基于油液診斷與預(yù)報(bào)的機(jī)敏機(jī)器系統(tǒng)的概念與技術(shù)(二)
3 機(jī)器油液分析：從實(shí)驗(yàn)室到隨行系統(tǒng)
機(jī)器油液分析在許多商業(yè)部門和軍事機(jī)構(gòu)已經(jīng)非常普遍辨图，當(dāng)前的努力方向是推動(dòng)傳統(tǒng)油液分析概念和技術(shù)向?qū)崟r(shí)油液分析領(lǐng)域過渡。實(shí)時(shí)機(jī)器油液分析是非常重要的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控概念和維修工具肢藐，其對(duì)機(jī)器管理和油液使用的直接貢獻(xiàn)是：預(yù)報(bào)機(jī)器失效故河，減少機(jī)器停車，延長(zhǎng)機(jī)器壽命吆豹；發(fā)揮油液潛力鱼的，優(yōu)化油液使用，降低油液消耗痘煤。
3.1 機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)代概念
傳統(tǒng)油液分析的目的包括兩個(gè)基本方面：油液質(zhì)量控制和油液品質(zhì)識(shí)別凑阶。為滿足各種不同的使用目的和要求，目前油液分析實(shí)驗(yàn)室大抵采取如下三種組織形式：
（1）商業(yè)油液分析實(shí)驗(yàn)室（或后方基地油液化驗(yàn)室）
（2）野戰(zhàn)油液化驗(yàn)室（車）
（3）便攜式簡(jiǎn)易油液化驗(yàn)箱
一般地衷快，由商業(yè)油液分析實(shí)驗(yàn)室（或后方基地油液化驗(yàn)室）執(zhí)行的離線式非現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器油液分析比較普遍宙橱，其在實(shí)際應(yīng)用方面的主要特征是：
油液樣品采集和得到分析結(jié)果之間存在較長(zhǎng)的時(shí)間間隔；
油液樣品的采集和檢測(cè)需手動(dòng)操作完成贬市；
油液分析數(shù)據(jù)的解釋存在困難版掘，即不能提供機(jī)器管理和油液使用的明確行動(dòng)建議。
離線式非現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器油液分析基本上仍然采用傳統(tǒng)的油液理化性質(zhì)指標(biāo)劈警，除了作為生產(chǎn)和質(zhì)量管理的控制參數(shù)外昔疆，它們不能完全反映油液的使用性能和內(nèi)在質(zhì)量變化，因而在機(jī)器狀態(tài)和油液品質(zhì)之間缺乏必要的聯(lián)系方式和手段遵盼。機(jī)器油液分析參數(shù)和機(jī)器油液分析系統(tǒng)能夠建立這種聯(lián)系谤郑。根據(jù)應(yīng)用目的和場(chǎng)合不同，現(xiàn)代機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室具有不同的技術(shù)內(nèi)涵和配置形式估董，其基本特征表現(xiàn)為：
(1) 機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室正在向著能夠提供實(shí)時(shí)和在線服務(wù)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)（商業(yè)機(jī)器油液分析）或一線戰(zhàn)場(chǎng)（軍事機(jī)器油液分析）推進(jìn)拯耿，這對(duì)油液分析儀器的微型化、集成化和智能化提出了全新要求；
(2) 機(jī)器油液分析儀器功能多樣化和執(zhí)行過程自動(dòng)化射粹；
(3) 機(jī)器油液分析信息處理智能化和信息共享網(wǎng)絡(luò)化暑尝。
3.2 機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室的管理形式
美軍建立了比較完備的軍用機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室管理形式。國防部成立了聯(lián)合油液分析計(jì)劃技術(shù)支持中心（Joint Oil Analysis Program-Technical Support Center, 簡(jiǎn)稱為JOAP-TSC）雅镊，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)陸軍油液分析計(jì)劃（Army Oil Analysis Program襟雷，簡(jiǎn)稱為AOAP）、海軍油液分析計(jì)劃（Navy Oil Analysis Program仁烹，簡(jiǎn)稱為NOAP）和空軍油液分析計(jì)劃（Spectroscopic Oil Analysis Program耸弄，簡(jiǎn)稱為SOAP）。在JOAP-TSC的協(xié)調(diào)和指揮下卓缰，依靠基層和基地油液化驗(yàn)室的支持计呈，美軍正在建立具有各個(gè)軍種自身特色的油液分析計(jì)劃，并期望以此為基礎(chǔ)最終建立統(tǒng)一和完善的三軍聯(lián)合油液分析計(jì)劃征唬，其實(shí)施過程的主要內(nèi)容包括：
