论文部分内容阅读
摘要： 针对目前火车机车轮缘润滑系统所存在的问题，可以采用气压传动的推动装置来实现干式润滑，以促进火车机车轮缘润滑装置的改良，使得对轮缘的润滑有进一步的改善。① 气压传动的基本原理：由空气压缩机产生一定压力的气体，通过气缸产生一定的力，而使得润滑棒顶紧火车机车轮缘，从而达到润滑效果。② 气压传动的优越性：气压传动装置的设计改善通过蜗卷弹簧来顶紧润滑棒所产生的不足。同时还减少空气压缩机的工作时间。这也符合节能的趋势。③ 润滑装置主要部件选择：包括确定气缸的类型、安装形式和气缸的具体结构尺寸（如缸径、活塞杆之间、缸壁厚）和行程长度、密封形式等。
关键词： 润滑；气压传动；气缸；空气压缩机；控制元件
中图分类号：TH117.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310174－01
随着火车运输的提速及普及，火车运输面临的问题增多，人们对于火车的要求也增高，针对陈旧的装置，火车机车轮缘的润滑也急需改善，轮缘的润滑关系到整个火车运输的稳定性、安全性、实用性、节能等。
而针对目前火车机车轮缘润滑系统所存在的问题，可以采用气压传动的推动装置来实现干式润滑，就能有效解决当前润滑推动装置存在的不足和弊端，以促进火车机车轮缘润滑装置的改良，使得对轮缘的润滑有进一步的改善。
1 气压传动的基本原理
由空气压缩机产生一定压力的气体，通过气缸产生一定的力，而使得润滑棒顶紧火车机车轮缘，从而达到润滑效果。
2 气压传动的优越性
气压传动装置的设计改善了通过蜗卷弹簧来顶紧润滑棒所产生的不足。压缩气体本身带有缓冲性能，使得润滑效果更为稳定，不会出现弹簧装置的弹簧疲劳和钢丝断裂问题；另外，气压传动系统中带有储气罐，在增加缓冲的同时，为气缸的恒力输出提供保证，并大大减少了空气压缩机的工作时间。这也符合节能的趋势。
3 润滑装置主要部件选择
3.1 气缸的选择。包括确定气缸的类型、安装形式和气缸的具体结构尺寸（如缸径、活塞杆之间、缸壁厚）和行程长度、密封形式等。
火车机车干式润滑装置的气压推动装置需要实现可以产生20N的顶紧力，对于运动速度要求极低，而对于输出力的要求较高，而单作用气缸的活塞杆复位主要依靠弹簧的弹力使其复位，这样会使在输出力不变的情况下工作气压将产生变化，随着弹簧的压缩变形，气缸的工作气压将要升高，否则不能保证输出力的恒定，若让气缸的工作气压随弹簧压缩而变化将对空气压缩机的要求大大提高，不适合降低经济成本的要求，故可以考虑采用双作用气缸。
考虑到火车机车车体轮缘附近安装空间较小，应选用体积较小的气缸，另外，由于气缸所需产生的推动力小，若采用较大活塞面积的气缸，则所需的气压则很小，会影响到汽缸的驱动。
还有对活塞杆的强度和挠度进行校核。
1）按强度条件校核：当活塞杆的长度L较小时，（L≤10d），可以只按强度条件校核活塞杆直径d。当活塞杆较长时，不可只进行强度条件校核。2）长度限制校核：气缸承受轴向压力以后，会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力以后，活塞杆会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。该极限力与缸的安装方式、活塞杆直径及行程有关。
在最差安装条件下，在最大理论输出力时的最大安全行程（不是安装长度）。安全行程是指气缸活塞杆在满足活塞杆的弯曲稳定性条件的行程。安装长度是气缸安装时的支承点至活塞杆端伸出之间的距离。实际应用中可按条件验算气缸活塞杆的稳定性。若计算出的极限力 不能满足稳定性条件要求，则需要该气缸参数重新选型，或者与制造厂协商解决。也就是说，选用长行程的气缸时需要考虑活塞杆的弯曲稳定性，活塞杆所带负载应小于弯曲失稳时的临界压缩力（取决于活塞杆直径和行程）。
装置中气缸的安装形式属于两端固定型，即固定-固定方式，这种安装方式可以使气缸更加稳固，运行更加稳定，易于达到运行的稳定；缺点是由于气缸两端均通过螺母固定于地盘之上，对于气缸的维护检查比较麻烦，这需要将螺母拆下，浪费时间。
这种安装使气缸后端固定，且可以绕定轴旋转。而当前端采用外力固定也可以达到两端同时固定的效果。其明显优点是在拆除前端外力的情况下，气缸可以转动，这使得后期的检查和维护都十分简单，而石墨润滑棒的他、更换补充更容易，有利于减少维护的时间和精力。不足之处是若前端不采用固定装置，在运行过程中会产生较大的震动，影响力的输出稳定性，所以另外需增加前端固定装置。
