旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置研制探討

萬 泉，肖 強(qiáng)，俞 薇，陳宇潮

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200）

1 概述

旋蓋式油杯是水工機(jī)械設(shè)備常用的潤滑裝置[1]。在萬福閘多年的水工機(jī)械設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)對上、下扉平面鋼閘門及啟閉機(jī)械，特別是臨近水面的閘門主、側(cè)滾輪及定、動滑輪等部位進(jìn)行潤滑保養(yǎng)時，由于上下不便于操作且工作環(huán)境惡劣，常用于閘門及啟閉機(jī)轉(zhuǎn)動部位潤滑的普通旋蓋式油杯、杯內(nèi)螺紋縫隙及加油嘴等，易被泥沙、油污、雜質(zhì)等嵌入，造成油孔和油槽極易堵塞、銹蝕，油杯旋轉(zhuǎn)加油時出現(xiàn)的加油不暢和費時費力等問題，長時間容易造成啟閉機(jī)及閘門主、側(cè)滾輪和定、動滑輪等機(jī)械設(shè)備無法正常工作[2]。因此，對于機(jī)械設(shè)備如何能夠更加高效地加油潤滑，一直是水閘工程管理過程中亟需解決的問題。

2 研制緣由

為確保水利工程機(jī)械設(shè)備安全投入運行，設(shè)備正常運轉(zhuǎn)是關(guān)鍵，而保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，必須首先保證所有機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)動部分潤滑正常。在研制過程中，經(jīng)過多次探討和試驗，最終采用在油杯內(nèi)部牙紋右側(cè)加裝不銹鋼封板、O型橡膠密封圈、碳鋼彈簧及螺紋絲桿等裝置，將封板右側(cè)內(nèi)壁牙紋磨平，實現(xiàn)壓油方式由原來的人工旋轉(zhuǎn)杯蓋壓油向利用旋緊或松開螺紋絲桿壓縮和釋放彈簧自壓可調(diào)節(jié)（根據(jù)需要調(diào)節(jié)加油量）給油的轉(zhuǎn)變，并對彈簧進(jìn)行受力分析，通過精確計算，選擇最優(yōu)外徑、線徑和自由長度的彈簧以及相應(yīng)尺寸和材質(zhì)的油杯、封板、密封圈、螺紋絲桿等部件。通過2017年汛前檢查設(shè)備保養(yǎng)和汛期萬福閘開閘運行的實踐效果證明，該裝置具有彈簧壓縮釋放自如順暢、密封可靠無滲油、加油省時省力、使用方便靈活等特點。

3 裝置研制方案與實施效果

3.1 初步設(shè)想

2017年汛前，針對普通旋蓋式油杯，杯內(nèi)螺紋縫隙及加油嘴易被泥沙、油污、雜質(zhì)等嵌入，造成油孔和油槽堵塞、銹蝕，油杯旋轉(zhuǎn)加油時出現(xiàn)的加油不暢、費時、費力等問題，在油杯內(nèi)部加裝橡膠封板，在圓形封板平面上焊接3根碳素鋼彈簧（呈三角形分部），封板中心開孔加裝螺紋絲桿以及在油杯外壁兩側(cè)設(shè)置釋放彈簧按鈕等裝置，將橡膠封板右側(cè)內(nèi)壁牙紋磨平，基本實現(xiàn)壓油方式由原來的人工旋轉(zhuǎn)杯蓋壓油向利用抽拉螺紋拉桿按下或松開釋放按鈕，壓縮和釋放彈簧自壓可調(diào)節(jié)給油的轉(zhuǎn)變。該裝置初次研制剖面示意圖如圖1所示。

3.2 實施效果

初次研制的設(shè)想理論上基本實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。然而，加工后的油杯經(jīng)過多次實際運用后發(fā)現(xiàn)了新的問題。

（1）在實際操作中，由于封板右側(cè)3根碳素鋼彈簧（呈三角形分部）在抽拉螺紋絲桿時受力較為復(fù)雜，存在受力不均勻現(xiàn)象，且彈簧絲外徑、線徑較小，彈簧壓力不足；

