本文簡述了鐵譜監測的基本原理、方法及其在煤礦機械狀態監測及故障診斷中的地位。并通過采煤機、提升機和帶式輸送機等的鐵譜監測實例進一步說明了鐵譜監測技術在煤礦設備故障診斷中的實際意義。
1 引言
目前研究設備磨損情況的主要方法是油樣分析法。油樣分析法包括磁塞檢測法、光譜分析法和鐵譜分析法等。大量統計資料表明，磁塞檢測和光譜分析分別只適用于檢測尺寸較大（≥100μm）和極微小磨粒（≤10μm），而大多數機器失效期磨粒特征尺寸多在20～200μm之間。鐵譜分析的磨粒尺寸（0.1～1000μm）包含了對于磨損狀態的識別和故障原因的診斷具有特殊意義的這一尺寸范圍，從而通過應用鐵譜分析技術正確判斷磨損狀態奠定了基礎。
2 鐵譜監測技術診斷原理及其在煤礦設備工況監測中的作用
礦山機械設備零部件的磨損失效是影響機器正常運行的主要故障之一。在機械設備中，施加于運動部件表面間的潤滑油不但減少了這些零部件的摩擦和磨損，而且隨著它的流動，也會不斷地把零部件磨損的產物——磨屑帶離摩擦表面，使這些磨屑懸浮于油液中。鐵譜診斷技術的基本原理和方法就是用磁性方法把混于潤滑油（或液壓油及其它潤滑劑）中的鐵質磨粒分離出來（采用鐵譜儀），并按其尺寸大小依次、不重疊地沉淀到一塊透明的基片上（即制作譜片），在顯微鏡下或用肉眼直接觀察，以進行定性分析（指對磨粒的形態特征、尺寸大小及其差異等表面形貌及成分進行檢測和分析）。利用加裝在鐵譜顯微鏡上的光密度計，還可以對譜片上大小磨粒的相對含量進行定量分析。磨擦學的研究表明，磨粒的類別和數量的多少及增加的速度與摩擦面材料的磨損程度及磨損速度有直接的關系；而磨粒的形態、顏色及尺寸等則與磨損類型、磨損進程有密切關系。因此鐵譜分析法在判斷磨損故障的部位、嚴重程度、發展趨勢及產生的原因等方面能發揮全面的作用。
鐵譜監測技術在煤礦機械狀態監測及故障診斷中占有重要的地位，特別是對低速回轉機械及往復機械來說，利用振動和噪聲監測技術判斷故障較為困難，鐵譜分析就成為首選手段。煤礦機械，無論是固定設備還是采掘設備，大多屬低速、重載設備，有的還是行走設備，井下環境特別惡劣，除大量的粉塵和煤塵外，還伴隨有強烈的撞擊和振動，不僅安裝在線的儀器和傳感器困難，而且傳感器還要求是本安型或防爆型，因此通過采集機械中的潤滑油（或液壓油）對其進行鐵譜分析來監測機械傳動系統（或液壓系統）的運行工況是煤礦機械故障診斷的重要手段。
3 鐵譜監測程序
對于旋轉式鐵譜儀由于有3個環形磁場，其定量分析式為：SR=AL2-（AM+AS）/2式中： SR為定量鐵譜參數，即磨損度烈度； AL、AM、AS為旋轉式鐵譜儀外環、中 環、內環分別對應于大、中、小磨粒濃度的光密度計讀數。
4．1 大同礦務局云崗礦開展采煤機鐵譜監測實例
在ＡＭ500采煤機上累計采樣1000多次，經鐵譜分析提出許多有價值的建議。
一次通過雙光顯微鏡對行走齒輪箱的油樣譜片進行觀察，發現有許多不正常的金屬片狀、塊狀磨粒，部分磨粒達40～60μm。通過光密度計發現磨粒濃度呈上升趨勢，且磨粒具有疲勞磨損期的特征，可能是齒面疲勞磨損所致。經檢修齒輪箱，發現是馬達軸出現疲勞斷裂。另一次對采煤機右搖臂的油樣進行分析時發現SR高達831，但經顯微鏡觀察鐵磁 磨粒的數量并未增加，而是污染物大增，說明油液污染嚴重，經及時更換，避免了嚴重事故的發生。
4．2 開灤礦務局開展鐵譜監測實例
荊各莊礦在對其主井提升機進行鐵譜監測中發現油樣中出現大量的5μm左右巴氏合金磨粒，同時伴有少量切削磨粒，表明該機軸瓦已處于破壞性磨損的臨界狀態。兩天后，該機發生突然停機故障。經拆機發現，軸瓦已嚴重磨損，充分證明鐵譜監測的結果與實際工況是相吻合的。
趙各莊礦帶式輸送機的1號減速箱在一次取油樣中發現大量球形顆粒，判斷為滾動軸承工作不正常，后經拆檢發現第二軸滾動軸承的軸承架已磨損，出現了事故隱患。由于預報和處理及時，防止了由此產生的停機事故。
4．3 太原煤炭氣化總公司開展鐵譜監測實例
自1992年7月以來對其焦化廠離心鼓風機、煤氣廠煤壓機及選煤廠振動篩等重點專用設備進行了鐵譜監測，確保了煤氣的正常供應和企業的正常生產。例如，針對煤壓機電機軸承頻繁損壞（平均每2個月報廢一個軸承）的情況，對其油樣進行了鐵譜分析，發現譜片上有接近中量的正常磨粒（<15μm），有接近少量的切削磨粒，少量的疲勞剝塊（16 ～30μm ），接近中量的層狀磨粒（<4 6μm），還有接近少量的深色金屬氧化物和摩擦聚合物，以及少量直徑小于 3μm的球狀顆粒和煤屑沙粒等其它雜質，經判斷分析是電機軸承潤滑不良導致電機軸承產生疲勞破壞。及時進行了軸承供油系統結構改造，改造后一年多，電機軸承運行良好。
5 結論
我國煤炭行業開展鐵譜監測技術十幾年來，取得了顯著的經濟效益，如大同云崗礦綜采二隊，開展鐵譜監測技術以來使突然停機事故從1990年的1.12%下降到1997年的0.36%，節省配件消耗近60萬元，減少誤產損失、多出煤炭近2萬元，創經濟效益近100萬元。理論和實踐證明，鐵譜監測技術是煤礦機械狀態監測及故障診斷和預知維修行之有效的重要手段,應重點發展和推廣使用，并使其在實踐中不斷發展和完善。
