基于油液分析的主动维修在综采设备管理中的应用

摘要：为了对煤矿井下综采设备实施有效的运行监测管理，实施主动维修预防重大机电事故的发生，神东煤炭集团采用油液综合分析监测体系对煤矿综采系统采煤机、刮板输送机、破碎机、转载机等机械设备进行监测，根据监测信息实施主动维修。油液综合分析监测体系的技术组成包括铁谱检测、光谱检测、理化分析和颗粒计数。油液综合分析监测体系在神东煤炭集团实施以来，为减少机电事故，提高安全生产水平、生产效率和经济效益做出了重要贡献。

关键词：油液分析; 主动维修;综采设备管理;

中图分类号：TU272.1文献标识码：A

随着综合机械化采煤技术与装备的不断发展，长壁采煤机、刮板运输机等越来越多的采煤机械被使用到了煤炭工业中，而且采煤设备单产、掘进量不断增加，而针对这些设备的监测与维修也成为一项重要的课题，由于高新技术不断应用于现代化采煤，新的装备不断增加，也要求我们不断更新设备管理和维修思想，以适应不断增加的煤炭产量和更加复杂的开采条件[1]。现代化的采煤设备就要求现代化的设备管理和维修手段。本文将设备监测领域的油液分析技术与最新的维修思想——主动维修结合，阐述基于油液分析的主动维修在综采设备管理中的重要应用。

主动维修（也称为主动性维修或预先维修），是1992年美国资深的液压系统设计专家E.C.Fitch在其著作《Proactive Maintenance for Mechanical System》中详细论述了主动维修的概念、原理和技术。 随后在欧美国家中开始逐渐发展和应用，现在已在世界范围内被广泛接受并应用，所谓主动维修就是针对可能引起装备产生故障的“故障源”(Root Causes of Failure)而采取的维修和管理活动。认为通过对可能引起设备产生故障的“故障根源”进行系统化的识别，在系统的性能和材料退化之前采取措施进行维修，可以有效地减少系统的整体维修需求，延长系统的使用寿命。Fitch的“主动性维修”认为，在实际的维修工作中不但要重视零部件的损伤，还应重视相关的介质如油液等“条件性故障”。

油液监测技术是通过分析被监测机器的润滑剂、液压油、乳化油和乳化液等油品的理化性能和携带的磨损微粒的情况，利用光、电、磁学等手段，分析其理化指标、检测所携带的磨损和污染物颗粒，从而获得机器的润滑和磨粒状态的信息，定性定量地描述设备的磨损状态，找出诱发隐患，评价机器的工况和预测故障，并确定故障部位、原因和类型。油液监测技术这些特点为主动维修的实施提供了前提条件，通过对在用润滑油、液压油的理化性质（运动黏度、水分、酸值、承载能力等）、铁谱和光谱等特征的监测，及时发现设备润滑存在的故障隐患，做出判断，及早进行主动维修。

1 油液监测的主要技术手段

1.1 油液理化性质指标监测

设备润滑状态的好坏主要是由油液的物理化学性能决定，因此设备油液监测工作的一项重要工作内容就是对设备用油的理化性质进行检测，以判断设备的润滑状态是否符合设备的使用要求。对工矿企业设备油液监测有影响的油液理化性质指标包括运动粘度、水分、酸值、闪点、凝点（或倾点）、机械杂质、抗乳化性、抗泡沫特性、抗磨性和极压性等。

1.2 油液铁谱检测

在目前国内大多工矿企业，铁谱技术是被应用最为广泛的一种油液监测技术。铁谱技术的核心设备是铁谱仪，它是利用高梯度磁场的作用将机器摩擦副中产生的磨损颗粒从润滑油液中分离出来，并使其按照尺寸大小依次沉积在基片上而制成铁谱片，然后置于铁谱显微镜或扫描电子显微镜下进行观察，以获得摩擦副磨损过程的各类信息，从而分析机器的磨损机理和判断磨损的状态，进而进行预防性维修或采取相应的措施。铁谱分析具有较宽的磨粒尺寸检测范围和较高的检测效率，能同时进行磨粒的定性与定量分析，目前在煤炭行业使用较广的是旋转式铁谱仪[9]。

1.3 油液光谱检测

光谱技术是最早应用于机械设备状态监测和故障诊断并获得成功的油液监测技术之一。目前应用于油液光谱分析的最先进技术是等离子体发射光谱法，光谱技术既可以准确地检测设备润滑系统中润滑油所含磨损颗粒的成分及含量，也可以检测润滑油中抗氧化剂、抗磨剂等添加剂的状况，以及监测润滑油污染程度和衰变过程。目前在工矿企业中通常使用等离子体原子发射光谱仪来进行油液元素分析，使用红外光谱仪来进行添加剂、硫化物、氧化物和积炭等的检测。

1.4 颗粒计数

颗粒计数是评定油液中固体颗粒（包括机械磨损微粒）污染程度的一项重要计数，它的特点是把油样中的颗粒进行粒度测量，并按预选的粒度范围进行计数、从而得到有关颗粒粒度分布方面的信息，然后与标准进行比对，获得对油液污染度的评价[6]。

