卷煙設備潤滑油分析和監測方法研究與應用

史俊杰，唐 磊，沈 濤，王 熠，周 峰，黃繼斌

（紅云紅河煙草（集團）有限公司紅河卷煙廠，云南紅河 652399）

0 引言

煙草設備在行業固定資產中占有較大的比重，但基于油液分析的設備潤滑管理技術仍為空白。潤滑油在卷煙設備運行中起到潤滑、調速、散熱、清洗、防銹等作用。在近兩年的設備維修和檢修工作中發現，設備箱體內部摩擦副的磨損、潤滑油的污染、設備箱體內部軸承的損壞現象時常發生，所造成的長時間維修嚴重制約了設備運行效率。潤滑油的分析和監測在礦山、電網、航空航天等領域廣泛應用[1-4]，通過圖像分析法、光譜法、鐵譜法等方法，采用多功能磨粒分析儀、黏度儀、水分儀等設備[5]，利用人工神經網絡、線性判別分析、小波變換等算法對數據進行分析，可以實現潤滑油品品質判斷和故障預警[6-12]。隨著煙草行業經濟結構的調整和優化，煙草設備逐步朝著智能化、自動化、系統化的方向發展，作為設備狀態維護手段，油液監測和潤滑管理發揮著重要作用，因此對卷煙設備潤滑油分析和監測是一個重要的研究方向。

1 卷煙設備潤滑特點

1.1 按期換油

設備箱體內部的零部件之間發生相對運動時，潤滑油（脂）在各零件之間形成了油膜，避免了零部件之間直接接觸，極大降低了直接接觸的摩擦副造成的零部件磨損。行業內卷煙設備普遍采用定期加注或更換潤滑油的方式，潤滑油的費用支出，不足設備維修費用的1%，但設備出廠后的使用壽命與設備潤滑緊密相關，同時設備由于潤滑不足導致的維修費用約占10%。

以ZJ17-GDX2 機型為例，設備潤滑點為60 余個，換油周期為6 個月到3 年不等。隨著設備的運行，潤滑油的理化指標，主要包括黏度、酸值和氧化指數等將發生改變，同時潤滑油可能會被水分、顆粒等污染，導致設備磨損和潤滑油使用壽命降低。

1.2 潤滑油指標對設備的影響

1.2.1 潤滑油黏度指標

潤滑油的黏度指標是確定油品符合某種型號的重要依據，也是檢測新油質量、設備選用的重要指標和主要依據，確保潤滑油黏度處于穩定范圍，可以保證機械設備正常、可靠地運行。潤滑油黏度主要影響：一是黏度增大會影響電機功率、降低則造成電機啟動困難、降低油膜支撐能力；二是隨著黏度增大，因循環速度變慢，通過濾清器次數減少，造成洗滌作用、冷卻作用下降；三是黏度降低后，油膜易破裂，從而造成潤滑不足而發生部件磨損；四是密封作用受到影響；五是加大潤滑油的消耗量。

1.2.2 潤滑油水分指標

潤滑油中的水分對油品的理化性質產生不同程度的影響：一是會促使油品乳化，破壞潤滑油油膜，使潤滑效果變差，產生異常磨損；二是能促使油品氧化，增加油泥，加速有機酸對金屬的腐蝕作用，銹蝕設備；三是能使油中添加劑發生水解反應而失效，產生沉渣發生堵塞，使油路不能正常循環供油。

1.2.3 潤滑油污染度指標

潤滑油中機械雜質（固體金屬顆粒或非金屬顆粒）是懸浮式沉淀在油品中的不溶物質，通常要求低于0.005%，隨著污染度的增加，有3 個不利影響：一是容易破壞油膜，增加磨損；二是堵塞管路和過濾器，造成潤滑故障；三是金屬顆粒物在一定溫度下易造成油品變質。

1.3 設備潤滑管理方面存在問題

煙草行業卷煙設備潤滑管理工作在不斷探索的過程中存在以下3 個問題，制約著行業的整體提升。

（1）定期更換潤滑油缺少科學性。定期更換潤滑油，既不考慮潤滑油的性能指標，也不關注設備運行情況，僅僅以時間為依據對潤滑油進行更換，使得潤滑油使用壽命提前結束或潤滑不良導致設備異常磨損。

