铁谱监测技术在煤矿设备故障诊断中的应用

1　引言 　　目前研究设备磨损情况的主要方法是油样分析法。油样分析法包括磁塞检测法、光谱分析法 和铁谱分析法等。大量统计资料表明，磁塞检测和光谱分析分别只适用于检测尺寸较大（≥ 100μm）和极微小磨粒（≤10μm），而大多数机器失效期磨粒特征尺寸多在20～200μm 之间。铁谱分析的磨粒尺寸（01～1000μm）包含了对于磨损状态的识别和故障原因 的 诊断具有特殊意义的这一尺寸范围，从而通过应用铁谱分析技术正确判断磨损状态奠定了基 础。 图1为各种油样分析方法对磨粒尺寸敏感范围的比较。 　　图1　 各种油样分析方法的检测结果（略） 　　2　铁谱监测技术诊断原理及其在煤矿设备工况监测中的作用 　　矿山机械设备零部件的磨损失效是影响机器正常运行的主要故障之一。在机械 设备中，施加 于运动部件表面间的润滑油不但减少了这些零部件的摩擦和磨损，而且随着它的流动，也会 不断地把零部件磨损的产物——磨屑带离摩擦表面，使这些磨屑悬浮于油液中。铁谱诊断技 术的基本原理和方法就是用磁性方法把混于润滑油（或液压油及其它润滑剂）中的铁质磨粒 分离出来（采用铁谱仪），并按其尺寸大小依次、不重叠地沉淀到一块透明的基片上（即 制作谱片），在显微镜下或用肉眼直接观察，以进行定性分析（指对磨粒的形态特征、尺寸 大小及其差异等表面形貌及成分进行检测和分析）。利用加装在铁谱显微镜上的光密度计， 还可以对谱片上大小磨粒的相对含量进行定量分析。磨擦学的研究表明，磨粒的类别和数量 的多少及增加的速度与摩擦面材料的磨损程度及磨损速度有直接的关系；而磨粒的形态、颜 色及尺寸等则与磨损类型、磨损进程有密切关系。因此铁谱分析法在判断磨损故障的部位、 严重程度、发展趋势及产生的原因等方面能发挥全面的作用。 　　铁谱监测技术在设备故障诊断中占有重要的地位，特别是对低速回转机械及往复机械来说 ，利用振动和噪声监测技术判断故障较为困难，铁谱分析就成为首选手段。煤矿机械，无论 是固定设备还是采掘设备，大多属低速、重载设备，有的还是行走设备，井下环境特别恶劣 ，除 大量的粉尘和煤尘外，还伴随有强烈的撞击和振动，不仅安装在线的仪器和传感器困难，而 且传感器还要求是本安型或防爆型，因此通过采集机械中的润滑油（或液压油）对其进行铁 谱分析来监测机械传动系统（或液压系统）的运行工况是煤矿机械故障诊断的重要手段。 　　3　 铁谱监测程序 　　铁谱监测流程图如图2所示。 　　图2　铁谱监测流程图（略） 　　对于旋转式铁谱仪由于有3个环形磁场，其定量分析式为： SR=AL2-（AM+AS）2 　　式中：SR为定量铁谱参数，即磨损度烈度； AL、AM、AS为旋转式铁谱仪外环、中 环、内环分别对应于大、中、小磨粒浓度的光密度计读数。 　　4　　煤矿机械铁谱监测实例 　　4．1 大同矿务局云岗矿开展采煤机铁谱监测实例 在ＡＭ500采煤机上累计采样1000多次，经铁谱分析提出许多有价值的建议。 一次通过双光显微镜对行走齿轮箱的油样谱片进行观察，发现有许多不正常的金属片状、块 状磨粒，部分磨粒达40～60μm。通过光密度计发现磨粒浓度呈上升趋势，且磨粒具 有疲劳磨损期的特征，可能是齿面疲劳磨损所致。经检修齿轮箱，发现是马达轴出现疲劳断 裂。另一次对采煤机右摇臂的油样进行分析时发现SR高达831，但经显微镜观察铁磁 磨粒的数 量并未增加，而是污染物大增，说明油液污染严重，经及时更换，避免了严重事故的发生。  　　4．2　 开滦矿务局开展铁谱监测实例 荆各庄矿在对其主井提升机进行铁谱监测中发现油样中出现大量的5μm左右巴氏合金 磨粒，同时伴有少量切削磨粒，表明该机轴瓦已处于破坏性磨损的临界状态。两天后，该机 发生突然停机故障。经拆机发现，轴瓦已严重磨损，充分证明铁谱监测的结果与实际工况是 相吻合的。 赵各庄矿带式输送机的1号减速箱在一次取油样中发现大量球形颗粒，判断为滚动轴承工作 不正常，后经拆检发现第二轴滚动轴承的轴承架已磨损，出现了事故隐患。由于预报和处理 及时，防止了由此产生的停机事故。 　　4．3　 太原煤炭气化总公司开展铁谱监测实例 自1992年7月以来对其焦化厂离心鼓风机、煤气厂煤压机及选煤厂振动筛等重点专用设备进 行了铁谱监测 ，确保了煤气的正常供应和企业的正常生产。例如，针对煤压机电机轴承频 繁损坏（平均每2个月报废一个轴承）的情况，对其油样进行了铁谱分析，发现谱片上有接 近中量的正常磨粒（<15μm），有接近少量的切削磨粒，少量的疲劳剥块（16 ～30μm ） ，接近中量的层状磨粒（<4 6μm），还有接近少量的深色金属氧化物和摩擦聚合物，以及 少量直径小于 3μm的球状颗粒和煤屑沙粒等其它杂质，经判断分析是电机轴承润滑不良导 致电机轴承产生疲劳破坏。及时进行了轴承供油系统结构改造，改造后一年多，电机轴承运 行良好。 　　5　 结论 我国煤炭行业开展铁谱监测技术十几年来，取得了显著的经济效益，如大同云岗矿综采二 队，开展铁谱监测技术以来使突然停机事故从1990年的112%下降到1997年的036%,节省 配 件消耗近60万元,减少误产损失、多出煤炭近2万t，创经济效益近100万元。理论和实践证 明,铁谱监测技术是煤矿机械工况监测和预知维修行之有效的重要手段,应重点发展和推广使 用,并使其在实践中不断发展和完善。 　　 参考文献 1　廖伯瑜.机械故障诊断基础.北京：冶金工业出版社，1995，147～148. 2　李纪等.矿山设备性能测定与状态诊断技术.北京：煤炭工业出版社.1996，33 7～342. 信息来源于：中国煤炭