引　言
摩擦学是一门多学科交叉渗透的实用技术科学,研究作相对运动的相互作用的表面的摩擦、磨损和润滑。磨损是相对运动的接触表面由于摩擦产生的物质损失,占摩擦学损失的80%以上,每年给国家造成上百亿元甚至几百亿元的经济损失。为了减少机械设备中相对运动表面间的摩擦与磨损,通常采用润滑的方式。摩擦副的表面性质和其间的润滑剂是决定磨损情况的两个重要因素。运动件表面的相互摩擦,一方面引起磨损,产生磨损微粒(磨粒)进入润滑系统,另一方面,摩擦副表面的润滑剂在使用的过程中,其物理化学性质也会发生变化。由于油液中的磨粒携带着机器运转状态的大量信息,因此,对磨粒的监测和研究不但能反映机器的磨损程度,而且还能揭示机器的磨损机理,从而为改善机器的工作状况或改进机器的设计提供重要依据。磨粒监测与分析已成为当今摩擦学的一个非常重要的部分。[1]随着生产规模的不断发展和扩大,机器设备正向着大型化、自动化、大功率和高速重载的方向发展。机器故障的机理变得日趋复杂,机器故障与征兆之间的对应关系变得日益模糊和难以确定。一方面,由于缺少有关机器运行的状态数据而难以对机器的运行状态作出一个客观的评价和判断,另一方面,随着传感器技术、微电子技术和计算机技术的不断发展,人们对信息的获取能力以及对信息的综合分析能力和技术也不断提高,建立机器的在线监测与数据采集、分析系统,对大型设备的状态进行适时监测和维修管理已成为可能。

图1为油液分析状态监测实验室的最基本的组成。其中包括一台发射光谱仪、一台付立叶变换红外光谱仪(FT- R)和一台自动粘度计。每台仪器都将其数据送到实验室信息管理系统,由该系统完成数据的存储、分析评定和报告。

图3为煤炭企业大型设备维修管理信息系统的构成。它在设备状态监测基本单元的基础上,利用计算机网络技术,形成整个企业的设备维修管理信息系统,从而实现设备的动态管理。

1.2 磨粒监测磨粒监测
主要是指对金属磨损颗粒进行检测,同时也含分析的内容。磨粒监测方法最常用的技术手段和仪器设备有光谱法、铁谱技术、颗粒计数法、磁塞法以及对滤出的磨粒进行显微镜观察分析等。

1.2.1 光谱法磨粒监测技术光谱法
包括原子发射光谱法和原子吸收光谱法。它是磨粒监测中应用最广泛的技术。它可以对润滑油中的磨粒进行多元素定量分析,而且还能检测出润滑添加剂的元素是否正常。

1.2.2 光学型磨粒监测技术——颗粒计数法
利用润滑油中磨粒的遮光和光散射特性可对油液中的磨粒进行直接监测。其原理是当油液流经具有狭窄通道的传感器时,磨粒的遮光作用便产生脉冲信号,脉冲的宽度与磨粒的大小有关,因而可测出磨粒的分布。

1.2.3 铁谱法磨粒监测技术铁谱分析法
包括分析式铁谱仪、旋转式铁谱仪、直读式铁谱仪和在线式铁谱仪。其中分析式和旋转式铁谱仪是利用制谱仪或过滤的方法,将润滑油中的铁磁性金属磨粒与油液、煤尘、粉尘等杂质分开,并按一定的规则沉积在玻璃基片(谱片)上,然后对磨粒进行显微镜观察,进行定性和定量分析,诊断出液压和润滑系统的故障,以指导维修。

1.3 润滑剂状态监测润滑剂状态监测
是实验室通过对润滑剂定期取样,并根据油液品质分析和杂质分析来判断润滑剂的使用效果和剩余寿命。许多油液分析方法是根据一项或几项公认的测试指标来判断油液的工作状态。这些监测方法指标采用的既是物理的又是化学的手段,其中一些典型的润滑剂状态指标是:·粘度;·TNA　(总酸度);·TBA　(总碱度);·水份含量;·固体颗粒总含量。

2. 油液分析状态监测技术的应用
2.1 摩擦学与设备的维修管理

摩擦学是门新兴的技术科学。摩擦学系统包含摩擦副子系统、润滑子系统、状态监测子系统以及补偿和控制子系统等。摩擦学所研究的摩擦与磨损与设备的状态监测、故障诊断密不可分,其中油液分析技术是了解摩擦副运动状态最有效的办法,而设备维修管理中采用的修复技术、润滑技术与故障诊断技术是摩擦学研究的重要内容。图4为设备的维修管理与摩擦学系统的构成。

图5为国内某些企业所采用的油液分析状态监测流图。流程中采用了油液的光谱分析、铁谱分析以及理化性能分析方法,在设备状态监测的基础上进行故障诊断,最后以诊断报告的形式指导设备的维修管理。

图6　设备维修管理大系统的构成引液压系统中的应用效果最为显著。由于采煤机工作在矿井下污染极其严重的环境中,牵引液压系统的故障率极高,严重影响了矿井的正常生产。采用图7所示的油液分析状态监测技术的实施程序以后,使采煤机牵引液压系统的故障率大幅度下降,为矿井的高产高效创造了条件,也为企业带来了显著的经济效益。

3. 油液分析状态监测技术的发展趋势
计算机技术的发展为油液分析状态监测技术的发展提供了良好的契机。油液分析状态监测技术必将朝着集成化、智能化、在线化方向发展,[4]其发展的趋势如下。
3.1 磨粒自动识别技术的开发
将信息处理技术、计算机软硬件技术、人工智能和视觉工程的最新成果与之结合,针对磨粒的特征探索有效的识别机制与方法。

3.2 设备智能磨损监测与诊断系统(WMDS)
在基于摩擦学系统的基础上,采用信息提取处理技术,通过对磨粒图像的自动识别与分析,建立高层智能识别与专家诊断系统,实现设备磨损状态监测与故障诊断,使整个信息流程系统化、智能化和自动化。图7　油液分析状态监测技术实施程序
3.3 状态监测与设计制造的良性反馈
油液分析状态监测不仅要直接参与设备的维修管理,即将监测诊断与维修管理融为一体,而且要使设备的状态监测用于指导产品的设计与制造。设备在运行中可能发生故障,故障的程度、故障发生的频率、故障原因以及维修情况等信息为设备的可靠性设计和制造提供了依据。但在设备可靠性设计中如何利用这些信息,将是我们需要进一步研究的课题。
3.4 设备主动预防性维护策略的研究
生产工程中推广的“洁净生产技术”是环境保护意识的重大变革。它一改过去“先污染后治理”的陈旧观念,而是控制生产过程中的污染物排放,达到洁净生产。“预防为主,查找病因,不治已病治未病”的中华医学理论,正是设备主动预防性维护的真实写照。从生产设备失效的发生及其发展过程来看,往往是由于系统根源性参数出现异常以后,逐渐产生材料磨损,性能下降,最终导致故障停机。如果从分析、监测导致设备(系统)发生故障的根源性参数着手,并采取有效的措施纠正根源性异常工况,使设备工作于良好的工况环境中,它将大幅度地延长设备的使用寿命,降低维修费用,亦是设备维修思想的根本变革。

4 结束语
油液分析状态监测技术是设备维修管理的重要组成部分,亦是设备现代化维修管理的基础。因此,我们应在加强基础性研究的同时,注重应用研究;在积极发展我国设备维修管理系统的同时,密切注视国外油液分析状态监测技术的发展动态,以实现我国设备维修管理的科学化。