矿山机械液压油污染在线监测系统设计

矿山机械液压油污染在线监测系统设计

原寿青

原寿青

招金矿业股份有限公司蚕庄金矿山东招远265402

摘要：液压系统的早期故障诊断维护在很大程度上取决于油液监测信号的品质，通过对其进行实时在线监测，可为按质换油提供合理建议。光散射法测量技术具有设备成本低，精度较高的特点，监测系统报警后，可现场提取油液试样再进行精度更高的离线检测，为设备的预防性维护提供重要依据。文章给出了双参考监测系统示意，分析了油液监测精度的影响因素，提出了相应的对策。

关键词：矿山机械；液压油污染；监测

引言：

随着现代化科学技术的迅猛发展，电子技术、计算机技术和液压传动融合程度的不断提高，液压系统在矿山机械中的应用也越来越普遍。液压油质量以及被污染情况对液压系统工作状态的影响较大，特别是液压油污染给矿山机械液压系统造成的负面影响更是不容忽视。笔者在此所阐述的矿山机械液压油污染在线监测系统可以实时监测液压油质量，一旦液压油污染达到预先设定的标准，系统将会自动发出警报，并及时采取清洁处理措施，确保设备运行的正常性。

1矿山机械液压油污染的来源危害

1.1液压油氧化变质

山机机械在工作时，液压系统由于各种压力损失产生大量的热量，使系统液压油温度上升，系统温度过高时液压油容易氧化，氧化后会生成有机酸，有机酸会腐蚀金属元件，还会生成不溶于油的胶状沉淀物，使液压油的粘度增大，抗磨性能变差。

1.2液压油中混入水分和空气

液压油新油有吸水性，含有微量水分；液压系统停止工作时系统温度降低，空气中的水气凝结成水分子混入油中。液压油中混入水分后，将降低液压油的粘度，并促使液压油氧化变质，还会形成水气泡，使液压油的润滑性能变差还会产生气蚀。液压油能溶解部分空气，有时还会吸入气泡。空气混入液压油中可加快液压油氧化变质，还会引起噪声、气蚀、振动等。

1.3液压油中混入颗粒污物

液压系统及元件在加工、装配、储运中将污物混入系统中：使用中漏气或漏水后形成不溶物；使用中金属零部件磨损后产生的磨屑：空气中灰尘的混入等，这些都易形成液压油中的颗粒污物。液压油中混入颗粒污物，容易形成磨料磨损，降低液压油的润滑性能，冷却性能。

2现行油液污染检测技术的不足及影响因素

2.1现行油液污染检测技术的不足

当前比较成熟的液压油污染检测方法是对采集的油样进行检测分析，从而确定其污染等级。这种检测方法应用范围较广，但也存在一些局限性。首先是此方法检测即时性差。多数检测结果仅是证明了设备故障的原因，而没有起到预测设备将会发生怎样的故障。例如：当通过单一的铁谱或光谱检测液压油已被污染时，设备拆机后拉缸、断环、烧瓦等故障往往早已发生。其次是因果颠倒，多走弯路。实际检测操作中通常是在做铁谱或光谱时发现问题，再去做液压油的理化分析，这种由结果找原因的方法，直接导致了工作效率的低下。再次是这种检测方法警告不够准确，难以查找故障原因，不便对以后的整改措施加以指导。所以根据矿山机械中液压油的使用特点，开发一个能够在线监测液压油污染程度并能自动即时报警的系统，对于减少甚至避免液压系统故障，保证设备可靠运行是十分必要的。

