李占國(guó)

（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(rùn)滑正在逐漸被工程機(jī)械自動(dòng)潤(rùn)滑所取代，然而工程機(jī)械自動(dòng)潤(rùn)滑仍然有一定不足。自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)處于極端惡劣環(huán)境中，導(dǎo)致其不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，大大增加故障發(fā)生率，同時(shí)分配器油脂分配具有較低效率和較高成本。特別是大型機(jī)械的智能化程度較低，主要是因?yàn)槎嗲曳稚⒌臐?rùn)滑點(diǎn)導(dǎo)致分配器具有冗長(zhǎng)而復(fù)雜線(xiàn)路結(jié)構(gòu)。為了改變這種情況，必須加強(qiáng)研究工程機(jī)械自動(dòng)潤(rùn)滑技術(shù)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化和完善，促進(jìn)智能性、精準(zhǔn)性和可靠性的提高。

1 工程機(jī)械自動(dòng)潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

自動(dòng)潤(rùn)滑技術(shù)的主流時(shí)代是21 世紀(jì)，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(shí)具有多種功能，如查詢(xún)故障、動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)、按需供油等，降低以往對(duì)經(jīng)驗(yàn)分配的依賴(lài)度，大幅提高精準(zhǔn)性。例如，以溫度傳感器為依據(jù)開(kāi)展檢測(cè)工作，減少數(shù)控機(jī)床中25%的油量，具有較好動(dòng)態(tài)性，或借助CAN 總線(xiàn)等技術(shù)交換數(shù)據(jù)，促進(jìn)其可靠性的提升；奧特公司通過(guò)應(yīng)用ALP1026 潤(rùn)滑系統(tǒng)，極大改進(jìn)三一重工的工程機(jī)械，減少分配器使用頻率，促進(jìn)效率提高。

對(duì)于具有較多潤(rùn)滑點(diǎn)的工程機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)干油閥，將智能分布式智能潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來(lái)，應(yīng)用多點(diǎn)定量潤(rùn)滑泵替換分配器，或者應(yīng)用自動(dòng)多流量泵有效控制PLC[1]。

2 工程機(jī)械自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)分類(lèi)及特點(diǎn)

（1）雙線(xiàn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)。此系統(tǒng)工作原理是：首先潤(rùn)滑泵將油供給A 主油管路，借助壓力作用，分配器輸送潤(rùn)滑劑到達(dá)潤(rùn)滑點(diǎn)?？紤]有沿程阻力損失存在于管路中，各個(gè)分配器以距離潤(rùn)滑泵遠(yuǎn)近為依據(jù)實(shí)施相應(yīng)動(dòng)作，在最后一個(gè)分配器結(jié)束動(dòng)作后，則有很大壓差形成于A(yíng)、B 管路中，有信號(hào)從壓差傳感器中發(fā)出，換向閥開(kāi)展工作，潤(rùn)滑泵將油供給B 主油管路，依次反復(fù)循環(huán)，潤(rùn)滑系統(tǒng)持續(xù)向各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)輸送潤(rùn)滑劑。此系統(tǒng)具有較高壓力、較多潤(rùn)滑點(diǎn)，一旦某個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)有堵塞情況出現(xiàn)，潤(rùn)滑系統(tǒng)和其他潤(rùn)滑點(diǎn)均不會(huì)受到影響，仍然可以正常運(yùn)行，但是不能判斷哪個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)出現(xiàn)故障問(wèn)題。因此在冶金、礦山等大型機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用雙線(xiàn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)[2]。

（2）單線(xiàn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)。一條主油管路和多個(gè)單線(xiàn)式分配器構(gòu)成單線(xiàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)，它具有簡(jiǎn)單原理，借助壓力作用，各個(gè)分配器內(nèi)逐一有潤(rùn)滑劑進(jìn)入，通過(guò)分配器的分配實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)目的。潤(rùn)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?hào)采集出來(lái)，進(jìn)而查看是否有故障存在于分配器上。單線(xiàn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、較低成本，然而潤(rùn)滑點(diǎn)數(shù)量影響潤(rùn)滑點(diǎn)壓力，越多的潤(rùn)滑點(diǎn)越會(huì)增加潤(rùn)滑壓力不穩(wěn)定性。通常情況下，汽車(chē)、機(jī)床等小型設(shè)備潤(rùn)滑領(lǐng)域更適合應(yīng)用單線(xiàn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)。