（2）經(jīng)長時間運用，潤滑脂對橡膠封板有腐蝕現(xiàn)象，橡膠封板易老化、開裂；

（3）橡膠封板與油杯內(nèi)壁由于摩擦且受溫度變化影響，杯內(nèi)潤滑脂密封效果不佳，有油脂外溢現(xiàn)象；

（4）釋放按鈕操作不可靠，經(jīng)多次試驗，發(fā)現(xiàn)釋放按鈕卡箍易卡在彈簧螺旋圈內(nèi)，造成彈簧無法壓縮和釋放自如。

3.3 第二次改進(jìn)情況

針對初次研制發(fā)現(xiàn)的問題，在此基礎(chǔ)上不斷試驗，對彈簧進(jìn)行精確計算和受力分析，選擇最優(yōu)外徑、線徑、自由長度的彈簧以及相應(yīng)尺寸和材質(zhì)的油杯、封板、密封圈、螺紋絲桿和適用于萬福閘啟閉機(jī)械、閘門的專用油嘴等部件。最終采用在油杯內(nèi)部牙紋右側(cè)加裝不銹鋼封板、O型橡膠密封圈、碳素鋼彈簧及螺紋絲桿等裝置，將封板右側(cè)內(nèi)壁牙紋磨平，實現(xiàn)壓油方式由原來的人工旋轉(zhuǎn)杯蓋壓油向利用旋緊或松開螺紋絲桿壓縮和釋放彈簧自壓可調(diào)節(jié)（根據(jù)需要調(diào)節(jié)加油量）給油的轉(zhuǎn)變。該裝置經(jīng)二次改進(jìn)后的剖面示意圖如圖2所示。

3.3.1彈簧受力分析

對封板內(nèi)彈簧受力分析[3]如圖3所示。

原彈簧絲直徑（線徑）d=2.0 mm，外徑D2=24.5 mm

圖1 旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置剖面示意簡圖（第一次）

圖2 旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置剖面示意簡圖（第二次改進(jìn)）

圖3 彈簧受力分析示意圖

旋繞比 C=（D2-d）/d=（24.5-2.0）/2.0=11.25

工作圈數(shù)n=9

總?cè)?shù)n0=n+1.5=9+1.5=10.5

壓縮彈簧節(jié)距t=d+λmax/n+Δ=6.12 mm

彈簧鋼絲間距δ=t-d=6.12-2.0=4.12 mm

彈簧的自由長度L0=n·δ+（n0-0.5）d=9×4.12+（10.5-0.5）×2.0=57 mm

彈簧螺旋升角α=tg-1（t/πD2）=6.16

彈簧絲材料的長度L=πD2n0/cosα=746.13 mm

正常工作位置彈簧自由長度為57 mm，最大壓縮量為20 mm，根據(jù)胡克定律[4]，查彈簧系數(shù)K=1.446 N/mm，彈簧在此壓縮量狀態(tài)下壓力為：F=Kx=1.446 N/mm×20 mm=28.92 N。

當(dāng)壓縮量為15 mm，彈簧在此壓縮量狀態(tài)下壓力為：F=Kx=1.446 N/mm×15 mm=21.69 N。

當(dāng)壓縮量為10 mm，彈簧在此壓縮量狀態(tài)下壓力為：F=Kx=1.446 N/mm×10 mm=14.46 N。

當(dāng)壓縮量為5 mm，彈簧在此壓縮量狀態(tài)下壓力為：F=Kx=1.446 N/mm×5 mm=7.23 N。

不銹鋼封板、O型橡膠密封圈和潤滑脂在彈簧最大壓縮量20 mm時與油杯內(nèi)壁（油杯材質(zhì)為鋁）之間的滑動摩擦力計算如下：f=μN，查常用材料之間的滑動系數(shù)表，鋼—鋁的動摩擦因素為0.17，則滑動摩擦力 f=μN=0.17×[（3.14×25.252）×1.5×0.00785+（3.14×25.252）×20×0.000953]×0.001×10=0.105N（O型橡膠密封圈質(zhì)量忽略不計）。

即使當(dāng)彈簧壓縮量為5 mm時的壓力7.23 N，就遠(yuǎn)大于不銹鋼封板、密封圈加潤滑脂在彈簧最大壓縮量時與油杯內(nèi)壁之間的滑動摩擦力0.105 N，故此改進(jìn)方案的彈簧自壓可調(diào)節(jié)設(shè)想經(jīng)計算分析后可行。

