油液监测技术在液压系统中的应用与分析.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ N o ． 1 2 ． 2 0 1 1 油液监测技术在液压系统中的应用与分析 张 伟 曾 安 黄志坚 1 ． 广东工业大学机电工程学院， 广东广州5 1 0 0 0 6 ； 2 ． 广州机械科学研究院， 广东广州5 1 0 7 0 0 摘要 在对油液监测技术的特点 、 方法进行了相关的分析和探讨后 ， 针对液压系统的工况和运行状态 ， 研究 了油液分析技术在液压 系统状态监测 中的应用 。 关键 词 油液分析 ； 液压系统 ； 状态监测 中图分类号 V 3 1 7 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 1 2 0 0 3 5 0 3 Ap p l i c a t i o n a n d An a l y s i s o f Oi l M o n i t o r i n g Te c h n o l o g y i n Hy d r a u l i c S y s t e m Z H AN G We i Z E NG An HU AN G Z h i i a n 1 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ，C h i n a ； 2 ． G u a n g z h o u Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ， G u a n g z h o u 5 1 0 7 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t A f t e r a n a l y z i n g a n d d i s c u s s i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d me t h o d o f o i l a n a l y s i s t e c h n o l o g y ， a c c o r d i n g t o t h e c o n d i t i o n a b o u t h y d r a u l i c s y s t e m， r e s e a r c h t h e a p p l i c a t i o n o f o i l a n a l y s i s t e c h n o l o g y i n h y d r a u l i c s y s t e m c o n d i t i o n mo n i t o r i n g ． Ke y W o r d s o i l a n a l y s i s ； h y d r a u l i c s y s t e m； c o n d i t i o n mo n i t o r i n g U 日 IJ舌 随着 国民经济的发展 ，液压技术在机械制造及 汽 车行业 、 能源与冶金行业 、 铁路和公路工程 、 工程机械 、 轻工 、 纺织及化工机械 、 航天航空工程 、 武器装备 、 特种 设备及公共设施 中得到广泛的应用_ 】 1 。近年来 ， 油液分 析技术作为一种新兴技术 ，在工业设备 的状态监测中 也起到了越来越重要的作用。针对液压 系统应用 的广 泛性 、 运行工况和油液分析技术的特点 ， 利用油液分析 技术对液压系统进行监测 ，可以有效的避免液压系统 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 1 3 作者 简介 张伟 1 9 8 5 一 ， 男 ， 湖北黄石人 ， 硕士研究生。 研究领域 机 电液 、 设备故 障诊 断。 引起 振动 的原因很多 ．在处理振动时还要根据类 似振动不明显的系统和过振动系统 间的差异 ，采用 比 较法 ． 找出过振动的主要原因。 本文对液压振动进行了简述 ，希望对相关液压从 业人员有一定 的参考作用。 参 考 文 献 【 1 】 雷天觉． 新 编液压工程手册【 M 】 ． 北京 北 京理工大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 2 】 陆望龙． 实用液压机械故障排除与修理大全[ M] ． 长沙 湖南科 因油液污染造成系统中的泵 、阀磨损或者过滤器堵塞 而造成设备 的停机等重大故障的发生 ，从而在设备的 预防性维护 中， 节省了资源 ， 有效地提高了设备的运行 效率 ， 具有重要的意义。 1 油液分析技术 的概述 油液分析技术 O i l A n a l y s i s ，或简称为油液分 析 ， 是现代工业化不断发展的产物。我们知道 ， 设备运 转过程 中，摩擦副的相对运动会产生摩擦磨损。据研 究 ， 8 0 ％的机械设备失效是 由磨损引起 的。为了减少机 械设备 的磨损 ， 通常是在运动表面添加润滑剂。