CN109707752A - 重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，具体为设计了自动测量轴瓦的工作温度测量控制系统，保证了轴瓦温度的实时、动态测量；采用了双功率润滑油，能根据测量温度自动控制油泵的流量，从而保证了润滑、冷却的自动控制；采用了超声波自动清洗系统，测量控制系统能够根据重载机械的工作时间，实现自动定时清洗；采用了计算机自动测量控制系统，减少了人为的错误动作，并具有过高温自动报警功能。由于实现了自动润滑冷却与清洗，重载机械在工作中，免除了定时的加油、清洗所带来的人力成本和时间成本，提高了机械的工作效率，保证了转轴、轴瓦的强度和抗疲劳、抗磨损能力，提高了机械的使用寿命。

Description

重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统

技术领域

本发明为自动测量控制领域，具体为对重载机械轴承具有自动润滑冷却、自动测温和自动清洗功能的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统。

背景技术

重载机械在工作过程中，由于工作条件决定了的轴瓦与转轴摩擦较大，摩擦热量也较多、温度升高也快。而温度的升高使机械的强度、韧性和耐磨性都有不同程度的下降，而强度、韧性和耐磨性下降，又加速了轴承与轴瓦之间的磨损，磨损产生的杂质微粒又加剧更大磨损。因此，降低转轴与轴瓦之间的温度，增大转轴与轴瓦的润滑和自动清洗十分必要。但是，现在的许多重载机械并不具备自动检测和自动润滑、清洗功能，全靠经验和使用时间来判断重载机械的工作状态是否高温工作，是否磨损严重，需要润滑、清洗。为了保证重载机械正常运转，如何实现自动测量、润滑和散热，并对轴承内部进行自动清洗，是设计者和使用者的主要研究课题之一。

本发明提供了一种能够同时实现自测量轴承内部温度、自动润滑和冷却，并能自动清洗轴承内部的设计。

发明内容

机械的润滑油既有润滑机械运动部件，减少机械磨损的功能；又有循环机械运转产生的热量，降低机械内部温度的功能。本发明自动测量轴瓦内部温度，自动控制润滑油的供油量，使转轴与轴瓦之间形成完整、可靠的油膜、减少转动磨损；采用超声波自动清洗装置，能够使转轴与轴瓦之间产生的污物、杂质微粒脱离转动表面，进入润滑油循环系统，润滑油在循环过程中带走摩擦产生的热量和杂质微粒，保证了转轴、轴瓦的强度和抗疲劳、抗磨损能力，使转轴与轴瓦的使用寿命得到提高。

本发明是采用如下的技术方案实现的：重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，包括测量温度系统、润滑冷却系统和清洗系统，测量温度系统包括温度传感器，轴承座右侧端面加工有轴向的安装孔，密封圈上对应加工有轴向的安装孔，安装孔内安装温度传感器，温度传感器引线密封引出后和计算机控制单元连接；润滑冷却系统包括油箱、油泵，轴承座上加工有径向的进油孔和出油孔，轴瓦对应位置加工有径向的进油孔和出油孔，轴瓦上的进油孔和出油孔和油槽连通，轴承座上的进油孔与进油管路连接，轴承座上的出油孔与出油管路连接，进油管路和油泵连接，出油管路和油箱连接，油泵还和计算机控制单元连接；清洗系统包括超声波发生器，轴承座内表面加工有安装超声波发生器的螺旋槽，螺旋槽的尾端和上述轴向的安装孔连通，超声波发生器安装在螺旋槽内且螺旋贴在轴瓦表面，超声波发生器的电路引线从安装孔密封引出且和计算机控制单元连接。

超声清洗：超声波清洗的原理是通过超声波发生器，将超声波的声能转换成机械振动，通过轴瓦、油槽将超声波辐射到轴瓦与转轴之间的油膜中和油槽中的润滑油中。图1中的标记1表示超声波发生器在装置中的位置，标记6为超声波发生器外接引线，用来控制超声波发生器的工作。由于受到超声波的辐射，使油槽内润滑油中的微气泡能够在超声波的作用下保持振动，破坏污物、杂质和磨损粉末与轴承、轴瓦润滑油路表面的吸附，引起污物、杂质和磨损粉末层的疲劳破坏而被剥离，进入润滑油中。同时，超声波振动能能够进入轴瓦与转轴的油膜中，也能够对轴瓦与转轴之间的油膜进行清洗，使油膜中的污物、杂质和磨损粉末脱落，回到油槽润滑油中。这些回到油槽润滑油中的污物、杂质和磨损粉末随循环油路过滤，保证了润滑油的质量和润滑、冷却效果。

