英文原文中文譯文刮板輸送機(jī)減速器潤(rùn)滑油傳感器檢測(cè)裝置的應(yīng)用摘要：新開(kāi)發(fā)的運(yùn)行傳感器是用于檢測(cè)刮板輸送機(jī)減速器中的 N320 齒輪潤(rùn)滑油的污染程度。該傳感器可檢測(cè)潤(rùn)滑油 NAS 的污染程度，并能及時(shí)的更換潤(rùn)滑油，檢測(cè)油污染水平超過(guò)了縱橫交換標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的 L–CKC 工業(yè)封閉齒輪油。本文介紹了傳感器的設(shè)計(jì)要求，工作原理，波長(zhǎng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)試校準(zhǔn)的選擇。在傳感器和存在的不足并提出相應(yīng)的解決方法。關(guān)鍵詞：傳感器，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，油污染，傳感器標(biāo)定，光纖，刮板輸送機(jī)。一 引言磨損與潤(rùn)滑不良是直接導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備故障或重大損害的主要原因。殼牌公司的最新研究數(shù)據(jù)顯示，大約 35％運(yùn)行故障和 38.5％的柴油機(jī)齒輪故障是由于不正確的潤(rùn)滑[1，2]的結(jié)果產(chǎn)生。磨損顆粒是潤(rùn)滑油污染的主要來(lái)源。目前，應(yīng)用檢測(cè)用于工業(yè)是基于早期的光譜分析方法和鐵譜分析技術(shù)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行的分析，并使用離線的方法，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的要求。因此，有必要開(kāi)發(fā)一個(gè)在線油污染檢測(cè)器，可以提醒操作者采用過(guò)濾裝置，根據(jù)油污染的程度，并及時(shí)的跟換潤(rùn)滑油，比規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)更高。在許多類型的油污染檢測(cè)技術(shù)，利用光學(xué)測(cè)量方法具有非接觸的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)性和在線測(cè)量接觸。二 工作原理該傳感器的原理是基于光學(xué)吸收的方法。它使用的傳動(dòng)系統(tǒng)中的光學(xué)纖維，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如被抗干擾，無(wú)溫度和電磁等。只有小顆粒存在的油設(shè)備是正常磨損狀態(tài)。磨損粒子大量的出現(xiàn)可能會(huì)在一很短的時(shí)間內(nèi)損害設(shè)備。因此，在線監(jiān)測(cè)可以觀測(cè)潤(rùn)滑油磨損的濃度和顆粒大小并能有效地防止發(fā)生故障.自然引起的磨損顆粒在潤(rùn)滑油分為三類[3,4]：粘磨損顆粒，是產(chǎn)品設(shè)備的摩擦嚴(yán)重磨損和破壞的重要標(biāo)志;非金屬磨損顆粒的結(jié)果是從燃燒失敗的密封和過(guò)濾裝置故障;環(huán)境污染物微粒，包括空氣中的各種粒子，尤其是在開(kāi)放系統(tǒng)，那里的污染程度較高，通?？吹酱嬖诘奈廴疚镅趸＿@些粒子的大小介于 1 - 40μm 之間，以及 20 - 30μ m 之間對(duì)于設(shè)備有最大的影響，而低于 1μm 者沒(méi)有任何效果影響在設(shè)備 [5]中。因此傳感器應(yīng)是最敏感的的粒子介于 140μm 之間?；椭械膽腋☆w粒對(duì)潤(rùn)滑油的光學(xué)性能產(chǎn)生重大影響。濁度可以用來(lái)描述透光性質(zhì)的粒子對(duì)油的影響。這一水平之間的濁度和污染程度是通過(guò)半定量測(cè)量濁度確定。圖 1 顯示了光纖傳感器的原理圖。由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光穿過(guò)光纖和光纖準(zhǔn)直器，然后進(jìn)入油池中。