周俊麗，張 馳

(神東煤炭集團(tuán)設(shè)備管理中心，陜西 神木 719315)

隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)與裝備的不斷發(fā)展，長臂采煤機(jī)、刮板運輸機(jī)等越來越多的采煤機(jī)械被使用到了煤炭工業(yè)中，而且采煤設(shè)備單產(chǎn)、掘進(jìn)量不斷增加，而針對這些設(shè)備的監(jiān)測與維修也成為一項重要的課題，由于高新技術(shù)不斷應(yīng)用于現(xiàn)代化采煤，新的裝備不斷增加，也要求我們不斷更新設(shè)備管理和維修思想，以適應(yīng)不斷增加的煤炭產(chǎn)量和更加復(fù)雜的開采條件［1］?，F(xiàn)代化的采煤設(shè)備就要求現(xiàn)代化的設(shè)備管理和維修手段。本文將設(shè)備監(jiān)測領(lǐng)域的油液分析技術(shù)與最新的維修思想(主動維修)結(jié)合，闡述基于油液分析的主動維修在綜采設(shè)備管理中的重要應(yīng)用。

主動維修也稱為主動性維修或預(yù)先維修，1992 年美國資深液壓系統(tǒng)設(shè)計專家E.C.Fitch 在其著作《Proactive Maintenance for Mechanical System》中詳細(xì)論述了主動維修的概念、原理和技術(shù)［2］。隨后在歐美國家中開始逐漸發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)已在世界范圍內(nèi)被廣泛接受并應(yīng)用，所謂主動維修就是針對可能引起裝備產(chǎn)生故障的“故障源”(Root Causes of Failure)而采取的維修和管理活動［3-5］。認(rèn)為通過對可能引起設(shè)備產(chǎn)生故障的“故障根源”進(jìn)行系統(tǒng)化的識別，在系統(tǒng)的性能和材料退化之前采取措施進(jìn)行維修，可以有效地減少系統(tǒng)的整體維修需求，延長系統(tǒng)的使用壽命。Fitch 的“主動性維修”認(rèn)為，在實際的維修工作中不但要重視零部件的損傷，還應(yīng)重視相關(guān)的介質(zhì)如油液等“條件性故障”。

油液監(jiān)測技術(shù)是通過分析被監(jiān)測機(jī)器的潤滑劑、液壓油、乳化油和乳化液等油品的理化性能和攜帶的磨損微粒的情況，利用光、電、磁學(xué)等手段，分析其理化指標(biāo)、監(jiān)測所攜帶的磨損和污染物顆粒，從而獲得機(jī)器的潤滑和磨粒狀態(tài)的信息，定性、定量地描述設(shè)備的磨損狀態(tài)，找出誘發(fā)隱患，評價機(jī)器的工況和預(yù)測故障，并確定故障部位、原因和類型［6-8］。油液監(jiān)測技術(shù)的這些特點為主動維修的實施提供了前提條件，通過對在用潤滑油、液壓油的理化性質(zhì)(運動黏度、水分、酸值、承載能力等)、鐵譜和光譜等特征的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潤滑存在的故障隱患，做出判斷，及早進(jìn)行主動維修。

機(jī)器設(shè)備油液分析在許多商業(yè)部門和軍事機(jī)構(gòu)中已經(jīng)非常普遍，當(dāng)前的努力方向是推動傳統(tǒng)油液分析概念和技術(shù)向?qū)崟r油液分析領(lǐng)域過渡。實時機(jī)器油液分析是非常重要的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控概念和維修工具，其對機(jī)器管理和油液使用的直接貢獻(xiàn)是:預(yù)報機(jī)器失效，減少機(jī)器停車，延長機(jī)器壽命;發(fā)揮油液潛力，優(yōu)化油液使用，降低油液消耗。現(xiàn)代機(jī)器油液分析實驗室以新油液、在用油液和更生油液的組成與性質(zhì)分析為基本任務(wù)，其終極目標(biāo)是建立數(shù)字化機(jī)器油液分析系統(tǒng)(硬件和軟件)或e -機(jī)器油液診斷與預(yù)報系統(tǒng)，包括:①建立快速、智能化機(jī)器油液分析儀器或分析系統(tǒng);②建立機(jī)器油液質(zhì)量規(guī)格體系，包括質(zhì)量控制規(guī)格和質(zhì)量識別規(guī)格;③建立機(jī)器油液分析信息提取和處理的智能化系統(tǒng);④建立機(jī)器油液分析信息接收、發(fā)送與管理的計算機(jī)管理與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。

