采煤機傳動系統(tǒng)油液使用狀態(tài)檢測與分析研究

林 興

(山西煤炭運銷集團三元微子鎮(zhèn)煤業(yè)有限公司,山西 長治 047500)

隨著人們生活保障條件的提高,煤炭資源消耗量日益增加,煤炭開采工業(yè)飛速發(fā)展[1-2]。采煤機作為煤炭掘進生產的重要設備,技術含量越來越高,系統(tǒng)結構越來越復雜[3]。隨著智能化技術發(fā)展,采煤機的工作能力得到了明顯提升,對傳動系統(tǒng)的性能要求也更加嚴苛[4]。傳動系統(tǒng)正常工作的前提條件之一是具有滿足要求的潤滑油,可如何合理判斷潤滑油液的質量一直困擾煤炭企業(yè),至今尚未出現(xiàn)簡便易行的檢測方法與油質判斷標準[5-6]。針對采煤機傳動系統(tǒng)油液檢測存在的不足,開展采煤機傳動系統(tǒng)油液使用狀態(tài)檢測與分析研究工作,對于指導采煤機現(xiàn)場應用與維護具有重要的意義。

1 采煤機傳動系統(tǒng)概述

采煤機傳動系統(tǒng)以截割部的傳動最為復雜。由圖1可以看出,傳統(tǒng)系統(tǒng)主要由感應電機、截割部殼體、三級直齒輪傳統(tǒng)機構和行星傳動機構組成,結構很龐大,涉及較多的齒輪結構。齒輪傳動需要較好的潤滑才能實現(xiàn)動力和運動的可靠傳遞,齒輪傳動的潤滑包括兩種形式,分別為開式潤滑和閉式潤滑。由于采煤機工作的環(huán)境極為惡劣,載荷較大,必須保證傳動系統(tǒng)在較好潤滑的條件下工作方可達到規(guī)定的傳動效果。閉式潤滑相比開式潤滑,不能及時了解傳動系統(tǒng)的潤滑情況,給油液的更換和采煤機傳動系統(tǒng)的運行維護造成困難。為了解決上述問題,需要制定采煤機傳動系統(tǒng)油液質量的判斷依據(jù),更好地指導采煤機運維人員及時了解油液的質量,確保傳動系統(tǒng)在良好的潤滑環(huán)境中工作,延長采煤機的使用壽命。

圖1 MG2001500-WD型滾筒采煤機截割部傳動系統(tǒng)

2 油液檢測實驗

采集采煤機傳動系統(tǒng)油液的試樣時,覆蓋傳動系統(tǒng)油液的全生命周期,分8次進行油液試樣采集,以表征油液的品質變化情況。采集完成的油液試樣進行粘度檢測實驗,使用SNB-1數(shù)顯粘度計重點檢測油液的運動粘度,檢測參考的標準文件為GB/T265.為了更好地觀察油液品質的變化,使用S-3000掃描電鏡對油液試樣進行磨屑顆粒檢測,同時對油液中的顆粒進行磨屑粒度分析,使用FBRM在線顆粒分析系統(tǒng)完成粒度檢測。

3 實驗結果

3.1 潤滑油液粘度

以傳動系統(tǒng)油液粘度作為評價其品質好壞的主要參數(shù),通過數(shù)顯粘度計檢測之后記錄不同時間段油液的粘度數(shù)值,統(tǒng)計結果見圖2.由圖2可以看出,未使用油液的粘度數(shù)值為913.4 mPa·s,隨著使用時間的延長,到報廢時的油液粘度數(shù)值為1 139.5 mPa·s,油液使用的時間越長,粘度數(shù)值越大,粘度增加速率在油液使用后期越來越大,說明油液使用后期污染速度加劇了。

圖2 油液粘度檢測結果

3.2 油液污染等級劃分

采煤機傳動系統(tǒng)油液污染等級劃分參考工業(yè)閉式齒輪油液更換標準完成,根據(jù)油液使用周期及油液品質的變化規(guī)律,確定油液污染等級劃分為6級,分別為未使用期、輕度污染期、次輕度污染期、次重度污染期、重度污染期、報廢期。根據(jù)油液粘度變化規(guī)律確定各級油液的粘度范圍如下:輕度污染期油液粘度不能超過3.75%,基于新油液的粘度913.4 mPa·s,確定該階段油液的粘度范圍為不大于947.7 mPa·s;次輕度污染期油液粘度增加的數(shù)值為3.75%～7.5%,其粘度變化范圍為947.7～981.9 mPa·s;次重度污染期油液粘度增加的數(shù)值為7.5%～11.25%,其粘度變化范圍為981.9～1016.2 mPa·s;重度污染期油液粘度增加的數(shù)值為11.25%～15%,其粘度變化范圍為1 016.2～1 050.4 mPa·s;報廢期的油液粘度增加的數(shù)值超過15%,其粘度數(shù)值在1 050.4 mPa·s以上。

