李占國

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司，吉林松原 138000）

0 引言

現(xiàn)階段，傳統(tǒng)人工潤滑正在逐漸被工程機械自動潤滑所取代，然而工程機械自動潤滑仍然有一定不足。自動潤滑系統(tǒng)處于極端惡劣環(huán)境中，導致其不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，大大增加故障發(fā)生率，同時分配器油脂分配具有較低效率和較高成本。特別是大型機械的智能化程度較低，主要是因為多且分散的潤滑點導致分配器具有冗長而復雜線路結(jié)構(gòu)。為了改變這種情況，必須加強研究工程機械自動潤滑技術(shù)，進而對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行簡化和完善，促進智能性、精準性和可靠性的提高。

1 工程機械自動潤滑技術(shù)的發(fā)展過程

自動潤滑技術(shù)的主流時代是21 世紀，隨著新型分配器智能性的不斷提高，使其以溫度和壓力為依據(jù)，有效控制油脂量，同時具有多種功能，如查詢故障、動態(tài)化監(jiān)測、按需供油等，降低以往對經(jīng)驗分配的依賴度，大幅提高精準性。例如，以溫度傳感器為依據(jù)開展檢測工作，減少數(shù)控機床中25%的油量，具有較好動態(tài)性，或借助CAN 總線等技術(shù)交換數(shù)據(jù)，促進其可靠性的提升；奧特公司通過應用ALP1026 潤滑系統(tǒng)，極大改進三一重工的工程機械，減少分配器使用頻率，促進效率提高。

對于具有較多潤滑點的工程機械而言，減少分配使用是一種普遍的技術(shù)手段。例如，將油泵替換為步進電機驅(qū)動干油閥，將智能分布式智能潤滑系統(tǒng)設(shè)計出來，應用多點定量潤滑泵替換分配器，或者應用自動多流量泵有效控制PLC[1]。

2 工程機械自動潤滑系統(tǒng)分類及特點

（1）雙線式潤滑系統(tǒng)。此系統(tǒng)工作原理是：首先潤滑泵將油供給A 主油管路，借助壓力作用，分配器輸送潤滑劑到達潤滑點?？紤]有沿程阻力損失存在于管路中，各個分配器以距離潤滑泵遠近為依據(jù)實施相應動作，在最后一個分配器結(jié)束動作后，則有很大壓差形成于A、B 管路中，有信號從壓差傳感器中發(fā)出，換向閥開展工作，潤滑泵將油供給B 主油管路，依次反復循環(huán)，潤滑系統(tǒng)持續(xù)向各個潤滑點輸送潤滑劑。此系統(tǒng)具有較高壓力、較多潤滑點，一旦某個潤滑點有堵塞情況出現(xiàn)，潤滑系統(tǒng)和其他潤滑點均不會受到影響，仍然可以正常運行，但是不能判斷哪個潤滑點出現(xiàn)故障問題。因此在冶金、礦山等大型機械設(shè)備中廣泛應用雙線式潤滑系統(tǒng)[2]。

（2）單線式潤滑系統(tǒng)。一條主油管路和多個單線式分配器構(gòu)成單線潤滑系統(tǒng)，它具有簡單原理，借助壓力作用，各個分配器內(nèi)逐一有潤滑劑進入，通過分配器的分配實現(xiàn)潤滑各個潤滑點目的。潤滑系統(tǒng)借助被安裝于分配器上的壓力傳感器能夠?qū)毫π盘柌杉鰜?，進而查看是否有故障存在于分配器上。單線式集中潤滑系統(tǒng)具有簡單結(jié)構(gòu)、較低成本，然而潤滑點數(shù)量影響潤滑點壓力，越多的潤滑點越會增加潤滑壓力不穩(wěn)定性。通常情況下，汽車、機床等小型設(shè)備潤滑領(lǐng)域更適合應用單線式潤滑系統(tǒng)。

