引言

在21世纪，新型的自动润滑分配器具备智能控制能力，能够根据设备的温度和压力动态调节油脂的供应量，从而大大提高了润滑的精确性和效率。自动润滑系统相较于传统的人工润滑方式，智能分配器能够实时监测设备的运行状态，按照实际需求进行油脂供给。现代润滑系统不仅能进行油脂分配，还能进行故障查询，及时发现并排除问题，提升设备的可靠性。采用这种自动润滑技术，有效降低了润滑材料的浪费，减少了对周围环境的影响，有助于资源的可持续利用。

本文提出了一种机电结合的润滑脂分配系统方案，选用具有良好绝缘、防腐和密封性能的润滑剂。优化了润滑泵的选型，确保能够稳定高效地进行润滑操作，选用AS5048a磁传感器，能够实时反馈润滑系统的运作状态，为控制器提供必要的数据支持，润滑系统控制器的硬件电路采用STM32F103VBT6作为主控芯片。

1、自动润滑系统的设计

传统润滑系统中使用的分配器存在成本高、结构复杂，以及润滑脂分配效率低的问题。这些不足之处限制了自动润滑系统的普及和应用。为了克服传统系统的缺陷，提出机电结合方式来取代分配器。这种方式可以提升润滑剂的分配效率，并简化系统结构。新设计的自动润滑系统包括两个主要部分：

（1）执行部分：负责实际的润滑油或润滑脂的输送和分配。该部分可以采用电子控制的泵和喷嘴，确保润滑剂能够被精确送达每一个需要润滑的部位。

（2）控制部分：负责系统的监控与调节。该部分可以集成传感器和控制器，通过实时反馈调整润滑剂的供给量和时间，确保在不同工作条件下依然保持良好的润滑效果，如图1所示：

图1自动润滑系统方案

自动润滑系统在工程机械中的应用，旨在提高各关节润滑点的润滑效率和准确性。润滑系统控制器负责执行预设的润滑策略，控制润滑过程。上位机对润滑系统的关键数据进行显示与保存，以及进行润滑参数的设置。

2、润滑自控系统控制器的硬件设计

（1）硬件系统组成：润滑泵驱动电路控制润滑泵的启停和运行状态，调节润滑剂的输出量。选择合适的功率MOSFET或继电器来驱动润滑泵。设计PWM调制电路，以控制润滑泵的运行速度，CAN通信电实现控制器与其他设备（如上位机、传感器等）之间的数据通信。

（2）4V车载电源功能：为整个控制器供电，提供稳定的工作电压。设计要点：设计稳压电源模块，将车载24V电源稳压为控制器所需的工作电压（如5V、12V等）。

（3）系统集成与可靠性集成设计：为确保各个电路可以在同一PCB板上进行集成，减少信号干扰。增加过温、过压及短路保护。

（4）测试与调试功能测试：在实际环境中进行系统的功能测试，验证各个电路的工作状态。对于采集精度、信号稳定性及通信速率等进行调整，确保系统在各种工况下稳定运行。润滑系统控制器硬件系统不仅能有效执行自动润滑功能，还能确保其在不同工作环境下的可靠性和稳定性。

2.1 硬件总体设计

根据提供的整体框架描述，可以为您总结关键模块及其功能，如下所示：整体电路框架：

（1）基本电路：电源电路的功能是将24V车载电源转换为各模块所需的不同电压，以确保系统稳定运行。

（2）功能电路：电机驱动模块实现对电机位置的精准控制，以完成润滑脂的分配。润滑泵驱动模块控制润滑泵的启停，负责润滑脂的输送。压力数据采集模块实时采集润滑系统中的压力数据，用于故障检测和监控。磁传感器模块功能是采集电机位置的相关信息，以确保控制的精确性。CAN通讯模块实现与上位机（通常是一台计算机或控制器）的通讯，负责采集和保存润滑系统的关键数据。

整体框架图2，通过这一系列的基本电路和功能电路，确保了润滑系统的高效和稳定运行。这种模块化设计不仅便于调试和维护，还能适应未来的扩展和升级。

图2 系统硬件架构图

2.2 多点润滑机构设计

递进式分配器的工作过程可以概括如下：

初始状态：所有柱塞处于左侧的初始位置。润滑油脂的进入：润滑剂通过进油口进入分配器，进入柱塞 A 的左侧。柱塞运动：在压力作用下，柱塞 A 被推动向右移动至极限位置，此时润滑脂通过通道 2 进入出油口 C1 排出。依次推动其他柱塞：润滑剂进一步流动，使柱塞 B 向右移动，同样打开出油口 A2 进行油脂排放。这一过程依次进行，柱塞 C 也会被推动。分配顺序与量的计算：每个出口的油脂量是由柱塞的面积与行程结合来决定的，运作完成一个周期后，所有柱塞将再次回到左侧初始位置。反向过程：在所有柱塞移动到左边极限位置后，润滑剂推动柱塞 A 向左移动，并通过出油口 C2 排出油脂。然后 B、 C 等柱塞依次也向右移动排出油脂。 尽管递进式分配器的设计确保了油脂的顺序分配，但其内部结构较为复杂，导致系统的压力损失较大，并且分配顺序与油脂量固定，无法灵活调整。因此，针对这一缺陷，研究提出了一种多点润滑机构，旨在替代传统的分配器。