2 油液监测体系的组织构成

3 应用实例

2010年神东煤炭集团实施上述油液监测体系的第一年，共化验油脂点位12395个，发现异常点位1390个，严重问题点位35个，全年故障停机率为0.46%，比计划降低34.2%，全年直接和间接为公司创造产值和节约成本总计5000万元。

2010年神东煤炭集团检测实验室在对上湾矿12205工作面使用的艾柯夫SL1000 6659采煤机润滑油的例行铁谱化验分析中发现该采煤机的左摇臂（使用美孚 320#润滑油）行星头铁谱分析结果为异常，铁谱分析中发现有大小为30-100μm的黑色氧化物、严重滑动磨粒、疲劳磨粒及层状磨粒等（如图2）。随后对该油样进行理化分析和光谱分析，结果显示润滑油运动黏度下降了12%，水分＜0.1%，铁元素含量达56mg/kg,综合分析判定该摇臂行星头内存在严重的润滑不良，局部发生干摩擦且局部相对运动表面负荷过高速度过大，还可能存在硬质颗粒在摩擦副间来回滚动等非正常摩擦状态，总评处于严重等级。建议矿方更换摇臂，对原左摇臂进行拆解检查。经神东维修中心拆解发现该摇臂行星头的一级法兰与一级轴承外圈相互摩擦严重，产生了明显的摩损圈，其他部位并未发现有严重磨损情况。经维修中心相关技术人员分析，左摇臂行星头的非正常磨损主要是由一级法兰与一级轴承外圈相互摩擦的非正常摩擦导致的。此次油液监测及时发现了故障隐患为公司挽回直接和间接经济损失500万元。

2009年12月榆家梁煤矿52104工作面采煤机摇臂齿轮箱（使用美孚320#）遇半月期取样，进行铁谱分析，发现有10-25μm的球形颗粒、30-120μm的疲劳剥块、25μm的层状颗粒、约50μm的滚滑磨损颗粒和少量有色金属颗粒。同时,对该点位油样进行理化和光谱分析，结果显示，运动黏度上升15%（超标），水分为0.71%（超标），铁元素含量为72mg/kg，铜元素含量为9 mg/kg。换油二日后，又进行取样分析，仍然发现有同样的异常磨损颗粒。随即停机对齿轮箱进行检查，确实有大量磨屑吸附。建议立即申请更换摇臂，维修中心进行解体检查，齿轮齿面严重剥落。如果继续使用该摇臂必然造成重大停机事故。此次监测，为公司减少损失约为200万元。

4 基于油液分析的主动维修的辅助体系

EAM系统的油液监测信息在主动维修中的应用，EAM即企业资产管理系统（Enterprise Asset Management ）。EAM系统以资产台账为基础，以工单的提交、审批、执行为主线，按照缺陷处理、计划检修、预防性维护、预测性维护等几种可能模式，以提高维修效率、降低总体维修成本为目标，将设备管理、维修管理、采购管理、库存管理、人力资源管理集成在一个数据充分共享的信息系统中，对资产进行全寿命管理。在EAM系统中，将公司的每台设备的使用情况、使用单位、规格型号、润滑点位和油液分析报告等各类相关信息。检测实验室将各类设备的润滑油液监测信息录入EAM系统中，矿方、维修和设备监管单位可随时获得设备润滑情况，油液监测发现设备需要进行换油处理时，EAM系统会自动生成换油工单，矿方对相应设备的润滑点位进行换油，设备监管单位对矿方的换油工序进行监督和检查，确保了工单任务的顺利完成和设备的正常润滑。EAM系统的应用为主动维修提供了快速、高效和准确的信息，是设备维修管理中一项重要技术和工程。

神东煤炭集团实施基于油液分析的主动维修在综采设备管理中的应用以来在降低设备故障率、减少机电事故、提高生产效率、保障安全生产方面做出了重要贡献，使神东煤炭集团的百万吨死亡率保持在全国最低水平。这项技术的进一步研发、推广和应用必将有力提升我国煤炭企业的设备管理和煤炭生产工作。这项技术也在其他行业的设备管理领域也有广阔发展前景。

参考文献

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[2]程中华，贾希胜，赵建民. 主动性维修、预先维修与RCM [EB/OL]. [2010-12-01]. http://wenku.baidu.com/view/7fbe3668a45177232f60a293.html.

[3]刘东风.主动维修思想与油液监测技术[J]. 中国修船，2002（4）：47-50.

[4]周新聪，刘东风，程海明等. 主动维修策略与油液分析技术[J]. 液压与气动，2004（6）：78-80.

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(PM) through adopting a proactive reliability-focused culture[J]. Applied Energy,2006（83）：1235–1248.

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[7]毛美娟，朱子新，王峰. 机械装备油液监控技术与应用[M].北京：国防工业出版社，2006.

[8]王国庆. 润滑油液监测技术现状与发展[J]. 润滑油，2004,19（5），7-11.

[9]张鄂. 铁谱技术及其工业应用. 西安：西安交通大学出版社：2001

[10]王坚，张英堂.油液分析技术及其在状态监测中的应用[J]. 润滑与密封，1997（1）：77-78.

[11]辛仁轩. 等离子体发射光谱分析[M].北京：化学工业出版社，2010.

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