1. 引言
ZB28包装机是上海烟机生产的高速软盒卷烟包装设备，生产速度最高达600包/分钟，是目前我厂生产软盒卷烟产品的主要机型之一。其采用了多种传动方式，如齿形带、三角带、链传动、凸轮传动、齿轮传动等，部分外围机构采用齿轮传动时因缺乏有效润滑，导致磨损速度较快，造成设备效率下降。
2. 存在问题
在机械传动中，齿轮传动平稳，工作可靠、结构紧凑、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大[1]。而齿轮在实际使用过程中及时充分的润滑可延长齿轮的使用寿命，减少损耗，提高设备的作业稳定性[2]。在实际生产中，齿轮一般用润滑油进行润滑保护，在齿轮的工作面滴加润滑油，齿轮在传动的过程中逐渐将润滑油涂抹至工作面的每个区域，以此对齿轮进行润滑保护[3]。但人工添加润滑油不仅费时费工、成本高昂，而且难以对齿轮进行充分及时的润滑。为此我们研发了一种自动化齿轮润滑装置，结构简单、操作方便，能够定时且均匀快速给齿轮加油，提高工作效率，减少工人工时，提高设备运行的稳定性和设备的生产效率。
3. 方案设计
3.1. 齿轮润滑装置的组成
该齿轮润滑装置，结构简单，操作方便，主要包括安装座1、箱体2、导流组件3三个部分，如图1所示。
Figure 1. Composition of Gear Lubrication Device
图1. 齿轮润滑装置组成
3.1.1. 安装座
如图2所示，安装座1通过螺栓固定于目标齿轮连接的设备外，包括第一滑槽11、第二滑槽12、插销13以及卡槽111。
Figure 2. Installation seat
图2. 安装座
3.1.2. 箱体
如图3、图4所示，箱体2由安装孔21、卡条22、止挡组件23组成，其中安装孔21包括共轴线且相连通的第一通孔211和第二通孔212，第一通孔211和第二通孔212互相远离的端部分别与箱体2的外部、内部连通，第二通孔212内径大于第一通孔211的内径，止挡组件23设于第二通孔212内。止挡组件23包括连接架231、挡板232、支撑杆233、限位板234和弹簧235；连接架231和挡板232分别设于第二通孔212的两端，挡板232的一个端面覆盖第一通孔211临近第二通孔212的端面，挡板232的另一个端面与支撑杆233的一端垂直连接，支撑杆233的另一端贯穿连接架231并与限位板234连接，弹簧235套接于支撑杆233位于连接架231和挡板232之间。
Figure 3. Box body
图3. 箱体
Figure 4. Sectional view of the box body
图4. 箱体剖视图
3.1.3. 导流组件
如图5、图6所示，导流组件3由连接管31、软导32、控制阀33、流量计34四部分组成，其中连接管31远离软导管32一端的侧壁设有缺口311。
Figure 5. Composition of diversion components
图5. 导流组件组成
Figure 6. Sectional view of the end of the connecting pipe connecting the box body
图6. 连接管连接箱体端剖视图
3.2. 齿轮润滑装置的安装及工作流程
3.2.1. 齿轮润滑装置的安装
安装座1通过螺栓固定于目标齿轮连接的设备外；箱体2活动装设于安装座1上且内部盛有液体润滑剂，箱体2设有安装孔21并用于导出箱体2内的液体润滑剂；导流组件3包括装设于安装座1上的连接管31，连接管31的一端活动插接于安装孔21内，连接管31的另一端与一个软导管32的一端连接，软导管32的另一端设于目标齿轮上空且其水平高度低于安装座1的水平高度，箱体2内的液体润滑剂依次进入连接管31和软导管32，最终滴落在目标齿轮上，利用齿轮传动过程将与液体润滑剂捻开并覆盖至目标齿轮的各工作面。连接管31上设有控制阀33，在合适的时机打开或关闭控制阀33，以取代人工向目标齿轮滴加液体润滑剂。控制阀33初始状态为常闭状态，以保证导流组件3初始为断流状态。
安装座1的顶面还设有第一滑槽11，第一滑槽11的一端临近连接管31，第一滑槽11的另一端向连接管31远离软导管32的方向延伸并与安装座1的一侧连通，箱体2底部活动装设于第一滑槽11内，箱体2与安装座1分离式设计，以便在箱体2内润滑剂储存量不足时，只需取下箱体2添加润滑即可。箱体2其中相对立的两侧均设有长度向与第一滑槽11径向平行的卡条22，第一滑槽11的内壁设有分别与每个卡条22相匹配的卡槽111，以限制箱体2只可从第一滑槽11的一端滑入，不可从第一滑槽11口部脱离。
安装座1还设有至少一个一端与第一滑槽11连通的第二滑槽12，每个第二滑槽12的径向均与第一滑槽11的径向垂直，每个第二滑槽12内均设有插销13，插销13的一端滑入第一滑槽11，以将箱体2限位于第一滑槽11内。每个第二滑槽12与第一滑槽11临近连接管31一端之间的距离和箱体2沿第一滑槽11径向的宽度一致，以便插销13对箱体2限位时，箱体2不可在第一滑槽11内移动。第一滑槽11径向的两侧各设一个第二滑槽12。
