“一機多用”數(shù)字潤滑監(jiān)測方案：如何應對齒輪與液壓系統(tǒng)的不同需求并發(fā)揮新質(zhì)生產(chǎn)力?
在機械設備的龐大體系中，齒輪與液壓系統(tǒng)猶如“血液”，承載著動力傳輸與控制功能，是設備穩(wěn)定運行的核心。然而，正如人體健康需要準確的病理診斷與治 療，齒輪與液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，也需要故障診斷與治理。
現(xiàn)代醫(yī)學注重預防體檢，通過血液化驗等手段實時監(jiān)測身體健康。同理，機械設備的齒輪與液壓系統(tǒng)也需要通過油液理化指標的檢測，進行“體檢”，實現(xiàn)早期故障預警與準確維護。
盡管齒輪與液壓系統(tǒng)同屬于潤滑系統(tǒng)，它們在油液監(jiān)測中卻存在顯著差異。各自關(guān)注的監(jiān)測指標、面臨的故障模式及所用的傳感器技術(shù)各有特色。因此，如何設計出兼顧兩者需求的油液監(jiān)測方案，成為當前工業(yè)界亟待解決的重要課題。
一、齒輪系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)油液監(jiān)測的區(qū)別
齒輪及液壓系統(tǒng)兩者雖同屬潤滑系統(tǒng)，但因其不同油品及工況下的監(jiān)測重與指標上卻各有不同，反映了不同系統(tǒng)的運作特性下的潛在風險與監(jiān)測選型。
齒輪潤滑系統(tǒng)
■ 使用油液：多為齒輪油、220、320、460、680號;
■監(jiān)測指標：粘度、密度、溫度、油品品質(zhì)、含水率、磨損顆粒、磨損濃度;
■應用場景：多為各類機械的傳動位置，齒輪箱等;
■ 傳感器：粘度多參量傳感器(高粘度)、含水率傳感器、金屬磨粒傳感器;
用戶痛點：常面臨齒輪系統(tǒng)磨損異常，導致不可逆損傷、高昂維修成本和復雜檢修。水分乳化降低潤滑性能，加速齒輪磨損。因此，準確監(jiān)測磨損、含水率及磨損顆粒成為關(guān)鍵。同時，油品氧化、污染及添加劑消耗也需監(jiān)測，通過理化分析評估性能退化，及時維護。齒輪運轉(zhuǎn)下的溫度和振動水平同樣重要，異常預示潛在問題。
液壓潤滑系統(tǒng)
■ 使用油液：多為抗磨液壓油、46、68、100號;
■監(jiān)測指標：粘度、密度、溫度、油品品質(zhì)、微量水分、磨損顆粒、磨損濃度、污染顆粒;
■應用場景：多為地面選煤廠的液壓驅(qū)動裝置、裝車站的皮帶機等;
■ 傳感器：粘度多參量傳感器(低粘度)、微量水分傳感器、金屬磨損傳感器、污染度傳感器;
用戶痛點：液壓系統(tǒng)中的污染顆粒，如金屬屑、粉塵雜質(zhì)、水分和微生物等會導致液壓閥塊、通道堵塞、泵等壽命降低、出現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)不準確等問題。相比之下，液壓系統(tǒng)更加側(cè)重于油液的清潔度、理化性能以及系統(tǒng)壓力等方面的監(jiān)測。
此外，液壓系統(tǒng)的壓力和溫度也是反映其運行狀態(tài)和故障預警的關(guān)鍵參數(shù)，過高的壓力可能導致部件損壞，而異常的溫度則可能預示著系統(tǒng)內(nèi)部的泄漏、堵塞或冷 卻不佳等問題。
二、油液監(jiān)測傳感器技術(shù)原理
為了實現(xiàn)對齒輪系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的油液監(jiān)測，我們需要借助各類傳感器技術(shù)原理方可對設備潤滑系統(tǒng)“對癥下藥”。
該傳感器基于壓電協(xié)振原理和流體動力學特性設計，內(nèi)置音叉等振蕩元件。驅(qū)動振蕩器來驅(qū)動音叉，濾波放大器讀出音叉，同步調(diào)節(jié)器濾波放大，DC速度信號輸出。
粘度傳感器 | 聲學音叉振動原理圖
在油液中振動時，這些元件的振動受阻程度與油液粘度成正比。通過測量其振動頻率、幅度等參數(shù)，能間接獲取油液的粘度和密度。
粘度傳感器 | 聲學音叉振動原理圖
此外，結(jié)合絕 對介電常數(shù)原理，傳感器前端增設的電容器還能測定潤滑油的介電常數(shù)，從而實現(xiàn)多種油液老化指標的結(jié)合監(jiān)測，為工業(yè)油液管理提供全方面的實時數(shù)據(jù)。
■ 微量水分測量原理
采用先進的高分子材料作為濕敏轉(zhuǎn)換元件。該元件通過精 密的吸水和脫水過程，能夠迅速達到水分的動態(tài)平衡狀態(tài)。
在此基礎上，傳感器能夠準確測算出當前的飽和度，并借助特定的換算曲線，進一步將飽和度轉(zhuǎn)化為ppm(百萬分之一)單位的含水率，實現(xiàn)微量水分的準確測量。
水分傳感器 | 濕敏材料原理圖
■ 含水率測量原理
每種物質(zhì)都擁有其獨特的相對介電常數(shù)，水的介電系數(shù)比單純高分子材料的介電系數(shù)大很多，通過介電常數(shù)和水分關(guān)系曲線可以換算出油液含水率
