摘要: 簡單介紹了設(shè)備故障及其診斷技術(shù), 分析了油液監(jiān)測與設(shè)備故障診斷的關(guān)系,探討了油液監(jiān)測與診斷技術(shù)在煤礦的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 油液監(jiān)測; 設(shè)備故障診斷; 設(shè)備管理；顆粒度分析；油液污染物分析；
隨著機械設(shè)備日益向重載、高速、大型、自動化、多功能化與使用率化方向發(fā)展, 設(shè)備的維修成本和停機損失急劇增加, 因此對設(shè)備運行的可靠性和經(jīng)濟性的要求日益苛刻, 這使眾多企業(yè)提出了以預(yù)防為主、依靠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測來提高設(shè)備運行安全性和可靠性的新措施。
1 設(shè)備故障及其診斷技術(shù)概論
1.1 傳統(tǒng)的設(shè)備故障診斷技術(shù)簡介
傳統(tǒng)的設(shè)備診斷技術(shù)立足于已發(fā)生故障的設(shè)備的診斷, 通過分析設(shè)備的振動、溫升及潤滑油性質(zhì)等來尋找導(dǎo)致機械設(shè)備故障的原因。實際情況是, 當(dāng)機械設(shè)備出現(xiàn)振動、溫升或異常磨損時, 必然伴隨局部故障,盡管此時還沒有引起機械設(shè)備停車, 但若操作者不采取任何措施, 將不可避免引發(fā)事故。
1.2 設(shè)備發(fā)生故障的原因及故障分類
（1） 機械設(shè)備故障發(fā)生的原因十分復(fù)雜, 一般認(rèn)為機械設(shè)備發(fā)生故障的主要原因包括設(shè)備因素, 如: 機械的設(shè)計缺陷、零部件的質(zhì)量缺陷或潤滑油的質(zhì)量問題等, 還有人為因素, 如違規(guī)操作等。
（2） 機械設(shè)備故障大致可分為系統(tǒng)性故障和隨機性故障兩類。系統(tǒng)故障指設(shè)備或某些部件在運行中不斷老化, 直到出現(xiàn)故障; 隨機故障多為突發(fā)性故障, 無明顯征兆, 很難預(yù)測。具體故障類型可歸納如下: 設(shè)備老化、環(huán)境條件惡化、操作失誤。
1.3 從機械角度分析診斷設(shè)備的故障
從機械角度分析診斷事故發(fā)生概率及原因時, 主要可通過觀察機械設(shè)備運行參數(shù), 如轉(zhuǎn)速、各部分溫度、輸入輸出電流和電壓等來判斷參數(shù)是否超出正常使用范圍, 如果通過調(diào)節(jié)不能使參數(shù)恢復(fù)正常, 則預(yù)示機械系統(tǒng)可能出現(xiàn)了故障。此外平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的機械若突然產(chǎn)生異常振動和噪聲, 則顯示機械系統(tǒng)已發(fā)生局部故障, 從機械角度觀察和排除設(shè)備隱患具有直觀性, 易于實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)指出, 機械設(shè)備運轉(zhuǎn)參數(shù)的變化往往源于機械設(shè)備的內(nèi)部矛盾, 由于響應(yīng)滯后, 根據(jù)機械設(shè)備運轉(zhuǎn)參數(shù)的變化并不一定能夠及時判斷機械設(shè)備的故障, 而很多機械故障具有潛伏期, 當(dāng)出現(xiàn)噪聲、振動和溫度異常時, 故障早已發(fā)生。為此, 有必要對一些重要設(shè)備安裝傳感器實行設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況在線監(jiān)測, 以便避免重大事故的發(fā)生。
1.4 機械設(shè)備故障維修
針對設(shè)備的不同故障形式, 可以采用不同的方法進(jìn)行設(shè)備維修。主要的維修方式包括定期維修、后維修、預(yù)知維修。定期維修即預(yù)防維修,要求在設(shè)備運轉(zhuǎn)到規(guī)定的時間后, 不論設(shè)備狀況如何, 均進(jìn)行規(guī)定內(nèi)容的檢修和修理, 以便消除設(shè)備隱患。該方法在煤礦綜采設(shè)備修理應(yīng)用極為普遍, 它要求定期維修和更換, 成本較高。后維修是在故障發(fā)生后進(jìn)行的維修, 當(dāng)因未及時發(fā)現(xiàn)和處置局部故障而引發(fā)一系列故障時, 則必須進(jìn)行后維修, 其成本較高且影響正常生產(chǎn)。預(yù)知維修立足于運轉(zhuǎn)設(shè)備的狀況監(jiān)測, 在預(yù)知某部位可能發(fā)生故障時, 通過及時進(jìn)行針對性的維修而消除故障隱患, 故預(yù)知維修是的維修方法。
2 油液監(jiān)測與設(shè)備故障診斷技術(shù)