該探測(cè)器收集和反映光子傳輸并轉(zhuǎn)換成電壓，把固體顆粒污染的油的信息傳遞出來(lái)。圖一光纖傳感技術(shù)的原理圖三 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案原理當(dāng)光纖通過(guò)含有污染物的油，通過(guò)光纖的一部分得到分散，其他吸收。當(dāng)一束平行單色光的強(qiáng)度 I0通過(guò)油時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)降低到它的穿透深度，作為一個(gè)深度 L 函數(shù)，繼蘭伯特[6，7]的公式如下：（1）t0eI??這是蘭伯特法，在均勻介質(zhì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，τ 是吸收系數(shù)。當(dāng)媒介溶解在油中，它的吸聲系數(shù)是成正比的濃度 c：（2）ac?在一個(gè)連續(xù)溶解的濃度中，分子特征是取決于分子不斷的吸收材料分子決定的。從（1） ， （2） ，中我們可以得到以下公式：（3）acL0eI??這個(gè)公式是比爾定律數(shù)學(xué)表達(dá)式。假設(shè)這個(gè)顆粒懸浮分散在油的散射模型和均衡的粒子那就可以被看作是一個(gè)二維的不透明磁盤。所有的入射光被吸收，衰減系數(shù) τ 可寫為：（4）NKD2????消光系數(shù) K 表明,各個(gè)微粒分散的相對(duì)媒介體積是由一個(gè)函數(shù)的粒徑、不同波長(zhǎng)和折射率的粒子乘積；N 是粒子的濃度；D 是粒子直徑；σ 是粒子所面臨截面的光。公式(3)是對(duì)顆粒大小不同的多粒子系統(tǒng)中得到：（5）????????mi iiLN120 ),(4ILn??其中 m 是粒子相對(duì)折射率對(duì)周圍介質(zhì); 是粒子的直徑 。ρ 表示粒子的iNiD比例關(guān)系，建立了重量之間的頻率 W 和粒度分布的關(guān)系表示如下：（6）i3iiND6W???由（6）到（5）可以得到在一個(gè)單一波長(zhǎng)計(jì)算公式：（7）????????mi iK1i0 ),(CILn?從（3） ， （4） ，我們可以得到單分散粒子系統(tǒng)，當(dāng)穿透深度是固定的，其值是正比粒子數(shù)濃度，從而也得到粒子的質(zhì)量濃度，即粒子的重量是間接??????Iln0通過(guò)測(cè)量獲得的。通過(guò)這種方式，來(lái)確定油被污染的程度。四 波長(zhǎng)選擇燈光是由某些光子能量依賴的波長(zhǎng)。這些分子和原子構(gòu)成的物質(zhì)是在不同的運(yùn)動(dòng)方式分別對(duì)應(yīng)不同的能量水平。當(dāng)光在油運(yùn)輸時(shí)，油分子所吸收的能量被量子化，這樣可以吸收光子激發(fā)分子的旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)方式，或電子的能量水平。光的波長(zhǎng)傳感器應(yīng)符合下列條件：（1）敏感的固體粒子在油中。 （2）在油中光吸收率基本保持在選定的波長(zhǎng)附近不變。 （3 ）光線穿過(guò)油時(shí)，這個(gè)能量衰變率應(yīng)該是低谷。1-20 號(hào)工業(yè)油，2-真空泵油，3-MD 1130,4-HL110,5-32 號(hào)液壓油圖 2. 油的透射特性曲線一般來(lái)說(shuō)，固體顆粒的尺寸介于 5-30μm 之間的是最危險(xiǎn)的污染物。 根據(jù)光吸收和散射理論，我們可以看到，吸收和散射光的油時(shí)，最強(qiáng)的粒子尺寸與光的波長(zhǎng)約為 10。為了使選波長(zhǎng)的光線敏感，這些污染物的波長(zhǎng)選擇會(huì)在 0.5-5μm 波長(zhǎng)中被選。隨著這樣波長(zhǎng)的光，透光率曲線，得到了搭配不同類型的油樣品和使用高齒 340 記錄分光光度計(jì)，如圖 2 所示。左邊的圖板是五個(gè)波長(zhǎng)在0.4-1μ m 之間的油樣品透過(guò)率曲線，而正確的對(duì)應(yīng)應(yīng)在 1.0-2.2μm 波長(zhǎng)。