОСТ 3333-80 крайне неэффективно и вызывает большие потери на трение и износ, а также требует дополнительного охлаждения. Контактирующие поверхности работают в условиях полного отсутствия гидродинамического трения.

На некоторых глиноземных заводах (например, НГЗ, г. Николаев, Украина) смазка венцовой шестерни барабанной мельницы производится высоковязким маслом. Это масло наносится на поверхность зубьев циркуляционной смазочной системой. После смазки зубьев венцовой шестерни и вала-шестерни масло собирается в поддоне мельницы и сливается в бак, из которого нагнетающий насос через фильтр вновь подает смазку на поверхность зубчатого зацепления. Контактирующие поверхности работают в смешанном режиме полусухого и граничного трения. Смазка становится более эффективной, шестерни меньше нагреваются, однако в случае прорыва пульпы с глиноземом, которые попадают в поддон для масла, масло загрязняется и выходят из строя насосы и фильтры. Мельницу необходимо останавливать на ремонт. Производится полная замена масла. Таким образом недостаток циркуляционной смазки зубчатого зацепления в низкой надежности из-за попадания пульпы и глинозема в смазку.

Смазка опор приводного вала-шестерни, так же как и прежде, - закладная, подшипники работают в условиях полного отсутствия гидродинамического трения. Известна система смазки распыленным маслом (а.с. СССР 907333, F 16 N 7/32 23.02.82, бюл. 7) для смазки шестеренных валков. Система содержит коллектор, оснащенный устройствами для гидравлического распыления масла, который расположен вблизи зубчатых колес, причем участок подачи масла выполнен с газопроницаемыми стенками и заключен в камеру-смеситель, соединенную с трактом подачи воздуха (газа).

Избыток смазочного материала удаляется через дренажную систему, а избыток воздуха (газа) очищается и удаляется через фильтр-отдушину. Такую систему смазки невозможно использовать для открытых зубчатых передач, отсутствуют и устройства для подачи микродоз смазки для смазки опор качения приводного вала-шестерни, и наличие закрытого корпуса.

Недостатком данной системы смазки является:
- наличие масляной аэрозоли (масляного тумана) в рабочей зоне из-за отсутствия герметичного корпуса, что влияет на органы зрения и дыхания обслуживающего персонала и может вызвать онкологические заболевания;
- невозможность установки оптимальной дозы масла для поддержания режима жидкостного трения одновременно и в зубчатом зацеплении, и в опорах качения приводного вала-шестерни мельницы.

Известна импульсная смазочная система масло - воздух. Шестеренный смазочный насос подает в напорную магистраль жидкую смазку через разгрузочный клапан давления к импульсным питателям, которая в смесителе смешивается с потоком сжатого воздуха и выходит из смесителя в виде масловоздушной смеси и направляется под действием сжатого воздуха к точкам смазки (Каталог Willi Vogel Aktiengesellshaft 5012 GB, с.D39-D44, схема D41).

Совпадающие признаки данной системы с заявляемым изобретением -это наличие импульсных питателей, разгрузочного клапана, реле уровня масла, датчика минимального давления, блока управления работой нагнетающего насоса.

Недостатками этой системы являются:
- использование в качестве нагнетателя шестеренного насоса, который не может обеспечить подачу высоковязких масел при давлении 10 МПа;
- отсутствие регулировки по дозе в импульсных питателях, что не позволяет установить оптимальный режим жидкостного трения во всех смазываемых точках;
- использование в данной системе масел малой вязкости от 40 до 200 мм/с (сСт) при температурах от +10 до +40^oС;
- отсутствие регулировки давления нагнетания масла.

Известна смазочная система масло - воздух (Смазочные системы объемного микродозирования. Методические рекомендации. - М.: ЭНИМС, 1990, с.8, рис.3). В этой смазочной системе по команде прибора управления попеременно включаются пневмораспределители, приводя в действие двухсторонний пневмопривод плунжерного насоса. Смазочный материал из резервуара нагнетается насосом в питатель "масло - воздух", который раздает смазочный материал к точкам смазки и после завершения смазочного цикла, контролируемого датчиком положения, прибор перестает выдавать команды на электромагниты пневмораспределителей. Прибор управления начинает отсчитывать "Паузу" (время между смазочными циклами). Затем повторно начинается цикл смазки.