(1) 建立油液分析計(jì)劃的概念體系捌显；
(2) 實(shí)現(xiàn)油液分析計(jì)劃的框架概念；
(3) 籌劃建立包含報(bào)警極限值的油液分析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)总寒。
3.3 機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)指向
現(xiàn)代機(jī)器油液分析實(shí)驗(yàn)室以新油液扶歪、在用油液和更生油液的組成與性質(zhì)分析為基本任務(wù)，其終極目標(biāo)是建立數(shù)字化機(jī)器油液分析系統(tǒng)（硬件和軟件）或e-機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)摄闸，包括：
(1) 建立快速善镰、智能化機(jī)器油液分析儀器或分析系統(tǒng)；
(2) 建立機(jī)器油液質(zhì)量規(guī)格體系蟹故，包括質(zhì)量控制規(guī)格和質(zhì)量識(shí)別規(guī)格措瑞；
(3) 建立機(jī)器油液分析信息提取和處理的智能化系統(tǒng)；
(4) 建立機(jī)器油液分析信息接收感栋、發(fā)送與管理的計(jì)算機(jī)管理與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)史代。
4 實(shí)時(shí)油液分析傳感器
4.1 實(shí)時(shí)油液分析傳感器的設(shè)計(jì)要求
對(duì)實(shí)時(shí)油液分析傳感器的要求因使用方式而不同，如要求嵌入式傳感器能夠全時(shí)感受油液循環(huán)系統(tǒng)的全部實(shí)際物理化學(xué)變化姥仍，而對(duì)在線式傳感器則不要求其能夠感受油液循環(huán)系統(tǒng)實(shí)際物理化學(xué)變化的真實(shí)值。一般地比摆，實(shí)時(shí)油液分析傳感器設(shè)計(jì)的核心問題是：
（1）電路系統(tǒng)和構(gòu)造簡(jiǎn)單傻牙、可靠、體積小休台，不受機(jī)器震動(dòng)的影響阐泻。
（2）由于所設(shè)計(jì)的傳感器與油液過濾器、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體征啦、油液儲(chǔ)器和循環(huán)油路聯(lián)接担急，應(yīng)當(dāng)容易在任何發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱或液壓系統(tǒng)上安裝，且不需要對(duì)機(jī)器系統(tǒng)做出改動(dòng)蚁趁；
（3）使用過程中容易進(jìn)行重新組合裙盾；
（4）能夠滿足不同OEM各自的要求。
為了滿足原位油液診斷與預(yù)報(bào)的要求他嫡，在技術(shù)上應(yīng)當(dāng)考慮以下方面：
· 根據(jù)平臺(tái)/系統(tǒng)觀點(diǎn)考慮需要性番官；
· 將預(yù)報(bào)學(xué)方法引入整個(gè)系統(tǒng)或平臺(tái)；
· 制造更加機(jī)敏钢属、便宜和耐用的傳感器徘熔；
· 在合適和可行情況下，增加功能強(qiáng)化的傳感器淆党；
· 應(yīng)用傳感器熔合技術(shù)組合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)酷师。
可以看出，傳感器的制造和應(yīng)用是建立機(jī)敏型機(jī)器油液診斷與預(yù)報(bào)系統(tǒng)的關(guān)鍵方面染乌。
4.2 商品化真實(shí)時(shí)油液分析傳感器
真實(shí)時(shí)油液分析傳感器具有多種形式山孔，它們采用不同的技術(shù)確定油液狀態(tài)，因此檢測(cè)油液的能力各不相同慕匠。表1列舉了數(shù)種具有不同工作原理和診斷功能的商品真實(shí)時(shí)油液分析傳感器饱须。
表1 真實(shí)時(shí)油液分析傳感器
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商品名 |
工作原理/測(cè)量參數(shù) |
油液診斷功能 |
備注 |
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Kavlico Oil Quality Sensor? |
介電常數(shù) |
油液化學(xué) 系統(tǒng)污染（水） |
測(cè)量溫度 |
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Lubrigard? Dielectric Sensor |