我們從圖中可以看到，此五種油樣品的透過(guò)率曲線相同的跡象表明，這是由油的共性決定。從波長(zhǎng)的透過(guò)率表明吸收系數(shù)是一種波長(zhǎng)依賴的功能。因?yàn)轭伾陀吞砑觿┑念悇e不同，決定該曲線的出發(fā)點(diǎn)是從對(duì)方身上開(kāi)始的。我們也可以從圖 2 中看到五個(gè)油樣品的透射率變化，波長(zhǎng)在 0.4-0.7μm 時(shí)變化大，而波長(zhǎng)在 0.7-0.9μm，透光率相對(duì)穩(wěn)定。 波長(zhǎng)在 0.9 -1.0μm 之間的范圍內(nèi)透光率有明顯的波動(dòng)。有兩個(gè)透光率在 1.2μm 和 1.4μm 的吸收峰，這是因?yàn)橛偷慕Y(jié)構(gòu)由兩種元素組成，即碳和氫。上述分析表明，當(dāng)波長(zhǎng)在 0.7-0.9μm 之間，透光率相對(duì)穩(wěn)定和大的，結(jié)合典型的光纖傳輸窗口，最終的測(cè)試光的波長(zhǎng)為 850nm。五 傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該傳感器主要用于在線監(jiān)測(cè)煤礦刮板輸送機(jī)減速器的油污染。為此，傳感器嵌入在減速的內(nèi)壁。為了防止油中的粒子顆粒長(zhǎng)時(shí)間積累玻璃擋板，可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，因此，內(nèi)部的玻璃隔板必須定期清理。該傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如下：圖 3 傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)1-纖維 2-光電探測(cè)器，3-拉澤 4-法蘭 5-芯鞘 7-密封套 8-緊固螺母 9-密封環(huán) 10-緊固螺栓 11-石英玻璃擋板 1 12-密封的圓圈在石英玻璃 13-引線腔 14 - 石英玻璃擋板 2 15 -探測(cè)器 16-下層外鞘室 17-向鞘 18-內(nèi)芯 4 19-內(nèi)芯 2 20-內(nèi)芯 3傳感器的結(jié)構(gòu)解釋：1、該傳感器是主要結(jié)構(gòu)的核心，是由內(nèi)鞘外鞘和密封組成；2、內(nèi)部的核心是由四個(gè)緊固螺栓連接部分。石英玻璃擋板組成左，右邊并把擋板安裝在油池內(nèi)部;3、外部護(hù)套是由上下兩件，外部的油可以通過(guò)在外部護(hù)套的孔流入油側(cè)量池中。通過(guò)降低外鞘和內(nèi)鞘室的密封間距就可以脫離外部的油，使內(nèi)核可以取出和石英玻璃隔板分開(kāi)清洗;六 試驗(yàn)標(biāo)定使用顆粒計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)不同污染的配置，依照定律規(guī)定使用重力的方法。對(duì)應(yīng)不同程度的油和油點(diǎn)信號(hào)的改變是油放入油和測(cè)量傳感器的輸出信號(hào)決定。由于 N320 潤(rùn)滑油是廣泛應(yīng)用于煤礦的重型減速機(jī)中，它可以用來(lái)作為搭配不同程度潤(rùn)滑劑油。目前 NAS1638 潤(rùn)滑油被廣泛使用。首先，可以看出從表 1 表明，油固體顆粒污染的上限是 0.5 個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)表 2，我們也可以看到，0.5 個(gè)百分點(diǎn)的重量百分比對(duì)應(yīng) NAS18 污染程度。共 13 種，油污染的程度與 NAS8 、NAS20 相搭配。NAS1638 污染標(biāo)準(zhǔn)完全有 14 度從 NAS00 到 NAS12 污染，相鄰的兩層次粒子濃度比為 2。所以當(dāng)污染程度高于 12，用外推法可決定它。礦山機(jī)械和設(shè)備所用的油污染的程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) NAS12 甚至更大，所以我們可以只使用該方法來(lái)解決這一問(wèn)題[8]。