Устройство и принцип действия систем смазывания

Системы смазки, где применяется насосное или дроссельное распределение, используют тогда, когда необходимо обеспечить постоянную подачу смазочного материала в зону работы узлов и механизмов.

Виды систем смазки

Системы смазки классифицируются по разным признакам. Их делят по способу подачи, по типу вентиляции картера, по способу охлаждения и по типу картера.

Системы с насосным распределением

При насосной схеме подачу выполняют многопоточные поршневые или шестеренные насосы. Они напрямую связаны с точками смазывания через систему трубопроводов (см. рис. ZSK.40.1). Такое решение надёжно работает даже в условиях значительного противодавления. В циркуляционных и гидростатических установках чаще всего применяют именно шестеренные насосы.

Особенностью этих систем является отсутствие дополнительных сопротивлений в виде дросселей или распределителей: смазка подаётся напрямую. Принцип работы построен на объёмном дозировании, то есть количество смазочного материала определяется объёмом, вытесняемым рабочим элементом насоса или дозирующего устройства. При необходимости дозу можно регулировать, изменяя величину вытесняемого объёма.

Подобные системы рассчитаны на подачу небольших порций смазочного материала, но при этом обеспечивают точность и стабильность процесса. Допускается также подача к разным точкам смазывания различных сортов смазок с помощью спаренных насосов, что делает систему более универсальной.

Рис. ZSK.40.1. Система непрерывной подачи смазочного материала с насосным распределением

Системы с дроссельным распределением

Дроссельные схемы смазки чаще всего используют в циркуляционных системах, когда необходимо обеспечить непрерывное поступление жидкого масла к рабочим узлам. Их действие основано на создании регулируемого гидравлического сопротивления, за счёт чего контролируется количество подаваемой смазки. При этом насос работает с постоянной подачей, а лишний объём масла отводится обратно через специальные перепускные клапаны.

Регулирование и перераспределение потоков выполняется путём изменения сопротивлений в питающих магистралях. Для этого используются местные сопротивления — дроссели, сопла, а также различный диаметр трубопроводов. Таким образом, каждая точка смазывания получает свою дозу смазочного материала, определяемую гидравлическими характеристиками подводящей линии.

Фактически дозирование масла в таких системах обеспечивается изменением сопротивления смазочных каналов, что позволяет задавать необходимый расход для каждой группы или отдельного узла. При этом дроссельные схемы показывают наибольшую эффективность именно при относительно больших расходах масла, когда стабильность подачи сохраняется даже при колебаниях давления.

Нагнетатель представляет собой смазочную станцию (рис. ZSK.40.2), в состав которой входят насос 2, а также несколько фильтров: приёмный 1, напорный 3, сливной 13 и заливной 12. Для обеспечения контроля работы станции предусмотрен блок контрольных устройств, включающий реле уровня 11, предохранительный клапан 4, манометр и другие элементы.

В качестве распределительных устройств смазки в системе применяются дроссели — как регулируемые 7, так и нерегулируемые 6. К смазочным точкам смазочный материал подаётся через магистрали 5, выполненные в виде трубопроводов необходимого диаметра и длины.

В более ответственных случаях, где требуется высокая надёжность и точность подачи масла, используют специальные дроссельные блоки 8, оснащённые указателями потока и ротаметрами 9. Дополнительно могут применяться регуляторы потока 10, которые поддерживают стабильность расхода через дроссель, независимо от изменений давления в смазочной магистрали.

Рис. ZSK.40.2. Система непрерывной подачи смазочного материала с дроссельным распределением

Для узлов, которые не несут ответственных функций и работают периодически при высоких скоростях и нагрузках, применяется периодическое смазывание без давления. В таких случаях масло поступает к трущейся паре самотёком по каналу или трубопроводу от пресс-маслёнки. Однако при этом режим трения изменяется: в одни моменты возникает избыток смазки, а в другие — её недостаток.

Если же узлы работают периодически, имеют малые зазоры и расположены в труднодоступных местах, где затруднён уход, подача масла осуществляется под давлением. Для этого используют одноплунжерные насосы с ручным приводом или механическим устройством, действующим через определённые интервалы.

В производственных установках широко применяются системы непрерывной подачи смазки. Поступление масла в такие системы может осуществляться под действием силы тяжести или при помощи давления. Для его распределения используются различные устройства: капельные маслёнки, специальные кольца, ролики, разбрызгиватели и другие приспособления. В редукторах с зубчатыми передачами смазка деталей нередко организуется за счёт погружения элементов в масляную ванну. Однако при работе ответственных узлов — тяжёлонагруженных передач, крупных подшипников или гидростатических опор — требуется постоянная подача масла под давлением. В подшипниках качения при этом применяют как проточную жидкую смазку, так и пластичные материалы.

