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摘 要：简述了膨化连续混药生产机械特点及产生故障原因；介绍了状态监测在于掌握设备发生故障之前的异常征兆与劣化信息，以便事前采取针对性措施控制和防止故障发生，从而减少故障停机时间和停机损失。现就我公司的状态监测体系、方法及其应用情况进行论述与分析。
关键词： 设备； 状态监测； 膨化连续混药炸药； 油液分析； 铁谱分析； 磨粒； 磨损； 取样； 振动
膨化连续混药炸药是以硝酸铵为基本原料的合成民用炸药。机械设备为化工设备，设备传动类型多，生产线长且生产线上任何一台设备出现故障，都将导致大量的不合格品，对生产成本造成极大的影响。在我公司的生产机械中存在着大量的动力设备及传动机构，伴随着相接触的金属零件间的相对运动，都会发生磨损，磨损的绝大部分又是在润滑介质中产生，所以，磨损是生产线机械零件失效的主要形式之一。由于在生产中膨化连续混药炸药使用大量的硝酸铵等腐蚀性介质，腐蚀也是造成我厂机械零件失效的重要形式。同时，由于膨化连续混药生产的连续性，疲劳是造成机械故障，尤其是发生断裂的重要原因。另外，设备的载荷状况、使用维护与管理水平状况及气候状况等都会对设备故障产生影响。表1为生产线上统计的造成膨化连续混药生产线设备故障的各种因素的概率。
表1 造成膨化连续混药炸药生产线设备故障的各种因素的概率
传统的维修方式是事后维修和计划定修。经常出现两种情况：一种是由于设备未能及时修理而造成设备更深程度的严重损坏，因而增加了维修难度和维修成本；另一种是在大修时发现设备各运动部件还处在正常工作状态，此时大修不仅浪费设备资源、减少产量，也增加了设备维修成本。设备状态监测的目的在于掌握设备发生故障之前的异常征兆与劣化信息，或者在故障处于轻微阶段时将其监测出来，以便事前采取针对性措施控制和防止故障的发生，从而减少故障停机时间和停机损失，降低维修费用和提高设备有效使用率。它的推广应用是设备现代化管理的重要内容，针对不同行业特点，探讨并选择适合自己的应用模式，以求充分发挥其技术优势是企业设备管理人员的重要工作之一。
膨化连续混药炸药生产线设备多，对每台设备都进行状态监测是不彻实际的，也没有必要。因此，我们对生产线上的关键设备、重要设备及流水线上的设备进行状态监测，并且改变维修体制，使设备的维修逐步实行以状态监测为基础的状态维修体制。
1.设备状态监测方法的选择
各种状态监测技术，各有特点。从开展设备诊断的目的出发，我们希望采用最简单、最经济、最少的方法，获得准确、最多的信息。
磨损、腐蚀和疲劳是机械零件失效的三种主要形式和原因，如表1所示磨损失效占55%。由于油液分析法对磨损监测的灵敏性和有效性，又根据膨化连续混药炸药生产线设备的特点，我们主要采用油液分析技术和便携式测振仪开展设备状态监测。
1.1.用油液分析技术监测设备零部件的磨损情况在生产线上的应用
根据工作原理和监测手段的不同，油液分析技术可分为：磁塞法、颗粒计数法、光谱分析法和铁谱分析法。而铁谱分析法又可分为直读式检测法和分析铁谱检测法两种。铁谱分析的原理是在高梯度磁场的作用下，将油液中的磨屑或其它污染物分离出来，并按粒度大小，依次沉积到特制基片或沉淀管中，以分析油液中各种金属磨屑和污染物的形态、成分、数量及粒度分布情况，从而获得有关磨损过程的磨粒类型及磨屑材料方面的信息，据此对设备状态进行监测和诊断。