（2）油液監測技術不完善，對設備潤滑系統運行可靠性的監測不足。目前行業內的卷包設備雖然搭載了部分潤滑系統在線檢測傳感器，但是:檢測手段單一，一旦傳感器故障對設備潤滑系統的監測就處于失效狀態；對卷包設備的某些關鍵位置潤滑情況，缺少監測，即目前對于設備潤滑系統的可靠性缺少監控，智能化程度不高；沒有離線油液檢測條件，使得對更換的油液缺少關注，造成對設備箱體內部零部件的磨損情況判斷缺失。

（3）油品使用過程中缺乏過濾措施。現有的設備潤滑箱體內含有內部過濾裝置，可以對大顆粒物質進行簡單過濾，但過濾效果有待驗證。對于3 年更換油品的設備，油品內顆粒物、污染物等隨著時間推移而增多，缺乏有效的過濾措施，油品質量必然下降[13]。

2 卷煙設備潤滑油分析和監測方法研究

通過搭建潤滑油分析和監測平臺，對潤滑油指標進行監測，將相關數據存入潤滑油品全壽命周期管理平臺，實現潤滑數據全過程可查詢、可追蹤；同時通過潤滑油品故障預警模型，對采集到的潤滑油指標進行算法處理，預判設備故障（圖1）。

圖1 潤滑油監測指標

2.1 潤滑油品分析和監測平臺

設備潤滑狀態的信息來自油液監測平臺，為潤滑管理提供設備潤滑油各理化指標信息及潤滑油使用信息，是設備潤滑管理的基礎和核心。監測數據來源于離線與在線監測二者結合的監測平臺。

2.1.1 離線平臺

通過搭建潤滑油檢測試驗平臺，實現對潤滑油的試驗分析，得到潤滑油關鍵指標。離線平臺由油泵、油池、黏度儀、水分儀、多功能磨粒儀等構成，對不同設備、不同使用周期的油品進行檢測。運用潤滑油中金屬顆粒的檢測技術，實現不同粒度金屬顆粒含量及比例檢測；運用潤滑油理化指標數據檢測技術，實現潤滑油黏度、含水率、酸堿度檢測；運用潤滑油雜質檢測技術，對潤滑油中非金屬雜質進行檢測。

2.1.2 在線平臺

對設備潤滑需求和潤滑監控水平進行深入研究后，結合新型傳感器技術，在設備關鍵部位加裝潤滑監控傳感器，如油溫檢測器、油液位檢測器、油壓檢測器等，并修改相應控制程序，實現對設備關鍵部位的潤滑監控，保證卷煙設備潤滑系統運行可靠，減少因潤滑不良或缺乏造成的設備故障及磨損。

2.2 構建潤滑油品全壽命周期管理平臺

構建潤滑油品全壽命周期管理平臺，統一管理試驗平臺檢測到的潤滑油的黏度、含水率、酸堿度等指標，同時結合設備運行車速、運行時間、換油記錄等參數，建立數據庫，便于各機組潤滑油信息查詢（圖2）。通過對數據進行分析，得到設備運行狀況、時間等因素對于潤滑油性能損耗的相關性。通過數據的積累和對分析結果的驗證，得到對應與各個機型的合理的潤滑油更換數據庫，進而形成基于設備運行狀況的潤滑管理系統。實現油品潤滑性能動態監測和使用壽命預測，實現科學適宜的更換潤滑油。

圖2 潤滑油品全壽命周期管理平臺

2.3 潤滑油品故障預警模型

目前卷包設備潤滑系統一旦傳感器發生故障，則設備潤滑控制系統處于失控狀態，設備和操作人員無法判斷潤滑系統是否處于正常工作狀態的問題。通過數據采集系統，采集設備運行參數，以及傳感器實時參數，建立相關數學模型，對設備各個運行狀態的數據與傳感器檢測數據之間的邏輯關系進行判斷（圖3）。系統通過數學模型輸出結果，判定是否發出報警信息。

圖3 潤滑油品故障預警模型

3 結論

通過卷煙設備潤滑油分析和監測方法研究，對設備潤滑油品進行分析和監控，能夠促進潤滑管理工作向科學性和智能性發展，充分發揮潤滑油的使用壽命，將“按期換油”改為“按質換油”，保持和恢復設備良好潤滑；同時能夠對設備潤滑故障進行預警與診斷，能在一定程度上提升設備預防維修管理水平，預防設備箱體內部因異常磨損造成的設備長時間維修；大幅減少因潤滑不良造成的設備失效，是煙草行業在潤滑管理方面的首創之舉，意義重大。