在用润滑油铁谱 分析技术在煤矿设备故障诊断中的应用

吴鹏龙

摘要:随着现代化采煤机械设备被应用到神东煤炭集团各矿井使用的大部分设备是在高转速重载荷下运行，内部零部件非常容易磨损，严重时可能造成设备故障，引发安全事故。为避免事故发生，就需要对运行设备中的油液进行监测，以便随时掌握设备状态，做出合理的预防性检修计划，由被动的维修转化为主动的监管。本文主要讨论在用润滑油分析的检测技术及检测手段以及在各矿采煤设备故障诊断中的作用。

关键词:油液检测；主动维修；铁谱分析

1.引言

随着科技的发展，各项先进的生产技术应用到煤矿生产中，对提高煤矿生产的效率有很大的帮助，那么在各种机械设备运行的过程中，如何保障其能够采煤设备安全稳定的运行，是煤矿生产面临的重要问题。油液监测分析对于综采设备的运行可以进行有效的监测，以便随时掌握设备状态，为避免事故发生，就需要对运行设备中的油液进行监测，做出合理的预防性检修计划，由被动的维修转化为主动的监管。

2.油液检测技术概述

铁谱技术的原理是利用高梯度的强磁场将机械润滑剂或流体工作介质中所含有产生于磨损或其他机理的磨粒产物按其粒度大小依序分离出来，并通过对磨粒的形态、大小、成分以及粒度分布等定性和定量观测，获得有骨干摩擦副和润滑系统等工作状态的重要信息，从而为实施预防性或预知性维修提供参考数据，降低设备磨损和故障，延长设备寿命。

从20世纪70年代到现在， 铁谱技术之所以能得到很快的发展，是因为它具有其他机械磨损检测技术所不具备的独特优势，在诸多机械磨损检测技术中，只有利用铁谱技术才能按磨粒大小依序沉积和排列并实现直接观察机械磨损产物。无论从磨屑的单体特征——如形状、大小、成分，表面纹理等；还是磨粒的群体特性——如总量、粒度分布等，都带有有关机械摩擦副和润滑系统状态的丰富信息。同时，而且这类信息的获取，不需要通过传统的拆卸方式。并且能够为预防性维修和预知性维修提供可靠依据。铁谱技术中最重要的是对不同类型的磨损颗粒进行识别，进而判断磨损的机理，对磨损失效提出早期预报，采取相应的措施。

油液分析技术是通过检测和分析运行设备中润滑油的代表性样品，从宏观或微观方面获得油中污染和变质产物的物态特征，从而了解油品性能指标变化，确定设备润滑与磨损的状态和在设备不停机或者不进行拆解维修的情况下查找故障发生机制。它可以定性定量地描述设备的磨损状态，确定油品的劣化程度，找出诱发隐患，评价设备的使用状况并预测故障，确定故障部位、类型和原因。为设备运行管理和维修提供科学合理的指导依据，有效的预防设备重大事故发生，降低煤矿生产成本，提高企业的经济效益。

3.油铁谱分析技术

3.1油液铁谱检测现状

铁谱相关理论趋于成熟、技术快速发展，用于商用的分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、旋转式铁谱仪、在线式铁谱仪、气动式铁谱仪、电磁式铁谱仪已经广泛用于各类工况的机械设备状态监测，同时也促进了摩擦学基础研究的发展，其作用与重要性已得到普遍的认同。铁谱检测是目前煤矿企业中使用最为广泛的一种油液检测方法，主要应用到的设备是铁谱仪。在机械高速运转的过程中，会产生一定的磨损，通过对磨损颗粒进行监测，就可以充分的了解到机械的磨损状况，从而进行有针对性的维修。在高梯度磁场的作用下，将摩擦副中产生的颗粒从润滑油中分离出来，按照一定的方法制成谱片，然后通过铁谱显微镜和相关软件对其进行定性和定量的分析。这种监测方法的效率比较高，所以在煤炭行业中应用的比较广泛，通常使用旋转式铁谱仪。我们对各矿周期在用油检测就采取旋转式铁谱仪进行制谱，然后借助铁谱显微镜进行分析。

3.2铁谱分析仪器的优点

直读式铁谱仪主要用来直接测定油样中磨屑浓度和寸分布,只能做定量分析,但是比分析式铁谱仪的定量分析更准确,检测过程更简草、迅速,仪暴成本更低康。目前在工厂、基地、港口船舶等方面得到广泛应用。

分析式铁谱仪操作极药氯杂,而且微量录在泵油过程中,磨可能受到碾压和抛光敌应,狄变了其原始形貌,另外,当大磨粒餐多时,制谱中幡片入口处已产生重叠現,从而影响了铁谱的定量分析。为了克服分析式铁谱仪的上述缺点旋转式铁谱仪应运而生了旋转式铁谱仪的基本原理是把从机械设备中采集到的油样一滴一滴地滴到磁台中心处,由于离心力作用,油滴向四周流散,油样中的磨糍在环形的高梯度磁场作用下以间心间的形式沉积在玻璃基片上,制成铁谱仪。

