一種軸承自動潤滑裝置的設計

黃遠民

（佛山職業技術學院，廣東佛山，528137）

0 引言

隨著機械制造行業的迅速發展，機械設備超長超負荷運行，軸承磨損日益嚴重[1]，不僅對機械運行和加工中的精度、穩定性和機械壽命帶來了影響，嚴重危害了機械使用壽命，而且降低了生產效率，增加了維護人員的勞動強度。自動潤滑裝置解決了人工加油脂的隨意性和安全隱患，實現了自動定時、定量、定點潤滑功能，使設備潤滑時間精確，隨需設定；從而適應各種動力機械潤滑減少機器間的相對摩擦，減輕了維護人員的工作強度[2～3]。

1 自動潤滑裝置結構和工作機理

■1.1 自動潤滑裝置的結構

如圖1所示為該自動潤滑裝置的結構示意圖。該裝置由筒體、彈簧、油包、控制器、支架、接頭和螺母等部件組成。油包、控制器和彈簧等部件安裝在筒體中，靠彈簧的作用力將油包中的潤滑油脂擠入控制器的噴油腔，在單片機控制下，撥叉將潤滑油脂從噴油口經過渡接頭噴入目標位置。

圖1 自動潤滑裝置的結構示意圖

■1.2 自動潤滑裝置定時、定量工作機理

定時工作原理：自動潤滑裝置可依據設備潤滑需要設定添加潤滑加油周期（間隔加油時間），潤滑加油周期設定通過控制器上的撥碼開關完成的。撥碼開關用來設定時間間隔，共分有0-9個檔調節。“0”檔位顯示系統關閉不工作，“9”檔位加油周期為60s，用做潤滑正常運行測試用，調節至“1”檔時，相對潤滑加油周期為兩個小時，不同檔位對應不同潤滑加油周期如表1所示。

表1 加油周期設置表

定量工作原理：對于不同機械設備所需潤滑油量是不同的，按照實際需要給定量，通過撥碼開關設定不同給油間隔，來確定總的供給量。每次的潤滑油的給定量由電機通電時間來確定，這個時間由單片機程序控制。在30bar壓力下，電機通電一次，自動潤滑裝置大約排出0.65cc的潤滑油。

定時和定量控制利用單片機對PWM信號的軟件實現方法。因為PWM信號軟件實現的核心是單片機內部的定時器，所以通過控制定時計數器初值，實現對直流電動機的定時定間隔控制，從而達到定時定量潤滑的目的[4～5]。

■1.3 噴油機構原理

噴油機構如圖2所示。直流電動機的旋轉，通過齒輪減速器將力矩放大，帶動撥叉動作，將潤滑油擠壓經噴油口輸出，從而達到自動加油的目的。

圖2 噴油機構

2 控制系統設計

■2.1 控制電路設計

控制電路原理圖如圖3所示。電路由單片機TS3P344N、控制電機驅動芯片L9110、撥碼開關、電源濾波電路、電壓采樣電路、報警電路和指示電路等組成。

圖3 控制電路原理圖

■2.2 程序設計

程序主要由主函數和子函數組成，子函數包括有初始化函數、ADC函數、LED顯示函數、電機控制函數。主函數以及各子函數的流程圖如圖4所示。

主函數用于管理流程執行子函數。初始化函數包括有看門狗初始化、中斷初始化、IO初始化計時等程序，初始化還有一個重要的工作，設置單片機處于低功耗模式，盡可能少使用電池能量。ADC函數用于讀取單片機內置的AD轉換器的轉換結果，根據改系統的工作對電池電壓檢測的要求，采用查詢方式即可，分辨率不需太高，只需取其高八位（分辨率1/255）。LED顯示函數用于顯示電池電量，有3個檔位，當電池電壓大于5.3V，電池屬于正常工作電壓范圍，點亮正常的LED，如果電池電壓小于5.3V且大于4.5V，則點亮欠壓的LED，慢速驅動蜂鳴器提醒用戶需要注意電池電壓，若電壓小于4.5V，則點亮失壓LED，快速驅動蜂鳴器用于提醒用戶盡快更換電池。電機控制函數是根據編碼器的狀態，處理撥碼開關值，用于接收外部檔位設定值，產生相應的控制電機脈沖的周期和脈寬。

單片機TS3P344N具有兩個定時計數器[6]。因為PWM信號軟件實現的核心是單片機內部的定時器，所以通過控制定時計數器初值，從而可以實現從TS3P344N的任意輸出口定時脈沖波形，實現對直流電動機的定時定間隔控制[7]。TS3P344N的P0.3、P0.4、P0.5、和 P1.6分別接撥碼開關輸出8421，低電平有效。P1.5口為PWM波輸出，控制電機驅動芯片的L9110SD的IB輸入端，驅動芯片接通電機，定時定量控制DC電機工作[7]。編碼器開關設定工作指令，不同數碼，對應不同潤滑油量。TS3P344N的P0.2模數轉換口，檢測電池電壓，當低于5.3V時，P0.6輸出閃光信號指示LED發光；同時P0.2輸出音頻報警信號，驅動蜂鳴器報警，提醒更換電池。

3 試驗結果

該自動潤滑裝置油包的容量為1000cc。用第9檔，每分鐘潤滑加油一次，進行油脂消耗情況測試。并用第1檔，每2小時加油一次，進行了驗證，驗證時間為5天。根據試驗的測試數據，推算出2-8檔油包使用天數，試驗數據如表2所示。

表2 加油周期設置及油包使用周期試驗數據表

其余也檢查驗證了控制器撥碼開關窗口指示燈是否正常按時閃亮（工作指示燈每30s閃亮一次）。驗證了當電池電壓小于5.3V后，報警裝置是否工作。

經過試驗，證明該裝置工作可靠。

圖4 控制程序流程圖

4 結語

該自動潤滑裝置具有以下特點。

（1）節約油脂，所消耗的油脂為人工加油的1/60，是集中潤滑的1/30，即使在惡劣的負荷環境下也可減少所需油脂的一半。（2）定時、定量。克服人工加油隨意性，同時提高了安全性，降低了工人的勞動強度。（3）降低設備維護費用，延長檢修周期2～3倍。大大節約了設備維護檢修成本。（4）密封性極強，油脂無泄漏，對環境也大大的減少了傷害。（5）只需配置四節1.5V節能電池，就能維持工作六到八個月的時間。

該自動潤滑裝置適用性強，廣泛用于冶金、電力、建筑、化工等行業所有機械設備中軸承的油脂潤滑。特別適用于高空、偏遠機械部分和灰塵大、危險與惡劣環境中使用。在各大鋼廠、水泥廠、電廠等企業的橋式吊、電機、風機、水泵、皮帶機、提升機等部分安裝使用，具有十分良好的應用前景。