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油液分析在泥水盾构状态监测中的应用

时间:2015-10-29 11:12来源:www.rhjspx.com 作者:花间一壶酒 点击:
赵誉(中铁房山桥梁有限公司北京102400) 摘 要: 本文介绍了油液分析在泥水平衡盾构机状态监测中的应用,包括监测方法、数据处理和设备状态的预测,尤其总结了三种铁谱、光谱数据处理分析的方法,为设备保养和维修提供了科学的依据,对机器的正常运行具有重
 

 

赵誉(中铁房山桥梁有限公司北京102400)
 
摘 要:本文介绍了油液分析在泥水平衡盾构机状态监测中的应用,包括监测方法、数据处理和设备状态的预测,尤其总结了三种铁谱、光谱数据处理分析的方法,为设备保养和维修提供了科学的依据,对机器的正常运行具有重要的意义。
关键词:盾构机;油液监测;铁谱分析;光谱分析;三线值法
 
南京长江隧道工程从德国海瑞克公司引进两台泥水平衡盾构机(S349/S350),直径均为14.93m,是目前我国独立施工中引进的最大直径的盾构机。南京长江隧道开挖直径大,地质条件复杂,加之盾构机本身结构的复杂给施工带来很多世界级的难题。为了保证盾构机的正常掘进施工,我们通过对液压油、齿轮油等的分析,在不拆卸设备,不影响正常施工的情况下,对液压系统及主驱动齿轮系统实现故障预报,为相关部件的维修保养提供科学依据。
1取样
油样是油液分析主要依据,所有的故障信息都融在其中,因此取油是否规范直接决定了设备的监测结论。
1.1取样工况
进入滑油的磨粒、杂质多以有机化合物、胶状悬浮物和自由颗粒形态存在,一部分挂于内壁,一部分存于油中,滑油处于静态时还有一部分沉淀于油底。因此取油必须在盾构机掘进状态下或刚刚停止掘进时,保证磨粒处于相对均匀的悬浮状态。
1.2取样部位
合理的取油部位应选在液压系统及主驱动齿轮系统摩擦副之后、滤清器之前。
1.3取样工具和取样量
必须用取样的专用工具取油,样瓶和取油管均为一次性用品,用后废弃。考虑油分析的项目多,每次取样量定为200ml。
1.4取样周期
取油周期为一个月,如果设备出现非正常磨损,应酌情缩短取样周期;而主驱动大齿圈和液压系统磨损率相对较低,可适当延长。
2油液分析
油液分析的主要项目包括:运动粘度、铁谱、水分、污染度和光谱分析,其中光谱分析需要外送检验。
2.1运动粘度和水分分析
油液运动粘度的检测标准:40℃下的变化率不应超过正常运动粘度值的±10%。如果粘度过低,会使润滑失效,造成严重磨损;粘度过高则会使油温升高,造成润滑表面氧化,同时也会增加功耗,造成能源浪费。
水分的检测标准:水分含量应不大于0.1%。水分含量过高会造成敏感部件的腐蚀,引发故障。
2.2油样铁谱分析
铁谱分析是利用铁谱仪从润滑油样(脂)试样中,分离和检测出磨粒和磨屑,从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损程度和磨损部位。常用的铁谱技术有直读式铁谱技术和分析式铁谱技术。这里只应用前者。
2.2.1直读式铁谱工作原理
直读式铁谱仪把磨损磨粒从油液中分离出来、并按尺寸大小依次沉积在沉积管上,供试验人员分析。磁场装置是一个高强度、高梯度磁场,在磁场作用下,大颗粒首先沉积,小颗粒随油液流到较远处才沉积;安装在不同位置的光电传感器分别读出不同大小磨粒的数量。
2.2.2直读式铁谱特征参量
