铁路货车轴承单工位三点注脂机

曲圣贤，何春燕，姚成良，马文，田琳

(瓦房店轴承集团有限责任公司 工程技术研究中心，辽宁 瓦房店 116300)

353130B铁路货车轴承采用脂润滑，原注脂工艺是从轴承中隔圈处，通过注脂压力将润滑脂注入轴承滚道。由于轴承内部结构及阻力的影响，注脂后润滑脂在滚道处分布不均，中隔圈及间隙处润滑脂多，而两端滚道处较少，常出现滚道缺脂现象。鉴于此，铁道部2006年下发运装货车[2006]21号文件，规定了《铁路货车353130B紧凑型轴承注脂技术条件》，要求注脂总量为(245±20)g，并要求在轴承中隔圈及两端处分别注脂(三点注脂)。据此开发设计了铁路货车轴承单工位三点注脂机，以有效解决注脂问题。

1 注脂机结构组成

三点注脂机结构如图1所示，主要由机架、电子秤、注脂泵、上注脂头、下注脂头(含中间注脂头)、分配器和定量阀等部件组成。

1—气缸； 2—上位接近开关；3—下位接近开关；4—上注脂头；5—动体；6—轴承；7—中间注脂头；8—下注脂头；9—上位开关；10—下位开关；11—下弹簧；12—机体；13—弹簧座；14—分配器；15—定量阀 ；16—定位开关；17—电子秤显示器；18—弹簧座套；19—上弹簧

注脂泵独立放置在注脂机外，通过油管与主机连接，长期、间歇性地给定量阀充脂，以保证注脂工序的持续性；注脂分配器用于充脂和注脂的切换；定量阀兼顾定量充脂和注脂的双重功能；注脂头前端部位设有注脂孔，直接与轴承接触，因此，注脂头结构尺寸要与轴承相适应，以保证注脂时的密封性和准确性。

2 工作原理及主要结构部件

单工位三点注脂机对轴承一次定位即可完成注脂，整个过程为气动控制、半自动方式。注脂机采用触摸屏显示单元，界面设置灵活，人机对话方便；具有注脂量超标声光报警及注脂前、后质量显示和计数功能。

在通电、通气状态下，注脂泵处于工作待机状态，分配器封闭且定量阀处于注脂结束状态。工作时，轴承放置在注脂工位后，触发定位开关，分配器在气控作用下换向，使分配器阀芯(图2)切换到充脂位置，注脂泵开始为定量阀充脂。当定量阀阀杆顶靠到限位挡块，同时触发上位接近开关后，分配器阀芯马上换向，切换到注脂位置。这时上注脂头内的动体在气缸的作用下开始推动轴承下移，使下注脂头内弹簧缩进，当上注脂头内的动体移动到位，触发下位接近开关，定量阀阀杆就在气压作用下反向移动，将定量阀内的油脂通过管道及注脂头内部的通道挤压入轴承，完成一个工作循环，整个过程用时23 s。

1—限位挡块; 2—触铁;3—定量阀阀杆;4—分配器阀芯;5—下位接近开关;6—上位接近开关

2.1 分配器、定量注脂阀

分配器相当于一个开关阀，分配器阀芯在左端时为注脂状态，在右端时为充脂状态。T口连接注脂泵，R口连接注脂头通道。开始时分配器阀芯处于左端位置，当接到指令后，阀芯在气压的作用下被推到右端位置，这时，A口接T口，B口接E口，C，D，F，R口处于封闭状态。此时，润滑脂在注脂泵的压力下，通过T→A→B→E口作用于定量注脂阀阀杆的底部，使阀杆逐渐升起，直到定量注脂阀阀杆上的触铁感应上位接近开关后，完成充脂动作。分配器阀芯重新回到原始位置，T，A，B，E口处于封闭状态，E，F，C，R口处于开通状态。当接到注脂指令后，定量阀内的脂就依次通过E→F→C→R口和连接管进入各注脂头，压注到轴承各部位中，完成注脂过程。

2.2 注脂头

注脂头是整个注脂机的核心部件，决定着注脂质量。上、下注脂头是2个独立体，工作时又是不可分割的整体(图3)。中间注脂头隐藏在下注脂头中。

图3 上、下注脂头结构

当接到注脂指令时，下注脂头内的中间注脂头在气缸的推动下向上移，R2口对接B1口，同时气缸内的磁环和上位开关感应，发出中间注脂信号，定量注脂阀阀杆推动润滑脂通过E→F→C→R→R1→R2通道经B1缝隙压注到轴承中位处。同时定量注脂阀阀杆上的触铁感应下位接近开关(图2)，上注脂头内的动体下移，在弹簧的作用下，弹簧座套、轴承随动体一起下移，通过圆锥滚子、轴承内圈压缩弹簧座，直到外圈受阻而停止(弹簧座套、弹簧座对轴承端面起密封作用)。此时，R4口对接R3口，油脂通过另两组分配器、定量阀相应的E→F→C→R→R3→R4→R5通道和下注脂头的E→F→C→R→R6→R7通道被压注到轴承的上、下滚道内。注脂完成后，气缸带动上注脂头内的动体、弹簧座套一起上移，此时由于对轴承的作用力已撤掉，下弹簧通过弹簧座将轴承慢慢顶起，恢复到初始位置，完成一个工作循环。

2.3 弹簧

弹簧的设计应满足：(1)气缸在下移到终点过程中的推力必须大于上、下注脂头内弹簧被压缩时的合力；(2)下弹簧初装压缩时作用力必须大于轴承的重力。

已知气缸内径D=160 mm，设气压为0.5 MPa，则气缸推力为

F推=1/4×162π×5=10 048 (N)。

(1)

对于上弹簧[1]，取弹簧钢丝直径d上=10 mm，弹簧中径d1上=100 mm，弹簧节距t上=40.7 mm，总圈数n1上=4.5，有效圈数n上=2.5。计算得，弹簧自由高度H自由上=116.75 mm，压并高度H压并上=40 mm，设弹簧初装高度为90 mm，如图3所示，对应压缩量为26.75 mm，工作过程压缩量为44.5-22.5=12 mm(由结构设计确定)，则弹簧总压缩量H上=26.75+12=38.75 mm，其弹性力为[2]

(2)

对于下弹簧[1]，取弹簧钢丝直径d下=3 mm，弹簧中径d1下=25 mm，弹簧节距t下=7.87 mm，总圈数n1下=6.5，有效圈数n下=5。 计算得，弹簧自由高度H自由下=47.785 mm，压并高度H压并下=18 mm，设弹簧初装高度为42 mm，如图3所示，对应压缩量为5.785 mm，工作过程压缩量为22 mm(由结构设计确定)，则弹簧总压缩量H下=5.785+22=27.785 mm，其弹性力为

(3)

12根弹簧总弹性力为3 392 N，因此，气缸所要克服的总弹性力为F38.75+12F27.785=4 912.9 N。由(1)式可知，气缸的推力为10 048 N，因此可满足设计要求。

弹簧压缩量在5.785时的弹性力[2]为

(4)

12根弹簧总弹性力为706 N，即保证轴承恢复原位的恢复力为706 N，大于轴承的重力646 N，可以保证轴承恢复到原位。

3 结束语

铁路货车轴承单工位三点注脂机注脂到位好、注脂量分配准确，保持架、滚子、滚道三者之间脂量充分，外储量少，注后清洁。而且，可根据要求调整定量阀的充脂行程，方便调整双列滚道及中隔圈处注脂量的分配。经铁道部行检，一次性通过验收。经生产验证，可在本行业推广使用。