礦山大型機(jī)械設(shè)備智能集中潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 建 ，李建中，楊文龍，趙志剛

(贛州有色冶金研究所,江西 贛州 341000)

機(jī)械設(shè)備是國家投資建設(shè)中的重要組成部分，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)，乃至礦業(yè)產(chǎn)出的主要設(shè)備力量，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)正常是提高產(chǎn)出、穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在礦山(如鎢礦山的大型球磨機(jī)、棒磨機(jī)等)大型機(jī)械設(shè)備的磨損率較高，導(dǎo)致固定資產(chǎn)設(shè)備的加速折舊和動(dòng)力能源的過渡浪費(fèi)，很大程度上增加了生產(chǎn)成本。因此，機(jī)械設(shè)備的潤滑問題，是機(jī)械使用過程中面臨的首要問題，也是延長機(jī)械使用壽命，降低成本投入，提升產(chǎn)出量的有效保證。由于潤滑點(diǎn)數(shù)量眾多，設(shè)備高溫、多塵等諸多因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)潤滑點(diǎn)無油，缺油的狀況。對(duì)于關(guān)鍵潤滑點(diǎn)，一旦缺油將造成設(shè)備嚴(yán)重磨損，甚至停機(jī)以至停產(chǎn)。因此，在礦山大型機(jī)械設(shè)備上推廣一種可靠、高效、靈活的潤滑技術(shù)是十分必要的。傳統(tǒng)的集中潤滑系統(tǒng)存在許多的缺點(diǎn)，比如：系統(tǒng)臃腫，更新?lián)Q代慢，不能適應(yīng)機(jī)械設(shè)備的發(fā)展；油脂供給量很多時(shí)候是憑借人的感覺和經(jīng)驗(yàn)來分配，而不是按需分配，經(jīng)常造成潤滑過量和潤滑不足；溫度報(bào)警等工況監(jiān)測(cè)裝置大多是獨(dú)立的、分散的，需要人工巡查。針對(duì)上述缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種集中智能潤滑控制系統(tǒng)[1-2]。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

自上世紀(jì)80年代以來，我國擴(kuò)對(duì)外交流引進(jìn)了大量國外的大型先進(jìn)設(shè)備，隨機(jī)配套的集中潤滑設(shè)備也由此時(shí)進(jìn)入。如江西于都某鎢礦山于2002年引入了德國某公司開發(fā)的智能多點(diǎn)集中脂潤滑系統(tǒng)控制多路球磨機(jī)和棒磨機(jī)，該系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程控制各潤滑點(diǎn)的供油量，實(shí)時(shí)檢測(cè)各潤滑點(diǎn)的供油狀態(tài)，如果出現(xiàn)堵塞，能夠準(zhǔn)確顯示故障點(diǎn)并報(bào)警。但當(dāng)機(jī)械設(shè)備的潤滑點(diǎn)比較多時(shí)，該設(shè)備則無法應(yīng)對(duì)。而國內(nèi)隨之開發(fā)的集中潤滑系統(tǒng)都是在原有的集中潤滑設(shè)備基礎(chǔ)上，增加了一部分電氣控制設(shè)備，原有的潤滑設(shè)備的機(jī)械部分基本上沒有變化。這樣，原有集中潤滑系統(tǒng)的一些缺點(diǎn)得不到根治。[3]如傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)臃腫，可靠性低；傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的油脂供給量很多時(shí)候是憑借人的感覺和經(jīng)驗(yàn)來分配，而不是按需分配;經(jīng)常造成潤滑過量和潤滑不足；傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)油位指示、報(bào)警、保護(hù)及工況監(jiān)測(cè)裝置，大多是獨(dú)立的、分散的，需要依靠人工巡檢；傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)只能工作在正常的工作條件下，隨著速度、溫度、工況改變后，應(yīng)變能力變差。傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)更新?lián)Q代慢，不能適應(yīng)日新月異的機(jī)械設(shè)備的發(fā)展等。[4-5]當(dāng)潤滑點(diǎn)不足以構(gòu)成脂潤滑系統(tǒng)，而人工加油又有一定困難時(shí)，本智能潤滑系統(tǒng)可以降低潤滑設(shè)備的成本且能集中解決以上問題。

2 供油系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理

本集中潤滑供油系統(tǒng)分為三個(gè)部分：給油器、噴射閥裝置和泵站。下文為各部分的工作原理。

2.1 給油器

給油器包括電磁鐵、左右端蓋、閥體、閥芯、柱塞、磁鐵、彈簧、霍爾接近開關(guān)、溫度傳感器各一個(gè)，4個(gè)給油器集成到一個(gè)板上作為一套。

圖1 給油器電磁鐵斷電狀態(tài)

圖2 給油器電磁鐵通電狀態(tài)