目前比较成熟的铁谱分析方法有直读式铁谱检测法和分析式铁谱检测法两种。直读式铁谱检测法主要用于监测润滑油种磨粒的尺寸分布情况，判断其磨损程度；分析式铁谱检测法主要用于观察润滑油中磨粒的几何形状特征，判断其磨损类别和原因。
在膨化连续混药生产线机械的使用中，由于摩擦副零部件之间的相互作用而产生的磨屑微粒、金属氧化物、腐蚀沉积以及外界进入的污染物颗粒等，这些微粒大多以悬浮狀态存在于润滑油或工作油液中。分析油液中所含磨粒的成分、形状、尺寸和浓度，则可反推出设备零件的磨损状态、工作状况，做到预测预报。通过比较，我们选择了较为适合我司生产设备实际情况的铁谱分析法中的分析式铁谱检测法，来监测我厂膨化连续混药生产中的关键设备的磨损情况，进行制定检修方案。
我们按取样→油样处理→油样铁谱分析→磨屑分析情况→结论→检修的程序，对膨化连续混药设备关键设备之一的真空干燥机减速箱中的润滑油磨粒进行监测分析。
1.2.取样
所取油样的可靠性和是否有代表性直接决定了状态监测结果的准确性。由于磨粒在油液中并不均匀分布且不连续存在，所以我们针对真空干燥机减速箱的润滑油的特点，并结合实际经验，在取样技术上提出如下要求：
1.2.1.取样位置
1.2.1.（1）在某一固定位置取样，保证取样的一致性。
1.2.1.（2）取样点应在油液经过摩擦副之后。
1.2.1.（3）在油箱中取样时，应考虑磨粒的沉淀效应，尽量避免在底部死角取样。
1.2.1.（4）在管路中取样时，应在过滤器前取样，并在取样前冲洗一下管路。
1.2.2.取样频率
1.2.2.（1）定期取样。根据每台设备的使用情况、摩擦副的特性以及对设备故障早期预报的准确度，制定明确的取样周期。
1.2.2.（2）随机取样。设备在新投入运行或刚解体检修过以及出现了异常磨损时，其取样周期应短且应不定期的随机取样。通过不定期取样，跟踪检查油液中磨粒的变化趋势，及时提出检修方案，直至正常后，才定期取样。
1.2.2.（3）取样时间。应尽量在不停机状态下取样。若必须在停机后取样，应在停机后10min内取样。
1.3.分析式铁谱仪
分析式铁谱仪的检测，就是采用高梯度磁场。所不同的是在润滑油中磨损颗粒碎屑沉积在块玻璃基片上，用双色显微镜观察，根据磨粒形状特征，可以进一步确定磨损的类型，分析颗粒的来源和原因，为设备的检修提供直接的依据。表2是机器在不同磨损阶段的颗粒特征。这样，我们对磨损的原因就有清晰的认识，判断故障也就方便了。 表2 不同磨损阶段的颗粒特征
例如：我司生产车间膨化真空干燥罐减速器齿轮箱的铁谱片入口区磨粒沉积量很高，其中有许多大的呈片状的金属磨粒，其表面没有线痕和氧化的迹象，它们的尺寸达90μm以上，其尺寸与厚度之比约为10：1。磨粒表面没有线痕说明其滑动速度低；磨粒表面无氧化迹象，铁谱片上也没有发现氧化微粒，因此可排除减速器在高速、高温下运转或润滑不良的情况。根据以上观察分析，判断结果是齿轮的过载及齿轮疲劳所致，严重磨损正在发生。一个月后，我们利用产品更换间隙，组织抢修，更换齿轮，避免因停车检修而造成的损失。
2.振动也是设备磨损的另一表现形式
机器内部产生异常时，一般情况下都会出现振动增大、振动性质改变等现象。因此，利用振动测定和分析手段，可以在不停机情况下，了解设备是否异常，判定异常部位、异常原因、异常程度等。便携式测振仪是由设备诊断人员经过大量的摸索和实践研制而成，它非常适合现场设备人员日常点检使用。
2.1.便携式测振仪在设备状态监测的应用
根据现场维修及监测的经验，我们采用便携式测振仪来诊断膨化连续混药部份受冲击较大的设备故障，大大提高了我们判断故障的准确率。
2.2.选择测试参数
