润滑油脂检测在矿山设备故障诊断中的应用

润滑油脂检测在矿山设备故障诊断中的应用

肖玉霞

（神华神东质量技术检测检验中心内蒙古017209）

摘要：随着科技的发展，各项先进的生产技术应用到煤矿生产中，提升了煤矿生产的效率。在各种机械设备运行的过程中，如何保障其能够安全稳定的运行，是煤矿生产面临的重要问题。润滑油脂检测对于矿山设备的运行可以进行有效的监测，对于潜在的安全隐患进行诊断，为煤矿的安全生产提供了有利的条件。矿山设备对工作环境以及性能有相对独特的要求，其庞杂的故障位置以及不能提前预料的事故给设备正常维修工作带来非常大的挑战。目前在机械传动故障诊断领域，逐步涌现出了以设备润滑油检测为基本依据，科学分析传动位置出现故障的原因，准确判断事故出现位置的系统手段，在实现设备高效能工作上获得非常普遍的应用。所以从润滑油的根本理化性能入手，把矿山设备工作复杂工况分析当做经验凭据，研究矿山设备润滑油脂检测在其故障诊断分析上的应用。

关键词：润滑油脂；检测；矿山设备；故障诊断；应用

1因润滑造成的故障表现形式和原因

1.1机械运转不灵

设备在运转时运动迟滞，速度不均，动力消耗大，必然会产生振动，噪声，有时还会使电机过热，达不到设计参数，如果此时加大电机功率，更会使机械过度发热。传动部件，如轴承、皮带、齿轮等，将会严重受损。在工作中笔者发现其主要原因有：①摩擦机件安装不当或设计上有缺陷，比如滑动轴承间隙过小，而增加摩擦力，或反之，间隙过大，造成冲击和润滑不好，致使摩擦力增大和运动不稳定，摩擦部分的零部件，间隙过大，过小，或润滑油的供应不足，都会使部件润滑不良，使运转状态恶化等。上述状况有的是设计不当，有的则是因为加工或装配不好造成的。②当运动部件的材料或组合不当，润滑油选择不合适时，也会造成运动不稳定，而且易引起咬粘和胶合损伤。③有异物混入。尘土砂子等磨料性固体侵入时，容易嵌入摩擦副而使运动受阻，往往尘土砂子等颗粒有0.2～0.8mm以上且硬度极高，它们不仅阻碍运转同时还会引起显著的摩擦。④本身机械设备零部件的磨损，咬粘。剥落等损伤，会使运动状态恶化，而润滑难以起作用。

1.2振动和噪声

机械设备在运转时，由于各种原因会产生不正常的振动和噪声，使机械的性能降低，也会使环境不达标，其原因与润滑有很大的关系。

1.3温度过高

摩擦副的阻力增大，温度快速升高，在无热源的影响下，比如轴承，减速箱等。外部温度超过80℃时，应引起高度注意。它们内部温度比外部温度要高出几十度甚至烧焦，根据笔者多年观察发现有以下原因：①摩擦阻力太大，强行运转而激烈发热，比如水泵填料的密封装置，压的过紧时，引起严重阻力而发热。②润滑油粘度太大，充油量过多，使在运转时过分激烈搅拌，以致发热，也因润滑油粘度大，流动性差，散热不好等。③散热条件不好，环境气温高，通风不良，热量不能及时散去。④由于运转发热，间隙调整不当，零部件变形，热胀，也会加快机件发热。

1.4机械不能运转

主要表现为机械产生异常情况，摩擦副发生咬抱，其原因有：摩擦部分发生损伤，而发生咬抱；严重的砂土异物，以致卡死；温度过高，摩擦部分的状态显著恶化，发生咬粘。

2润滑油对矿山设备的影响

润滑油在使用中的温度、空气、金属催化、机械剪切以及有害介质等的影响下，其构成中的基础油将出现氧化、裂化以及聚合等化学反应，从而致使其性能慢慢消耗甚至失效，同时生成对设备有害的组分，即老化或降解，当老化和降解达到一定水平后就应该换新油。通常情况下，润滑油的降解主要是以烃类氧化为主，依次产生醛、酮、醇至有机含氧酸，各反应中都将会有不同程度的分解及聚合等现象的出现，其中的中间产物是非常活跃的不稳定化合物--烃类的过氧化物，它对金属的损害特别大将导致特殊的磨损及故障。其在运用中理化以及性能指标改变见表1。

