基于灰色關(guān)聯(lián)度的圓錐式破碎機(jī)磨損構(gòu)件識(shí)別

陳家權(quán)，于廣宇，2

（1.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧 530004；2.鞍鋼礦業(yè)裝備制造分公司，遼寧鞍山 114042）

0 引言

磨損是導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備故障與失效的主要原因，機(jī)械磨損時(shí)，會(huì)有小顆?；烊胗鸵褐?。在進(jìn)行油液取樣檢測(cè)時(shí)，這些小顆粒會(huì)透露出有關(guān)該設(shè)備磨損的一些信息，因此可以利用混入小顆粒性質(zhì)的變化與設(shè)備磨損程度建立關(guān)系?；疑P(guān)聯(lián)度分析法是將不同系統(tǒng)或因素通過(guò)建立系統(tǒng)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)性大小的量度，以此描述一個(gè)系統(tǒng)在發(fā)展過(guò)程中因素間相對(duì)的變化[1]。王克等人[2]提取出液壓系統(tǒng)中的顆粒污染物，建立了液壓油液中固體顆粒物的形狀及尺寸分布與液壓系統(tǒng)故障產(chǎn)生的關(guān)系。

利用灰色關(guān)聯(lián)度分析技術(shù)對(duì)分類及判斷模糊界限能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。目前研究學(xué)者基于灰色關(guān)聯(lián)度使用鐵譜檢測(cè)數(shù)據(jù)，將模型應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組故障構(gòu)件識(shí)別[3]，其局限性是由于不同部件含有相同的金屬元素較多，無(wú)法準(zhǔn)確掌握和識(shí)別所磨損部件位置，檢測(cè)意義不大。

在查閱資料之后，根據(jù)圓錐式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)找出特定磨損位置特征金屬元素，構(gòu)造模式[4]。然后針對(duì)任意磨損狀態(tài)下的待識(shí)別模式，計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)模式的灰色關(guān)聯(lián)度，估計(jì)磨損元素最大可能所屬的磨損部位。

1 磨損構(gòu)件識(shí)別概述

設(shè)備運(yùn)行時(shí)，零件會(huì)相互接觸，在摩擦副表面會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)、滾動(dòng)或沖擊情況，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，表面的損傷或脫落會(huì)產(chǎn)生磨損微粒。通過(guò)磨粒的性質(zhì)可以識(shí)別出磨損構(gòu)件的最大可能部位。在破碎機(jī)的油液檢測(cè)中，一般采用定期取樣監(jiān)測(cè)齒輪油質(zhì)量來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)備運(yùn)行情況，進(jìn)行檢測(cè)前要對(duì)目標(biāo)設(shè)備構(gòu)造磨損構(gòu)件識(shí)別模型。檢測(cè)步驟為：先通過(guò)金屬元素光譜技術(shù)來(lái)檢測(cè)取樣油液含有的金屬種類和含量，然后代入構(gòu)造好的磨損構(gòu)件識(shí)別模型，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析，最后得出結(jié)論。

2 構(gòu)造磨損構(gòu)件識(shí)別模型

圓錐破碎機(jī)的傘齒輪帶動(dòng)大齒圈運(yùn)轉(zhuǎn)，大齒圈與偏心套是一體的，這樣就能帶動(dòng)破碎壁旋轉(zhuǎn)，通過(guò)與軋壁之間間隙的變化來(lái)破碎物料。一般需要在齒輪與齒圈、軸套與錐套及各類密封環(huán)進(jìn)行油脂潤(rùn)滑。圓錐破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)規(guī)定，潤(rùn)滑油必須使用ISO150 級(jí)潤(rùn)滑油，黏度指數(shù)90 以上。換油周期為3000 h。通過(guò)查找資料，對(duì)于圓錐破碎機(jī)，主要磨損構(gòu)件是偏心套銅套、襯套、襯板、活塞環(huán)、軸承，所含金屬元素如表1 所示。

構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)磨損構(gòu)件識(shí)別模型，首先將不同磨損構(gòu)件按照不同金屬構(gòu)造進(jìn)行分類，然后進(jìn)行特征向量提取，要求最大限度反映模式的特征信息。通過(guò)對(duì)表1 中圓破機(jī)摩擦副元素的分析，該系統(tǒng)的主要磨損構(gòu)建有偏心套磨損、襯套磨損、襯板磨損、活塞環(huán)磨損、軸承磨損等5 種類型[5]。可以將其構(gòu)造成5 種標(biāo)準(zhǔn)模式，每一種模式包含兩種信息：第一種為元素個(gè)數(shù)的信息；第二種為是否存在某種具體元素信息。將上述信息構(gòu)造為模式的特征向量，分別用A1和A2表示。