1 油液監(jiān)測的主要技術(shù)手段

1.1 油液理化性質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測

設(shè)備潤滑狀態(tài)的好壞主要由油液的物理化學(xué)性能決定，因此設(shè)備油液監(jiān)測工作的一項重要工作內(nèi)容就是對設(shè)備用油的理化性質(zhì)進(jìn)行檢測，以判斷設(shè)備的潤滑狀態(tài)是否符合設(shè)備的使用要求。對工礦企業(yè)設(shè)備油液監(jiān)測有影響的油液理化性質(zhì)指標(biāo)包括運動黏度、水分、酸值、閃點、凝點(或傾點)、機(jī)械雜質(zhì)、抗乳化性、抗泡沫特性、抗磨性和極壓性等。

1.2 油液鐵譜監(jiān)測

在目前國內(nèi)大多工礦企業(yè)，鐵譜技術(shù)是被應(yīng)用最為廣泛的一種油液監(jiān)測技術(shù)。鐵譜技術(shù)的核心設(shè)備是鐵譜儀，它是利用高梯度磁場的作用將機(jī)器摩擦副中產(chǎn)生的磨損顆粒從潤滑油液中分離出來，并使其按照尺寸大小依次沉積在基片上而制成鐵譜片，然后置于鐵譜顯微鏡或掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，以獲得摩擦副磨損過程的各類信息，從而分析機(jī)器的磨損機(jī)理和判斷磨損的狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行預(yù)防性維修或采取相應(yīng)的措施。鐵譜分析具有較寬的磨粒尺寸檢測范圍和較高的檢測效率，能同時進(jìn)行磨粒的定性與定量分析，目前在煤炭行業(yè)使用較廣的是旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀［9］。本標(biāo)準(zhǔn)中使用的旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀主要有圓柱形永久磁鐵、傳動裝置、試樣輸送裝置和控制部件等組成。它的工作原理是:用定量移液器將油樣滴向固定在磁場上方的正方形基片中心，磁鐵和基片在電機(jī)帶動下一起旋轉(zhuǎn)。油樣中的磨粒物質(zhì)在離心力、磁場力、重力和液體粘滯阻力等合力的作用下，按其粒度不同在譜片上沉積成與環(huán)形結(jié)構(gòu)磁場相對應(yīng)的3 個同心磨粒環(huán)。

1.3 油液光譜檢測

光譜技術(shù)是最早應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷并獲得成功的油液監(jiān)測技術(shù)之一。原子發(fā)射光譜法(AES)是利用原子或離子在一定條件下受激而發(fā)射的特征光譜來研究物質(zhì)化學(xué)組成的分析方法。根據(jù)激發(fā)機(jī)理的不同，原子發(fā)射光譜有3 種類型:①原子的核外光學(xué)電子在受熱能和電能激發(fā)而發(fā)射的光譜，通常所稱的原子發(fā)射光譜法是指以電弧、電火花和電火焰(如ICP 等)為激發(fā)光源來得到原子光譜的分析方法。以化學(xué)火焰為激發(fā)光源來得到原子發(fā)射光譜的，專稱為火焰光度法。②原子核外光學(xué)電子受到光能激發(fā)而發(fā)射的光譜，稱為原子熒光(見原子熒光光譜分析)。③原子受到X 射線光子或其他微觀粒子激發(fā)使內(nèi)層電子電離而出現(xiàn)空穴，較外層的電子躍遷到空穴，同時產(chǎn)生次級X 射線即X 射線熒光(見X 射線熒光光譜分析)。目前，應(yīng)用于油液光譜分析的最先進(jìn)技術(shù)是等離子體發(fā)射光譜法，光譜技術(shù)既可以準(zhǔn)確地監(jiān)測設(shè)備潤滑系統(tǒng)中潤滑油所含磨損顆粒的成分及含量，也可以監(jiān)測潤滑油中抗氧化劑、抗磨劑等添加劑的狀況以及監(jiān)測潤滑油污染程度和衰變過程。目前，在工礦企業(yè)中通常使用等離子體原子發(fā)射光譜儀來進(jìn)行油液元素分析，使用紅外光譜儀來進(jìn)行添加劑、硫化物、氧化物和積炭等的檢測［10-11］。

