工程机械自动润滑技术探究

工程机械自动润滑技术探究

宋鹏

徐州徐工基础工程机械有限公司 江苏 徐州  221004

摘要：工程机械常受到重载、粉尘污染严重等恶劣工况影响，易造成关节点磨损。为改善关节点润滑状况，延长工程机械使用寿命，必须定期润滑。传统的自动润滑系统结构复杂、成本高、智能化程度低，已不能满足工程机械润滑需求。基于此，本文重点分析了工程机械自动润滑技术。

关键词：工程机械；自动润滑技术；设计；应用

目前，工程机械自动润滑已取代了传统人工润滑，但仍存在一些技术缺陷。在恶劣工作环境下，自动润滑系统的工作状态不稳定，故障率易升高，分配器的油脂分配效率低，成本高。对于大型工程机械，由于润滑点多且分散，分配器线路结构复杂、冗长，智能化程度不够。针对此状况，通过对工程机械自动润滑技术的研究，改进和简化了系统结构，提高了智能性、可靠性及准确性。

一、工程机械自动润滑技术的发展过程

自动润滑技术的主流时代是21世纪，随着新分配器智能化的不断提高，其能根据温度及压力有效控制油脂量，而且具有故障查询、动态监测、按需供油等多种功能，减少了对经验分配的依赖，提高了准确性。例如，基于温度传感器进行检测工作，以减少数控机床中25%油量，具有良好的动态性能，或借助CAN总线等技术交换数据，以提高其可靠性；通过ALP1026润滑系统的应用，奥特公司大幅改进了三一重工的工程机械，降低了分配器使用频率，提高了效率。

对于润滑点较多的工程机械，减少分配使用是一种常见的技术手段。例如，将油泵替换为步进电机驱动的干油阀，设计智能分布式智能润滑系统，将分配器替换为多点定量润滑泵，或使用自动多流量泵有效控制PLC。

二、工程机械自动润滑系统分类及特点

1、双线式润滑系统。该系统工作原理是：润滑泵先向A主油管路供油，分配器借助压力将润滑剂输送到润滑点。考虑到管路存在沿程阻力损失，各分配器根据与润滑泵的距离执行相应动作，最后一个分配器完成动作后，在A、B管路中形成较大压差，并从压差传感器发送信号，换向阀开展工作，润滑泵向B主油管路供油，依次反复循环，润滑系统继续向各润滑点输送润滑剂。该系统具有高压和多个润滑点，一旦某个润滑点被堵塞，润滑系统与其他润滑点将不会受到影响，仍能正常运行，但无法判断哪个润滑点出现故障。因此，双线式润滑系统广泛应用于冶金、采矿等大型机械设备。

2、单线式润滑系统。其由一条主油管路及多个单线式分配器组成，具有简单原理，在压力帮助下，润滑剂逐一进入每个分配器，通过分配器的分配实现每个润滑点的润滑。润滑系统能借助安装在分配器上的压力传感器采集压力信号，然后查看分配器是否存在故障。单线式集中润滑系统结构简单，成本低，然而，润滑点数量会影响润滑点的压力，润滑点越多，润滑压力越不稳定。通常，汽车和机床等小型设备的润滑领域更适合单线式润滑系统的应用。

3、递进式润滑系统。对于递进式润滑系统，在多级分配器帮助下，每个润滑点都可连接到润滑泵，递进式分配器先将润滑剂输送到下一级分配器，并通过分配器润滑每个润滑点，润滑油脂三级分配是该系统最多可实现的目标。该系统结构紧凑，润滑点多，压力稳定，易于扩展，然而，每个分配器都不够独立，因此必须按次序向润滑点供油，一旦某一润滑点被堵塞，将对后续工作的开展和完成产生不利影响，增加系统内部压力，引发事故。因此，要实时监测系统内部压力。通常，递进式润滑系统更适合压力要求高的场合。

三、工程机械自动润滑技术的设计与应用

1、润滑系统功能需求

①自动润滑功能。长期运行的工程机械极易磨损关节点，通过定期向关节点加入润滑脂，有利于改善其润滑状态。若采用人工润滑，工程机械将暂时停止，为尽量减少润滑对工程机械工作的影响，润滑系统必须具备一边工作一边润滑工程机械各关节的功能。