2.2影响因素

设计双参考监测系统时应考虑光探测器部分的灵敏度、线性度和信号噪声的影响。机械上使用时，温度上升，油液黏度下降。而清洁油液及污染油液相对于被测油液而言，由于没有温升，因此黏度较高。由于光通过黏度不同的同种油液时，光探测器感知光强不同，因此在制备已知污染度的污染油液以及后继的信号处理部分必须充分考虑黏度对污染度等级的影响。被测油液取样管可以使用短取样管或长取样管，前者更靠近机械，被测油液状态更接近于真实工作状态，但对系统灵敏度要求较高；后者远离机械，被测油液受温度的影响较小，对系统的灵敏度要求较低。机械操作时，油液处于循环流动状态，而作为参考的清沽油液和污染油液则处于静止状态。为消除油液流动对测量结果的影响，可在加装的液压油引入、导出管路上旁通一端开放，一端封闭的石英玻璃管，以便将液压油引入至监测区内进行监测，这样做还可减弱机械运行初期沉积的高浓度颗粒对测量结果的影响。由于颗粒通过监测区时对光的散射极其微弱以及应用的电子元件存在噪声，因而会产生颗粒散射作用与噪声幅值非常接近，甚至完全淹没于背景噪声的情况。在制备已知污染度的污染油液时应对电子元件滤波电路进行设计以消除信号噪声的影响。

3矿山机机械液压油污染度的在线监测系统

为了监测液压油的污染程度，首先界定污染极限值。一旦将其确定后，即可根据工作现场的机械使用情况，使用清洁油液配制达到污染极限值的污染油液，并检测出其出射光强。通过对被测油液与清洁油液，被测油液与污染油液的对比分析可得在用的被测油液的污染状况，监测系统包括光源、分光器、监测油液、光探测器、数据采集、信号处理、显示器部分。由于同时使用清洁油液和制备的已知污染度的污染油液作为参考，因此使用双参考定义此监测系统。实际使用中，3种油液均布置于长度相同的石英玻璃管内，其中被测油液需从机械上引出后，再回流至机械内。双参考监测系统的原理为，光源发出的光经过分光器后形成3个支路，分别通过光纤、透镜后引入到清洁油液、被测油液和污染油液区。光通过上述监测油液后，未被吸收或未被散射的光再次经过透镜、光纤后传输至光探测器。3个光探测器分别将接收到的光信号转变为电信号后输出给数据采集部分，最后信号处理部分对电信号进行存储、滤波、比较后显示结果。如果被测油液与清洁油液的光强差值超过污染油液与清洁油液的光强差值，则报警。

4液压油污染在线监测系统的改进

4.1有效提高了即时性

传统的矿山机械液压油污染的检测方法是通过对油样的采集实现的，通过对油样进行检测分析，从而确定油污染等级。但是，这种方法由于无法即时采集油污，对当前的污染情况分析存在一定的局限性。文章构建的液压油污染在线监测系统则是运用物联网技术，通过传感器对油污进行实时监测，有效的提高了油污分析的即时性。

4.2有效提高了预见性

传统的矿山机械液压油污染只能对设备故障的原因进行大致的分析。但是，对于可能发生的污染后果的预见性不足。比如，运用传统方法对矿山机械进行铁谱检测或者光谱检测的时候，可能危害结果早就已经发生了，这种颠倒因果的做法，最终结果就算是评定了污染等级，而不能够有效的帮助污染的治理和防护，本身就是一种本末倒置的做法。而文中构建的在线监测系统，则通过预警系统，预先估计可能发生的污染情况，为我们更好的治理污染、防范污染提供了依据。

4.3能够帮助矿山机械液压系统提高工作稳定性。

在线监测系统通过物联网技术实时监测矿山机械液压系统工作状况，不仅能够改善污染状况，同时还能够对当前矿山机械液压系统的工作现状进行及时的了解，对于我们及时的发现并且避免液压系统故障，提高整个工况的工作稳定性具有非常重要的现实意义。

结束语：

随着液压传动与电子技术、计算机技术的深度融合，其在矿山机械中的应用也越来越为广泛。因为液压传动系统以液压油作为工作介质，所以其质量的好坏和受污染情况，将直接影响液压系统的工作状况，其中液压油的污染影响最为严重。据有关资料统计，有85％左右的矿山机械液压系统故障是由于液压油受污染引起的。因此，加强液压油污染的监测和控制处理具有非常重要的意义。

参考文献

[1]邓经纬，匡华云.大型机械液压油污染分析及在线监测技术[J].液压与气动.2006（12）

[2]胡元哲.液压油的几种监测方法在矿山机械状态监测和故障诊断中的应用[J].机床与液压.2006（10）