因此 ， 润滑油中含有丰富的摩擦学信息，对润滑油进行分析 和 监 测就 显 得尤 为 重要 了 ，油 液监 测技 术 也就 应运 而 学技术 出版社 ． 2 0 0 2 ． [ 3 】 颜荣庆 ， 等． 现代工程机械液压与液力系统基本原理 、 故 障分析与排除【 M ] ． 北京 人民交通 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 4 ] 黄志坚 ， 等． 液压设 备故障诊断与监测实用技术[ M 】 ． 北 京 机 械工业 出版社 ． 2 0 0 5 ． 【 5 】 马大 猷． 噪声与振 动控制工 程手册[ MI ． 北京 机械 工业 出版 社 ． 2 0 0 2 ． [ 6 】 刘 延俊 ． 液 压 系统使 用 与维修【 M ] ． 北 京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 7 ] 路 甬祥． 液压气动技术手册【 M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 1年 第 1 2期 生。油液分析技术最早可以追溯到 2 0世纪 4 0年代[ 2 - 3 ] 。 1 ． 1 油 液分 析技术 的方 法 油液分析技术是针对润滑油进行检测 的一项设备 状态检测技术 ， 目前油液分析技术都在实验室中进行 ， 现场的设备维护人员将采集到的设备油液样品送至检 测实验室 ， 经油液分析人员分析后 。 给出润滑油的性能 和设备运行状态的诊断报告。通常 ． 油液分析人员对油 液进行理化指标分析 、 污染度分析和谱分析。油液的理 化指标包括黏度 、 水分 、 酸值 、 闪点 、 泡沫性等等指标 ， 主要用来检测润滑油的性能和品质 ；污染度即油液的 清洁度 ，采用颗粒计数 的方法对油液的清洁度进行分 析 ， 以便找出外部污染来源和为内部磨损提供依据 ； 谱 分析包括光谱分析和铁谱分析 ，光谱分析用来检测润 滑油中元素的含量 ，铁谱分析包括直读铁谱分析和铁 谱特征磨粒分析 ， 来查找设备的磨损部位和故障根源。 针对不同的设备 ， 我们选取的测试项 目是不一样 的， 结 合设备现场工况和设备 自身特点 ，选取合适的测试项 目， 可以有效的对设备进行预防性维护和状态监测。 1 _ 2 油液 分析 技术 的特点 作 为设 备状态监测和故 障诊断 中的一门新兴技 术 ． 油液监测技术有着 自己适用范围和特点 。在一些大 型的往复设备 、 低速重载和润滑系统中， 振动分析往往 不能有效地提取故障信息 ，此时更适合采用油液分析 技术。油液分析技术可以通过磨损颗粒的特征信息， 对 设备进行及时的预防性维护。在一些场合中 ， 结合振动 分析技术 ， 可以有效地提高故障诊断的精度 。 1 ． 3 油液 分析 技术 的前 景分析 油液分析技术作为一种新兴技术 ，在 国外得到了 广泛和重要的应用。随着工业化的发展 ， 油液分析技术 在国内的应用也得到了逐步的发展。目前 ， 油液监测技 术 在 汽车 、 港 口 、 石 化 、 冶 金 、 制 气 、 化 工 、 石 油开 采 、 运 输 、 水泥 、 电力等行业的大型压力机 、 大型减速箱 、 高精 度伺服液压系统 、 大型燃气透平机 、 大型水轮机组等关 键设备 的润滑磨损状态分析中发挥着重要作用 。因 此 ． 油液监测技术有广泛的市场和应用前景。另外 ， 随 着工业上信息化程度的逐步提高 ，油液分析技术正在 朝着在线监测 、 远程诊断和智能诊断的方向发展。 2 液压系统中油液参数的选取 生产实践 中。液压系统中的故障一般都是颗粒污 染造成的【 5 _ 。液压油液中的污染物和磨损颗粒 ， 会导致 液压系统中的缸体 、 泵和阀的故障。因此 ， 对液压油液 中的颗粒进行监测尤为重要 。液压油液的颗粒监测技 术包括污染度分析和磨损颗粒分析。理化指标上， 包括 3 6 黏度和总酸值的测试 ．对于一些容易受到水分污染影 响的液压系统 ， 还应包括水分测试嘲 。 2 ． 1 黏 度 黏度是油液品牌划分 ， 油品选择 的重要依据 ， 也是 油品劣化的重要报警指标 。黏度值的变化 ， 会直接或间 接的反映油品性能 的变化 ， 合理的黏度值 ， 有利于油膜 的形成 、 充分润滑和减少磨损 。一般情况下 ， 液压油的 新油黏度值在标准值 的基础 上波动 l 0 ％都是正常的， 而在用油黏度值波动超过了标准值 的 5 ％就应该引起 设备维护人员的足够重视 。 2 ． 2酸值 总酸值量度 因氧化而产生全部酸性物质 的指标 。 是基础油的精致程度 成品油中酸性添加剂的量度 以 及油品使用过程中氧化变质的重要判别指标。总酸值 的变化 ， 可 以直接反应液压油的氧化程度 ， 另一方面 。 也可 以间接 的表征油液 中的污染度 和磨 损颗粒 的趋 势。液压油中通常含有 Z n 、 P等添加剂， 在使用过程中， 随着添加剂的消耗 ，在用油的酸值会下降 ，一段时间 后 ． 油液氧化生产的酸性物质又会使酸值升高。通常， 在用油的酸值不应超过新油酸值 的两倍。 