表 1. L 型縱橫交換標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)齒輪油封閉（SH/T0586）項(xiàng)目 互換油標(biāo)準(zhǔn)外表 不規(guī)則出現(xiàn)異常運(yùn)動(dòng)粘度（40°）的變化率/％+15 或 20-水分/％ 0.5機(jī)械雜質(zhì)/％≥ 0.5銅腐蝕（100°C，3h）/度≥ 3b鐵姆肯行值/否≦ 133.4表 2.重污染標(biāo)準(zhǔn)污染程度(NAS1638)12 13 14 15 16mg/1000ml 50 100 200 400 800污染程度(NAS1638)17 18 19 20mg/1000ml 1600 3200 6400 12800 12800七 油校核校準(zhǔn)油樣品及標(biāo)定法與粒子計(jì)數(shù)器搭配并得到了他們準(zhǔn)確的污染程度。但校準(zhǔn)將有以下問(wèn)題：1 該原油粘度用于粒子計(jì)數(shù)器應(yīng)介于 10 和 15，而 N320 不符合本規(guī)定的粘度2、上限的油污染程度由粒子計(jì)數(shù)器是 NAS12 測(cè)試。這個(gè)是可以解決稀釋油問(wèn)題的，但是這可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的污染程度。對(duì)于問(wèn)題 1，根據(jù)不同比例配置的油和油醚按，測(cè)量粘度與粘度計(jì)混合物得出結(jié)論，當(dāng)油和油醚滿足 3:1 的比例式，混合粘度符合粒子計(jì)數(shù)器的要求。對(duì)于問(wèn)題 2，選擇四種 13 個(gè)原油樣品，污染程度NAS12，NAS14，NAS16，NAS18 使用粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量油樣本，如果污染程度粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量是用同一水平，同樣，它表明，使用粒子計(jì)數(shù)器測(cè)定油搭配的污染與模型法一致?；蛘?，從測(cè)量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)某些規(guī)則，其他油樣的實(shí)際污染程度可以推測(cè)使用這個(gè)法則。從測(cè)量結(jié)果的 4 油樣品中，我們可以看到，污染程度由粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量的程度與樣品法搭配的油樣比高 2。按照定律規(guī)定實(shí)際水平污染的 13 種油，因此是從 NAS10 到 NAS22。這個(gè)相應(yīng)的換油點(diǎn)的污染程度是 NAS20。測(cè)量油污染的搭配分別采用傳感器。在測(cè)量過(guò)程中，半導(dǎo)體激光器的光通過(guò)光纖傳輸，經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器、油，最后到達(dá)該探測(cè)器表面。通過(guò)測(cè)量光探測(cè)器輸出的電壓，我們可以得到從 NAS10 到 NAS22 的污染程度信息，如表 3 所示：表 3 光的侵徹試驗(yàn)數(shù)據(jù)NAS 污染水平 10 11 12 13 14 15 16輸出電壓（mv）402 401 401 401 401 401 400NAS 污染水平 17 18 19 20 21 22輸出電壓（mv）398 392 390 368 357 338 338從圖 4 可以看出分析的數(shù)據(jù)1、對(duì)于同一種比較干凈的油該探測(cè)器的輸出電壓值基本不變。這表明，阻斷光線的油粒子時(shí)，油污染程度低于 NAS16 可以忽略不計(jì)。2、測(cè)量上述 NAS17 油污染程度時(shí)該探測(cè)器的輸出電壓明顯下降。這表明，光線變得明顯，污染程度明顯輕阻塞。NAS20 點(diǎn)是不斷變化的污染油水平，所以這點(diǎn)是可衡量的。圖 4 不同的輸出電壓相對(duì)應(yīng)的 NAS 污染水平。