表1润滑油在使用中理化指标变化

润滑油除了有发生氧化变质的可能性以外，还可能会在设备的不同温度位置产生不同类别的沉积物，同时它们也可使设备产生各类故障。

3设备润滑管理维护的重要性分析

3.1设备的润滑管理维护可以降低磨损对机械的损伤

机械设备运行过程中，由于设备材质的特殊性，长期的运转必定会使转轴部位产生摩擦，少量的摩擦可能不会带来实质性的危害，但是长期使机械保持在摩擦的运行中，是非常损害机器的，这时候就需要我们对其进行保养，一般情况下，实时的对机器转轴部位添加润滑剂可以有效减少摩擦，但是由于任何机械都不是可以无限使用的，都有自己的寿命，长期的使用必定各零件就会老化，所以我们一定要定期对机械进行检查，使机器转轴部位保持光滑，这样不仅可以使机械正常运转，同时可以增加设备的使用寿命。

润滑的主要目的在于减少摩擦，降低磨损。除此之外，除了这些以外，润滑剂还有很多的功能，首先是冷却功能，这对于长时间高效运转的机械来说可是良药，众所周知，机械高效运转必定会发热热烫，此时，由于是通电的设备，切不可使用传统的冷却方式，很容易引起故障，当然也不能停止工作，这时候润滑剂就起到非常关键的作用；其次润滑剂除了可以起到润滑功效外，还可以带走转轴上的垃圾；最后润滑剂还起到一个隔离的作用，使机械免遭腐蚀。

3.2设备的润滑管理维护降低采煤行业的成本

设备的润滑管理维护也能够实际的降低采煤行业的运作成本，具体表现为，设备在润滑的保护作用下，使用的寿命提高，使用的效率保证，实现替换的成本得到有效的降低，设备的使用质量得到实质性的保证；设备在润滑的缓和作用下，降低组件之间的摩擦力，降低发生事故的概率，能够实际的减少事故处理的成本，以及能够实际的降低事故对于行业运作稳步进行的影响；设备在润滑的作用之下，能够实际的保证设备操作的流畅性，能够保证组件的运行协调性，进而实际的降低设备的维修成本。这些成本降低的累加，能够节省较高的经济支出，进而为采煤行业的全面化发展提供资金支持，促进各企业的进一步壮大，进而推动采煤行业的全面化发展。

3.3设备的润滑管理维护保证机械设备维修的质量

设备的润滑管理维护还能够实际的保证机械设备维修的质量，具体表现为设备润滑管理维护，能够实际的保证设备的运行高质量性、高效率性，进而在较长的时间内都保证维修的质量处于较高的水平，降低机械设备的使用费、维修费，有利提高企业的信誉度、竞争力和综合能力。实现带动企业的进一步发展，促进设备的润滑管理维护的价值发挥以及地位确定。

4油脂润滑的检测分析

众所周知，油脂润滑在现代机械工业中扮演着血液的角色，几乎所有机械模式的运作效率和使用寿命都受到润滑油脂效能的决定。在机械传动中，降低摩擦、减少磨损、降低温度、防止锈蚀、传递动力、密封减震、清洗净化等都是润滑油脂特殊的作用，由此可见润滑油脂的重要性。然而这些重要的作用源于其固有的理化性能，了解润滑油脂的理化性能，对于矿山机械设备的故障诊断有着理论支持分析和提供判断依据的意义。

4.1润滑油脂的理化指标分析

4.1.1外观（色度）

油品的颜色，对于基础油来说，一般精制程度越高，其烃的氧化物和硫化物脱除的越干净，颜色也就越浅。在现场判断油脂的时效，主要是根据油品的颜色来进行的，不同的添加剂会呈现不同的颜色，譬如普通锂基脂呈现浅黄色，而合成锂基脂则显示的是黑色。

