摩擦學(xué)是一門多學(xué)科交叉滲透的實(shí)用技術(shù)科學(xué),研究作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用的表面的摩擦、磨損和潤滑。磨損是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸表面由于摩擦產(chǎn)生的物質(zhì)損失,占摩擦學(xué)損失的80%以上,每年給國家造成上百億元甚至幾百億元的經(jīng)濟(jì)損失。為了減少機(jī)械設(shè)備中相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的摩擦與磨損,通常采用潤滑的方式。摩擦副的表面性質(zhì)和其間的潤滑劑是決定磨損情況的兩個(gè)重要因素。運(yùn)動(dòng)件表面的相互摩擦,一方面引起磨損,產(chǎn)生磨損微粒(磨粒)進(jìn)入潤滑系統(tǒng),另一方面,摩擦副表面的潤滑劑在使用的過程中,其物理化學(xué)性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。由于油液中的磨粒攜帶著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量信息,因此,對(duì)磨粒的監(jiān)測(cè)和研究不但能反映機(jī)器的磨損程度,而且還能揭示機(jī)器的磨損機(jī)理,從而為改善機(jī)器的工作狀況或改進(jìn)機(jī)器的設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。磨粒監(jiān)測(cè)與分析已成為當(dāng)今摩擦學(xué)的一個(gè)非常重要的部分。[1]隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷發(fā)展和擴(kuò)大,機(jī)器設(shè)備正向著大型化、自動(dòng)化、大功率和高速重載的方向發(fā)展。機(jī)器故障的機(jī)理變得日趨復(fù)雜,機(jī)器故障與征兆之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系變得日益模糊和難以確定。一方面,由于缺少有關(guān)機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)而難以對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)作出一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)和判斷,另一方面,隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)信息的獲取能力以及對(duì)信息的綜合分析能力和技術(shù)也不斷提高,建立機(jī)器的在線監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng),對(duì)大型設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測(cè)和維修管理已成為可能。
1 油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技求的發(fā)展現(xiàn)狀
油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過分析被監(jiān)測(cè)機(jī)器的在用潤滑劑(或工作介質(zhì))的性能變化和攜帶的磨損微粒的情況,獲得機(jī)器的潤滑和磨損狀態(tài)的信息,評(píng)價(jià)機(jī)器的工況和預(yù)測(cè)故障,并確定故障原因、類型以及采用的維修管理策略。油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)水平、磨粒分析與潤滑劑狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法及其分析監(jiān)測(cè)儀器的功能。
1.2 磨粒監(jiān)測(cè)磨粒監(jiān)測(cè)
主要是指對(duì)金屬磨損顆粒進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)也含分析的內(nèi)容。磨粒監(jiān)測(cè)方法最常用的技術(shù)手段和儀器設(shè)備有光譜法、鐵譜技術(shù)、顆粒計(jì)數(shù)法、磁塞法以及對(duì)濾出的磨粒進(jìn)行顯微鏡觀察分析等。
1.2.1 光譜法磨粒監(jiān)測(cè)技術(shù)光譜法
包括原子發(fā)射光譜法和原子吸收光譜法。它是磨粒監(jiān)測(cè)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。它可以對(duì)潤滑油中的磨粒進(jìn)行多元素定量分析,而且還能檢測(cè)出潤滑添加劑的元素是否正常。
1.2.2 光學(xué)型磨粒監(jiān)測(cè)技術(shù)——顆粒計(jì)數(shù)法
利用潤滑油中磨粒的遮光和光散射特性可對(duì)油液中的磨粒進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)。其原理是當(dāng)油液流經(jīng)具有狹窄通道的傳感器時(shí),磨粒的遮光作用便產(chǎn)生脈沖信號(hào),脈沖的寬度與磨粒的大小有關(guān),因而可測(cè)出磨粒的分布。
1.2.3 鐵譜法磨粒監(jiān)測(cè)技術(shù)鐵譜分析法
包括分析式鐵譜儀、旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀、直讀式鐵譜儀和在線式鐵譜儀。其中分析式和旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀是利用制譜儀或過濾的方法,將潤滑油中的鐵磁性金屬磨粒與油液、煤塵、粉塵等雜質(zhì)分開,并按一定的規(guī)則沉積在玻璃基片(譜片)上,然后對(duì)磨粒進(jìn)行顯微鏡觀察,進(jìn)行定性和定量分析,診斷出液壓和潤滑系統(tǒng)的故障,以指導(dǎo)維修。
1.2 潤滑劑狀態(tài)監(jiān)測(cè)
潤滑劑狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)潤滑劑定期取樣,并根據(jù)油液品質(zhì)分析和雜質(zhì)分析來判斷潤滑劑的使用效果和剩余壽命。許多油液分析方法是根據(jù)一項(xiàng)或幾項(xiàng)公認(rèn)的測(cè)試指標(biāo)來判斷油液的工作狀態(tài)。這些監(jiān)測(cè)方法指標(biāo)采用的既是物理的又是化學(xué)的手段,其中一些典型的潤滑劑狀態(tài)指標(biāo)是:粘度;TNA(總酸度);TBA (總堿度);水份含量;固體顆粒總含量。
2. 油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
2.1 摩擦學(xué)與設(shè)備的維修管理
摩擦學(xué)是門新興的技術(shù)科學(xué)。摩擦學(xué)系統(tǒng)包含摩擦副子系統(tǒng)、潤滑子系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)以及補(bǔ)償和控制子系統(tǒng)等。摩擦學(xué)所研究的摩擦與磨損與設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷密不可分,其中油液分析技術(shù)是了解摩擦副運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最有效的辦法,而設(shè)備維修管理中采用的修復(fù)技術(shù)、潤滑技術(shù)與故障診斷技術(shù)是摩擦學(xué)研究的重要內(nèi)容。圖4為設(shè)備的維修管理與摩擦學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成。
2.2.2 基于摩擦學(xué)的設(shè)備維修管理
大系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,設(shè)備維修管理的模式在不斷進(jìn)步,設(shè)備的維修思想與維修方式已由過去的事后維修為主、預(yù)防維修為輔發(fā)展到目前的以預(yù)知維修為主的維修管理策略,即由過去的行政性質(zhì)的管理逐步趨向于技術(shù)管理以及經(jīng)濟(jì)管理(科學(xué)化管理)。[5]圖6為基于摩擦學(xué)的設(shè)備維修管理大系統(tǒng)的構(gòu)成。系統(tǒng)在基本摩擦學(xué)的基礎(chǔ)上,通過對(duì)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷,進(jìn)行設(shè)備的失效分析以及工作狀態(tài)的判定,最后以報(bào)告的形式指導(dǎo)設(shè)備的維修與管理,并且作出經(jīng)濟(jì)技術(shù)的評(píng)價(jià)與分析。
3油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)
在礦山機(jī)械中的應(yīng)用油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦井提升機(jī)、空壓機(jī)、減速器以及采掘機(jī)械中得到普遍應(yīng)用,其中在采煤機(jī)牽
設(shè)備維修管理大系統(tǒng)的構(gòu)成引液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用效果最為顯著。由于采煤機(jī)工作在礦井下污染極其嚴(yán)重的環(huán)境中,牽引液壓系統(tǒng)的故障率極高,嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)。采用圖7所示的油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)施程序以后,使采煤機(jī)牽引液壓系統(tǒng)的故障率大幅度下降,為礦井的高產(chǎn)高效創(chuàng)造了條件,也為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
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