振动测试参数是指振动位移、振动速度、振动加速度。为了准确了解被测对象的状态，必须事先对被测对象作一定的理论分析，合理选择测试参数。一般认为，在机械发生的振动频率中，在低频域（10Hz以下）内以振动的一定位移级作为诊断标准，中频域（10Hz-1KHz）内以一定速度级作为诊断标准，而高频域（1KHz以上）内则以一定加速度级作为诊断标准。所以，当采用便携式测振仪对滚动轴承进行简易诊断时，通常选用振动速度或振动加速度作为测试参数。在平时的状态监测中，我们对3个参数同时都进行测量和记录。
2.3.选择测点位置
测点位置能决定测到的是什么频率成分的振动。因此，必须找到最佳的测振位置，合理布点。在实际测试中，我们以轴承部位作为测点，并从水平方向、垂直方向和轴向3个方向进行测试。同时，我们在测点位置用记号笔做上记号，以便每次测量都在同一位点。
2.4.振动判断标准
振动判断标准：以每台设备正常运转时的振动数据作为基准，当振动量达到这个基数的一定倍数时，就认为要加强监视或需要停机检修了。振动量为原始基数值的2倍时，需要加强监视。低频振动增大到原始基数值的4倍时需要检修，高频振动增大到原始基数值的6倍时需要检修。
例如：图2是生产车间采用便携式测振仪对膨硝粉碎机两侧轴承的点检测振图。由图中可以看出2012年02月25日年终检修后检测值为该机正常运行时中膨硝粉碎机两侧轴承的振动速度值；2012年03月25日振动量与2012年02月25日基本一致；2012年08月25日振动量约为设备正常运行时的2倍，需加强监视，缩短监测周期；2012年12月25日以后，振动量约为设备正常运行时的4倍，需要检修。1个星期后，检修时发现轴承滚子磨损严重，轴承间隙加大。
图2 膨硝粉碎机两侧轴承点检测振图
3.设备状态监测的发展
经过几年来对设备状态监测的应用，我们将膨化连续混药生产线设备的维修逐步地向状态维修过渡，有效地降低人力和物力的消耗，降低了生产成本，取得良好的经济效益。同时我们也摸索出以下几方面的经验：
3.1.设备状态监测是一项建立在多学科基础上的综合性新技术，其推广应用一方面要建立长期的、有规律的设备状态监测历史档案，另一方面分析人员要有丰富的机械维修经验和综合分析能力。
3.2.随着现代工业的发展，设备结构越来越复杂，自动化程度越来越高，在开展含有多
某种摩擦副的设备技术诊断工作时，综合运用几种技术（如光谱分析、铁谱分析），则可以获得更为满意的效果。
3.3.油液分析技术用于离线监测方式较多，所以，如何提高其分析的实时性和精确性是需进一步考虑的问题，开发相应的应用软件并利用这些软件及相应的硬件建成计算机分析系统将使油液分析技术提高到一个新的水平。
3.4.便携式测振仪应用时的振动判断标准，可用同类设备之间相互比较来判断。一般情况下，振動为同类设备2倍时视为异常，需加强监视。
随着科学技术的进步，很多新理论、新技术不断的涌现出来，丰富和发展了诊断监测系统，使其不断地向智能化发展。专家系统的应用使诊断监测系统向智能化迈进一大步，它逐步取代大部分非重复性劳动，获得巨大的经济和社会效益；人工神经网络作为一种新的模式识别技术为诊断监测系统的智能化开辟了崭新的途径；在复杂机械系统中，由于故障征兆的模糊性、故障征兆与故障之间关系的随机性，因而模糊数学方法、灰色系统理论提供了新的分析方法。所以，随着我厂的不断发展壮大，逐步采用这些新技术是我们下一步工作的主要目标。
参考文献：
[1]廖伯瑜.主编.《机械故障诊断基础》. 冶金工业出版社
[2]裴峻峰、杨其俊.编.《机械故障诊断技术》.石油大学出版社