3.2 空气压缩机的选用。空气压缩机输出压力，是由气动装置工作压力和所有的管路阻力损失所决定的，全部的压力损失应包括管路的阻力损失及元器件的压力降，一般在一定的工况下，管路阻力损失为定值，而元器件的压力降是变化的，特别是主管道过滤器、无热再生干燥器等元器件的压力降是随着使用时间延长而增大的，且压力降较大。
通常，在压缩空气进入气动装置前都设置气动三联件（过滤器、减压阀和油雾器），从气源管路通过分支管路的压力表上显示的压力即为气动三联件的输入压力，为保证减压阀能正常工作，输入压力至少应高于输出压力0.1MPa。由于装置视为顶紧装置，即不考虑其中空气流动情况，只要保证输出压力即可，故不用考虑空气压缩机流量问题，只需要根据其产生压力来选择空压机即可。另由于火车车身安装空间有限，在满足其压力大小的情况下尽可能选择体积小的空气压缩机。
查《机械设计手册气压传动与控制》一书，可以选用风冷无油膜片式空气压缩机。该型号空气压缩机的选择主要考虑到火车机车安装空间较小，且在该设计为经过长期试验考核的情况下，机车空间不会做大的调整。而且该气缸输出力也较小，小功率的空气压缩机在满足气缸输出力的情况下更节约能源。该型号空气压缩机自带一定体积的气缸，可以在生产上简化很多步骤。适于快速投产。
3.3 选择控制元件。考虑火车机车安装空间有限，固采用空气组合元件，这样可以大大节省安装空间，且安装简单。可采用日本SMC公司AC新系列空气组合元件。
火车机车轮缘干式润滑装置主要思想是采用压缩气体通过气缸产生恒定推力，使得石墨润滑棒顶紧火车机车轮缘内侧，达到预定的润滑效果。在气压控制方面，采用带电触点的压力表对空气压缩机的电机启、停进行控制。使其保证设定的动作压力。并在适当时间停止工作，节约能源。在对气缸内气体压力控制方面则采用减压阀，调节减压阀到一定压力，使气缸的输入空气压力为定值。则保证其输出力为定值，满足工作要求。
总之，采用气压传动干式润滑可以大大改良以前各种润滑方式的不足和弊端。相比较润滑油脂润滑，该传动润滑方式可以避免对周围环境的污染，并且达到更好的润滑效果。相对于弹簧传动的干式润滑，气压传动有良好的缓冲性能，且不会受到弹簧疲劳断裂的困扰；同时，也具有更稳定的润滑效果。
作者简介：
张静（1974-），女，河南省煤炭高级技工学校，讲师；毋光明（1974-），男，河南省煤炭高级技工学校，讲师。
关键词： 润滑；气压传动；气缸；空气压缩机；控制元件
中图分类号：TH117.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310174－01
随着火车运输的提速及普及，火车运输面临的问题增多，人们对于火车的要求也增高，针对陈旧的装置，火车机车轮缘的润滑也急需改善，轮缘的润滑关系到整个火车运输的稳定性、安全性、实用性、节能等。
而针对目前火车机车轮缘润滑系统所存在的问题，可以采用气压传动的推动装置来实现干式润滑，就能有效解决当前润滑推动装置存在的不足和弊端，以促进火车机车轮缘润滑装置的改良，使得对轮缘的润滑有进一步的改善。
1 气压传动的基本原理
由空气压缩机产生一定压力的气体，通过气缸产生一定的力，而使得润滑棒顶紧火车机车轮缘，从而达到润滑效果。
2 气压传动的优越性
气压传动装置的设计改善了通过蜗卷弹簧来顶紧润滑棒所产生的不足。压缩气体本身带有缓冲性能，使得润滑效果更为稳定，不会出现弹簧装置的弹簧疲劳和钢丝断裂问题；另外，气压传动系统中带有储气罐，在增加缓冲的同时，为气缸的恒力输出提供保证，并大大减少了空气压缩机的工作时间。这也符合节能的趋势。
3 润滑装置主要部件选择
3.1 气缸的选择。包括确定气缸的类型、安装形式和气缸的具体结构尺寸（如缸径、活塞杆之间、缸壁厚）和行程长度、密封形式等。
火车机车干式润滑装置的气压推动装置需要实现可以产生20N的顶紧力，对于运动速度要求极低，而对于输出力的要求较高，而单作用气缸的活塞杆复位主要依靠弹簧的弹力使其复位，这样会使在输出力不变的情况下工作气压将产生变化，随着弹簧的压缩变形，气缸的工作气压将要升高，否则不能保证输出力的恒定，若让气缸的工作气压随弹簧压缩而变化将对空气压缩机的要求大大提高，不适合降低经济成本的要求，故可以考虑采用双作用气缸。