該傳感器采用平行三線圈結(jié)構(gòu)，包括兩個激勵線圈和一個感應線圈。兩個激勵線圈施加等大反向的正弦交流電，形成平衡磁場，當無磨粒通過時，感應線圈無感應電壓輸出。
磨粒傳感器 | 電磁感應原理圖
當有磨粒通過時，平衡磁場被擾動，根據(jù)電磁感應定律，感應線圈產(chǎn)生感應電壓。鐵磁性磨粒因其磁導率大，磁化效應使磁場加強;非鐵磁性磨粒(如銅顆粒)因其電導率遠大于磁導率，渦流效應使磁場削弱。
▲IFM系列金屬磨損顆粒傳感器
輸出信號的幅值反映磨粒大小，相位用于區(qū)分磨粒屬性(鐵磁或非鐵磁)。輸出信號為調(diào)制信號，需相干解調(diào)以獲取磨粒引起的感應信號，并根據(jù)均方根值(RMS)計算磨粒的大小和數(shù)量。
運用單激光遮光計數(shù)技術(shù)原理，當油液通過傳感器時，顆粒會影響傳感器內(nèi)部的光束或電流，生成相應的信號，這些信號被處理以確定顆粒的數(shù)量和尺寸分布。
結(jié)合傅立葉波形分析模型，進一步提升了對微小顆粒及高潔凈度油品檢測的精度，并能自動校正無效和干擾數(shù)據(jù)，減少了現(xiàn)場中微量水分、氣泡等因素對污染度檢測結(jié)果的影響。
盡管齒輪及液壓潤滑系統(tǒng)各有其特定的油況監(jiān)測重 點與痛點，但在實際運行過程中，兩者卻共同面臨著水分污染、異常磨損、氣泡混入、泄漏以及振動等多重挑戰(zhàn)，會加速部件的磨損進程，降低系統(tǒng)的運行效率，并對設備造成損害。
為此，智火柴提出的“一機多用”的智能在線油液監(jiān)測系統(tǒng)方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對齒輪與液壓系統(tǒng)全生命周期的管理，還能夠針對不同行業(yè)的設備工況提供三類監(jiān)測系統(tǒng)可供選配。
例如適用于普通工況的智能型的屏顯系統(tǒng)、適用于石化類工況易燃粉塵、氣體的二類防爆型監(jiān)測系統(tǒng)以及滿足煤礦MA認證的本安型監(jiān)測系統(tǒng)進行全方面的風險預判和全要素的智能調(diào)控。
底層傳感器通過濾波算法去噪、放大和增強信號，確保油液的物理和化學特性準確測量。例如，粘度傳感器的振動信號經(jīng)過濾波處理，反映油液的粘度和密度;磨損顆粒傳感器則通過濾波分析信號幅值和相位，識別顆粒的大小和成分。
▲監(jiān)測系統(tǒng)整機濾波算法圖
此外，多傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合算法整合不同傳感器的數(shù)據(jù)，過濾無效信號，提供準確的油液監(jiān)測結(jié)果。
目前，智火柴已和上百多家巨頭企業(yè)單位建立多項合作，該方案已成功應用于重型機械、煤礦開采、能源電力、水泥石化等多種設備的齒輪液壓的油況中。
液壓潤滑系統(tǒng)用案例 左右滑動查看更多
▲破碎機EH油箱-68#液壓油
▲循環(huán)水泵液壓油箱-46號液壓油
▲火電汽輪機系統(tǒng)46號液壓油
齒輪潤滑系統(tǒng)應用案例 左右滑動查看更多
▲水泥磨輥壓機主減速機潤滑系統(tǒng)-320號齒輪油
▲煤礦皮帶機頭減速機-320號齒輪油
▲石化低密擠壓機-320號齒輪油
該方案集成了多傳感模塊適配、智能算法結(jié)合、全方面數(shù)據(jù)采集與分析、靈活多樣的傳輸形式以及廣泛的應用場景。通過這一方案，我們能夠同時監(jiān)測齒輪與液壓系統(tǒng)的油液狀況，提供準確的故障診斷預警功能。
■ 系統(tǒng)內(nèi)置的傳感模塊可根據(jù)不同油品種類和潤滑工況靈活配置，確保監(jiān)測的準確性和針對性;
■ 智能算法則能應對氣泡干擾和系統(tǒng)泄露等挑戰(zhàn);
■ 支持4G/5G、WIFI、有線等多種傳輸形式;
■ 全方面數(shù)據(jù)采集與分析功能則能實時展示油液狀態(tài)，并提供遠程監(jiān)控和智能預警。
齒輪與液壓系統(tǒng)的油液監(jiān)測，遠超單純的維護需求，是設備穩(wěn)定運行的關(guān)鍵所在，不僅揭示了系統(tǒng)的即時健康狀態(tài)，更揭示了潛在的磨損與故障趨勢，成為預防性維護與風險管理的核心工具。
在工業(yè)智能化日益深化的今天，油液監(jiān)測技術(shù)的演進已不再是單一指標的采集，而是通過多 維傳感器結(jié)合與智能算法處理，提供對設備狀態(tài)的準確洞察。
這種前瞻性的監(jiān)控不僅能夠在問題初現(xiàn)時進行干預，更能通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持，實現(xiàn)全生命周期的優(yōu)化管理，降低停機風險與維修成本。
隨著這一技術(shù)的普及與深化，齒輪與液壓系統(tǒng)的油液監(jiān)測正逐步從保障設備運行的基礎手段，向精細化、智能化的資產(chǎn)管理平臺轉(zhuǎn)變，推動設備維護由事后維修向前瞻性預防轉(zhuǎn)型，進一步提升設備的可靠性與整體運營效益。
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