[3]陈克兴、李川奇.主编.《设备状态监测与故障诊断技术》.科学技术文献出版社
[4]黄文虎、夏松波、刘瑞岩等.编著.《设备故障诊断原理、技术及应用》.科学出版社
关键词： 设备； 状态监测； 膨化连续混药炸药； 油液分析； 铁谱分析； 磨粒； 磨损； 取样； 振动
膨化连续混药炸药是以硝酸铵为基本原料的合成民用炸药。机械设备为化工设备，设备传动类型多，生产线长且生产线上任何一台设备出现故障，都将导致大量的不合格品，对生产成本造成极大的影响。在我公司的生产机械中存在着大量的动力设备及传动机构，伴随着相接触的金属零件间的相对运动，都会发生磨损，磨损的绝大部分又是在润滑介质中产生，所以，磨损是生产线机械零件失效的主要形式之一。由于在生产中膨化连续混药炸药使用大量的硝酸铵等腐蚀性介质，腐蚀也是造成我厂机械零件失效的重要形式。同时，由于膨化连续混药生产的连续性，疲劳是造成机械故障，尤其是发生断裂的重要原因。另外，设备的载荷状况、使用维护与管理水平状况及气候状况等都会对设备故障产生影响。表1为生产线上统计的造成膨化连续混药生产线设备故障的各种因素的概率。
表1 造成膨化连续混药炸药生产线设备故障的各种因素的概率
传统的维修方式是事后维修和计划定修。经常出现两种情况：一种是由于设备未能及时修理而造成设备更深程度的严重损坏，因而增加了维修难度和维修成本；另一种是在大修时发现设备各运动部件还处在正常工作状态，此时大修不仅浪费设备资源、减少产量，也增加了设备维修成本。设备状态监测的目的在于掌握设备发生故障之前的异常征兆与劣化信息，或者在故障处于轻微阶段时将其监测出来，以便事前采取针对性措施控制和防止故障的发生，从而减少故障停机时间和停机损失，降低维修费用和提高设备有效使用率。它的推广应用是设备现代化管理的重要内容，针对不同行业特点，探讨并选择适合自己的应用模式，以求充分发挥其技术优势是企业设备管理人员的重要工作之一。
膨化连续混药炸药生产线设备多，对每台设备都进行状态监测是不彻实际的，也没有必要。因此，我们对生产线上的关键设备、重要设备及流水线上的设备进行状态监测，并且改变维修体制，使设备的维修逐步实行以状态监测为基础的状态维修体制。
1.设备状态监测方法的选择
各种状态监测技术，各有特点。从开展设备诊断的目的出发，我们希望采用最简单、最经济、最少的方法，获得准确、最多的信息。
磨损、腐蚀和疲劳是机械零件失效的三种主要形式和原因，如表1所示磨损失效占55%。由于油液分析法对磨损监测的灵敏性和有效性，又根据膨化连续混药炸药生产线设备的特点，我们主要采用油液分析技术和便携式测振仪开展设备状态监测。
1.1.用油液分析技术监测设备零部件的磨损情况在生产线上的应用
根据工作原理和监测手段的不同，油液分析技术可分为：磁塞法、颗粒计数法、光谱分析法和铁谱分析法。而铁谱分析法又可分为直读式检测法和分析铁谱检测法两种。铁谱分析的原理是在高梯度磁场的作用下，将油液中的磨屑或其它污染物分离出来，并按粒度大小，依次沉积到特制基片或沉淀管中，以分析油液中各种金属磨屑和污染物的形态、成分、数量及粒度分布情况，从而获得有关磨损过程的磨粒类型及磨屑材料方面的信息，据此对设备状态进行监测和诊断。
目前比较成熟的铁谱分析方法有直读式铁谱检测法和分析式铁谱检测法两种。直读式铁谱检测法主要用于监测润滑油种磨粒的尺寸分布情况，判断其磨损程度；分析式铁谱检测法主要用于观察润滑油中磨粒的几何形状特征，判断其磨损类别和原因。