介電常數(shù)（高頻率） |
油液化學(xué) 系統(tǒng)污染（水） |
測(cè)量溫度 |
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Foster-Miller Oil Condition Monitor? |
FTIR光譜 |
油液化學(xué)（抗氧劑損耗，TAN） 系統(tǒng)污染（水隔阔，燃料/冷卻劑） 油液錯(cuò)用果孝。 |
通過PCMCIA卡與安裝數(shù)據(jù)采集軟件的外部P C機(jī)連接。 |
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GasTOPS MetalSCAN? Debris Monitor |
磁線圈組件（magnetic coil assembly） |
機(jī)器磨損/系統(tǒng)污染（黑色和有色金屬或非金屬顆粒） |
根據(jù)尺寸和形狀將顆粒物分類贵式。 |
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Smiths Industries Inductive Debris Monitor? |
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機(jī)器磨損/系統(tǒng)污染（黑色和有色金屬或非金屬顆粒） |
不受溫度炼缰、流速和氣泡的影響 |
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Smiths Industries Quantitative Debris Monitoring |
磁流場(chǎng)（magnetic flux field）作用 |
機(jī)器磨損（磨屑數(shù)量） |
俘獲的磨屑可作進(jìn)一步分析 |
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Smiths Industries Electric Chip Detectors |
磁場(chǎng)對(duì)鐵磁性顆粒的吸引力；顆粒連通電極產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)衬榕。 |
機(jī)器磨損 |
俘獲的磨屑可作磨損機(jī)理和磨屑來源分析 |
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Vickers Tedeco Electromesh? Indicating Screen |
鐵磁性和非鐵磁性顆粒連通“網(wǎng)線”之間的電路產(chǎn)生“開關(guān)”作用 |
機(jī)器磨損 |
以信號(hào)“開關(guān)”形式檢測(cè)和預(yù)報(bào)大顆粒 |
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In-line XRF |
XRF光譜 |
油液化學(xué)（添加劑元素） 機(jī)器磨損（磨屑元素） |
定量檢測(cè)12種元素（ppm） |
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Pall Water Sensor |
油液電容隨水飽和度變化 |
水分相對(duì)飽和度（與溫度脸婉、老化程度、添加劑損耗和污染等有關(guān)） |
油液溫度 |
工業(yè)部門投入了大量時(shí)間和資金推動(dòng)機(jī)器油液分析進(jìn)入實(shí)時(shí)領(lǐng)域杈夜。雖然傳感器開發(fā)的巨大進(jìn)步已經(jīng)使機(jī)器油液狀態(tài)的完全實(shí)時(shí)監(jiān)控成為可能尝赵，但制造一臺(tái)功能齊全的實(shí)時(shí)機(jī)器油液分析儀器還存在著許多挑戰(zhàn)。就表1列舉的真實(shí)時(shí)油液分析傳感器而言盹组，尚需在以下方面作出努力：
進(jìn)一步測(cè)試嵌入式XRF光譜儀和Foster-Miller公司的油液狀態(tài)監(jiān)控器（它們是實(shí)施三維機(jī)器油液分析的基本儀器）弓呵，確定它們的真實(shí)工作能力。
將近實(shí)時(shí)油液分析系統(tǒng)提升為真實(shí)時(shí)油液分析系統(tǒng)哄避。
研究將若干個(gè)實(shí)時(shí)油液分析系統(tǒng)組合成為一個(gè)全功能實(shí)時(shí)油液分析模塊的可行性茉漂。
顯而易見，一個(gè)完整的機(jī)器油液分析系統(tǒng)與數(shù)據(jù)熔合和自動(dòng)推理進(jìn)行整合誉简，必將極大地推動(dòng)基于機(jī)器油液分析的視情維修（CBM）碉就。
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