②故障检测功能。工程机械的工作环境恶劣，易导致润滑系统故障。因此，润滑系统需具有检测故障的能力。借助于润滑关键数据的采集分析，能准确判断润滑系统中故障或问题，以及故障位置和种类等。

③通信功能。数据交换是润滑系统必备的功能之一。润滑系统将润滑关键数据传输到上位机，便于后续润滑数据的导出和润滑系统的测试；润滑系统必须能接收分析上位机发出的润滑指令，然后设置相应的润滑指数，并执行润滑策略。

④润滑策略。润滑系统根据制定的润滑策略进行有序润滑。对工程机械而言，不同任务的执行过程导致各关节点的磨损情况不同，并具有不同的润滑要求。所以要制定各种润滑策略，为关节点提供支持及帮助，以保持良好的润滑状态。

2、设计润滑系统方案。控制器和上位机一起构成控制部分，其中控制器负责执行操作，上位机负责通信及设置参数。润滑泵向执行部分供油，将其分配到工程机械的每个润滑点，压力传感器测量压力数据，在工作过程中，电机驱动润滑机构。例如，对于反铲液压挖掘机，磨损最严重部分是铲斗、摇杆和连杆，其次是斗杆和动臂。因此，选择的润滑点数量为12个，其中3个为动臂润滑点，润滑周期为12h，润滑计量为30mL；选择3个斗杆润滑点，润滑周期为6h，润滑计量为20mL；选择1个连杆润滑点，润滑周期为6h，润滑计量为20mL；选择2个摇杆润滑点，润滑周期为6h，润滑计量为20mL。由于工程机械的工作环境恶劣，所以使用锂基润滑脂，其具有更高的稠度和更好的密封性能。润滑泵选用电动柱塞泵，以提高工作压力，保证良好的输出性能。

3、改进多点润滑机构。简化系统替换传统的分配器，构成系统的部件包括控制器、电机组件和分配组件。控制器能将角位移信号转换成电信号，在电机带动下，润滑分配组件中心选择通道以实现润滑脂分配目的。润滑分配组件由密封圈、分油块、压盖和旋转构件组成，压盖内设有润滑孔道，分油板上均匀分布有18个孔槽，以促进密封通道的形成。在电机带动下，中心轴能转动，为避免泄漏，在轴套两端设置密封圈。半径为1.1mm的润滑通道能有效控制电机及润滑泵，达到协同工作的目的。通过该润滑点的设计，新增12个润滑点，这些润滑点具有显著优势，如速度更快、频率更高、压力损失更小等。

4、电机与电源电路控制方案。通常，所选电机需具有强大优势，例如故障率低、寿命长和控制精度高等。内部是蜗轮蜗杆电机，减速大，能改变输出轴方向，结构紧凑。设计电机的双向出轴，由于电机转速低、冲击小、轴对中好，电机一侧的输出轴需直接刚性连接到多点润滑机构中轴，而磁钢安装在另一侧的输出轴上，配合磁传感器共同检测电机位置。考虑到电机需承受来自多点润滑机构旋转中心摩擦力矩，摩擦力矩较小，因此电机额定力矩能满足需求。同时，将集成微控制器应用于电机中，它联合了外部PWM(脉宽调制)线及方向线来控制电机转速、转向，操作简单，集成度高。由于尺寸结构限制了润滑系统，因此采用直流电机驱动电路，并将磁性编码器应用于电机，借助磁传感器简化了润滑系统的装配。电源采用24V车载蓄电池，润滑泵由智能高边开关芯片驱动，促进了诊断智能化的提高。

5、应用系统软件。将模块化思想应用于软件设计，具体模块包括主程序、润滑路径、电机驱动控制、解析数据等。CAN(控制器域网)总线系统发送数据、分析命令和设置参数。在主程序成功初始化后，能读取环境变量，然后执行配置中断和中断开启操作，查看是否存在故障，从而诊断故障或继续操作的判断。磁传感器驱动程序用于直流电机驱动，PID算法用于控制电机角位置。通过应用分层分离思想，将润滑策略分为动作和策略，有三种模式：自动、手动和智能。若存在堵塞，压力传感器能执行判断操作，例如，在设置3MPa压力值后，“1”是与故障状态相对应的位置字，然后停止记录。判断润滑泵异常情况的依据是电流，判断磁钢位置异常情况的依据是磁场强度。

参考文献：

[1]朱玉雪.工程机械自动润滑技术探讨[J].现代工业经济和信息化，2021，11(06):152-153.