（3）遞進(jìn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)。對(duì)于遞進(jìn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)而言，借助多級(jí)分配器，其各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)能夠連接潤(rùn)滑泵，首先遞進(jìn)式分配器將潤(rùn)滑劑傳輸?shù)较乱患?jí)分配器，通過(guò)分配器潤(rùn)滑各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，潤(rùn)滑油脂三級(jí)分配是此系統(tǒng)最多可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。此系統(tǒng)具有緊湊結(jié)構(gòu)、較多潤(rùn)滑點(diǎn)、穩(wěn)定壓力、便于拓展，但是不夠獨(dú)立的各個(gè)分配器導(dǎo)致必須按次序供給潤(rùn)滑點(diǎn)油量，一旦在某個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)出現(xiàn)堵塞情況就會(huì)對(duì)后續(xù)工作開(kāi)展與完成造成不利影響、增加系統(tǒng)內(nèi)部壓力，導(dǎo)致事故產(chǎn)生，因此有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部壓力。通常情況下，對(duì)壓力具有較高需求的場(chǎng)合更適用遞進(jìn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)[3]。

3 工程機(jī)械自動(dòng)潤(rùn)滑技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 潤(rùn)滑系統(tǒng)功能需求

（1）自動(dòng)潤(rùn)滑功能。長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)的工程機(jī)械，很容易磨損其關(guān)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)定期將潤(rùn)滑油脂加入到關(guān)節(jié)點(diǎn)，有利于對(duì)其潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)行改善。如果應(yīng)用人工潤(rùn)滑方式，就要暫時(shí)停止工程機(jī)械，想要將潤(rùn)滑對(duì)工程機(jī)械工作的影響降至最低，潤(rùn)滑系統(tǒng)必須具備一邊工作一邊潤(rùn)滑工程機(jī)械各個(gè)關(guān)節(jié)的功能[4]。

（2）檢測(cè)故障功能。工程機(jī)械具有極為惡劣的工作環(huán)境，很容易造成潤(rùn)滑系統(tǒng)的故障，因此潤(rùn)滑系統(tǒng)需要具備檢測(cè)故障能力，借助對(duì)潤(rùn)滑關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集與分析，精準(zhǔn)判斷潤(rùn)滑系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障或問(wèn)題，以及故障位置、種類(lèi)等。

（3）通信功能。數(shù)據(jù)交換是潤(rùn)滑系統(tǒng)必須具備的功能之一。潤(rùn)滑系統(tǒng)傳輸給上位機(jī)潤(rùn)滑關(guān)鍵數(shù)據(jù)，便于后續(xù)導(dǎo)出潤(rùn)滑數(shù)據(jù)，開(kāi)展?jié)櫥到y(tǒng)測(cè)試工作；并且潤(rùn)滑系統(tǒng)必須能夠?qū)ι衔粰C(jī)發(fā)出的潤(rùn)滑指令進(jìn)行接收和分析，進(jìn)而將對(duì)應(yīng)潤(rùn)滑指數(shù)設(shè)置出來(lái)，同時(shí)將潤(rùn)滑策略落實(shí)到位。

（4）潤(rùn)滑策略。潤(rùn)滑系統(tǒng)根據(jù)已制定的潤(rùn)滑策略開(kāi)展有序潤(rùn)滑工作。對(duì)于工程機(jī)械而言，不同任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程導(dǎo)致各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的不同磨損情況，并且具有不相同的潤(rùn)滑需求，因此有必要設(shè)置多種潤(rùn)滑策略，為關(guān)節(jié)點(diǎn)保持良好潤(rùn)滑狀態(tài)提供支持和幫助[5]。

3.2 設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)方案

控制器與上位機(jī)共同組成控制部分，其中負(fù)責(zé)執(zhí)行操作的是控制器，通信和設(shè)置參數(shù)則是上位機(jī)職責(zé)。潤(rùn)滑泵將油供給執(zhí)行部分，潤(rùn)滑泵將其分配到工程機(jī)械各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，壓力傳感器對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，工作過(guò)程中電機(jī)將潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)帶動(dòng)起來(lái)。例如反鏟液壓挖掘機(jī)，磨損最嚴(yán)重的部分是鏟斗、搖桿、連桿，之后依次是斗桿、動(dòng)臂。因此選取的潤(rùn)滑點(diǎn)數(shù)量是12 個(gè)，其中3 個(gè)是動(dòng)臂潤(rùn)滑點(diǎn)、潤(rùn)滑周期是12 h，潤(rùn)滑計(jì)量是30 mL；選擇3 個(gè)斗桿潤(rùn)滑點(diǎn)，潤(rùn)滑周期是6 h，潤(rùn)滑計(jì)量是20 mL；選擇1 個(gè)連桿潤(rùn)滑點(diǎn)，潤(rùn)滑周期是6 h，潤(rùn)滑計(jì)量是20 mL；選擇2 個(gè)搖桿潤(rùn)滑點(diǎn)，潤(rùn)滑周期是6 h，潤(rùn)滑計(jì)量是20 mL。由于工程機(jī)械工作環(huán)境比較惡劣，因此，應(yīng)用鋰基潤(rùn)滑脂，其具有較大稠度，較好密封性。選擇電動(dòng)柱塞泵作為潤(rùn)滑泵，促進(jìn)工作壓力的提高，為良好輸出性能提供保障。

