摘要: 簡單介紹了設備故障及其診斷技術, 分析了油液監(jiān)測與設備故障診斷的關系,探討了油液監(jiān)測與診斷技術在煤礦的應用。 
    關鍵詞: 油液監(jiān)測; 設備故障診斷; 設備管理；顆粒度分析；油液污染物分析； 

    隨著機械設備日益向重載、高速、大型、自動化、多功能化與使用率化方向發(fā)展, 設備的維修成本和停機損失急劇增加, 因此對設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)提出了以預防為主、依靠設備狀態(tài)監(jiān)測來提高設備運行安全性和可靠性的新措施。 
    1 設備故障及其診斷技術概論 
    1.1 傳統(tǒng)的設備故障診斷技術簡介 
    傳統(tǒng)的設備診斷技術立足于已發(fā)生故障的設備的診斷, 通過分析設備的振動、溫升及潤滑油性質(zhì)等來尋找導致機械設備故障的原因。實際情況是, 當機械設備出現(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 設備發(fā)生故障的原因及故障分類 
    （1） 機械設備故障發(fā)生的原因十分復雜, 一般認為機械設備發(fā)生故障的主要原因包括設備因素, 如: 機械的設計缺陷、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, 很難預測。具體故障類型可歸納如下: 設備老化、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)恢復正常, 則預示機械系統(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備隱患具有直觀性, 易于實現(xiàn)。應當指出, 機械設備運轉(zhuǎn)參數(shù)的變化往往源于機械設備的內(nèi)部矛盾, 由于響應滯后, 根據(jù)機械設備運轉(zhuǎn)參數(shù)的變化并不一定能夠及時判斷機械設備的故障, 而很多機械故障具有潛伏期, 當出現(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備安裝傳感器實行設備運轉(zhuǎn)狀況在線監(jiān)測, 以便避免重大事故的發(fā)生。 
    1.4 機械設備故障維修  
    針對設備的不同故障形式, 可以采用不同的方法進行設備維修。主要的維修方式包括定期維修、后維修、預知維修。定期維修即預防維修,要求在設備運轉(zhuǎn)到規(guī)定的時間后, 不論設備狀況如何, 均進行規(guī)定內(nèi)容的檢修和修理, 以便消除設備隱患。該方法在煤礦綜采設備修理應用極為普遍, 它要求定期維修和更換, 成本較高。后維修是在故障發(fā)生后進行的維修, 當因未及時發(fā)現(xiàn)和處置局部故障而引發(fā)一系列故障時, 則必須進行后維修, 其成本較高且影響正常生產(chǎn)。預知維修立足于運轉(zhuǎn)設備的狀況監(jiān)測, 在預知某部位可能發(fā)生故障時, 通過及時進行針對性的維修而消除故障隱患, 故預知維修是的維修方法。 
    2 油液監(jiān)測與設備故障診斷技術 
    幾乎所有機械設備都離不開潤滑, 而設備故障與潤滑失效密切相關, 雖然潤滑油可能僅占設備全部運轉(zhuǎn)費用的0.5%～1.5%, 但40%以上的機械設備故障是因為潤滑油使用不當或潤滑油質(zhì)量不合格。所以必須大力推廣應用高性能潤滑油, 以延長設備換油期, 減少設備故障, 節(jié)省維修費用, 提高設備使用壽命。可以將源于潤滑油的設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變化。必須定期監(jiān)測設備用油的理化指標和潤滑油的摩擦學性能, 以便及時采取預防措施, 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), 及時準確地監(jiān)測設備的工作情況。就油液監(jiān)測與診斷, 其主要內(nèi)容包括潤滑油物理化學性能指標變化、潤滑油運轉(zhuǎn)參數(shù)如油壓的變化、潤滑油摩擦學性能的變化。首先, 油液監(jiān)測是摩擦學系統(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)、油品性能指標和摩擦學性能測試分析等。由于大量機械設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行監(jiān)測, 有利于及時消除設備的故障隱患, 延長設備的大修周期。其次, 早期油液監(jiān)測以監(jiān)測診斷設備的磨損故障為目的, 其技術方法以鐵譜技術為代表, 但鐵譜技術往往用于發(fā)生事故后的油液診斷。目前油液分析技術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)測技術將潤滑油和機械備視作統(tǒng)一的整體, 強調(diào)從摩擦學角度出發(fā)考察潤滑失效和設備故障。而通過分析潤滑油的理化指標和摩擦學性能指標可以準確預測設備發(fā)生磨損故障的發(fā)展趨勢。 
    從油液監(jiān)測出發(fā)進行機械設備故障診斷, 能夠較為準確地預測故障的原因及部位, 更全面地監(jiān)測設備的運轉(zhuǎn)情況, 并能利用早期預報及時發(fā)現(xiàn)和排除設備的故障隱患, 減少損失。經(jīng)過十幾年的發(fā)展, 油液監(jiān)測技術已成為摩擦學監(jiān)測和故障診斷的重要技術方法。目前, 國內(nèi)在油液監(jiān)測方面仍存在認識及實踐的誤區(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, 僅對用油量大的設備進行監(jiān)測等。實際上油液監(jiān)測技術是一門涉及摩擦學和其他多學科交叉的綜合應用技術, 作為涵蓋設備當前潤滑與磨損狀態(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, 恰當?shù)剡x用不同的監(jiān)測方法, 以的方式達到*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, 通過對潤滑油系統(tǒng)進行分析, 進而指導設備維修和保養(yǎng)。由于設備運轉(zhuǎn)過程中磨損表面磨屑進入潤滑油中, 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, 異常振動是設備故障的先兆, 而對磨屑進行分析可以獲取機械內(nèi)部的相關信息。將潤滑油物理化學測試與潤滑油中的磨屑分析相結(jié)合, 有助于進行機械診斷和預防綜合分析。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。應當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5%, 光譜分析結(jié)果潤滑油中鐵、銅、硅嚴重超標, 鐵譜監(jiān)測顯示結(jié)果異常, 拆機檢查發(fā)現(xiàn)蝸輪磨損嚴重。而實際上, 僅從油中雜質(zhì)含量超標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管后, 可自動進行清洗、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變化, 并確定各種污染物成分, 可用于檢測水、積炭、化學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)測與診斷技術在煤礦的應用 
    作為煤礦企業(yè)機, 械設備使用條件惡劣, 機械設備損壞嚴重, 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確及時的數(shù)據(jù)。硬件設施除需配備發(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), 將主要設備如采煤機、運輸機、主通風機、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導, 以便相應采取措施; 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), 提高判斷問題的準確性和科學性。 
    （2） 應當具有符合規(guī)范標準要求, 保證測試結(jié)果足夠準確的檢測能力, 考慮到經(jīng)濟性, 以zui少的檢測項目達到*監(jiān)測效果; 對于具有國家標準以及ISO 和ASTM等標準的檢測方法, 應嚴格按照標準方法進行檢測, 以保證監(jiān)測診斷結(jié)論的合理性及公正性。
    （3） 應當建立具有豐富經(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,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)人員的技術價值。