3.3.2實施效果

該裝置第二次改進(jìn)后，彈簧壓力滿足自壓可調(diào)節(jié)給油設(shè)計要求，不銹鋼封板密封性能完好，螺紋絲桿操作可靠，油杯給油順暢、省時省力，實現(xiàn)了預(yù)期改造效果，解決了第一次研制出現(xiàn)的問題。后經(jīng)制作廠商生產(chǎn)出的實物應(yīng)用至啟閉機(jī)聯(lián)軸器潤滑機(jī)構(gòu)上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)彈簧達(dá)到最大壓縮量20 mm時，油杯腔壁貯油最大容積為40.04 ml，油杯一次注油后，聯(lián)軸器潤滑機(jī)構(gòu)內(nèi)油量偏少，且彈簧釋放速度偏慢，啟閉機(jī)運作1 min后，彈簧尚未釋放至自由長度的2/3，故需進(jìn)一步改進(jìn)，增大油杯腔壁貯油容積，加快彈簧釋放速度。

3.3.3第三次改進(jìn)方案

針對第二次技改研制發(fā)現(xiàn)的問題，我們在此基礎(chǔ)上再次改進(jìn)，將油杯長度再增加15 mm，達(dá)到77 mm，增大了油杯腔壁貯油容積；同時選用線徑2.5 mm、外徑25.5 mm的碳素鋼彈簧，后對封板內(nèi)彈簧受力分析計算，彈簧的自由長度為72 mm，即使當(dāng)彈簧壓縮量為5 mm時的壓力16.05 N，遠(yuǎn)大于不銹鋼封板、密封圈加潤滑脂在彈簧最大壓縮量時與油杯內(nèi)壁之間的滑動摩擦力0.137 N，且大于第二次技改時彈簧在此壓縮量狀態(tài)下的壓力7.23 N。

3.3.4實施效果

該裝置經(jīng)第三次改進(jìn)后，當(dāng)彈簧達(dá)到最大壓縮量30 mm時，油杯腔壁貯油最大容積增大至60.06 ml，比第二次增加20.02 ml。后經(jīng)啟閉機(jī)同部位潤滑注油測試，第三次改進(jìn)后的油杯腔壁內(nèi)潤滑油在1 min內(nèi)向聯(lián)軸器潤滑機(jī)構(gòu)內(nèi)注油完畢，實現(xiàn)了預(yù)期改進(jìn)效果，解決了上述問題。

該裝置第三次改進(jìn)后最終成品的剖面示意圖如圖4所示。

圖4 旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置剖面示意簡圖（第三次改進(jìn)）

4 應(yīng)用價值分析

旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置的成功研制，有效解決了普通旋蓋式油杯在給水利工程機(jī)械設(shè)備需潤滑部位加油時易出現(xiàn)的加油不暢及費時、費力等問題。同時，該裝置具有彈簧壓縮釋放自如順暢，密封可靠無滲油，注油省時省力，操作方便簡單及工作效率高等特點，可在各型閘門、啟閉機(jī)械中廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)論

旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置，經(jīng)過多次試驗和萬福閘汛期工程運行，實現(xiàn)了壓油方式由原來的人工旋轉(zhuǎn)杯蓋壓油向利用旋緊或松開螺紋絲桿壓縮和釋放彈簧自壓可調(diào)節(jié)（根據(jù)需要調(diào)節(jié)加油量）給油轉(zhuǎn)變的研制目標(biāo)。該裝置操作方便簡單、工作效率高、加油效果良好，且使用可靠、故障率低、制作成本低廉，適用于各型閘門和啟閉機(jī)械，尤其對弧形門支鉸、人字門頂樞、直升門主滾輪、側(cè)滾輪、定滑輪、動滑輪及水文絞車等平時人工加油操作不便的部位效果明顯。該裝置不僅可以在水利系統(tǒng)推廣運用，還可適用于其他行業(yè)機(jī)械設(shè)備的潤滑保養(yǎng)。下一步可根據(jù)該裝置實際使用情況，進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善優(yōu)化設(shè)計，努力提升工程設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)水平，確保工程安全運行。

[ 1 ]王智榮 . 自壓式可調(diào)注油杯 [ J ] . 金屬加工（冷加工），1991（1）：42 .

[ 2 ]李楓，劉彩玉 . 一種自壓式油脂潤滑脂杯 [ J ] . 潤滑與密封，2005（6）： 182 .

[ 3 ]郭仁生，等 . 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) [ M ] . 北京：清華大學(xué)出版社，2006（1）：356 .

[ 4 ]漆安慎，杜嬋英 . 普通物理學(xué)教程：力學(xué)（第二版）[ M ] .北京 ： 高等教育出版社，2012（12）：266 .