①大磨粒读数DL,DL直读式铁谱仪第一个光电传感器读出的,它代表直径大于5μm的大磨粒的相对浓度,是评价机械磨损的主要参量之一。
②小磨粒读数DS,DS也是直读铁谱仪直接显示的原始读数;代表小磨粒(1~2µm)的相对浓度;也能反映油样中铁的含量。
③总磨损量Q,Q为大磨粒与小磨粒读数值之和,Q=DL+DS。它反映相对磨损总量。其变化率反应了磨损的发展速度。
④磨损烈度Is,Is为总磨损量与磨损严重度的乘积,即Is=(DL+DS)(DL-DS),它与磨损严重度有关。正常摩擦磨损条件下,DL与DS的数值比较接近。只有异常磨损条件下,才会出现DL值大大超过DS值的情况,因此Is峰值的出现是事故的征兆。
⑤大磨粒百分数PLP,PLP反应大磨粒占磨粒总量的比重,PLP=[/(+)]*100%。设备出现异常磨损时,大磨粒颗粒数会急剧增加,PLP值也会显著上升,因此PLP对大磨粒的监测十分敏感。
⑥磨粒浓度WPC,WPC=(DL+DS)/样品量,它表示每毫升未稀释样品的总磨损量。WPC的急剧增加标志非正常磨损的出现。
2.3铁谱磨粒特征
磨损过程一般产生六种基本的磨粒类型,包括铁磁和非铁磁颗粒的组合:
2.3.1正常滑动颗粒
正常滑动颗粒是正常磨损的结果,源于剪切混合层部分的脱落。磨粒呈薄片状,表面光滑,长轴尺寸从0.5~15µm,厚度0.15~1µm,在磨粒表面应该几乎没有可见的纹理,小片的厚度应该是1微米或更小。
2.3.2切削磨粒
切削磨粒是一个表面刺入另一个表面产生的结果,有两种产生这种结果的方式。
其一,一个相对坚硬的部件可能不对中或断裂,导致锐利的边缘刺入较软的表面;
其二,润滑系统中硬的研磨颗粒,研磨颗粒从软的表面突出并刺入另一个磨损表面。如果一个系统呈现增长的大(50微米长)磨粒,预示着一个部件故障。
2.3.3球形磨粒
球状磨粒的直径多为3µm左右,在白反射光照射下具有明亮的中心和黑色环带的成像特点。相对运动、揉搓作用形成,是疲劳磨损的特征。
2.3.4剧烈滑动
剧烈磨损颗粒在其表面存在平行的条痕,这些条痕相互平行并与颗粒的长轴平行是其识别特征。它们一般长度大于15微米,厚度在5和30微米之间。剧烈滑动颗粒有时呈现回火的颜色,它在热处理后可能改变颗粒的外貌。
2.3.5轴承磨粒
这些独特的颗粒类型与滚动轴承疲劳有关:疲劳碎片颗粒源于当金属表面凹痕或裂纹扩大时产生的剥离,在微散裂过程中这些颗粒达到最大尺寸100微米,疲劳散裂一般是扁平的,主要长度厚度比为10比1,其表面平坦,圆周呈随机不规则形状。
2.3.6齿轮磨损
齿轮涉及两种类型的磨损:节圆线疲劳颗粒源于齿轮节圆线,非常类似于滚动轴承疲劳颗粒,它们一般有平坦的表面并且通常为不规则的形状。取决于齿轮的设计,颗粒的主要尺寸与厚度比在4:1和10:1之间,矮胖颗粒由齿轮表面的拉力产生,使在散裂之前疲劳破裂扩展深入齿轮的齿。
2.4光谱分析特征参量
光谱分析的特征参量是油液中各种不同元素的浓度含量,其定量单位为g/µg,俗称PPM。
实际经过大量的测试,从元素浓度的增减变化中,也能找到一定的规律,即磨损类金属成分有:铁、铬、铅、铜、锡、铝、镍、银、钼、镁、锌、钛、钨、锑、钒等;污染物主要由硅、硼、钠、钾构成;油液添加剂则主要由铜、镁、钙钡、锌、钼、锑、硅、硼、磷等组成。
 

(责任编辑:花间一壶酒)
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