圖1、圖2所示為單個(gè)給油器的原理圖，圖1所示為電磁鐵斷電狀態(tài)的給油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，此時(shí)，潤滑脂從進(jìn)油口進(jìn)入，沿著虛線及箭頭方向進(jìn)入柱塞腔A腔，推動(dòng)柱塞向右移動(dòng)，同時(shí)把B腔的油沿著虛線及箭頭方向壓到潤滑點(diǎn)，直到柱塞緊鄰右端蓋，柱塞停止移動(dòng)，潤滑脂停止流動(dòng)，柱塞端部磁鐵到達(dá)霍爾接近開關(guān)的檢測(cè)范圍，霍爾接近開關(guān)輸出此時(shí)的開關(guān)量。圖2所示為電磁鐵通電狀態(tài)時(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，此時(shí)，潤滑脂從進(jìn)油口進(jìn)入，沿著虛線及箭頭方向進(jìn)入柱塞腔B腔，推動(dòng)柱塞向左移動(dòng)，同時(shí)把A腔的油沿著虛線及箭頭方向壓到潤滑點(diǎn)，直到柱塞緊鄰左端蓋，柱塞停止移動(dòng)，潤滑脂停止流動(dòng)，柱塞端部磁鐵遠(yuǎn)離并超出霍爾接近開關(guān)的檢測(cè)范圍，霍爾接近開關(guān)輸出此時(shí)的開關(guān)量，通電后，電磁鐵斷電，又回到圖1的狀態(tài)，此時(shí)柱塞重新回到接近開關(guān)一次，接近開關(guān)恢復(fù)初始時(shí)的高或低電平狀態(tài)，到此，一次給油完成，如果一次通電斷電，接近開關(guān)輸出電平?jīng)]有變化，說明柱塞沒有往復(fù)移動(dòng)，即沒有完成壓油任務(wù)，說明出油口堵塞(油脂系統(tǒng)經(jīng)常堵)，輸出報(bào)警信號(hào)并提示故障原因。

2.2 噴射閥裝置

上述給油器，是給軸承加注潤滑脂，現(xiàn)場(chǎng)有齒輪用脂潤滑時(shí)，給油器的出油管要和氣管組合到噴射閥上，即油氣混合，噴射閥是專用的噴射裝置，提供油管和氣管的接口，并保證混合最佳狀態(tài)，從噴嘴噴出均勻地噴射到齒輪上。每一個(gè)油管由一個(gè)給油器控制，即電磁鐵，每一個(gè)氣管由電磁閥控制氣路通斷，然后給油器通電給油，A腔的油被壓出，經(jīng)油氣混合噴射，給油器斷電后，B腔的油又被壓出經(jīng)油氣混合噴射，設(shè)定氣閥在給油器斷電后仍要繼續(xù)通電一段時(shí)間，吹掃噴嘴，防止噴嘴處油脂燥化堵塞噴嘴。原理如圖3、圖4所示。

圖3 氣閥電磁鐵斷電、氣路關(guān)閉狀態(tài)

由于齒輪潤滑需要壓縮空氣噴射油脂，所以需要有空壓機(jī)，減壓閥后的管路加一個(gè)壓力傳感器，壓力傳感器只用來檢測(cè)噴射用的氣體的壓力，處于0.3～0.6MPa之間為正常，氣路壓力低時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。

圖4 氣閥電磁鐵通電，氣路打開狀態(tài)

2.3 泵站

泵站由潤滑泵、加油泵、壓力傳感器、重力傳感器，加油閥、儲(chǔ)脂灌組成。潤滑泵通過潤滑管路給給油器輸送油脂，壓力傳感器設(shè)在潤滑泵出口和主管路之間，測(cè)量系統(tǒng)壓力，要求實(shí)時(shí)顯示。

重力傳感器通過測(cè)量潤滑泵的重量來檢測(cè)泵內(nèi)還有多少油脂，也要求實(shí)時(shí)顯示當(dāng)剩余油脂低于一定重量時(shí)，加油泵啟動(dòng)，從儲(chǔ)脂灌抽油加到潤滑泵，因?yàn)橛袃蓚€(gè)潤滑泵，所以加油泵出口加了一個(gè)兩位三通電磁換向閥，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)加油泵給兩個(gè)潤滑泵加油，此換向閥斷電時(shí)給1號(hào)泵加油，通電時(shí)給2號(hào)泵加油；當(dāng)1號(hào)潤滑泵加油達(dá)到上限時(shí)，加油泵停止；給2號(hào)泵加油時(shí)，需要二位三通閥也啟動(dòng)，如果重量沒有達(dá)到設(shè)定的重量下限，則繼續(xù)執(zhí)行上述命令，直到達(dá)到設(shè)定重量。圖5為二位三通電磁換向閥斷電狀態(tài)，圖6為二位三通電磁換向閥通電狀態(tài)。

3 內(nèi)容設(shè)計(jì)

