工程機械自動潤滑技術探究

李占國

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司，吉林松原 138000）

0 引言

現階段，傳統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。自動潤滑系統處于極端惡劣環境中，導致其不穩定的工作狀態，大大增加故障發生率，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構。為了改變這種情況，必須加強研究工程機械自動潤滑技術，進而對系統結構進行簡化和完善，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的發展過程

自動潤滑技術的主流時代是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，有效控制油脂量，同時具有多種功能，如查詢故障、動態化監測、按需供油等，降低以往對經驗分配的依賴度，大幅提高精準性。例如，以溫度傳感器為依據開展檢測工作，減少數控機床中25%的油量，具有較好動態性，或借助CAN 總線等技術交換數據，促進其可靠性的提升；奧特公司通過應用ALP1026 潤滑系統，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手段。例如，將油泵替換為步進電機驅動干油閥，將智能分布式智能潤滑系統設計出來，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分類及特點

（1）雙線式潤滑系統。此系統工作原理是：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。考慮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實施相應動作，在最后一個分配器結束動作后，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，潤滑系統持續向各個潤滑點輸送潤滑劑。此系統具有較高壓力、較多潤滑點，一旦某個潤滑點有堵塞情況出現，潤滑系統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故障問題。因此在冶金、礦山等大型機械設備中廣泛應用雙線式潤滑系統[2]。

（2）單線式潤滑系統。一條主油管路和多個單線式分配器構成單線潤滑系統，它具有簡單原理，借助壓力作用，各個分配器內逐一有潤滑劑進入，通過分配器的分配實現潤滑各個潤滑點目的。潤滑系統借助被安裝于分配器上的壓力傳感器能夠將壓力信號采集出來，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具有簡單結構、較低成本，然而潤滑點數量影響潤滑點壓力，越多的潤滑點越會增加潤滑壓力不穩定性。通常情況下，汽車、機床等小型設備潤滑領域更適合應用單線式潤滑系統。

（3）遞進式潤滑系統。對于遞進式潤滑系統而言，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到下一級分配器，通過分配器潤滑各個潤滑點，潤滑油脂三級分配是此系統最多可以實現的目標。此系統具有緊湊結構、較多潤滑點、穩定壓力、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堵塞情況就會對后續工作開展與完成造成不利影響、增加系統內部壓力，導致事故產生，因此有必要實時監測系統內部壓力。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[3]。

3 工程機械自動潤滑技術的設計與應用

3.1 潤滑系統功能需求

（1）自動潤滑功能。長時間處于運行狀態的工程機械，很容易磨損其關節點，通過定期將潤滑油脂加入到關節點，有利于對其潤滑狀態進行改善。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，潤滑系統必須具備一邊工作一邊潤滑工程機械各個關節的功能[4]。

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

（3）通信功能。數據交換是潤滑系統必須具備的功能之一。潤滑系統傳輸給上位機潤滑關鍵數據，便于后續導出潤滑數據，開展潤滑系統測試工作；并且潤滑系統必須能夠對上位機發出的潤滑指令進行接收和分析，進而將對應潤滑指數設置出來，同時將潤滑策略落實到位。

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

3.2 設計潤滑系統方案

控制器與上位機共同組成控制部分，其中負責執行操作的是控制器，通信和設置參數則是上位機職責。潤滑泵將油供給執行部分，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據進行測量，工作過程中電機將潤滑機構帶動起來。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

簡化系統、將傳統分配器替換出來，構成系統的部件有控制器、電機組件、分配組件。控制器可以轉化角位移信號，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，實現分配潤滑脂目的。組成潤滑分配組件的機構有密封圈、分油塊、壓蓋、旋轉構件，有潤滑孔道被設置在壓蓋中，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，可以轉動中心軸，為避免出現泄漏情況，將密封圈設置在軸套兩端。半徑為1.1 mm 的潤滑通道可以有效控制電機和潤滑泵，實現協同工作的目的。通過對此潤滑點的設計，已經新增12 個潤滑點，其優勢非常顯著，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勢，如較低故障發生率、較長壽命、控制精度高等。內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，擁有緊湊結構。設計電機的雙向出軸，因為電機具有較低轉速、較小沖擊、良好軸對中性，所以電機一側輸出軸需要直接剛性連接多點潤滑機構中軸，另一側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旋轉中心摩擦力矩，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部，它聯合外部PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制）線和方向線能夠對電機轉速和轉向進行控制，便于操作，具有較高集成度。因為尺寸結構等限制潤滑系統，因此應用直流電機驅動電路，磁性編碼器被應用于電機中，借助磁傳感器使潤滑系統裝配得以簡化。將24 V 車載蓄電池應用于電源中，借助智能高邊開關芯片使潤滑泵得以驅動，促進診斷智能性的提高。

3.5 應用系統軟件

模塊化思想被應用于軟件設計中，具體模塊包括主程序、潤滑路徑、電機驅動控制、解析數據等。發送數據、分析指令、設置參數的是CAN（Controller Area Network，控制器域網）總線系統。成功初始化主程序后，能夠將環境變量讀取出來，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操作的判斷。磁傳感器驅動程序被應用于直流電機驅動中，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，壓力傳感器可以實施判斷操作，例如設置3 MPa 壓力值后，則“1”是故障狀態對應位置字，進而停止記錄工作。判斷潤滑泵異常情況的依據是電流，判斷磁鋼位置異常情況的依據是磁場強度[7]。

4 結束語

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