В случаях низкого уровня смазочного материала в резервуаре, контролируемого реле уровня, или низкого давления, контролируемого реле давления, или несрабатывания питателя, контролируемого датчиком положения, прибор выдаст сигнал о неисправности в системе и при необходимости блокирует привод смазываемого объекта.

Недостатком этой смазочной системы является сложность изготовления питателей последовательного действия, необходимость сжатого воздуха высокого давления, невозможность регулирования дозы смазки, невозможность использования этой системы для крупногабаритных узлов трения.

В качестве прототипа выбрано изобретение СССР 1643854, F 16 N 7/32; 29/04, 23.04.91, бюл. 15. Система смазки валковых опор прокатной клети.

Централизованная регулируемая импульсная система смазки масло -воздух содержит насос, клапан давления, импульсные питатели, смесительные устройства с тремя каналами, из которых два входных канала и один выходной канал для масловоздушной пленки, который через масловоздушные магистрали и блоки форсунок связан с узлами трения в опорах качения приводного вала-шестерни и рабочей стороной поверхности зуба венцовой шестерни, приборы измерения давления масла и сжатого воздуха, реле давления, реле нижнего уровня масла и блок управления.

Система смазки валковых опор прокатной клети имеет следующие недостатки:
- сложность системы и по конструкции, и по управлению, т.к. рассчитана на нормальный режим работы и пиковый режим скоростей и нагрузок, а также при пусках клети подача смазки дополнительно производится прогрессивными распределителями (величина подачи от 40 до 100 см³/мин), в то время как в нормальном режиме работы подача смазки на точку смазки от 20 до 50 см³/ч, т.е. в 120 раз меньше, чем при пиковом режиме, а для того чтобы отличить нормальный режим от пикового, нужны датчики скоростей, датчики нагрузок, дополнительные переключатели, запорные клапаны - все это усложняет и систему смазки, и ее управление;
- другим недостатком системы смазки валковых опор прокатной клети является то, что она предназначена только для данной пары валков, за одним циклом обязательно следует другой такой же и т.д., так как отсутствует время "Пауз" - это время между двумя циклами смазки. Изменяя же время "Пауз", можно регулировать количество циклов смазки в единицу времени и тем самым можно уменьшать или увеличивать количество подаваемой смазки для выбора оптимального режима;
- недостатком системы смазки валковых опор прокатной клети является и то, что система инерционна, т.е. проходит определенное время от подачи датчиком сигнала о пороговом значении скорости или нагрузки, о том, что необходимо подать большее количество смазки, до включения питателей (распределителей) в работу.

Задача изобретения - усовершенствовать прототип системы смазки валковых опор прокатной клети и применить для смазки узлов трения мельниц. Это позволит исключить дополнительное охлаждение корпусов подшипников приводного вала-шестерни мельниц, исключить попадание измельченного материала, в частности пульпы глинозема, в масло и обеспечить гидродинамическое трение и в зубчатом зацеплении приводного вала-шестерни с венцовой шестерней, и в подшипниках качения опор приводного вала-шестерни.

В результате опытных исследований установлено, что для всех зубчатых колес при правильно выбранном режиме смазки можно достигнуть такого режима их работы, при котором устраняются причины разрыва и повреждения смазочной пленки в местах контакта зубьев, даже при предельных нагрузках на зубчатую передачу.

Задача решается благодаря тому, что централизованная регулируемая импульсная система смазки "масло - воздух", содержащая насос, клапан давления, импульсные питатели, смесительные устройства с тремя каналами, из которых два входных канала и один выходной канал для масловоздушной пленки, который через масловоздушные магистрали и блоки форсунок связан с узлами трения в опорах качения приводного вала-шестерни и рабочей стороной поверхности зуба венцовой шестерни, приборы измерения давления масла и сжатого воздуха, реле давления, реле нижнего уровня масла и блок управления, при этом новым является то, что клапан давления выполнен в виде аккумуляторного регулируемого разгрузочного клапана, а насос - одноотводным или многоотводным многоходовым плунжерным последовательного действия с электроприводом.

При этом в предпочтительном варианте система смазки выполнена с возможностью увеличения продолжительности смазочного цикла при снабжении системы дополнительными импульсными питателями.

При этом целесообразно было бы, чтобы импульсные питатели могли быть выполнены с возможностью перезарядки после сброса давления аккумуляторным регулируемым разгрузочным клапаном во время работы насоса перед его остановкой.