幾乎所有機械設(shè)備都離不開潤滑, 而設(shè)備故障與潤滑失效密切相關(guān), 雖然潤滑油可能僅占設(shè)備全部運轉(zhuǎn)費用的0.5%～1.5%, 但40%以上的機械設(shè)備故障是因為潤滑油使用不當(dāng)或潤滑油質(zhì)量不合格。所以必須大力推廣應(yīng)用高性能潤滑油, 以延長設(shè)備換油期, 減少設(shè)備故障, 節(jié)省維修費用, 提高設(shè)備使用壽命?？梢詫⒃从跐櫥偷脑O(shè)備故障歸于兩個方面: 即潤滑油本身的質(zhì)量問題和潤滑油在使用過程中性能指標(biāo)變化。必須定期監(jiān)測設(shè)備用油的理化指標(biāo)和潤滑油的摩擦學(xué)性能, 以便及時采取預(yù)防措施, 避免不必要的損失。
通過分析潤滑油性能參數(shù)的變化可以間接了解機械主要部位的工作狀態(tài), 及時準(zhǔn)確地監(jiān)測設(shè)備的工作情況。就油液監(jiān)測與診斷, 其主要內(nèi)容包括潤滑油物理化學(xué)性能指標(biāo)變化、潤滑油運轉(zhuǎn)參數(shù)如油壓的變化、潤滑油摩擦學(xué)性能的變化。首先, 油液監(jiān)測是摩擦學(xué)系統(tǒng)監(jiān)測過程, 監(jiān)測內(nèi)容主要包括油品自身劣化、油品污染、金屬磨損顆粒和摩擦學(xué)等4 個方面。監(jiān)測手段主要包括油品紅外光譜分析、顆粒計數(shù)、油品性能指標(biāo)和摩擦學(xué)性能測試分析等。由于大量機械設(shè)備的故障起因于潤滑不良, 因此通過對油品自身劣化和污染進(jìn)行監(jiān)測, 有利于及時消除設(shè)備的故障隱患, 延長設(shè)備的大修周期。其次, 早期油液監(jiān)測以監(jiān)測診斷設(shè)備的磨損故障為目的, 其技術(shù)方法以鐵譜技術(shù)為代表, 但鐵譜技術(shù)往往用于發(fā)生事故后的油液診斷。目前油液分析技術(shù)已從早期的油樣分析和磨屑逐步過渡到現(xiàn)代在線油液監(jiān)測。現(xiàn)代在線油液監(jiān)測技術(shù)將潤滑油和機械備視作統(tǒng)一的整體, 強調(diào)從摩擦學(xué)角度出發(fā)考察潤滑失效和設(shè)備故障。而通過分析潤滑油的理化指標(biāo)和摩擦學(xué)性能指標(biāo)可以準(zhǔn)確預(yù)測設(shè)備發(fā)生磨損故障的發(fā)展趨勢。
從油液監(jiān)測出發(fā)進(jìn)行機械設(shè)備故障診斷, 能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測故障的原因及部位, 更全面地監(jiān)測設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況, 并能利用早期預(yù)報及時發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備的故障隱患, 減少損失。經(jīng)過十幾年的發(fā)展, 油液監(jiān)測技術(shù)已成為摩擦學(xué)監(jiān)測和故障診斷的重要技術(shù)方法。目前, 國內(nèi)在油液監(jiān)測方面仍存在認(rèn)識及實踐的誤區(qū), 如將油液監(jiān)測簡單地等同于油品質(zhì)量常規(guī)檢測、用鐵譜或光譜, 鐵譜聯(lián)用等單一的手段取代油液狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、忽略常規(guī)監(jiān)測和油質(zhì)分析, 僅對用油量大的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測等。實際上油液監(jiān)測技術(shù)是一門涉及摩擦學(xué)和其他多學(xué)科交叉的綜合應(yīng)用技術(shù), 作為涵蓋設(shè)備當(dāng)前潤滑與磨損狀態(tài)的完整監(jiān)測系統(tǒng), 其核心在于根據(jù)監(jiān)測對象的結(jié)構(gòu)特征與監(jiān)測目標(biāo), 恰當(dāng)?shù)剡x用不同的監(jiān)測方法, 以的方式達(dá)到*的監(jiān)測效果。油液監(jiān)測十分強調(diào)生產(chǎn)實踐和經(jīng)驗的積累,這有助于提高診斷的準(zhǔn)確性。