本智能集中潤滑控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖示意如圖7所示。

圖5 換向閥斷電，油路通1號(hào)泵

圖6 換向閥通電，油路通2號(hào)泵

圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

上位機(jī)與PLC通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，可在上位PC機(jī)中進(jìn)行組態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)周期和畫面的監(jiān)測(cè)；PLC通過RS485與單片機(jī)進(jìn)行通信，通過PLC的指令發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)接收信號(hào)執(zhí)行動(dòng)作，并且將動(dòng)作信號(hào)反饋給PLC，工作是否正常，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，溫度過高信號(hào)也通過單片機(jī)反饋給PLC給出報(bào)警；單片機(jī)通過其功能執(zhí)行指令控制給油器。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

目前常用的遞進(jìn)式集中潤滑系統(tǒng)和雙線式集中潤滑系統(tǒng)不可避免的出現(xiàn)潤滑不足與過量情況的產(chǎn)生，在現(xiàn)有潤滑系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過自動(dòng)智能潤滑系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山大型機(jī)械設(shè)備潤滑的遠(yuǎn)程控制。運(yùn)用上位PC 機(jī)與PLC、下位單片機(jī)各自的功能特點(diǎn)，來完成對(duì)各潤滑點(diǎn)、潤滑周期和臨界溫度值等參數(shù)的監(jiān)控，同時(shí)借助與下位單片機(jī)之間的通信傳輸來使下位機(jī)發(fā)出報(bào)警聲音反饋故障潤滑點(diǎn)的信息。此外，下位單片機(jī)還可以通過PLC發(fā)出的信息執(zhí)行動(dòng)作，在不修改指令的情況下，自動(dòng)運(yùn)行。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

除了PC 機(jī)與單片機(jī)硬件上的設(shè)計(jì)要求以外，上位PC 機(jī)的用戶界面組態(tài)，用戶使用界面力求簡(jiǎn)潔明了、便于操作和直觀的查看潤滑點(diǎn)信息，此外，管理員級(jí)別在此基礎(chǔ)上添加“設(shè)置”模塊，便于對(duì)參數(shù)的改動(dòng)；可編程序控制順(PLC)采用STEP 7進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)供油系統(tǒng)模擬量的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)與下位單片機(jī)通信，執(zhí)行相關(guān)操作指令動(dòng)作；下位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能，接收PLC指令和發(fā)出指令信號(hào)執(zhí)行動(dòng)作，在下位各潤滑點(diǎn)按照指令采集數(shù)據(jù)，溫度過高上報(bào)報(bào)警。在上位機(jī)與PLC、下位機(jī)之間，必須要共同遵循一個(gè)通信協(xié)議，以保證雙方數(shù)據(jù)通信的正常傳輸。

3.3 給油周期設(shè)計(jì)

對(duì)于不同的油脂和不同的設(shè)備(對(duì)象)有不同的供油要求，由于給油器每次供油量固定，因此通過改變周期來調(diào)整個(gè)點(diǎn)的供油量，可以采用最小公倍數(shù)的方式。

3.4 應(yīng)用工業(yè)PC機(jī)與PLC通信執(zhí)行組態(tài)操作

應(yīng)用可編程序控制器進(jìn)行編程，發(fā)出給油器指令，并傳送至單片機(jī)執(zhí)行；單片機(jī)可以對(duì)給油的周期處理和發(fā)出報(bào)警信息；在此采用了PC機(jī)與PLC、單片機(jī)技術(shù)功能，完成給油控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用合作的方式在江西漂塘鎢業(yè)有限公司大江選廠做了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)選廠的五臺(tái)球磨機(jī)、三臺(tái)棒磨機(jī)和篩選機(jī)做集中給油控制，通過幾個(gè)月調(diào)試和參數(shù)設(shè)置，軟件控制組態(tài)做的容易理解和使用，收到良好的效果，得到了礦方的肯定。

4 結(jié)語

此智能集中潤滑系統(tǒng)系統(tǒng)經(jīng)過在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了智能加油，從實(shí)驗(yàn)效果看可靠；②實(shí)現(xiàn)了上位組態(tài)，操作方便；③實(shí)現(xiàn)了可編程控制器編程控制；④實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)接收信號(hào)并根據(jù)指令發(fā)出信號(hào)執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，并且能根據(jù)數(shù)據(jù)采集，反饋溫度過高信號(hào)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警等功能。此系統(tǒng)在礦山大型機(jī)械設(shè)備給油方面可取代勞動(dòng)效率低下的人工加油作業(yè)，同時(shí)提高機(jī)械設(shè)備使用效率，具有一定社會(huì)效益。

[1] 馬琴, 張繼承, 張大威.智能集中潤滑系統(tǒng)的應(yīng)用[J].山東冶金, 2011(3):79-80.

[2] 蔡宣全,潘東,李晨.非煤礦山機(jī)械設(shè)備大型化與智能化發(fā)展趨勢(shì)研究[J].安全與健康, 2012(2):41-42.

[3] 劉永強(qiáng),張棟.潤滑技術(shù)的新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[J].潤滑與密封, 2003(4):106-107.

[4] 欒斌,張明,程憲春.潤滑技術(shù)及發(fā)展[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào), 2003(1):64-65.

[5] 杜德軍.合理潤滑技術(shù)在礦山機(jī)械維修中的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械, 2012(3):109-110。