3.3 油液磨屑形態(tài)檢測結果

運用掃描電鏡完成不同污染等級下油液磨屑形貌的檢測,結果如圖3所示。由圖3(a)可以看出,未使用階段的油液內部存在添加劑顆粒,屬于非磨屑顆粒。進一步統(tǒng)計結果顯示,顆粒的尺寸較小,最大的約為10 μm,多數(shù)處于5 μm以內;由圖3(b)可以看出,輕度污染階段油液存在較大顆粒狀的磨屑,磨屑尺寸大小在0.5～30 μm內,進一步統(tǒng)計結果顯示,內部八成處于10 μm以內,磨屑粒徑平均數(shù)值在12 μm左右;由圖3(c)可以看出,次輕度污染階段油液存在更大的顆粒狀的磨屑,磨屑尺寸在0.5～50 μm范圍,進一步統(tǒng)計結果顯示,內部七成處于10 μm以內,磨屑粒徑平均數(shù)值在15 μm左右;由圖3(d)可以看出,次重度污染階段油液存在更大的顆粒狀的磨屑,磨屑尺寸在0.5～50 μm,進一步統(tǒng)計結果顯示,內部五成處于10 μm以內,磨屑粒徑平均數(shù)值在22 μm左右,油液中可見50～70 μm的磨屑顆粒;由圖3(e)可以看出,重度污染階段油液存在更大的顆粒狀的磨屑,磨屑尺寸在0.5～70 μm,進一步統(tǒng)計結果顯示內部三成處于10 μm以內,磨屑粒徑平均數(shù)值在28 μm左右,油液中可見超過70 μm的磨屑顆粒;由圖3(f)可以看出,報廢階段油液存在更大的顆粒狀的磨屑,磨屑尺寸在0.5～70 μm,進一步統(tǒng)計結果顯示,內部三成處于10 μm以內,磨屑粒徑平均數(shù)值在30 μm左右,油液中多見超過70 μm的磨屑顆粒。

圖3 不同污染等級下油液磨屑形態(tài)檢測結果

3.4 結果分析

通過以上實驗檢測方法,得到采煤機傳動系統(tǒng)油液磨屑形態(tài)的檢測結果,可知在未使用油液的內部存在小于5 μm的添加劑顆粒。可以將檢測結果設置磨屑粒徑的節(jié)點,分別為30 μm、50 μm、70 μm,進一步分析采煤機傳動系統(tǒng)運行狀態(tài)。檢測得到油液中的磨屑粒度尺寸數(shù)值低于30 μm的情況下可以得出采煤機傳動系統(tǒng)處于正常運轉的狀態(tài);磨屑粒度尺寸數(shù)值在30～50 μm的情況下可以得出采煤機傳動系統(tǒng)處于正常運轉的狀態(tài),需要考慮補充部分油液;磨屑粒度尺寸數(shù)值在50～70 μm的情況下,可以得出采煤機傳動系統(tǒng)處于惡劣潤滑狀態(tài),需要考慮更換油液或者檢修設備;磨屑粒度尺寸數(shù)值大于70 μm的情況下必須大修傳動系統(tǒng)。

4 結 語

隨著使用時間的延長,采煤機傳動系統(tǒng)油液。粘度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。參照工業(yè)閉式齒輪油更換標準,將傳動系統(tǒng)油液劃分為6個階段:未使用期、輕度污染期、次輕度污染期、次重度污染期、重度污染期、報廢期。采用掃描電鏡完成了不同階段油液內部磨屑形貌的檢測,得出了油液使用過程中磨屑粒徑變化的節(jié)點:30 μm、50 μm、70 μm,進一步可以得出傳動系統(tǒng)運行的狀態(tài)。油液內部磨屑粒徑低于30 μm情況時采煤機傳動系統(tǒng)運行正常;油液內部磨屑粒徑處于30～50 μm情況時采煤機傳動系統(tǒng)運行正常但需要補充油液;當油液內部磨屑粒徑處于50～70 μm的情況時采煤機傳動系統(tǒng)處于惡劣潤滑狀態(tài),需要考慮更換油液或者檢修設備;當油液內部磨屑粒徑超過70 μm的情況時需進行傳動系統(tǒng)的大修。基于上述油液檢測的規(guī)律,能夠為采煤機傳動系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)提供技術支持,也能為采煤機傳動系統(tǒng)油液的研發(fā)提供參考。