考虑到火车机车车体轮缘附近安装空间较小，应选用体积较小的气缸，另外，由于气缸所需产生的推动力小，若采用较大活塞面积的气缸，则所需的气压则很小，会影响到汽缸的驱动。
还有对活塞杆的强度和挠度进行校核。
1）按强度条件校核：当活塞杆的长度L较小时，（L≤10d），可以只按强度条件校核活塞杆直径d。当活塞杆较长时，不可只进行强度条件校核。2）长度限制校核：气缸承受轴向压力以后，会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力以后，活塞杆会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。该极限力与缸的安装方式、活塞杆直径及行程有关。
在最差安装条件下，在最大理论输出力时的最大安全行程（不是安装长度）。安全行程是指气缸活塞杆在满足活塞杆的弯曲稳定性条件的行程。安装长度是气缸安装时的支承点至活塞杆端伸出之间的距离。实际应用中可按条件验算气缸活塞杆的稳定性。若计算出的极限力 不能满足稳定性条件要求，则需要该气缸参数重新选型，或者与制造厂协商解决。也就是说，选用长行程的气缸时需要考虑活塞杆的弯曲稳定性，活塞杆所带负载应小于弯曲失稳时的临界压缩力（取决于活塞杆直径和行程）。
装置中气缸的安装形式属于两端固定型，即固定-固定方式，这种安装方式可以使气缸更加稳固，运行更加稳定，易于达到运行的稳定；缺点是由于气缸两端均通过螺母固定于地盘之上，对于气缸的维护检查比较麻烦，这需要将螺母拆下，浪费时间。
这种安装使气缸后端固定，且可以绕定轴旋转。而当前端采用外力固定也可以达到两端同时固定的效果。其明显优点是在拆除前端外力的情况下，气缸可以转动，这使得后期的检查和维护都十分简单，而石墨润滑棒的他、更换补充更容易，有利于减少维护的时间和精力。不足之处是若前端不采用固定装置，在运行过程中会产生较大的震动，影响力的输出稳定性，所以另外需增加前端固定装置。
3.2 空气压缩机的选用。空气压缩机输出压力，是由气动装置工作压力和所有的管路阻力损失所决定的，全部的压力损失应包括管路的阻力损失及元器件的压力降，一般在一定的工况下，管路阻力损失为定值，而元器件的压力降是变化的，特别是主管道过滤器、无热再生干燥器等元器件的压力降是随着使用时间延长而增大的，且压力降较大。
通常，在压缩空气进入气动装置前都设置气动三联件（过滤器、减压阀和油雾器），从气源管路通过分支管路的压力表上显示的压力即为气动三联件的输入压力，为保证减压阀能正常工作，输入压力至少应高于输出压力0.1MPa。由于装置视为顶紧装置，即不考虑其中空气流动情况，只要保证输出压力即可，故不用考虑空气压缩机流量问题，只需要根据其产生压力来选择空压机即可。另由于火车车身安装空间有限，在满足其压力大小的情况下尽可能选择体积小的空气压缩机。
查《机械设计手册气压传动与控制》一书，可以选用风冷无油膜片式空气压缩机。该型号空气压缩机的选择主要考虑到火车机车安装空间较小，且在该设计为经过长期试验考核的情况下，机车空间不会做大的调整。而且该气缸输出力也较小，小功率的空气压缩机在满足气缸输出力的情况下更节约能源。该型号空气压缩机自带一定体积的气缸，可以在生产上简化很多步骤。适于快速投产。
3.3 选择控制元件。考虑火车机车安装空间有限，固采用空气组合元件，这样可以大大节省安装空间，且安装简单。可采用日本SMC公司AC新系列空气组合元件。
火车机车轮缘干式润滑装置主要思想是采用压缩气体通过气缸产生恒定推力，使得石墨润滑棒顶紧火车机车轮缘内侧，达到预定的润滑效果。在气压控制方面，采用带电触点的压力表对空气压缩机的电机启、停进行控制。使其保证设定的动作压力。并在适当时间停止工作，节约能源。在对气缸内气体压力控制方面则采用减压阀，调节减压阀到一定压力，使气缸的输入空气压力为定值。则保证其输出力为定值，满足工作要求。
总之，采用气压传动干式润滑可以大大改良以前各种润滑方式的不足和弊端。相比较润滑油脂润滑，该传动润滑方式可以避免对周围环境的污染，并且达到更好的润滑效果。相对于弹簧传动的干式润滑，气压传动有良好的缓冲性能，且不会受到弹簧疲劳断裂的困扰；同时，也具有更稳定的润滑效果。
作者简介：
张静（1974-），女，河南省煤炭高级技工学校，讲师；毋光明（1974-），男，河南省煤炭高级技工学校，讲师。