一种轴承自动润滑装置的设计

黄远民

（佛山职业技术学院，广东佛山，528137）

0 引言

随着机械制造行业的迅速发展，机械设备超长超负荷运行，轴承磨损日益严重[1]，不仅对机械运行和加工中的精度、稳定性和机械寿命带来了影响，严重危害了机械使用寿命，而且降低了生产效率，增加了维护人员的劳动强度。自动润滑装置解决了人工加油脂的随意性和安全隐患，实现了自动定时、定量、定点润滑功能，使设备润滑时间精确，随需设定；从而适应各种动力机械润滑减少机器间的相对摩擦，减轻了维护人员的工作强度[2～3]。

1 自动润滑装置结构和工作机理

■1.1 自动润滑装置的结构

如图1所示为该自动润滑装置的结构示意图。该装置由筒体、弹簧、油包、控制器、支架、接头和螺母等部件组成。油包、控制器和弹簧等部件安装在筒体中，靠弹簧的作用力将油包中的润滑油脂挤入控制器的喷油腔，在单片机控制下，拨叉将润滑油脂从喷油口经过渡接头喷入目标位置。

图1 自动润滑装置的结构示意图

■1.2 自动润滑装置定时、定量工作机理

定时工作原理：自动润滑装置可依据设备润滑需要设定添加润滑加油周期（间隔加油时间），润滑加油周期设定通过控制器上的拨码开关完成的。拨码开关用来设定时间间隔，共分有0-9个档调节。“0”档位显示系统关闭不工作，“9”档位加油周期为60s，用做润滑正常运行测试用，调节至“1”档时，相对润滑加油周期为两个小时，不同档位对应不同润滑加油周期如表1所示。

表1 加油周期设置表

定量工作原理：对于不同机械设备所需润滑油量是不同的，按照实际需要给定量，通过拨码开关设定不同给油间隔，来确定总的供给量。每次的润滑油的给定量由电机通电时间来确定，这个时间由单片机程序控制。在30bar压力下，电机通电一次，自动润滑装置大约排出0.65cc的润滑油。

定时和定量控制利用单片机对PWM信号的软件实现方法。因为PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，所以通过控制定时计数器初值，实现对直流电动机的定时定间隔控制，从而达到定时定量润滑的目的[4～5]。

■1.3 喷油机构原理

喷油机构如图2所示。直流电动机的旋转，通过齿轮减速器将力矩放大，带动拨叉动作，将润滑油挤压经喷油口输出，从而达到自动加油的目的。

图2 喷油机构

2 控制系统设计

■2.1 控制电路设计

控制电路原理图如图3所示。电路由单片机TS3P344N、控制电机驱动芯片L9110、拨码开关、电源滤波电路、电压采样电路、报警电路和指示电路等组成。

图3 控制电路原理图

■2.2 程序设计

程序主要由主函数和子函数组成，子函数包括有初始化函数、ADC函数、LED显示函数、电机控制函数。主函数以及各子函数的流程图如图4所示。

主函数用于管理流程执行子函数。初始化函数包括有看门狗初始化、中断初始化、IO初始化计时等程序，初始化还有一个重要的工作，设置单片机处于低功耗模式，尽可能少使用电池能量。ADC函数用于读取单片机内置的AD转换器的转换结果，根据改系统的工作对电池电压检测的要求，采用查询方式即可，分辨率不需太高，只需取其高八位（分辨率1/255）。LED显示函数用于显示电池电量，有3个档位，当电池电压大于5.3V，电池属于正常工作电压范围，点亮正常的LED，如果电池电压小于5.3V且大于4.5V，则点亮欠压的LED，慢速驱动蜂鸣器提醒用户需要注意电池电压，若电压小于4.5V，则点亮失压LED，快速驱动蜂鸣器用于提醒用户尽快更换电池。电机控制函数是根据编码器的状态，处理拨码开关值，用于接收外部档位设定值，产生相应的控制电机脉冲的周期和脉宽。

单片机TS3P344N具有两个定时计数器[6]。因为PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从TS3P344N的任意输出口定时脉冲波形，实现对直流电动机的定时定间隔控制[7]。TS3P344N的P0.3、P0.4、P0.5、和 P1.6分别接拨码开关输出8421，低电平有效。P1.5口为PWM波输出，控制电机驱动芯片的L9110SD的IB输入端，驱动芯片接通电机，定时定量控制DC电机工作[7]。编码器开关设定工作指令，不同数码，对应不同润滑油量。TS3P344N的P0.2模数转换口，检测电池电压，当低于5.3V时，P0.6输出闪光信号指示LED发光；同时P0.2输出音频报警信号，驱动蜂鸣器报警，提醒更换电池。

3 试验结果

该自动润滑装置油包的容量为1000cc。用第9档，每分钟润滑加油一次，进行油脂消耗情况测试。并用第1档，每2小时加油一次，进行了验证，验证时间为5天。根据试验的测试数据，推算出2-8档油包使用天数，试验数据如表2所示。

表2 加油周期设置及油包使用周期试验数据表

其余也检查验证了控制器拨码开关窗口指示灯是否正常按时闪亮（工作指示灯每30s闪亮一次）。验证了当电池电压小于5.3V后，报警装置是否工作。

经过试验，证明该装置工作可靠。

图4 控制程序流程图

4 结语

该自动润滑装置具有以下特点。

（1）节约油脂，所消耗的油脂为人工加油的1/60，是集中润滑的1/30，即使在恶劣的负荷环境下也可减少所需油脂的一半。（2）定时、定量。克服人工加油随意性，同时提高了安全性，降低了工人的劳动强度。（3）降低设备维护费用，延长检修周期2～3倍。大大节约了设备维护检修成本。（4）密封性极强，油脂无泄漏，对环境也大大的减少了伤害。（5）只需配置四节1.5V节能电池，就能维持工作六到八个月的时间。

该自动润滑装置适用性强，广泛用于冶金、电力、建筑、化工等行业所有机械设备中轴承的油脂润滑。特别适用于高空、偏远机械部分和灰尘大、危险与恶劣环境中使用。在各大钢厂、水泥厂、电厂等企业的桥式吊、电机、风机、水泵、皮带机、提升机等部分安装使用，具有十分良好的应用前景。