自动温度测量：温度传感器由热电偶组成，图1中的标记8为热电偶，标记6为热电偶外接引线，用来把测量信号输出到计算机控制单元中。热电偶的热端被安装在轴承座靠近轴瓦的安装孔中，用来测量重载机械的轴瓦温度，热电偶测量温度是稳定、可靠的工业测量温度方法，动态测量精确易于控制。

自动润滑油供给：润滑油路循环内部系统在轴瓦内圆周表面，图1中的标记2、7、3为进油孔、出油孔和油槽。轴瓦承载重载机械的转轴，轴瓦在水平面分为上下两部分，在轴瓦圆周面中部开有油槽（宽深20×10mm），润滑油从上轴瓦环状油槽流向下轴瓦，并由出油孔流出，流回润滑油箱。润滑油经过外接油路、油泵和滤网等，组成润滑冷却系统。

上述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，安装超声波发生器的螺旋槽为540度螺旋槽，使得超声波在工作时能够全方位清洗，不留死角。

上述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，进油孔和出油孔采用正上、正下布置，润滑油流体分双路从轴瓦内圆周面由上而下循环，在出油孔汇合后流出。

上述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，该系统按以下方法进行冷却、清洗；

冷却过程如下：当机械通电，油泵自动开启在低功率工作状态，测量温度的温度传感器及时将机械的工作温度信号传回计算机，当重载机械工作温度到达高温工作温度T1（50度）时，计算机给出油泵高功率工作信号，油泵开启高功率工作状态，润滑、冷却得到加强；随着润滑、冷却的加强，机械轴瓦的温度得到下降，当温度下降到T1温度以下后，计算机给出低功率工作信号，油泵进入正常工作状态；如果油泵在高功率状态工作下，机械轴瓦温度不但没有下降，反而继续上升到过高温工作温度T2（70度），说明大量的冷却、润滑已经不能满足重载机械的正常工作条件，计算机会给出报警信号，请求机械停机、检查。这时，也许是重载机械工作出现故障等原因，需要停机检修了。

清洗过程如下：初次重载机械通电工作，计算机就从零时间自动开始计时，当到达设定的清洗时间（每隔7天清洗一次），计算机就给出超声波发生器工作信号。超声波发生器开始工作，并开始超声波工作计时TC，当超声波工作计时到达设定时间（20分钟），超声波发生器清洗结束；重载机械工作计时自动复位、置零，超声波发生器工作计时复位、置零。

上述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，若在计时过程中机械停止工作，计算机控制单元计时器有自动记忆、保存功能，当机械再次工作时，机械工作计时和超声波发生器计时会自动在上次停止时的数据基础上继续计时，从而保证了工作的连贯和可靠。

本发明具有以下特点：

1.由于下轴瓦是发热最多的位置，所以在下轴承座接近轴瓦的右下方，安装温度传感器（热电偶），用来测量轴瓦温度。

2.该装置将润滑油的进油孔和出油孔分别设计在正上方和正下方，使润滑油能方便进入轴瓦，并能完全从下方排尽，不会残留杂质润滑油，保证润滑、冷却的流畅和可靠。

3.在轴瓦外的轴承座内侧圆周面上加工540度的旋转超声波发生器方型槽（宽深10×10mm），在槽内安装旋转的圆周带状的超声波发生器，超声波带能够按照需要由控制电路控制产生超声波，超声波在轴瓦油槽和轴瓦与转轴之间的油膜中传播，其超声振动波能将转轴与轴瓦之间产生的油污及磨损杂质脱离轴瓦，脱离的杂质油污通过润滑油从出油口排出，保证了清洗的干净、可靠。

4.该设计采用了计算机自动控制，装置能根据温度传感器的测量数据大小，自动加大或减小润滑油油泵的功率，从而控制润滑油的流量，保证了机械设备的轴瓦温度在正常的工作范围内。

附图说明

图1为重载机械轴瓦自动测温润滑清洗原理图。

图2为轴承座示意图。

图3为轴瓦及油槽结构图。

图4为图3的侧视图。

图5为测量控制电路原理图。

图中：1-超声波发生器，2-进油孔，3-油槽，4-密封圈，5-转轴，6-温度传感器及超声波发生器引线，7-出油孔，8-温度传感器，9-螺旋槽，10-轴承座，11-轴瓦。