3.3油液铁谱检测方法应用

旋转式铁谱仪的方法原理：旋转式铁谱仪主要由圆柱形永久磁铁，传动装置、试样输送定位装置和控制部件等组成。它的工作原理是：用定量移液器将油样滴入固定在磁场上方的正方形基片中心，磁铁和基片在电机带动下一起旋转。油样中的磨粒物质在离心力、磁场力、重力和液体粘滞阻力等合力的作用下，按其粒度不同在谱片上沉积成与环形结构磁场相对应的三个同心磨粒环，见图1和图2。

1—油样 2—铁谱片 3—磁铁 4—橡胶吸盘

图1 旋转式铁谱仪原理图

1—内环 2—中环 3—外环

图2 旋转式铁谱仪的铁谱片

磨损颗粒分析是通过对运行设备油液中固体颗粒的尺寸、类型、成分、含量等信息进行分析，了解设备的磨损部位、磨损原因，预测磨损的发展趋势。对磨损颗粒监测手段主要包括PQL铁屑指数和铁谱分析。

PQL铁屑指数通过检测在用油或润滑脂中铁磁性磨损金属颗粒的数量进行定性分析，且能够较为准确地判断油中磨损颗粒的浓度变化，推断设备的磨损量和磨损浓烈程度。可以与铁谱分析仪和光谱分析仪配合使用，提高故障检测率。

铁谱分析用以鉴别机械摩擦副在不同磨损状态下所产生的特征磨损颗粒。旋转式铁谱仪是把油液中的铁磁性颗粒在磁场作用下沉积到基片上，然后在铁谱显微镜下观察和测量，通过定性的分析磨粒尺寸大小、形态特征、颜色、差异程度以及材质成分来判断设备零部件的磨损类型（如疲劳、剥落、腐蚀等）、部位和严重程度，分析磨损形成的机理。根据对不同尺寸磨粒相对含量的分析，预测出设备磨损的速度。

神东煤炭集团现使用PQL铁屑指数仪和旋转式铁谱仪来获得在用润滑油各项性能参数的变化，及时准确地监测设备的运行情况。油样到达后用PQL铁屑指数仪检测，将检测结果与前一次检测结果进行对比，对颗粒含量不超过10%的油样视为正常，超过10%的油样在旋转式铁谱仪中重新检测，制作谱片然后在透光反射偏光铁谱显微镜中进行观察分析。按照标准将油颗粒的磨损情况分为正常、轻微、异常和严重四个等级。正常等级下也会有磨损颗粒的产生但不影响设备使用，其内油液可以继续使用；轻微磨损等级无论浓度或粒度介于正常和异常等级之间，不更换油液，但需对所检设备部位温度和噪音的变化进行监测；异常等级表示设备出现了明显的异常磨损颗粒，颗粒在类型、浓度、及大小中存在一项或多项超标就达到了异常等级，它的出现会加剧设备磨损，影响设备的正常运行，需要立即进行油液更换并查找异常磨损的原因，换油后缩短取样周期，监护设备运行；严重等级代表此设备出现了严重的机械磨损和存在故障隐患，需要立即换油，查找并排除异常磨损的原因，并监护换油后的运行设备，缩短取样周期，如果再次检测的结果依然属于严重等级，则立即停机更换该部件，对替换下来部件进行拆解检测，查清原因。通过对油液中磨粒的分析，及时发现和排除设备的故障隐患,减少损失。

4.油液检测在采煤设备故障诊断中的应用

神东煤炭集团+某矿采煤机摇臂事故

事故经过：2013年3月30日，油液监测人员在对补连塔矿综采工作面设备油样的例行化验中，发现煤机左摇臂行星头油样严重乳化、且存在超过80μm的滚滑复合颗粒，视场浓度超过80%，且存在红色氧化物颗粒，摩擦聚合物、严重滑动颗粒和切削颗粒。立即通知矿方机电人员对该设备进行检查。矿方机电人员检查发现左摇臂行星头漏油，而且有异响，矿方立即向设备管理中心调剂部申请更换减速器。但矿里因客观原因未能及时更换，致使事故扩大化，导致减速器Ⅰ轴损坏。

事故原因分析：在油液监测报告显示异常的情况下，因客观原因，矿方未能及时更换减速器，导致减速器Ⅰ轴损坏。

点评：油液分析能够报告和预测的反映齿轮箱内部的异常磨损和可能出现的故障。严格按照油液分析报告进行换油或采取其他措施能够有效较低设备故障率，提高生产效率，延长设备寿命。

附图：

5结束语

神东矿区引进油液分析技术已有十几年的矿井实践应用，油液监测分析技术已逐步完善和成熟，设备故障率和故障时间都在逐年下降，真正的服务于我们的设备管理和维修工作中，从以前事后维修到现在的主动维修，有效的延长了设备的使用寿命，减少了煤矿生产安全事故的发生。油液监测技术在神东机电管理和故障诊断工作中的指导作用越来越重要，我们在监测技术方面还要不断的提升，不断利用先进的设备和技术为设备的安全稳定运行提供有利的基础，从而确保神东各矿井煤矿的安全生产。

参考文献：

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