1.4 顆粒計數(shù)

顆粒計數(shù)是評定油液中固體顆粒(包括機(jī)械磨損微粒)污染程度的一項重要計數(shù)，它的特點是把油樣中的顆粒進(jìn)行粒度測量，并按預(yù)選的粒度范圍進(jìn)行計數(shù)、從而得到有關(guān)顆粒粒度分布方面的信息，然后與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，獲得對油液污染度的評價［6］。

2 油液監(jiān)測體系的組織構(gòu)成

2.1 基于油液分析的數(shù)據(jù)來源主體

油液監(jiān)測實驗室作為油液分析的數(shù)據(jù)來源主體，承擔(dān)了監(jiān)測及分析職責(zé)，是監(jiān)測體系的根基。油液監(jiān)測項目采用國家標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，評判依據(jù)工礦企業(yè)的特點，分別針對鐵譜分析等級及理化指標(biāo)制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合污染度及光譜分析結(jié)果，出具綜合結(jié)論，全面反映設(shè)備磨損狀況及油液品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)并消除故障的根本原因，延長設(shè)備、零部件和油品的壽命。

2.2 基于油液分析的主動維修的輔助體系

EAM 系統(tǒng)的油液監(jiān)測信息在主動維修中的應(yīng)用，為主動維修提供了快速、高效和準(zhǔn)確的信息，是設(shè)備維修管理中一項重要技術(shù)和工程。EAM 即企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)(Enterprise Asset Management )，EAM 系統(tǒng)以資產(chǎn)臺賬為基礎(chǔ)，以工單的提交、審批、執(zhí)行為主線，按照缺陷處理、計劃檢修、預(yù)防性維護(hù)、預(yù)測性維護(hù)等幾種可能模式，以提高維修效率、降低總體維修成本為目標(biāo)，將設(shè)備管理、維修管理、采購管理、庫存管理、人力資源管理集成在一個數(shù)據(jù)充分共享的信息系統(tǒng)中，對資產(chǎn)進(jìn)行全壽命管理。在EAM 系統(tǒng)中，將公司的每臺設(shè)備的使用情況、使用單位、規(guī)格型號、潤滑點位和油液分析報告等各類相關(guān)信息。監(jiān)測實驗室將各類設(shè)備的潤滑油液監(jiān)測信息錄入EAM 系統(tǒng)中，礦方、維修和設(shè)備監(jiān)管單位可隨時獲得設(shè)備潤滑情況，油液監(jiān)測發(fā)現(xiàn)設(shè)備需要進(jìn)行換油處理時，EAM 系統(tǒng)會自動生成換油工單，礦方對相應(yīng)設(shè)備的潤滑點位進(jìn)行換油，設(shè)備監(jiān)管單位對礦方的換油工序進(jìn)行監(jiān)督和檢查，確保了工單任務(wù)的順利完成和設(shè)備的正常潤滑。

圖1 油液監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)

2.3 基于油液分析的主動維修的運作

神東煤炭集團(tuán)將油液的等級分為正常、警告和嚴(yán)重3 個級別，正常磨損等級的磨損顆粒是機(jī)器在正?；瑒訝顟B(tài)下產(chǎn)生的，正常磨損顆粒產(chǎn)生時，油箱內(nèi)的油可以繼續(xù)使用，無需其他操作;異常磨損等級代表設(shè)備出現(xiàn)了明顯的異常磨損，磨損顆粒在顆粒類型、顆粒大小、顆粒濃度和油水分超標(biāo)這5類指標(biāo)中某一項或多項達(dá)到了異常等級，需要立即換油，查找并排除異常磨損的原因，換油后需監(jiān)護(hù)運行并縮短換油周期進(jìn)行監(jiān)測;嚴(yán)重等級代表設(shè)備出現(xiàn)了嚴(yán)重的機(jī)械磨損故障隱患，磨損顆粒在顆粒類型、顆粒大小、顆粒濃度和油水分超標(biāo)、雜質(zhì)污染這5 類指標(biāo)中某一項或多項達(dá)到了嚴(yán)重等級，需要立即換油，查找并排除異常磨損的原因，換油后需監(jiān)護(hù)運行并將換油周期縮短為3 d 進(jìn)行監(jiān)測，如監(jiān)測結(jié)果依然屬于嚴(yán)重等級，則需立即準(zhǔn)備該點位的大型部件進(jìn)行更換，對替換下來的部件進(jìn)行拆解查清原因。