具体实施方式

结合附图，对本发明做出进一步详细说明。

如图1所示，为重载机械轴瓦自动测温润滑清洗原理图：在一个重载机械的转轴上，安装有轴瓦，轴瓦的外面是轴承座，右端有密封圈、热电偶引线、超声波发生器引线等。

结构设计：首先，把图1中的轴承座单独放大，并画出对应的轴承座图2，如图2所示：

a）在轴承座的下部右侧加工一个Φ5mm的小孔，在密封圈上同样对应加工一个Φ5mm的孔，将热电偶热端伸进其底部，密封后引出引线，组成测量温度系统。同时，圆周带状的超声波发生器的电路引线也从该处引出，形成超声波清洗线路连接系统。两组引线捆扎密封后，从密封圈穿出，连接到测量控制计算机控制单元接口端。

b）在轴承座的正上方加工一个Φ10mm的小孔，在轴瓦对应位置打通同直径的小孔，小孔穿出轴承座后再焊接同直径的连接管，连接管外部与进油管路连接；在轴承座的正下方加工一个Φ10mm的小孔，在轴瓦对应位置打通同直径的小孔，小孔穿出轴承座再焊接同直径的连接管，连接管外部与出油管路连接，同油箱、油泵和滤网等形成润滑冷却系统。

c）在轴承座上加工超声波发生器安装的540度螺旋槽（宽深10×10mm），从左上方开始，右下方结束；均匀分布在轴承座圆周上。超声波发生器的电路引线与温度传感器的电路引线绝缘密封后由右侧面Φ5mm的小孔引出，与外部电路连接。

d）计算机控制单元在专用的电器盒中，各个测量、控制电信号与之相连。

其次，把图1中的轴瓦单独放大，并画出对应轴瓦及油槽图3，如图3所示：

轴瓦分为上下两部分，在轴瓦圆周面中部开有油槽（宽深20×10mm），油槽正上方与正下方加工有两个通油孔。轴承座在上轴瓦的油槽顶部加工Φ10mm小孔，小孔焊接同样直径的连接管，以便与外油路橡胶管连接，该孔与润滑油进油管连接；轴承座在下轴瓦油槽的正下部加工Φ10mm小孔，小孔焊接同样直径的连接管，以便与外油路橡胶管连接，该孔与润滑油出油管连接。在下轴瓦与轴承座安装时，轴瓦须对正轴承座对应小孔；轴瓦右下方安装时须紧贴温度传感器（热电偶）；轴瓦外表面与超声波发生器须紧贴。温度传感器引线与超声波发生器引线在同一位置共同引出。

在图3的轴瓦油槽图中，可以看出上面的小孔为进油孔，由进油孔来的润滑油可以在环型油槽中左右分流，然后流到下方的出油孔。润滑油通过油槽向轴瓦与转轴之间的间隙中渗透，然后形成油膜，为转轴与轴瓦润滑。同时，润滑油带走摩擦产生的热量和杂质，提高了轴瓦与转轴的工作环境。

当重载机械运转时，由轴瓦上部的进油孔在油泵的作用下，将机油从油箱泵入进油管进入轴瓦，在润滑油压力和转轴转动的共同作用下，在转轴和轴瓦之间形成一层润滑油膜，这层油膜起到润滑的作用。转轴与轴瓦之间由于摩擦产生的热量使轴瓦与转轴温度升高，温度的大小由温度传感器（热电偶）测量。转轴与轴瓦产生的热量大部分由润滑油经过出油孔而被带出轴瓦；长时间的运转后，在轴瓦与转轴之间产生的油污和磨损、微小颗粒会黏结在轴瓦与转轴之间，破坏了油膜的完整性，降低了润滑的效果，使得温度上升。此时需要启动超声波发生器进行清洗，超声波发生器在计算机控制单元的作用下，在上、下轴瓦之间产生超声振动，振动能够使油污和微小颗粒从转轴与轴瓦上脱落，脱落的杂质经过润滑油被带出转轴轴瓦，经过油路滤网过滤和油箱冷却，冷却后的回流润滑油可以重复循环使用。

油泵的供油量根据转轴与轴瓦的温度控制，当温度过高时，计算机经过运算，控制电路会给出信号，使油泵电机加快转动速度，提高供油量，以便迅速降低转轴与轴瓦的温度；计算机能够自动记录机械运转的时间，当达到设定的时间后，计算机能够自动启动超声波发生器，超声波发生器产生超声波自动清洗轴瓦内部，从而保证了机械的正常工作。