在膨化连续混药生产线机械的使用中，由于摩擦副零部件之间的相互作用而产生的磨屑微粒、金属氧化物、腐蚀沉积以及外界进入的污染物颗粒等，这些微粒大多以悬浮狀态存在于润滑油或工作油液中。分析油液中所含磨粒的成分、形状、尺寸和浓度，则可反推出设备零件的磨损状态、工作状况，做到预测预报。通过比较，我们选择了较为适合我司生产设备实际情况的铁谱分析法中的分析式铁谱检测法，来监测我厂膨化连续混药生产中的关键设备的磨损情况，进行制定检修方案。
我们按取样→油样处理→油样铁谱分析→磨屑分析情况→结论→检修的程序，对膨化连续混药设备关键设备之一的真空干燥机减速箱中的润滑油磨粒进行监测分析。
1.2.取样
所取油样的可靠性和是否有代表性直接决定了状态监测结果的准确性。由于磨粒在油液中并不均匀分布且不连续存在，所以我们针对真空干燥机减速箱的润滑油的特点，并结合实际经验，在取样技术上提出如下要求：
1.2.1.取样位置
1.2.1.（1）在某一固定位置取样，保证取样的一致性。
1.2.1.（2）取样点应在油液经过摩擦副之后。
1.2.1.（3）在油箱中取样时，应考虑磨粒的沉淀效应，尽量避免在底部死角取样。
1.2.1.（4）在管路中取样时，应在过滤器前取样，并在取样前冲洗一下管路。
1.2.2.取样频率
1.2.2.（1）定期取样。根据每台设备的使用情况、摩擦副的特性以及对设备故障早期预报的准确度，制定明确的取样周期。
1.2.2.（2）随机取样。设备在新投入运行或刚解体检修过以及出现了异常磨损时，其取样周期应短且应不定期的随机取样。通过不定期取样，跟踪检查油液中磨粒的变化趋势，及时提出检修方案，直至正常后，才定期取样。
1.2.2.（3）取样时间。应尽量在不停机状态下取样。若必须在停机后取样，应在停机后10min内取样。
1.3.分析式铁谱仪
分析式铁谱仪的检测，就是采用高梯度磁场。所不同的是在润滑油中磨损颗粒碎屑沉积在块玻璃基片上，用双色显微镜观察，根据磨粒形状特征，可以进一步确定磨损的类型，分析颗粒的来源和原因，为设备的检修提供直接的依据。表2是机器在不同磨损阶段的颗粒特征。这样，我们对磨损的原因就有清晰的认识，判断故障也就方便了。 表2 不同磨损阶段的颗粒特征
例如：我司生产车间膨化真空干燥罐减速器齿轮箱的铁谱片入口区磨粒沉积量很高，其中有许多大的呈片状的金属磨粒，其表面没有线痕和氧化的迹象，它们的尺寸达90μm以上，其尺寸与厚度之比约为10：1。磨粒表面没有线痕说明其滑动速度低；磨粒表面无氧化迹象，铁谱片上也没有发现氧化微粒，因此可排除减速器在高速、高温下运转或润滑不良的情况。根据以上观察分析，判断结果是齿轮的过载及齿轮疲劳所致，严重磨损正在发生。一个月后，我们利用产品更换间隙，组织抢修，更换齿轮，避免因停车检修而造成的损失。
2.振动也是设备磨损的另一表现形式
机器内部产生异常时，一般情况下都会出现振动增大、振动性质改变等现象。因此，利用振动测定和分析手段，可以在不停机情况下，了解设备是否异常，判定异常部位、异常原因、异常程度等。便携式测振仪是由设备诊断人员经过大量的摸索和实践研制而成，它非常适合现场设备人员日常点检使用。
2.1.便携式测振仪在设备状态监测的应用
根据现场维修及监测的经验，我们采用便携式测振仪来诊断膨化连续混药部份受冲击较大的设备故障，大大提高了我们判断故障的准确率。
2.2.选择测试参数