4.1.2密度

密度是润滑油最简单、最常用的物理性能指标。在温度变化大的地区，密度是十分重要的性能指标，它与黏度共同决定了低温与高温工作环境下油脂的使用种类。

4.1.3黏度

黏度反映油品的内摩擦力，是表示油品油性和流动性的一项指标。在未加任何功能添加剂的前提下，黏度越大，油膜强度越高，流动性越差。对于设备来讲，黏度是任何一种润滑油都必须考虑的性能特征，因为黏度直接影响油品在管路流动中的阻力情况，进而对设备输出动力的效率产生决定性意义。润滑脂的使用温度就受黏度的直接决定，黏度太低，油品使用周期短，浪费成本就大，油品流动性不好，达不到良好的润滑效果。

4.1.4酸值、碱值和中和值

酸值是表示润滑油中含有酸性物质的指标，我们通常所说的酸值，实际上是指总酸值（TAN）。碱值是表示润滑油中碱性物质含量的指标，我们通常所说的碱值实际上是指总碱值（TBN）。中和值实际上包括了总酸值和总碱值。但是，除了另有注明，一般所说的中和值，实际上仅是指总酸值。酸碱值是针对油品的使用环境而言的，它决定了油品使用环境下的变质和化学反应情况，进而对设备部位的腐蚀产生影响，同样决定了相应部件的使用寿命和工矿范围等情况，特别是在冷却剂范围，酸碱值是一个十分重要的性能参数。

4.1.5水分

水分是指润滑油中含水量的百分数，通常是重量百分数。润滑油中水分的存在，会破坏润滑油形成的油膜，使润滑效果变差，加速有机酸对金属的腐蚀作用，锈蚀设备，使油品容易产生沉渣。总之，润滑油中水分越少越好。

4.1.6机械杂质

机械杂质是指存在于润滑油中不溶于汽油、乙醇和苯等溶剂的沉淀物或胶状悬浮物。这些杂质大部分是砂石和铁屑之类，以及由添加剂带来的一些难溶于溶剂的有机金属盐。机械杂质各元素的含量测定是我们进行油脂化验的主要内容，是我们对设备进行故障诊断分析的理论基础。

4.1.7残炭

油品在规定的实验条件下，受热蒸发和燃烧后形成的焦黑色残留物称为残炭。残炭是润滑油基础油的重要质量指标，是为判断润滑油的性质和精制深度而规定的项目。润滑油基础油中，残炭的多少，不仅与其化学组成有关，而且也与油品的精制深度有关，润滑油中形成残炭的主要物质是：油中的胶质、沥青质及多环芳烃。这些物质在空气不足的条件下，受强热分解、缩合而形成残炭。油品的精制深度越深，其残炭值越小。一般讲，空白基础油的残炭值越小越好。

另外润滑油脂还有一些特殊的理化性能，例如氧化安定性、热安定性、油性和极压性、抗泡性、抗乳化性、橡胶密封性、剪切安定性、挥发性等。每种油品除一般性能外，都应有自己独特的性能，例如淬火油要测定冷却速度、乳化油要测定乳化稳定性、液压导轨油要测防爬系数、喷雾润滑油要测油雾弥漫性、冷冻机油要测凝絮点、低温齿轮油要测成沟点等等。我们在使用润滑油品过程中，要根据实际工况来进行具体油脂的测定和选用。

4.2润滑油脂的磨损颗粒分析

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、磨损原因及磨损形成的机理，预测磨损的发展趋势。对磨损颗粒监测手段主要包括PQ铁谱指数仪、铁谱分析及光谱元素分析等。

PQ铁谱指数仪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PQ铁谱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PQ铁谱指数仪检测，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。

日常油液监测中，我们通过PQ铁谱指数仪和旋转式铁谱可以掌握油样中磨损颗粒的多少、大小、颗粒类型等以此来判断设备部位的磨损原因，然而却无法知道这些颗粒中具体有哪些元素和的浓度。于是就有了对光谱的引入。光谱分析是根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法，ICP发射光谱可以实现对一个试样进行多元素分析并获得各种元素含量。在实际工作中，通过分析油样中磨损金属颗粒元素的成分和浓度来判断设备部件磨损的情况，添式加剂元素和污染元素来分别代表设备在用油添加剂损耗度和油品污染程度。通过光谱分析对某一设备部位连续监测就可以得出部件摩擦副的磨损趋势及润滑油中添加剂的消耗情况。