箱体2随安装座1设于目标齿轮连接的设备外，箱体2内盛放有液体润滑剂，导流组件3的一端与箱体2连接，导流组件3的另一端设于目标齿轮上空且其水平高度低于安装座1的水平高度，导流组件3导通时，箱体2内的液体润滑剂在大气压的作用下流入导流组件3，最终滴落至目标齿轮，以此取代人工完成对目标齿轮的润滑保护操作。安装座1上设置的第一滑槽11，使箱体2和安装座1便于分离，为箱体2提供稳定支撑的同时，可在补充润滑剂时直接取下箱体2。
为了避免箱体2脱离安装座1时，液体润滑剂自安装孔21漏出，箱体2还包括止挡组件23。
为了定时向目标齿轮滴加定量的液体润滑剂，导流组件3还包括装设于安装座1的控制器。控制器与控制阀33电性连接，控制器内预存若干控制指令，控制器在需要向目标齿轮滴加液体润滑剂时匹配相应的控制指令，以根据预设的时间间隔数值控制打开控制阀33。
导流组件3中流量计34用于记录间隔时间段内流经连接管31的液体量，控制器与流量计34电性连接。液体润滑剂滴加过程中，控制器在接受来自流量计34传输的数值后匹配相应的控制指令，在液体润滑剂滴加量达到预设值时控制关闭控制阀33。
当需要向目标齿轮滴加液体润滑剂时，控制器匹配相应的控制指令打开控制阀33，液体润滑剂在大气压的作用下通过导流组件3滴落到目标齿轮上；在此过程中，流量计34实时记录流经连接管31的液体量并传输至控制器，在液体量达到预设值时，控制器匹配相应的控制指令关闭控制阀33，以阻断导流组件3；在上述过程结束时，控制器匹配相应的控制指令进行计时，在达到预设数值的间隔时间后，控制器再次匹配相应的控制指令打开控制阀33，以再次向目标齿轮滴加液体润滑剂。如此往复，以完成定时向目标齿轮滴加定量的液体润滑剂的过程。
3.2.2. 齿轮润滑装置的工作流程
当需要向目标齿轮滴加液体润滑剂时，控制器匹配相应的控制指令打开控制阀，液体润滑剂在大气压的作用下通过导流组件滴落到目标齿轮上；在此过程中，流量计实时记录流经连接管的液体量并传输至控制器，在液体量达到预设值时，控制器匹配相应的控制指令关闭控制阀，以阻断导流组件；在上述过程结束时，控制器匹配相应的控制指令进行计时，在达到预设数值的间隔时间后，控制器再次匹配相应的控制指令打开控制阀，以再次向目标齿轮滴加液体润滑剂。如此往复，以完成定时向目标齿轮滴加定量的液体润滑剂的过程。
4. 应用效果
小组对本加油装置进行测试实验，重点测试两项数据：(1) 选取3种不同模数和齿数的齿轮各100个，其中50个采用人工加油，另50个采用装置加油，测试两种加油方式的用时数。(2) 分别选取用人工加油和装置加油的每种齿轮各10个，分别装入齿轮箱进行运转，按2倍额定负载加载做过载试验，测试3种齿轮的过载寿命进行对比。实验数据统计如表1，实验数据分析柱状图如图7。
经过对使用了该齿轮润滑装置的齿轮组和人工加油的齿轮组的实验数据调查，得出了以下实验数据：
(1) 在齿轮模数相同，齿轮齿数不同的情况下，使用了该齿轮润滑装置的齿轮组工作效率提高，使用寿命延长。
(2) 在齿轮模数不同，齿轮齿数相同的情况下，使用了该齿轮润滑装置的齿轮组工作效率提高，使用寿命延长。
(3) 在齿轮模数不同，齿轮齿数不同的情况下，使用了该齿轮润滑装置的齿轮组工作效率提高，使用寿命延长。
(4) 在齿轮模数相同，齿轮齿数相同的情况下，使用了该齿轮润滑装置的齿轮组工作效率提高，使用寿命延长。
Table 1. Lubrication device testing experiment
表1. 润滑装置测试实验
齿轮模数 |
2 |
2 |
1.5 |
1.5 |
0.8 |
0.8 |
齿轮齿数 |
32 |
65 |
18 |
44 |
14 |
32 |
人工加油50个用时/s |
254 |
413 |
219 |
312 |
188 |
274 |
装置加油50个用时/s |
124 |
125 |
123 |
128 |
127 |
124 |
平均每个节约用时/s |
2.6 |
5.76 |
1.92 |
3.68 |
1.22 |
3 |
人工加油齿轮平均寿命/h |
688 |
546 |
589 |
423 |
220 |
301 |
装置加油齿轮平均寿命/h |
690 |
610 |
592 |
450 |
229 |
309 |
Figure 7. Bar chart
图7. 柱状图
5. 结论
由测试结果可以看出，采用本装置加油可明显节约时间，提高效率。用本装置加油的齿轮在过载试验中测试的寿命也都普遍高于人工加油齿轮。因此，本装置具有较广泛的适用性，能够均匀快速地给齿轮加油，提高工作效率；同时给齿轮加油均匀，润滑性能好，可延长齿轮使用寿命，提高设备效率，具有较好的推广应用价值。