Необходимый расход и давление в подобных системах обеспечиваются насосами различных конструкций, оснащёнными механическим приводом.

Система типа масляный туман

 

Ключевым элементом всей системы является генератор-распылитель (рис. ZSK.40.3). Принцип его работы основан на эффекте понижения давления в сужающемся канале. Сжатый воздух через входное отверстие 2 направляется в головку распылителя 3, где его движение по каналу создаёт разрежение. За счёт этого из резервуара 10 по трубке 1 начинает подниматься масло. Попав в капельницу 4, размещённую под прозрачным колпаком 5, оно далее поступает в капиллярное отверстие 6. На выходе масло подхватывается воздушной струёй и распыляется в мельчайшие частицы, размер которых не превышает 2 мкм. Получившийся аэрозоль выносится потоком через выходное отверстие 8. Более тяжёлые капли, не успевшие превратиться в туман, оседают на отражателе 11 и стекают обратно в резервуар, обеспечивая замкнутый цикл.

Регулирование работы генератора осуществляется дросселями, расположенными на входе и выходе, что позволяет задавать требуемое количество воздуха и масла, поступающих в систему. Таким образом обеспечивается стабильное образование масляного тумана и его подача к трущимся поверхностям.

Рис. ZSK.40.3. Схема масло-распылителя

Отдельного внимания заслуживает метод подачи смазки в виде аэрозоля, известный как масляный туман (рис. ZSK.40.4). В этом случае масло диспергируется потоком сжатого газа до мельчайших капель, которые вместе с воздушным потоком направляются к зонам трения. Оседая на рабочих поверхностях, частицы образуют равномерную защитно-смазочную плёнку. Такой способ нашёл применение в пневматических механизмах, подшипниках качения и скольжения, зубчатых зацеплениях, направляющих и других узлах, работающих при высоких нагрузках.

Рис. ZSK.40.4. Конструкционные формы сопл систем смазывания масляным туманом

Для распыления масла в системах смазывания может использоваться любой сжатый газ, давление которого обычно находится в пределах 0,2…0,6 МПа. Основное требование к такому газу — химическая нейтральность по отношению к маслу и деталям, а также безопасность для персонала. На практике почти всегда применяют сжатый воздух, так как он является наиболее доступным и дешевым источником энергии. Энергия сжатого воздуха используется сразу для нескольких задач: распыления масла на мелкие частицы, его транспортировки по системе, конденсации на трущихся поверхностях деталей, а также для дополнительного охлаждения этих поверхностей.

Система смазывания с использованием масляного тумана строится из нескольких ключевых компонентов. В её основу входит блок подготовки воздуха, который обычно объединяет фильтр, влагоотделитель, регулятор давления и электромагнитный клапан для управления подачей. Следующим элементом является распылитель масла (генератор тумана), формирующий мелкодисперсную смесь. За состоянием системы следит реле давления, а транспортировка аэрозоля к зонам трения выполняется по трубопроводной сети. Завершающим звеном служат специальные сопла, через которые смесь подаётся к деталям и создаются условия для равномерного осаждения масляной плёнки на рабочих поверхностях.

Эффективность работы системы смазки масляным туманом во многом определяется степенью осаждения масла на рабочих поверхностях деталей. Этот процесс зависит от энергии частиц масла, перемещающихся вместе с воздушным потоком по трубопроводам и насадкам-соплам. Сопла играют ключевую роль: они не только задают направление потока, но и повышают скорость движения масловоздушной смеси, что способствует лучшей конденсации.

Выбор формы и размеров сопел определяется условиями работы оборудования: требуемым объёмом подачи масла, конструкцией и размерами узлов трения. Конструктивно они могут выполняться в виде втулок, устанавливаемых в корпус, или представлять собой каналы со вставленными наконечниками (см. рис. ZSK.40.4).

Прямые концевые сопла (рис. ZSK.40.4, а, г) при давлении порядка 0,05 МПа обеспечивают осаждение на поверхности деталей до 75 % масла. Их применяют для закрытых подшипников качения, работающих с большими скоростями. При этом за счёт вихревых потоков, возникающих при вращении подшипника, количество конденсируемого масла может увеличиваться ещё на 10–24 %. В открытых подшипниках, эксплуатируемых при окружных скоростях до 600 м/мин, используют сопла принудительной подачи (рис. ZSK.40.4, б). В таких системах помимо основной смеси дополнительно подаётся воздух под давлением около 0,07 МПа с расходом приблизительно 8 л/мин, что значительно улучшает условия смазывания.