При этом система может быть выполнена с возможностью подачи в узлы трения дозы чистого свежего масла в виде крупнодисперсных капель непрерывно, в достаточном количестве и необходимой вязкости для поддержания устойчивого гидродинамического трения.

При этом достигается следующий технический результат:
- уменьшается расход смазочных материалов до 30 раз;
- обеспечивается жидкостный режим трения, благодаря которому снижаются потери в узлах трения (в зубчатом зацеплении между венцовой шестерней и приводным валом-шестерней, и в подшипниковых опорах приводного вала-шестерни);
- увеличивается долговечность подшипников (благодаря смазке чистым, свежим маслом), также увеличивается долговечность венцового и приводного вала-шестерни;
- благодаря использованию многоходовых плунжерных насосов последовательного действия величина давления в нагнетающей магистрали системы смазки с помощью разгрузочного клапана может регулироваться (от 2,0 до 10,0 МПа), а это позволяет использовать для смазки самые высоковязкие масла (ISOVG680, ISOVG1000 и другие), увеличивать длину нагнетающих трубопроводов системы смазки и работать при пониженных температурах;
- при наращивании централизованной регулируемой импульсной системы смазки "масло - воздух" дополнительными импульсными питателями к дополнительным точкам смазки изменится только длительность смазочного цикла (время работы нагнетающего насоса);
- исключается загрязнение смазочного материала;
- отпадает необходимость в дополнительном охлаждении корпусов подшипниковых опор приводного вала-шестерни.

Техническая сущность и принцип действия предложенной централизованной регулируемой импульсной системы масло - воздух поясняется пневмогидравлической схемой на чертеже.

Централизованная регулируемая импульсная система смазки "масло -воздух" содержит насос 1, клапан 2 давления, импульсные питатели 3, смесительные устройства 4 с тремя каналами 5, 6, 7, из которых два входных канала 5 и 6 и один выходной канал 7 для масловоздушной пленки, который через масловоздушные магистрали 8 и блоки форсунок 9 связан с узлами трения в опорах 10 качения приводного вала-шестерни 11 и рабочей стороной поверхности зуба венцовой шестерни 12, приборы 13, 14 измерения давления соответственно масла и сжатого воздуха, реле 15 давления, реле 16 нижнего уровня масла и блок 17 управления, при этом клапан 2 давления выполнен в виде аккумуляторного регулируемого разгрузочного клапана, а насос 1 - одноотводным или многоотводным многоходовым плунжерным последовательного действия с электроприводом (например, по ГОСТ 3564-84). Кроме того, смазочная система состоит из емкости 18, заполненной жидким смазочным материалом, в которой установлено реле минимального уровня 16. Насос 1 соединен с емкостью 18 всасывающим каналом 19 и напорным каналом 20, соединенным с входным каналом аккумуляторного регулируемого разгрузочного клапана 2, из которого выходит напорная магистраль 21 и сливная магистраль 22, соединенная с емкостью 18 для жидкого смазочного материала через подпорный клапан 23. Блоки импульсных питателей 3, объединенные со смесительными устройствами 4, соединены последовательно (или параллельно) друг другу с напорной магистралью 21 и магистралью 24 сжатого воздуха. В магистрали 24 сжатого воздуха установлен прибор измерения давления 14 (манометр) и воздухоочиститель 25.

В напорной магистрали 21 установлен прибор измерения давления 13 (манометр) и реле давления 15. А в напорном канале 20 установлен предохранительный клапан 26.

Смазочная система работает следующим образом.

При включении привода насоса насос 1 начинает подавать смазочный материал из емкости 18 через всасывающий канал 19 в напорный канал 20 и по нему во входной канал аккумуляторного регулируемого разгрузочного клапана 2 и через напорную магистраль 21 поступает в дозирующую полость импульсных питателей 3. С каждым ходом плунжерного многоходового насоса количество смазки увеличивается и начинает расти давление (первоначально равное величине настройки подпорного клапана 23). При достижении давления в напорной магистрали 21, достаточного для срабатывания импульсных питателей 3, питатели срабатывают и выдают строго фиксированную дозу смазки в смесительные устройства 4, в которых турбулентный воздушный поток транспортирует ее далее в виде пленки по внутренней поверхности масловоздушной магистрали 8. Масловоздушные магистрали 8 заканчиваются блоками форсунок 9, установленными в корпусах подшипниковых опор 10 качения, или блоками форсунок 9, установленных равномерно по ширине венцовой шестерни 12. Воздушным турбулентным потоком масло через форсунки наносится в виде крупнодисперсных капель на рабочие поверхности зубьев венцовой шестерни 12, которая находится в зацеплении с приводным валом-шестерней 11 и на дорожки качения подшипников опор 10 приводного вала-шестерни 11. Крупнодисперсные капли жидкой смазки, сливаясь друг с другом, образуют смазочную пленку достаточной толщины на всей рабочей поверхности зубьев вала-шестерни 11, венцовой шестерни 12 и дорожках качения подшипниковых опор 10 для обеспечения гидродинамического режима трения в зубчатом зацеплении и подшипниках даже при предельно больших нагрузках.