（3）遞進式潤滑系統(tǒng)。對于遞進式潤滑系統(tǒng)而言，借助多級分配器，其各個潤滑點能夠連接潤滑泵，首先遞進式分配器將潤滑劑傳輸?shù)较乱患壏峙淦?，通過分配器潤滑各個潤滑點，潤滑油脂三級分配是此系統(tǒng)最多可以實現(xiàn)的目標。此系統(tǒng)具有緊湊結(jié)構(gòu)、較多潤滑點、穩(wěn)定壓力、便于拓展，但是不夠獨立的各個分配器導致必須按次序供給潤滑點油量，一旦在某個潤滑點出現(xiàn)堵塞情況就會對后續(xù)工作開展與完成造成不利影響、增加系統(tǒng)內(nèi)部壓力，導致事故產(chǎn)生，因此有必要實時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部壓力。通常情況下，對壓力具有較高需求的場合更適用遞進式潤滑系統(tǒng)[3]。

3 工程機械自動潤滑技術(shù)的設(shè)計與應用

3.1 潤滑系統(tǒng)功能需求

（1）自動潤滑功能。長時間處于運行狀態(tài)的工程機械，很容易磨損其關(guān)節(jié)點，通過定期將潤滑油脂加入到關(guān)節(jié)點，有利于對其潤滑狀態(tài)進行改善。如果應用人工潤滑方式，就要暫時停止工程機械，想要將潤滑對工程機械工作的影響降至最低，潤滑系統(tǒng)必須具備一邊工作一邊潤滑工程機械各個關(guān)節(jié)的功能[4]。

（2）檢測故障功能。工程機械具有極為惡劣的工作環(huán)境，很容易造成潤滑系統(tǒng)的故障，因此潤滑系統(tǒng)需要具備檢測故障能力，借助對潤滑關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集與分析，精準判斷潤滑系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障或問題，以及故障位置、種類等。

（3）通信功能。數(shù)據(jù)交換是潤滑系統(tǒng)必須具備的功能之一。潤滑系統(tǒng)傳輸給上位機潤滑關(guān)鍵數(shù)據(jù)，便于后續(xù)導出潤滑數(shù)據(jù)，開展?jié)櫥到y(tǒng)測試工作；并且潤滑系統(tǒng)必須能夠?qū)ι衔粰C發(fā)出的潤滑指令進行接收和分析，進而將對應潤滑指數(shù)設(shè)置出來，同時將潤滑策略落實到位。

（4）潤滑策略。潤滑系統(tǒng)根據(jù)已制定的潤滑策略開展有序潤滑工作。對于工程機械而言，不同任務的執(zhí)行過程導致各個關(guān)節(jié)點的不同磨損情況，并且具有不相同的潤滑需求，因此有必要設(shè)置多種潤滑策略，為關(guān)節(jié)點保持良好潤滑狀態(tài)提供支持和幫助[5]。

3.2 設(shè)計潤滑系統(tǒng)方案

控制器與上位機共同組成控制部分，其中負責執(zhí)行操作的是控制器，通信和設(shè)置參數(shù)則是上位機職責。潤滑泵將油供給執(zhí)行部分，潤滑泵將其分配到工程機械各個潤滑點，壓力傳感器對壓力數(shù)據(jù)進行測量，工作過程中電機將潤滑機構(gòu)帶動起來。例如反鏟液壓挖掘機，磨損最嚴重的部分是鏟斗、搖桿、連桿，之后依次是斗桿、動臂。因此選取的潤滑點數(shù)量是12 個，其中3 個是動臂潤滑點、潤滑周期是12 h，潤滑計量是30 mL；選擇3 個斗桿潤滑點，潤滑周期是6 h，潤滑計量是20 mL；選擇1 個連桿潤滑點，潤滑周期是6 h，潤滑計量是20 mL；選擇2 個搖桿潤滑點，潤滑周期是6 h，潤滑計量是20 mL。由于工程機械工作環(huán)境比較惡劣，因此，應用鋰基潤滑脂，其具有較大稠度，較好密封性。選擇電動柱塞泵作為潤滑泵，促進工作壓力的提高，為良好輸出性能提供保障。

3.3 改進多點潤滑機構(gòu)