Добиться лучшего охлаждения и смазки деталей удаётся не за счёт увеличения диаметра сопел, а путём их многократной установки. Скорость выхода масляного тумана при этом достигает 30–50 м/с. Наиболее эффективным считается расположение сопел на расстоянии 3–25 мм от рабочих поверхностей. Важно, чтобы конденсированное масло сразу попадало в контактную зону трения. Так, при смазывании радиально-упорных шариковых или конических роликовых подшипников сопла ориентируют со стороны меньшего диаметра, что позволяет использовать эффект самоподсоса, создаваемый вращающимся подшипником. Для зубчатых передач сопла устанавливают перед шестернёй под углом 90–120° выше линии зацепления. В механизмах с реверсом подача масла обеспечивается с обеих сторон зоны зацепления, что гарантирует равномерное смазывание независимо от направления вращения.

Пример подобной системы показан на рис. ZSK.40.5. Здесь масляный туман используется для смазывания подшипниковых опор борштанги расточного агрегатного станка. Поток аэрозоля подаётся через центральный канал 1, выполненный в корпусе опоры, и распределяется к каждому подшипнику отдельным соплом в виде втулки 2. После смазки смесь воздуха и масла удаляется наружу через дренажные отверстия 3. Их диаметр делают вдвое больше, чем у сопел, что исключает избыточное давление внутри корпуса и обеспечивает стабильную работу всей системы.

Рис. ZSK.40.5. Схема подвода масляного тумана к опорам борштанги расточного агрегатного станка

Системы смазывания с циклической подачей масла предназначены для обеспечения оптимального дозирования смазочного материала. Их применение позволяет значительно повысить надежность смазки рабочих поверхностей и в то же время поддерживать рациональный расход масла. Подобные системы могут входить в состав циркуляционных комплексов смазки и подключаются к напорным магистралям через специальные распределительные устройства.

По принципу работы различают одномагистральные и двухмагистральные системы. В одномагистральных установках используется один трубопровод, который одновременно выполняет функции питающего и управляющего. Подача масла в таких системах может регулироваться как объемным методом, так и дроссельным, за счет изменения сопротивления в линии. В двухмагистральных системах дозирующие устройства соединяются с реверсивным золотником при помощи двух трубопроводов. Каждый из них поочередно выполняет роль питающего и управляющего канала, что позволяет более гибко регулировать процесс подачи смазки.

Двухмагистральная система смазки

Работу двухмагистральной системы объёмного дозирования можно рассмотреть на примере схемы, показанной на рис. ZSK.40.6, а. В её основе лежит насос 1, подающий масло через распределитель 2 к питателям 3. Каждый питатель в разные моменты времени подключается либо к линии нагнетания, либо к сливу. При срабатывании он выдаёт строго отмеренное количество масла, которое поступает непосредственно в узлы смазки.

Когда все питатели завершили цикл подачи, давление в напорной линии возрастает. Это фиксируется реле давления 4, которое подаёт команду на переключение распределителя 2. В результате линии нагнетания и слива меняются местами, и система начинает второй цикл. Его окончание контролируется другим реле давления — 5.

После завершения двух последовательных циклов насос 1 и распределитель 2 автоматически отключаются и остаются в режиме ожидания. Повторное включение осуществляется управляющим устройством в зависимости от заданного режима работы системы смазки.

Особенность данной конструкции заключается в том, что питатели подключаются к напорной магистрали параллельно. Благодаря этому трубопроводы могут иметь относительно большие сечения и низкое гидравлическое сопротивление. Такое решение обеспечивает надежную работу системы даже при значительной протяженности магистралей. Кроме того, двухмагистральные системы подобного типа допускают использование не только жидких масел, но и пластичных смазочных материалов, что делает их универсальными и удобными для применения в различных условиях эксплуатации.

Рис. ZSK.40.6. Системы смазывания: а – двухмагистральная с циклической подачей; б – с импульсной подачей смазочного материала

Импульсные системы смазки

Импульсные системы смазки отличаются от других видов тем, что обеспечивают одновременную подачу масла ко всем поверхностям трения. Основное звено таких установок — распределительные устройства, или импульсные дозаторы объемного действия. Их работа основана на использовании одной магистрали, в которой создается переменный режим давления: нагнетательная линия поочередно подключается то к насосу, то к сливу.

