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以油料分析技术为手段的液压系统预知性维修

2014/11/13 17:25:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  摘要:提出了通过油料分析技术实现液压系统状态监测和故障诊断的预知性维修策略,并对状态监测和故障诊断过程中的几个关键技术问题进行了详细阐述,还列举了实行预知性维修后经济效益明显提高的实例。

  对机械设备液压系统的维修,工业现场目前仍多采用事后维修和定期维修两种方式。前者不仅影响生产,而且需要大量的库存备件;后者则往往出现维修不足或维修过剩,造成人力、物力的浪费和设备寿命的缩短。采用预知性维修方法,可以保证机械设备安全运行,延长设备寿命,充分发挥设备潜能,减少库存备件,有效地安排人力物力,是提高生产管理水平的重要途径。

  1预知性维修策略

  预知性维修是根据设备的实际技术状态即监测和诊断技术所提供的信息确定设备的最佳维修时间和维修内容。

  液压系统是机械设备故障多发部位。研究表明[1],液压系统的大部分故障是由油液污染引起的。在液压系统油液中,存在着大量的固体颗粒污染物,其主要来源是磨损和污染,这些颗粒污染物带有大量的反映设备内部运行状态的信息。因此,通过对油液劣化变质程度的检测和对油液中污染物成分和含量的分析,可以为液压系统的早期故障诊断提供重要线索。通过油料分析可以实现液压系统的故障诊断和预知性维修。

  2油料分析的主要内容和方法

  油料分析包括油质分析和油中微粒分析两方面内容。油质分析检测设备运行过程中油液品质的变化规律,主要包括油液粘度、水分、酸碱值变化等。油中微粒分析包括磨损微粒总量检测、微粒尺寸分布检测、微粒化学成分检测和微粒形态检测等内容。油料分析技术主要有光谱分析、铁谱分析、磁性柱塞和颗粒计数等。图1表示以上几种方法的检测效率与微粒尺寸之间的关系。

  3液压系统状态监测和故障诊断技术

  各种分析技术具有不同的特点和性能,采用任何一种监测方法监测都具有一定的局限性。为此可以将光谱分析、铁谱分析和颗粒计数等方法结合起来,建立油液污染监测中心,对大型设备进行状态监测和故障诊断,以达到扬长避短、互为补充的效果。其技术方案如图2所示。

  (1)系统目标清洁度的确定应该综合考虑设备工作环境、工作强度、使用寿命、安全问题以及系统中液压零件污染耐受度等因素。系统目标清洁度定得过改装与维修高,会增加初装费用;定得过低则设备可靠性降低,故障率增大。表1是系统目标清洁度与寿命延长系数的关系。

  (2)油液取样方法通常采用容器取样方法,一般分为通过管道取样或从油箱直接取样。通过管道取样时,既要考虑到取样装置安装方便,又要考虑所取油样的代表性。为了使管中液体呈紊流状态,需要验算取样部位的雷诺数:

式中Re--雷诺数

  D--管路湿润直径,mm

  V--取样点液流速度,m/s

  M--油液运动粘度,mm2/s

  合理地确定取样间隔,对于正确判断设备运行状态具有重要意义。取样间隔要根据机器运行时间长短和工作状态随时调整。在机械设备工作初期,机器处于磨合状态,取样间隔要小;在正常工作期,取样间隔要适当延长;接近维修期时再缩短取样周期。

  (3)故障预报油料分析的结果是油样中各种金属元素的浓度值和油液的污染度。它虽然包含反映设备内部运行状态的丰富信息,但一般说来,它不能直接判断设备故障状况。在油液污染监测过程中,除浓度外,还可以记录到取样周期、取样频率以及对应于每次取样设备的运行时间等。这些信息反映设备运行过程中磨损的变化情况和时序规律。因此,可以利用统计学原理,建立各种元素的正常区、警告区和异常区。图3和图4分别是根据对某空压机润滑油中Cu和Pb元素的检测结果所绘制的浓度变化曲线。在第4次取样后,Cu和Pb元素浓度均发生突变进入警告区(图3、4中虚线区域),并且油液中出现大颗粒Cu,据此可以做出轴瓦出现异常磨损的判断。这样就可以根据某个或几个元素浓度或浓度梯度出现的突变,来预测设备的故障情况。

  4应用实例

  表2是通过实测对AM)500采煤机液压系统所建立的异常阈值。当所测试的指标超过阈值时,就表明系统内已有或可能出现异常磨损。

  大颗粒磨屑数量的增加也是磨损状态发生变化的重要标志。当这类颗粒所占比例明显增加并伴有黑色氧化物出现时,尽管颗粒浓度不一定达到异常阈值,也表明系统内已出现了异常磨损,必须停机维修。因此,对于类似于采煤机在恶劣环境下工作的大型设备来说,采用定量分析和定性分析相结合的方法进行诊断十分必要。

  表3为某综采队对AM)500型采煤机进行预知性维修试验前后(均为两个月)情况的对比。可以看出,实行预知性维修后采煤机液压故障率明显降低,经济效益明显提高。

  5结语

  根据现场实验和以上分析结果,可以得出如下结论。

  (1)采用油料分析技术对液压系统进行污染监测,可以实现对设备内部运行状态的监测和故障诊断,从而实现设备的预知性维修,避免定期维修的盲目性,充分发挥设备潜力,提高维修效果,降低维修费用,减少零件库存。

  (2)正确判断设备内部实际运行状态,在故障早期发现隐患并及时采取措施,从而防患于未然,确保液压系统安全运行。

  (3)根据油液污染和劣化变质程度决定换油时间,可以延长换油周期。

  参考文献

  1夏志新.液压系统污染控制.北京:机械工业出版社,1992.

  2王晓雷等.采煤机液压系统工况监测.煤炭科学技术,1994(2)

  3刘混举等.液压和润滑系统主动预防性维护的研究.山西矿业学院学报,1996(6)

  4夏志新.液压系统污染控制技术现状与发展,液压气动与密封,2000(1)

  第一作者:陈彩萍,太原理工大学阳泉学院,邮编:045000,电话:(0353)2111907

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