圖2 油液監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)用實例

2010 年神東煤炭集團(tuán)實施上述油液監(jiān)測體系的第1 年，共化驗油脂點位12 395個，發(fā)現(xiàn)異常點位1 390個，嚴(yán)重問題點位35 個，全年故障停機(jī)率為0.46%，比計劃降低34.2%，全年直接和間接為公司創(chuàng)造產(chǎn)值和節(jié)約成本總計5 000萬元。

2010 年神東煤炭集團(tuán)監(jiān)測實驗室在對上灣礦12205 工作面使用的艾柯夫SL1000 6659 采煤機(jī)潤滑油的例行鐵譜化驗分析中發(fā)現(xiàn)該采煤機(jī)的左搖臂(使用美孚320#潤滑油)行星頭鐵譜分析結(jié)果為異常，鐵譜分析中發(fā)現(xiàn)有大小為30 ～100μm 的黑色氧化物、嚴(yán)重滑動磨粒、疲勞磨粒及層狀磨粒等(如圖3)。隨后對該油樣進(jìn)行理化分析和光譜分析，結(jié)果顯示潤滑油運動黏度下降了12%，水分小于0.1%，鐵元素含量達(dá)56 mg/kg，綜合分析判定該搖臂行星頭內(nèi)存在嚴(yán)重的潤滑不良，局部發(fā)生干摩擦且局部相對運動表面負(fù)荷過高、速度過大，還可能存在硬質(zhì)顆粒在摩擦副間來回滾動等非正常摩擦狀態(tài)，總評處于嚴(yán)重等級。建議礦方更換搖臂，對原左搖臂進(jìn)行拆解檢查。經(jīng)神東維修中心拆解發(fā)現(xiàn)該搖臂行星頭的一級法蘭與一級軸承外圈相互摩擦嚴(yán)重，產(chǎn)生了明顯的摩損圈，其他部位并未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重磨損情況。經(jīng)維修中心相關(guān)技術(shù)人員分析，左搖臂行星頭的非正常磨損主要是由一級法蘭與一級軸承外圈相互摩擦的非正常摩擦導(dǎo)致的。此次油液監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)了故障隱患為公司挽回直接和間接經(jīng)濟(jì)損失500 萬元。

圖3 上灣礦采煤機(jī)左搖臂行星頭齒輪箱潤滑油鐵譜

2009 年12 月榆家梁煤礦52104 工作面采煤機(jī)搖臂齒輪箱(使用美孚320#)遇半月期取樣，進(jìn)行鐵譜分析，發(fā)現(xiàn)有10 ～25 μm 的球形顆粒、30 ～120 μm 的疲勞剝塊、25 μm 的層狀顆粒、約50 μm 的滾滑磨損顆粒和少量有色金屬顆粒。同時，對該點位油樣進(jìn)行理化和光譜分析，結(jié)果顯示，運動黏度上升15%(超標(biāo))，水分為0.71%(超標(biāo))，鐵元素含量為72 mg/kg，銅元素含量為9 mg/kg。換油2 日后，又進(jìn)行取樣分析，仍然發(fā)現(xiàn)有同樣的異常磨損顆粒。隨即停機(jī)對齒輪箱進(jìn)行檢查，確實有大量磨屑吸附。建議立即申請更換搖臂，維修中心進(jìn)行解體檢查，齒輪齒面嚴(yán)重剝落。如果繼續(xù)使用該搖臂必然造成重大停機(jī)事故。此次監(jiān)測，為公司減少損失約為200 萬元。

神東煤炭集團(tuán)實施基于油液分析的主動維修在綜采設(shè)備管理中的應(yīng)用以來在降低設(shè)備故障率、減少機(jī)電事故、提高生產(chǎn)效率、保障安全生產(chǎn)方面做出了重要貢獻(xiàn)，使神東煤炭集團(tuán)的百萬噸死亡率保持在全國最低水平。這項技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)、推廣和應(yīng)用必將有力提升我國煤炭企業(yè)的設(shè)備管理和煤炭生產(chǎn)工作。這項技術(shù)在其他行業(yè)的設(shè)備管理領(lǐng)域也有廣闊發(fā)展前景。

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