4.3油液乳化分析

润滑油中混入水后会造成乳化和破坏油膜，降低油液的润滑性，加剧摩擦副部件间磨损，同时还可能加速对摩擦副的腐蚀并使润滑油质量裂化，特别对有添加剂的油品含水会使添加剂乳化、沉淀或分解而失效。所以水含量也是油品劣化的重要报警指标。油中水分一旦超标乳化，必须立即换油。以减少对部件的腐蚀和磨损并查找乳化原因后采取相应措施。

5润滑油检测在矿山设备故障诊断的应用

润滑油变质及夹带的外来污染物都将导致设备的故障情况出现，设备发生故障时生成的颗粒及泄漏物也将掺杂到润滑油中，所以检测分析润滑油的磨损颗粒，即可推测出设备情况同时对其故障进行预测。

设备磨损产生的金属颗粒被流动的润滑油夹带出来，能够从润滑中磨粒的数目、颗粒大小及其形态评估磨损程度以及出现的的类型，同时根据磨粒的合金组成推断出现磨损的位置。润滑油的理化分析从设备故障的原因（如油降解、进污染物、水及燃料）实现故障诊断，颗粒分析是从故障的结果实现故障的预判断。

神东煤炭集团某矿煤机左摇臂行星头事故

事故经过：2016年10月15日，设备管理中心油液监测人员在对某矿某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70μm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，导致减速器损坏。

事故点评：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。矿方应严格按照油液分析报告进行换油或采取其他预防性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。总而言之，在机械设备实际使用过程中，为能够使机械设备保障得以良好运行，那么最重要的一个方面就是应当加强机械润滑管理，从而避免机械由于缺乏润滑而导致故障出现。作为机械设备管理及使用人员，应当对机械设备润滑管理现状清楚认识，并且要充分认识其必要性，在此基础上才能够使机械润滑得到更好保证，有效避免机械设备在运行过程中出现故障。

附图：

长轴尺寸超过500μm的疲劳磨损颗粒超过400微米的滚-滑复合磨损颗

拆解后行星架上已经被磨平的螺栓帽

行星架边缘附着的肉眼可见的超大磨损颗粒

6结束语

在煤矿生产中，机械设备的应用可以有效的提高生产效率，促进煤矿企业的发展。为了保证生产能够安全稳定的进行，对于机械设备的运行应该加强安全监测。现阶段油液监测体系在煤矿综采设备的运行中广泛的应用，对设备的运行状况进行监测，可以及时的发现问题，提早制定出预防对策。在油液监测体系中，应该掌握科学的监测方法，利用先进的设备和技术，对设备的运行状态进行监测。通过油液监测体系的运用，可以有效的减少设备故障的发生几率，减少维修成本，提高运行效率，提高设备的安全性，延长设备的使用寿命。随着科技的不断发展，各项新技术和新设备会逐渐的用到煤矿生产中，为煤矿生产创造更大的经济效益，所以为了保证机械设备的安全运行，在监测技术方面还要不断的提升，为煤矿设备的安全稳定运行提供有利的基础，从而确保煤矿的安全生产。

参考文献：

[1]吕克颖.化工厂机械设备润滑管理及其保养探讨[J].中国高新技术企业，2016，（08）：68-69.

[2]侯柏林.机务检修设备润滑管理常见问题及解决[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2016，（05）：30-31.

[3]庞明亮.设备润滑和润滑管理[J].化工设计通讯，2016，42（03）：101.

[4]张彦文.现代设备润滑技术及其应用探讨[J].设备管理与维修，2016，（07）：105-107.

[5]桑玉华.设备润滑管理优化研究与应用[J].内燃机与配件，2016，（08）：50-52.

[6]孙洁，李广林，温占军，赵晓峰，张瑞新.矿井提升设备润滑与液压系统油液净化方案[J].金属矿山，2016，（10）：124-127.

[7]文彦龙.中国农机行业发展状况及设备润滑方案[J].石油商技，2016，34（05）：28-33.

[8]曹秀义.压裂设备润滑管理与现场应用[J].内蒙古石油化工，2016，42（Z2）：37-40.