3.3 改進(jìn)多點(diǎn)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)

簡(jiǎn)化系統(tǒng)、將傳統(tǒng)分配器替換出來(lái)，構(gòu)成系統(tǒng)的部件有控制器、電機(jī)組件、分配組件?？刂破骺梢赞D(zhuǎn)化角位移信號(hào)，使其成為電信號(hào)，在電機(jī)帶動(dòng)下，潤(rùn)滑分配組件中心將通道選擇出來(lái)，實(shí)現(xiàn)分配潤(rùn)滑脂目的。組成潤(rùn)滑分配組件的機(jī)構(gòu)有密封圈、分油塊、壓蓋、旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，有潤(rùn)滑孔道被設(shè)置在壓蓋中，并且有18 個(gè)孔槽均勻分布在分油板上，促進(jìn)密封通道的形成。在電機(jī)帶動(dòng)作用下，可以轉(zhuǎn)動(dòng)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(rùn)滑通道可以有效控制電機(jī)和潤(rùn)滑泵，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作的目的。通過(guò)對(duì)此潤(rùn)滑點(diǎn)的設(shè)計(jì)，已經(jīng)新增12 個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)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(jī)與電源電路控制方案

通常情況下，選擇的電機(jī)需要具備較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，如較低故障發(fā)生率、較長(zhǎng)壽命、控制精度高等。內(nèi)部是渦輪蝸桿的電機(jī)，具有較大減速，同時(shí)可以對(duì)輸出軸方向進(jìn)行改變，擁有緊湊結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)電機(jī)的雙向出軸，因?yàn)殡姍C(jī)具有較低轉(zhuǎn)速、較小沖擊、良好軸對(duì)中性，所以電機(jī)一側(cè)輸出軸需要直接剛性連接多點(diǎn)潤(rùn)滑機(jī)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(cè)電機(jī)位置。考慮電機(jī)需要承載來(lái)自多點(diǎn)潤(rùn)滑機(jī)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(jī)力矩可以對(duì)需求進(jìn)行滿(mǎn)足。與此同時(shí)，集成微控制器被應(yīng)用于電機(jī)內(nèi)部，它聯(lián)合外部PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）線(xiàn)和方向線(xiàn)能夠?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，便于操作，具有較高集成度。因?yàn)槌叽缃Y(jié)構(gòu)等限制潤(rùn)滑系統(tǒng)，因此應(yīng)用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，磁性編碼器被應(yīng)用于電機(jī)中，借助磁傳感器使?jié)櫥到y(tǒng)裝配得以簡(jiǎn)化。將24 V 車(chē)載蓄電池應(yīng)用于電源中，借助智能高邊開(kāi)關(guān)芯片使?jié)櫥玫靡则?qū)動(dòng)，促進(jìn)診斷智能性的提高。

3.5 應(yīng)用系統(tǒng)軟件

模塊化思想被應(yīng)用于軟件設(shè)計(jì)中，具體模塊包括主程序、潤(rùn)滑路徑、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(xiàn)系統(tǒng)。成功初始化主程序后，能夠?qū)h(huán)境變量讀取出來(lái)，之后實(shí)施配置中斷、中斷開(kāi)啟操作，查看是否有故障存在，進(jìn)而做出診斷故障或者繼續(xù)操作的判斷。磁傳感器驅(qū)動(dòng)程序被應(yīng)用于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，應(yīng)用PID 算法控制電機(jī)角位置。潤(rùn)滑策略通過(guò)對(duì)分層分離思想的應(yīng)用，分開(kāi)動(dòng)作與策略，共有自動(dòng)、手動(dòng)、智能3 種模式。如果有堵塞情況出現(xiàn)，壓力傳感器可以實(shí)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(duì)應(yīng)位置字，進(jìn)而停止記錄工作。判斷潤(rùn)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(chǎng)強(qiáng)度[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于工程機(jī)械而言，想要提高其潤(rùn)滑系統(tǒng)的智能化程度，就必須對(duì)其自動(dòng)化潤(rùn)滑技術(shù)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，并且對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，促進(jìn)電路集成度的提高，不斷增加系統(tǒng)的擴(kuò)展性能，對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，最終滿(mǎn)足對(duì)高度與可靠性需求，保障工程機(jī)械的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)任何不必要的問(wèn)題。