这项新设计通过优化设计减少内部复杂结构，降低了制造和维护成本。灵活配置：系统支持自由配置润滑脂的分配顺序和各出口的油脂量，更能适应不同的应用需求。在更高的灵活性下，保障润滑效果的前提。这种新型多点润滑机构有望提高润滑系统的效率和灵活性，为工业应用带来更好的解决方案。

图3 分配器各出口的润滑油脂分配图

本文采用机电结合的思想进行多点润滑机构的设计，旨在取代传统的分配器，用以完成润滑脂的分配。润滑分配组件与电机输出轴通过联轴器连接，电机在运行过程中，带动润滑分配组件的中心旋转，实现润滑脂的分配。电机组件通过连接板固定在机构的底座上，以确保其稳定性。电机下的输出轴上安装有磁钢，这一设计可与角位置传感器共同使用，精确检测电机的角位置信息，从而实现对电机的闭环控制。控制器组件嵌入多点润滑机构内部，负责电机的控制、润滑泵的启停管理，以及与上位机的通信，确保整个系统的协调运作。多点润滑机构的剖面图与三维图展示了该设计的结构和各组成部分的相对位置关系（请参考图4）。通过上述设计，多点润滑机构将传统润滑系统中的分配器替换为集成化的机电控制方案，不仅简化了结构，还提高了自动化水平，为机械设备的润滑管理提供了便捷高效的解决方案。

图4 多点润滑机构剖图与三维图

3工程机械自动润滑系统的软件设计

3.1软件设计框架

软件框架的示意图（参考图5），展示了各模块之间的关系和数据流动方式。通过模块化设计，润滑系统的软件架构不但提高了系统的可维护性和可扩展性，还增强了各个功能模块的独立性，有助于在出现故障时快速定位问题，从而保障整体润滑系统的稳定性和可靠性。

图5润滑系统总体系统框图

3.2润滑系统主程序设计

润滑控制系统在上电后，按照以下流程执行主程序，以确保系统的正常运行与故障处理。

（1）上电初始化：系统上电后，首先对主控芯片的时钟资源进行配置，确保芯片及片上外设工作在正常的时钟频率。本系统选用8 MHz的高速外部时钟，并将系统时钟配置为72 MHz，以满足系统对时钟速度的要求。

（2）外设资源初始化：完成时钟配置后，程序跳转到主程序的main函数，开始一系列外设的初始化，包括：CAN （控制器局域网络）、SPI （串行外设接口）、PWM （脉宽调制）、ADC （模数转换器）、FLASH （闪存）。此外，还需进行系统延时、内存等软件初始化。

（3）读取环境变量。初始化成功后，系统会读取芯片内部FLASH上的环境变量，这些变量通常包括：电机零位置角度、润滑间隔常数。通过这些参数，润滑系统能够依据具体需求进行调整。

（4）中断配置：接下来进行中断配置，开启中断。配置后，当中断条件满足时，程序会跳转执行各自的中断处理函数，确保系统实时响应各种事件。

（5）故障检测：在程序的最后，系统进入一个死循环，持续判断是否发生故障。若检测到故障，则立刻进行故障检测与处理，以保障系统的稳定性和安全性。

图6 主程序的整体框架流程

3.3直流电机驱动设计

SPI总线是一种环回总线，主机通过 MOSI 发送数据，下一个传输周期再从 MISO 引脚接收从设备的响应。基于这一数据传输特性，主机可通过 SPI_ReadWrite 函数实现对连接在 SPI 总线上的从设备的读写操作。该函数的参数包括读写类型 Type 和读写数据 Data。通过调用驱动程序，角度读取函数可以访问芯片角度寄存器，以获取磁钢角度信息。此函数将在定时器 TIM4 的中断处理函数中被调用，确保磁传感器以10ms的频率进行采样，满足电机控制的需求。

3.4电机角位置控制程序

控制原理的框图如图7所示。PID 控制的调节目标是通过不断调整电机的控制信号，使电机输出与设定目标一致，进而实现精确的角位置控制。

图7  PID 控制原理图

 3.5润滑策略

润滑策略是为了确保挖掘机的关节部位能够得到有效和持续的润滑，从而保证设备的正常运行和延长其使用寿命。润滑策略的实施过程中，可以采用分层分离的设计理念。这样做的目的是将润滑需求的管理与润滑执行动作的操作相分离，使得系统更具灵活性和可维护性。润滑需求全局链表是在系统中维护的一个数据结构，能够集中管理所有的润滑需求。

各个润滑策略可以根据设备的实时状态，向该链表中添加相应的润滑需求。润滑动作函数会定时从润滑需求全局链表中取出待润滑的关节点。该函数根据优先级或时间间隔，确保每个润滑点都能按需获得润滑，避免遗漏或过度润滑。

图8 自动润滑策略图

结束语

综上所述，润滑管理作为设备管理的重要组成部分，其有效方法不仅提升了设备运行效果，也为生产企业带来了显著价值。值得在更广泛的行业中进行推广和实施，以推动整体生产效率的提高。

参考文献

[1]李祥亮.合理润滑技术在矿山机械维修中的应用思路构建[J].中国金属通报,2019(12):66-67.

[2]胡斌.设备润滑管理模式探索[J].设备管理与维修,2019(24):10-11.

[3]王相淋.矿山机械维修中合理润滑技术的研究[J].世界有色金属,2019(16):294-295.

[4]陈斌辉.轨道式集装箱龙门起重机自动润滑技术[J].港口装卸,2019(04):15-16.

[5]刘明铭.合理润滑技术在矿山机械维修中的应用探究[J].现代制造技术与装备,2019(02):149-150