簡化系統(tǒng)、將傳統(tǒng)分配器替換出來，構(gòu)成系統(tǒng)的部件有控制器、電機組件、分配組件?？刂破骺梢赞D(zhuǎn)化角位移信號，使其成為電信號，在電機帶動下，潤滑分配組件中心將通道選擇出來，實現(xiàn)分配潤滑脂目的。組成潤滑分配組件的機構(gòu)有密封圈、分油塊、壓蓋、旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，有潤滑孔道被設(shè)置在壓蓋中，并且有18 個孔槽均勻分布在分油板上，促進密封通道的形成。在電機帶動作用下，可以轉(zhuǎn)動中心軸，為避免出現(xiàn)泄漏情況，將密封圈設(shè)置在軸套兩端。半徑為1.1 mm 的潤滑通道可以有效控制電機和潤滑泵，實現(xiàn)協(xié)同工作的目的。通過對此潤滑點的設(shè)計，已經(jīng)新增12 個潤滑點，其優(yōu)勢非常顯著，如較快速度、較高頻率、較小壓力損失等[6]。

3.4 電機與電源電路控制方案

通常情況下，選擇的電機需要具備較強優(yōu)勢，如較低故障發(fā)生率、較長壽命、控制精度高等。內(nèi)部是渦輪蝸桿的電機，具有較大減速，同時可以對輸出軸方向進行改變，擁有緊湊結(jié)構(gòu)。設(shè)計電機的雙向出軸，因為電機具有較低轉(zhuǎn)速、較小沖擊、良好軸對中性，所以電機一側(cè)輸出軸需要直接剛性連接多點潤滑機構(gòu)中軸，另一側(cè)將磁鋼安裝在其輸出軸上，配合磁傳感器共同檢測電機位置。考慮電機需要承載來自多點潤滑機構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心摩擦力矩，其具有較小摩擦力矩，因此，額定電機力矩可以對需求進行滿足。與此同時，集成微控制器被應用于電機內(nèi)部，它聯(lián)合外部PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）線和方向線能夠?qū)﹄姍C轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進行控制，便于操作，具有較高集成度。因為尺寸結(jié)構(gòu)等限制潤滑系統(tǒng)，因此應用直流電機驅(qū)動電路，磁性編碼器被應用于電機中，借助磁傳感器使?jié)櫥到y(tǒng)裝配得以簡化。將24 V 車載蓄電池應用于電源中，借助智能高邊開關(guān)芯片使?jié)櫥玫靡则?qū)動，促進診斷智能性的提高。

3.5 應用系統(tǒng)軟件

模塊化思想被應用于軟件設(shè)計中，具體模塊包括主程序、潤滑路徑、電機驅(qū)動控制、解析數(shù)據(jù)等。發(fā)送數(shù)據(jù)、分析指令、設(shè)置參數(shù)的是CAN（Controller Area Network，控制器域網(wǎng)）總線系統(tǒng)。成功初始化主程序后，能夠?qū)h(huán)境變量讀取出來，之后實施配置中斷、中斷開啟操作，查看是否有故障存在，進而做出診斷故障或者繼續(xù)操作的判斷。磁傳感器驅(qū)動程序被應用于直流電機驅(qū)動中，應用PID 算法控制電機角位置。潤滑策略通過對分層分離思想的應用，分開動作與策略，共有自動、手動、智能3 種模式。如果有堵塞情況出現(xiàn)，壓力傳感器可以實施判斷操作，例如設(shè)置3 MPa 壓力值后，則“1”是故障狀態(tài)對應位置字，進而停止記錄工作。判斷潤滑泵異常情況的依據(jù)是電流，判斷磁鋼位置異常情況的依據(jù)是磁場強度[7]。

4 結(jié)束語

對于工程機械而言，想要提高其潤滑系統(tǒng)的智能化程度，就必須對其自動化潤滑技術(shù)進行研究和設(shè)計，并且對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行簡化，促進電路集成度的提高，不斷增加系統(tǒng)的擴展性能，對硬件設(shè)計進行完善，最終滿足對高度與可靠性需求，保障工程機械的持續(xù)、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)任何不必要的問題。