2 ． 3水 分 水分是液压系统监测 中的另一个重要指标 。油 中 水分的存在对设备运行的危害很大 ， 水分破坏油膜 ， 降 低润滑性 ，加剧摩擦副部件的磨损 ，能够与油品起反 应 ， 形成酸 、 胶质和油泥水 ， 能析 出油中的添加剂 ， 降低 油品的使用性 能， 降温时使油品的流动性变差 ， 腐蚀 、 锈蚀设备 的金属材料 。当水分监测结果小于 0 ． 0 3 ％v o l 时。说 明液压系统密封 良好 ，没有受到外界水分 的污 染。 2 。 4颗 粒监测 液压系统 中的颗粒监测包含污染度和磨损颗粒 。 污染杂质既可能是外界的污染物 ，也可能是油液劣化 后生产的杂质 。油液 中的污染颗粒 ， 会加速液压缸 、 马 达／ 泵 、 阀的磨损 ， 从而导致一系列的液压故障[ 7 】 。磨损 颗粒分析包括光谱和铁谱分析。光谱分析通过监测磨 损金属 如 F e ， A l ， C u ， P b ， C r ， Mo ， Mn ， S n ， A g ， N i 的含量 及变化趋势 ， 结合铁谱分析 ， 可以判断是否存在异常磨 损和磨损的部位。 3 油液分析技术在液压系统监测中的应用 油液分析技术在液压系统中已经得到了广泛的应 用 ．文中就油液分析技术在某水泥有限公司液压站生 产实践中的应用进行了相关的分析 ，该液压站使用 的 是 s h e l l 4 6 液 压油 。 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ N o ． 1 2 ． 2 0 1 1 3 ． 1 油液 监测数 据 对液压站油液进行 了理化指标 、光谱和铁谱 的分 析和监测 ， 数据分别如表 l 、 表2 、 表 3和表 4所示。 表 1 理化分析 表 3 铁谱定量分析 磨损颗粒类型 主要尺寸 尺寸范围 B m 相对数量等级 3 ． 2数据分析与诊断 1 数据分析。 从结果上看 ， 该油理化指标黏度 、 总酸值基本正常。 油中未检出水分污染 ， 但油液污染度等级严重偏高 一 般液压油污染度等级应控制在 N A S 8级 以内 。从 I S O 等级可 以看 出颗粒尺寸范围主要在 5 1 5 1 m， 铁谱分析 表明 ， 油 中污染颗粒主要是细小的钢质磨粒 见图 1 。 光谱元素分析表 明油中磨损金属元素 F e 、 C r 含量严重 偏高 。 直读铁谱 D L、 D S值偏高 。 综合上述分析 ， 表明该 液压站有关部件磨损量偏高， 存在异常磨损。 图 l钢 质磨 损 颗粒 2 诊断分析 。 根据以上分析 ， 该液压站所用液压油无明显劣化 、 变质 ． 亦没有受到太多的外界污染 。但有关钢质部件存 在异常磨损。应检测该系统运行时的油温 、 振动 、 噪声 等参数 ． 结合现场情况进行处理。现场收到油液监测报 告后 ， 对该液压站进行 了检查 ， 发现压力液压泵开启后 噪声偏大 ， 并且压力表指针有明显的抖动。经过更换压 力液压泵 、清洗压力阀并使用过滤小车对该液压油进 行反复过滤净化处理后 ， 该液压系统恢复正常。 4 总结 随着工业化进程的快速发展 ，油液监测技术 已逐 步发展成为成熟的故障诊断技术 ，在设备的磨损状态 监测 中具有独一无二的优势。事实表 明， 大量的石化、 钢铁 、发电等行业已经把油液分析作为设备维护中一 种非常重要 的监测手段 ， 积极筹办油液分析实验室 ， 组 织设备维护人员进行相关知识的学习和培训 。我们相 信 ， 油液监测技术有非常广泛的发展和应用前景 。 参 考 文 献 【 1 】 张利 平 ． 液压 传动 系 统及设 计【 M】 ． 北 京 化 学 工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 】 杨 其明 ， 严新平 ， 贺石中． 油液监测分 析现场实用技术[ M I ． 北 京 机械工业 出版社 ． 2 0 0 6 ． 【 3 ] 李柱 国． 机械润滑与诊断[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 『 4 1 陈闽杰 ， 刘小 波， 贺石中． 大型盾构机主轴承润滑故障诊 断与 对策f J 1 ． 润滑与密封 ， 2 0 1 0 5 ． [ 5 ] 刘启祥． 油气 润滑技术 在连铸机 上的应用 【 J 】 ． 液 压气动与 密 封 ． 2 0 1 0 1 ． [ 6 ] Ma r k B a r n e s ，“ R e a l i t y C h e c k T i me t o R e t o o l Y o u r T e s t S l a t e ， ”P r a c t i c i n g Oi l An a l y s i s Ma g a z i n e ，J a n u a r y - F e b r u a r y ， 2 00 3． [ 7 ] 黄志坚， 杨金好 ， 谢文祥． 连铸连轧生产线液压与润滑油监测 的实践与探索[ J J ． 润滑与密封， 2 0 0 7 2 ． 37