测量控制的电原理图，如图5所示：

工作过程如下：a计时工作，初次重载机械通电工作，计算机就从零时间自动开始计时，当到达设定的清洗时间（每隔7天清洗一次），计算机就给出超声波发生器工作信号。超声波发生器开始工作，并开始超声波工作计时TC，当超声波工作计时到达设定时间（20分钟），超声波发生器清洗结束；重载机械工作计时自动复位、置零，超声波发生器工作计时复位、置零。若机械工作计时和超声波发生器计时在计时过程中机械停止工作，计算机控制单元计时器有自动记忆、保存功能。当机械再次工作时，机械工作计时和超声波发生器计时会自动在上次停止时的数据基础上继续计时，从而保证了工作的连贯和可靠。

b当机械通电，电路开始工作时，油泵自动开启在低功率工作状态，润滑冷却系统同时开始工作，测量温度的传感器及时将机械的工作温度信号传回计算机。当重载机械工作温度到达T1=50度（高温工作温度）时，计算机给出油泵高功率工作信号，油泵开启高功率工作状态，润滑、冷却得到加强；随着润滑、冷却的加强，机械轴瓦的温度得到下降，当温度下降到T1温度以下后，计算机给出低功率工作信号，油泵进入正常工作状态。如果油泵在高功率状态工作下，机械轴瓦温度不但没有下降，反而继续上升到温度T2=70度（过高温工作温度），说明大量的冷却、润滑已经不能满足重载机械的正常工作条件，计算机会给出报警信号，请求机械停机、检查。这时，也许是重载机械工作出现故障等原因，需要停机检修了。

结论：由于采用了内置超声波发生器，所以轴瓦的清洗不在需要拆开机械作业，不但为使用者节省了人工和材料，而且节省了时间，提高了效率；润滑和冷却油泵采用双功率设计，保证了润滑和冷却的高效和节能；温度传感器的使用，保证了动态测量重载机械的实时测量和控制，而且能在机械出现意外机械故障时发出报警，保证了机械的安全运转。

Claims (5)

1.重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，其特征在于包括测量温度系统、润滑冷却系统和清洗系统，测量温度系统包括温度传感器（8），轴承座（10）右侧端面加工有轴向的安装孔，密封圈（4）上对应加工有轴向的安装孔，安装孔内安装有温度传感器（8），温度传感器引线密封引出后和计算机控制单元连接；润滑冷却系统包括油箱、油泵，轴承座上加工有径向的进油孔（2）和出油孔（7），轴瓦（11）对应位置加工有径向的进油孔（2）和出油孔（7），轴瓦上的进油孔和出油孔和油槽连通，轴承座上的进油孔与进油管路连接，轴承座上的出油孔与出油管路连接，进油管路和油泵连接，出油管路和油箱连接，油泵还和计算机控制单元连接；清洗系统包括超声波发生器（1），轴承座内表面加工有安装超声波发生器的螺旋槽（9），螺旋槽（9）的尾端和上述轴向的安装孔连通，超声波发生器安装在螺旋槽内且螺旋贴在轴瓦表面，超声波发生器的电路引线从安装孔密封引出且和计算机控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，其特征在于安装超声波发生器的螺旋槽（9）为540度螺旋槽。

3.根据权利要求1或2所述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，其特征在于进油孔和出油孔采用正上、正下布置，润滑油流体分双路从轴瓦内圆周面由上而下循环，在出油孔汇合后流出。

4.根据权利要求1或2所述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，其特征在于该系统按以下方法进行冷却、清洗；

冷却过程如下：当机械通电，油泵自动开启在低功率工作状态，测量温度的温度传感器及时将机械的工作温度信号传回计算机，当重载机械工作温度到达高温工作温度T1时，计算机给出油泵高功率工作信号，油泵开启高功率工作状态，润滑、冷却得到加强；随着润滑、冷却的加强，机械轴瓦的温度得到下降，当温度下降到T1温度以下后，计算机给出低功率工作信号，油泵进入正常工作状态；如果油泵在高功率状态工作下，机械轴瓦温度不但没有下降，反而继续上升到过高温工作温度T2，说明大量的冷却、润滑已经不能满足重载机械的正常工作条件，计算机会给出报警信号，请求机械停机、检查；

清洗过程如下：初次重载机械通电工作，计算机就从零时间自动开始计时，当到达设定的清洗时间，计算机就给出超声波发生器工作信号，超声波发生器开始工作，并开始超声波工作计时，当超声波工作计时到达设定时间，超声波发生器清洗结束；重载机械工作计时自动复位、置零，超声波发生器工作计时复位、置零。

5.根据权利要求4所述的重载机械轴瓦的自动润滑冷却与清洗系统，其特征在于若在计时过程中机械停止工作，计算机控制单元计时器有自动记忆、保存功能，当机械再次工作时，机械工作计时和超声波发生器计时会自动在上次停止时的数据基础上继续计时，从而保证了工作的连贯和可靠。