Типовая схема импульсной системы (рис. ZSK.40.6, б) состоит из насоса, ряда дозаторов и блока контроля с управляющими устройствами. Все дозаторы подключены параллельно к насосу, привод которого может быть ручным, механическим либо пневматическим. При включении прибора управления запускается насос, и масло поступает в дозаторы, где оно делится на строго дозированные объемы, направляемые к точкам смазки. В простых исполнениях централизованного контроля не предусмотрено, однако при необходимости применяется визуальный или дистанционный контроль, который иногда интегрируется непосредственно в дозаторы.

После подачи доз масла давление в магистрали начинает расти, так как насос продолжает работу, а дозаторы не пропускают поток насквозь. При достижении заданного давления реле выдает сигнал на прибор управления: насос отключается и запускается отсчет паузы перед новым циклом. Если в системе возникает утечка, работа оборудования автоматически блокируется. По завершении цикла распределитель соединяет магистраль с баком, а подпорный клапан препятствует её полному опорожнению. В этот момент питатели возвращаются в исходное положение, готовясь к следующему включению.

Импульсные системы нашли широкое применение в машиностроении благодаря простоте устройства дозаторов, удобству их монтажа и эксплуатации, а также возможности точного отмеривания малых порций масла. Чаще всего такие системы применяют для периодической смазки направляющих, движущихся узлов и поверхностей трения фиксирующих механизмов.

Последовательные системы смазки

В отличие от импульсных, последовательные системы строятся по одномагистральной схеме с последовательно соединёнными дозаторами. Каждая точка смазки получает масло поочередно, а не одновременно (рис. ZSK.40.7). Подача масла зависит от момента срабатывания предыдущих дозаторов, что обеспечивает равномерное распределение смазки и стабильное функционирование всех узлов.

Масло, нагнетаемое насосом, сначала поступает в центральный дозатор, затем распределяется ко вторичным и при необходимости к последующим каскадам. Повторная подача к одной и той же точке возможна только после завершения полного цикла. Датчики циклов контролируют количество рабочих циклов и сигнализируют прибору управления о необходимости остановки насоса и начала паузы. В случае неисправности золотники автоматически блокируются. Для локализации проблем применяются индикаторы давления и разрыва трубопровода.

Основной элемент системы — блок дозаторов, включающий корпус и золотники, которые одновременно дозируют масло и управляют срабатыванием следующего дозатора в цепи. Недостатками последовательных систем являются невозможность индивидуальной регулировки подачи и более сложная разводка трубопроводов.

Рис. ZSK.40.7. Последовательная система смазывания с циклической подачей

Маслоприёмники для подачи СОЖ

Для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания применяются маслоприёмники, подающие жидкость под давлением непосредственно в зазор между инструментом и заготовкой. Маслоприёмник обеспечивает уплотнение контактных зон, центрирование инструмента при начале резания и снижение вибраций. Конструкции выдерживают давление до 6–10 МПа и частоту вращения заготовки до 3600 мин⁻¹.

Устройство включает неподвижную втулку, подвижную пиноль с кондукторной втулкой, уплотнения, шпиндель с подшипниками и систему подачи СОЖ через патрубки с тангенциальными отверстиями. Лабиринтные и торцевые уплотнения предотвращают утечки. Подача СОЖ регулируется давлением, что обеспечивает защиту подшипников, снижение пульсации потока и стабильное смазывание инструмента.

Рис. ZSK.40.8. Маслоприемник для подвода СОЖ с давлением до 6 Мпа

Маслоприёмник обеспечивает уплотнение контактных зон, центрирование инструмента при начале резания и снижение вибраций. Конструкции выдерживают давление до 6–10 МПа и частоту вращения заготовки до 3600 мин⁻¹.

На рис. ZSK.40.9 показан маслоприёмник, рассчитанный на работу при давлении до 10 МПа и скорости вращения заготовки до 3600 мин⁻¹. Устройство монтируется в передней стойке станка. В корпусе 4 на трёх шарикоподшипниках установлен шпиндель 6, который вращается. На его переднем торце расположена подвижная втулка 2 с коническим отверстием, совпадающим с конусностью конца заготовки 7. Такое решение обеспечивает надёжное центрирование и герметичное соединение.