目前, 的工業(yè)摩擦磨損診斷方法以潤滑油診斷為基礎(chǔ), 通過對潤滑油系統(tǒng)進(jìn)行分析, 進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)備維修和保養(yǎng)。由于設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中磨損表面磨屑進(jìn)入潤滑油中, 因此通過分析潤滑油的性質(zhì)可以判斷機械的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在某些場合, 異常振動是設(shè)備故障的先兆, 而對磨屑進(jìn)行分析可以獲取機械內(nèi)部的相關(guān)信息。將潤滑油物理化學(xué)測試與潤滑油中的磨屑分析相結(jié)合, 有助于進(jìn)行機械診斷和預(yù)防綜合分析。而磨屑監(jiān)測利用分析磨屑形貌和組成來判斷系統(tǒng)是否鄰近或達(dá)到故障狀態(tài)。常用的磨屑檢測方法主要包括原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、X 射線熒光光譜法、鐵粉記錄法以及電磁鐵和磁屑檢測方法。應(yīng)當(dāng)注意的是磨屑作為事后診斷僅能在一定程度上起故障診斷作用。以蝸輪蝸桿箱潤滑油下的蝸輪磨損監(jiān)測為例, 磨屑分析結(jié)果表明潤滑油的機械雜質(zhì)含量高達(dá)5%, 光譜分析結(jié)果潤滑油中鐵、銅、硅嚴(yán)重超標(biāo), 鐵譜監(jiān)測顯示結(jié)果異常, 拆機檢查發(fā)現(xiàn)蝸輪磨損嚴(yán)重。而實際上, 僅從油中雜質(zhì)含量超標(biāo)或光譜分析中的鐵等金屬元素濃度異常即可判斷拆機檢查。幾種常用的工業(yè)摩擦磨損自動監(jiān)測設(shè)備如下: 自動黏度測量計, 如振蕩黏度測量儀;Houillon 黏度計等樣品吸入毛細(xì)管后, 可自動進(jìn)行清洗、采集、記錄并完成報告, 測量過程僅需5 min, 并可在40 ℃～100 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫測量。傅立葉紅外光譜儀, 根據(jù)新油與舊油的紅外光譜差異可以確定舊油的化學(xué)變化, 并確定各種污染物成分, 可用于檢測水、積炭、化學(xué)組成以及由氧化引起的潤滑油變質(zhì)。發(fā)射光譜儀主要用于測量金屬磨損、污染元素和添加劑, 可以同時測定磷、硼、鋅、鎂、鐵等20 多種元素, 為及時準(zhǔn)確地評定潤滑油質(zhì)量、判斷潤滑油使用性能提供依據(jù)。
3 油液監(jiān)測與診斷技術(shù)在煤礦的應(yīng)用
作為煤礦企業(yè)機, 械設(shè)備使用條件惡劣, 機械設(shè)備損壞嚴(yán)重, 影響到正常生產(chǎn)與安全, 有必要建立完善的監(jiān)測體系以提高設(shè)備完好率, 減少不必要的投入。特別有時監(jiān)測不到位, 小事故釀成大事故, 損失巨大。煤礦企業(yè)建立油液監(jiān)測體系應(yīng)做好以下3 項工作:
（1） 配備品質(zhì)精良、功能齊全的各類油品檢查儀器設(shè)備, 具備檢測項目多、數(shù)量大、速度快等特點, 為快速判斷故障提供準(zhǔn)確及時的數(shù)據(jù)。硬件設(shè)施除需配備發(fā)射光譜、紅外光譜、鐵譜、顆粒計數(shù)等磨損污染顆粒監(jiān)測儀器外, 還需配備黏度、閃點、水分、總酸值、總堿值、傾點、泡沫、不溶物、機械雜質(zhì)等10 種常規(guī)油品檢測手段。軟件方面: *, 建立實驗室及監(jiān)測數(shù)據(jù)局域網(wǎng), 將主要設(shè)備如采煤機、運輸機、主通風(fēng)機、空壓機等監(jiān)測數(shù)據(jù)及油品檢測數(shù)據(jù)傳輸給機電科及礦主要領(lǐng)導(dǎo), 以便相應(yīng)采取措施; 第二, 建立功能齊全的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和報告生成系統(tǒng), 生成各種格式的油液監(jiān)測報告; 第三, 建立基于專家知識的計算機智能診斷系統(tǒng), 提高判斷問題的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。
（2） 應(yīng)當(dāng)具有符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求, 保證測試結(jié)果足夠準(zhǔn)確的檢測能力, 考慮到經(jīng)濟性, 以zui少的檢測項目達(dá)到*監(jiān)測效果; 對于具有國家標(biāo)準(zhǔn)以及ISO 和ASTM等標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法, 應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行檢測, 以保證監(jiān)測診斷結(jié)論的合理性及公正性。
（3） 應(yīng)當(dāng)建立具有豐富經(jīng)驗積累的高素質(zhì)、高水平的專家型油品監(jiān)測技術(shù)隊伍。通過與高等院校和科研院所合作, 培養(yǎng)具有扎實理論基礎(chǔ),同時具有在油液監(jiān)測和診斷實際經(jīng)驗的監(jiān)測人員, 并在解決實際問題的過程中不斷發(fā)揮專業(yè)人員的技術(shù)價值。