При поступлении масловоздушной смазки в полость подшипниковых опор 10 качения избыточное давление воздуха в полости подшипника создает эффективный барьер проникновению в полость подшипника грязи, газов и растворов, а также происходит дополнительный отвод тепла.

Непрерывная подача чистого, свежего масла в виде пленки - эффективный барьер от загрязнений в виде избыточного давления в полости подшипника, соответствует работе подшипников в условиях смазки, близких к идеальным, поэтому и долговечность подшипников увеличивается в десятки раз.

После срабатывания импульсных питателей, так как они непроточные, а насос 1 продолжает работать, давление в напорной магистрали 21 продолжает повышаться и при достижении давления в напорной магистрали 21, равного настройке регулируемого разгрузочного клапана 2, он срабатывает. При этом напорная магистраль 21 соединяется со сливной магистралью 22. После срабатывания регулируемого разгрузочного клапана 2 и падения давления в напорной магистрали 21 до уровня настройки давления подпорного клапана 23 питатели 3 перезаряжаются и подготавливаются к следующему циклу смазки, реле давления 15 выдает сигнал в блок управления 17 и насос 1 отключается, а система смазки переходит в режим "Паузы" между циклами смазки.

Величина "Паузы" устанавливается в блоке управления 17 и после окончания "Паузы" блок управления 17 дает команду на включение насоса 1 и происходит очередной цикл смазки.

Реле минимального уровня масла 16 контролирует наличие масла в емкости 18. При его срабатывании блок управления 17 выдает сигнал об отсутствии масла в емкости 18.

Система предназначена для смазки различных деталей машин, находящихся в подвижном контакте. Система содержит насос, клапан давления, импульсные питатели, смесительные устройства с тремя каналами, из которых два входных канала и один выходной канал для масловоздушной пленки, который через масловоздушные магистрали и блоки форсунок связан с узлами трения в опорах качения приводного вала-шестерни и рабочей стороной поверхности зуба венцовой шестерни, приборы измерения давления масла и сжатого воздуха, реле давления, реле нижнего уровня масла и блок управления, при этом клапан давления выполнен в виде аккумуляторного регулируемого разгрузочного клапана, а насос - одноотводным или многоотводным многоходовым плунжерным последовательного действия с электроприводом. Технический результат - уменьшение затрат на смазку, увеличение долговечности подшипников. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Централизованная регулируемая импульсная система смазки "масло - воздух", содержащая насос, клапан давления, импульсные питатели, смесительные устройства с тремя каналами, из которых два входных канала и один выходной канал для масловоздушной пленки, который через масловоздушные магистрали и блоки форсунок связан с узлами трения в опорах качения приводного вала-шестерни и рабочей стороной поверхности зуба венцовой шестерни, приборы измерения давления масла и сжатого воздуха, реле давления, реле нижнего уровня масла и блок управления, отличающаяся тем, что клапан давления выполнен в виде аккумуляторного регулируемого разгрузочного клапана, а насос - одноотводным или многоотводным многоходовым плунжерным последовательного действия с электроприводом. 2. Система смазки по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью увеличения продолжительности смазочного цикла при снабжении системы дополнительными импульсными питателями. 3. Система смазки по п.1, отличающаяся тем, что импульсные питатели выполнены с возможностью перезарядки после сброса давления аккумуляторным регулируемым разгрузочным клапаном во время работы насоса перед его остановкой. 4. Система смазки по п.1, отличающаяся тем, что система выполнена с возможностью подачи в узлы трения дозы чистого свежего масла в виде крупнодисперсных капель непрерывно, в достаточном количестве и необходимой вязкости для поддержания устойчивого гидродинамического трения.