振动测试参数是指振动位移、振动速度、振动加速度。为了准确了解被测对象的状态，必须事先对被测对象作一定的理论分析，合理选择测试参数。一般认为，在机械发生的振动频率中，在低频域（10Hz以下）内以振动的一定位移级作为诊断标准，中频域（10Hz-1KHz）内以一定速度级作为诊断标准，而高频域（1KHz以上）内则以一定加速度级作为诊断标准。所以，当采用便携式测振仪对滚动轴承进行简易诊断时，通常选用振动速度或振动加速度作为测试参数。在平时的状态监测中，我们对3个参数同时都进行测量和记录。
2.3.选择测点位置
测点位置能决定测到的是什么频率成分的振动。因此，必须找到最佳的测振位置，合理布点。在实际测试中，我们以轴承部位作为测点，并从水平方向、垂直方向和轴向3个方向进行测试。同时，我们在测点位置用记号笔做上记号，以便每次测量都在同一位点。
2.4.振动判断标准
振动判断标准：以每台设备正常运转时的振动数据作为基准，当振动量达到这个基数的一定倍数时，就认为要加强监视或需要停机检修了。振动量为原始基数值的2倍时，需要加强监视。低频振动增大到原始基数值的4倍时需要检修，高频振动增大到原始基数值的6倍时需要检修。
例如：图2是生产车间采用便携式测振仪对膨硝粉碎机两侧轴承的点检测振图。由图中可以看出2012年02月25日年终检修后检测值为该机正常运行时中膨硝粉碎机两侧轴承的振动速度值；2012年03月25日振动量与2012年02月25日基本一致；2012年08月25日振动量约为设备正常运行时的2倍，需加强监视，缩短监测周期；2012年12月25日以后，振动量约为设备正常运行时的4倍，需要检修。1个星期后，检修时发现轴承滚子磨损严重，轴承间隙加大。
图2 膨硝粉碎机两侧轴承点检测振图
3.设备状态监测的发展
经过几年来对设备状态监测的应用，我们将膨化连续混药生产线设备的维修逐步地向状态维修过渡，有效地降低人力和物力的消耗，降低了生产成本，取得良好的经济效益。同时我们也摸索出以下几方面的经验：
3.1.设备状态监测是一项建立在多学科基础上的综合性新技术，其推广应用一方面要建立长期的、有规律的设备状态监测历史档案，另一方面分析人员要有丰富的机械维修经验和综合分析能力。
3.2.随着现代工业的发展，设备结构越来越复杂，自动化程度越来越高，在开展含有多
某种摩擦副的设备技术诊断工作时，综合运用几种技术（如光谱分析、铁谱分析），则可以获得更为满意的效果。
3.3.油液分析技术用于离线监测方式较多，所以，如何提高其分析的实时性和精确性是需进一步考虑的问题，开发相应的应用软件并利用这些软件及相应的硬件建成计算机分析系统将使油液分析技术提高到一个新的水平。
3.4.便携式测振仪应用时的振动判断标准，可用同类设备之间相互比较来判断。一般情况下，振動为同类设备2倍时视为异常，需加强监视。
随着科学技术的进步，很多新理论、新技术不断的涌现出来，丰富和发展了诊断监测系统，使其不断地向智能化发展。专家系统的应用使诊断监测系统向智能化迈进一大步，它逐步取代大部分非重复性劳动，获得巨大的经济和社会效益；人工神经网络作为一种新的模式识别技术为诊断监测系统的智能化开辟了崭新的途径；在复杂机械系统中，由于故障征兆的模糊性、故障征兆与故障之间关系的随机性，因而模糊数学方法、灰色系统理论提供了新的分析方法。所以，随着我厂的不断发展壮大，逐步采用这些新技术是我们下一步工作的主要目标。
参考文献：
[1]廖伯瑜.主编.《机械故障诊断基础》. 冶金工业出版社
[2]裴峻峰、杨其俊.编.《机械故障诊断技术》.石油大学出版社
[3]陈克兴、李川奇.主编.《设备状态监测与故障诊断技术》.科学技术文献出版社
[4]黄文虎、夏松波、刘瑞岩等.编著.《设备故障诊断原理、技术及应用》.科学出版社