Прижим втулки осуществляется двумя способами. В начальный момент усилие создают тарельчатые пружины 3, а в процессе работы его дополнительно увеличивает давление СОЖ, воздействующее на заднюю поверхность втулки. Лабиринтное уплотнение 5 препятствует утечкам в зоне сопряжения неподвижной втулки 7 и вращающегося шпинделя 6. При этом деформация пружин компенсирует удлинение заготовки, возникающее при нагреве.

Подача СОЖ осуществляется через патрубок 9: жидкость поступает во втулку 7 и далее распределяется в зазор между втулками 7 и 2. Такое решение смягчает ударные нагрузки на инструмент и повышает стабильность обработки. Избыточный объём жидкости отводится по предусмотренным каналам.

Рис. ZSK.40.9. Маслоприемник для подвода СОЖ с высоким давлением (до 10 МПа) при скоростном сверлении

Централизованные станции смазки

Для смазки трущихся пар в приспособлениях на агрегатных станках (АС) и автоматических линиях (АЛ) применяются дозирующие устройства, подключаемые к централизованной смазочной станции. Типовая гидросистема показана на рис. ZSK.40.10.

Гидробак имеет вместимость 20 л, насос при частоте вращения 910 мин⁻¹ обеспечивает 5 л/мин и давление 3 МПа. Используется масло марки «Турбинное-22П». Работа станции периодическая: насос включается, подает масло к дозаторам на приспособлениях, после чего реле давления отключает насос.

Рис. ZSK.40.10. Гидравлическая схема смазочной станции:

1 – гидробак; 2 – насос; 3, 8 – фильтрующие элементы; 4 – предохранительный клапан; 5 – датчик-реле давления; 6 – манометр; 7 – запорный кран; Д – подача в систему; РД – линия к реле давления; СС – слив масла из системы

На рис. ZSK.40.11 приведены разные варианты дозаторов: одноточечный (а), проходной поршневой (б), многоточечный групповой (в) и ещё один вариант одноточечного (г). Их работа основана на последовательных операциях: измерение объёма масла, смещение золотника, вытеснение дозы к смазываемой поверхности, а затем возврат в исходное положение. Дозирующие устройства выпускаются с подачей 0,2; 0,4 или 0,6 см³ за цикл с точностью ±0,05 см³. Одна станция способна обслуживать до 120 точек, при этом протяжённость трубопроводов может достигать 18 м, а расстояние от линии до точки подачи не превышает 1 м.

Рис. ZSK.40.11. Дозаторы: а – одноточечный; б – проходного поршневого типа; 1 – пружина; 2 – поршень; 3 – золотник; 4 – корпус; 5 – заглушка; в – многоточечный групповой; г – одноточечный

На рис. ZSK.40.12 показана схема централизованной системы смазки, в состав которой входят фильтры, предохранительный клапан, распределительные золотники и реле времени, обеспечивающее циклическую подачу масла.

Рис. ZSK.40.12. Централизованная система смазки с гидравлической фильтрацией

Смазка подшипников и вращающихся втулок

Вращающиеся кондукторные втулки получают смазку циркуляционным маслом либо масляным туманом. Схема подвода представлена на рис. ZSK.40.13.

Рис. ZSK.40.13. Варианты смазки кондукторных втулок: а — с радиально-упорными шарикоподшипниками; б — с коническими роликовыми подшипниками

Станция циркуляционной смазки подшипников изображена на рис. ZSK.40.14. В её основе — шестерёнчатый насос, подающий масло через фильтры, а за корректность работы следит реле давления.

Рис. ZSK.40.14. Станция циркуляционной смазки подшипников: 1 — теплообменник; 2 — предохранительный клапан; 3 — насос; 4 — манометр; 5 — фильтр пластинчатого типа; 6 — магнитосетчатый фильтр; 7 — реле давления

Метод смазки масляным туманом предусматривает подачу мелкодисперсного аэрозоля с сопел на расстоянии 5–8 мм от трущихся поверхностей (см. рис. ZSK.40.15).

Рис. ZSK.40.15. Подача масляного тумана к подшипникам опоры борштанги

Чтобы исключить попадание СОЖ внутрь подшипников, применяется схема с воздушной отсечкой (см. рис. ZSK.40.16). Сжатый воздух проходит через вентиль, влагоотделитель и распределители, после чего управляет электромагнитами, отвечающими за подачу тумана и сброс конденсата.

Рис. ZSK.40.16. Пневматическая схема смазки борштанг масляным туманом с системой воздушной отсечки