對(duì)于A1，分析5 種模式有5 種情況，1、2、3、4 和5，可以表示成=[a11，a12，a13，a14，a15]對(duì)應(yīng)取值為1、2、3、4 和5。

對(duì)于A2，分析可以共有9 種主要金屬元素，分別是Fe、Cu、Mn、Al、Cr、Pb、Ni、Mo、Sn，并按此順序排列。因此，A2可以表示成=[a21，a22，a23，a24，a25，a26，a27，a28，a29]分別與以上元素對(duì)應(yīng)。

有了上述的信息，就可以構(gòu)造A1～A5的標(biāo)準(zhǔn)磨損構(gòu)件模式，每一種模式的元素個(gè)數(shù)和類別存在性構(gòu)成了一組特征向量。使用二進(jìn)制方法表示元素存在性，有表示成“1”，沒(méi)有則表示成“0”，即：

表1 磨損構(gòu)件主要金屬元素表

以上a1～a5是對(duì)圓錐破碎機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的5 種磨損位置標(biāo)準(zhǔn)模式，可以表示成譜圖（表2）。

表2 磨損構(gòu)件模式譜

3 工程實(shí)踐

3.1 取樣測(cè)量

某作業(yè)區(qū)1#1200/160 型圓破機(jī)有異響，系統(tǒng)容量為2720 kg，所添加為150#重負(fù)荷工業(yè)齒輪油，油液使用時(shí)間為1710 h，初步結(jié)論為初步判斷有磨損問(wèn)題。接下來(lái)進(jìn)行元素分析檢測(cè)，主要金屬元素檢測(cè)結(jié)果見表3。金屬元素分析結(jié)論為，破碎機(jī)工作環(huán)境中，由于正壓除塵效果不好，極易造成灰塵進(jìn)入潤(rùn)滑油內(nèi)。經(jīng)金屬含量檢測(cè)判斷為存在磨損情況，影響傳動(dòng)效果，導(dǎo)致運(yùn)行黏度大[6]。

表3 主要金屬元素檢測(cè)

3.2 灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算

基于灰色關(guān)聯(lián)度理論，將待識(shí)別的樣本模式與已知相關(guān)因素之間的相關(guān)性大小的進(jìn)行度量。偶對(duì)稱性表明，當(dāng)灰色關(guān)聯(lián)因子集中只有兩個(gè)序列時(shí)，兩兩比較滿足對(duì)稱性。對(duì)于兩個(gè)序列模式X0和Xi，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式，一個(gè)待識(shí)別模式，二者在第k 點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)記為r（x0（k），xi（k）），關(guān)聯(lián)度記為R（X0，Xi），則對(duì)應(yīng)分辨系數(shù)ξ∈（0，1）有：

以上即為灰色關(guān)聯(lián)度R（X0，Xi）的計(jì)算方法，它同時(shí)也滿足灰色四公理。下面是灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算步驟：

計(jì)算完關(guān)聯(lián)度后，代入表2 磨損構(gòu)件模式譜，即可排序選取與待識(shí)別模式最大關(guān)聯(lián)度的標(biāo)準(zhǔn)模式，確定最大可能的磨損構(gòu)件。

對(duì)于待識(shí)別變量組[Fe、Cu、Cr、Pb、Ni]構(gòu)造，其待識(shí)別模式為：[5，1，1，0，0，1，1，1，0，0]。取ξ=0.48[7]，計(jì)算得待識(shí)別模式與標(biāo)準(zhǔn)模式之間的關(guān)聯(lián)度如表4 所示。

將上述灰色關(guān)聯(lián)度表由大到小排序關(guān)聯(lián)度，其對(duì)應(yīng)的模式排序?yàn)椋篈1、A2、A3、A4、A5待識(shí)別模式，它對(duì)應(yīng)的磨損構(gòu)件的信息為銅套的磨損。對(duì)應(yīng)的主要金屬元素為Fe、Cr、Mo、Sn，待識(shí)別模式中所含主要金屬元素為Fe、Cu、Pb、Cr、Sn、Mo，它們之間關(guān)聯(lián)度超過(guò)了60%以上[8]，還是有較高的可信度。通過(guò)科學(xué)分析，判斷粗破機(jī)偏心套銅套產(chǎn)生了磨損，并上報(bào)給了生產(chǎn)作業(yè)區(qū)。

給出判斷依據(jù)后第三天，在維修現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)了拆卸的偏心套烏金，產(chǎn)生脫落的原因是由于生產(chǎn)過(guò)程中油液不慎進(jìn)入雜物，同時(shí)由于空濾定期保養(yǎng)不夠、進(jìn)氣質(zhì)量惡劣導(dǎo)致了磨損（圖1）。這也驗(yàn)證了之前的判斷。

表4 灰色關(guān)聯(lián)度表

4 結(jié)論

圖1 偏心套烏金大面積脫落

工程實(shí)踐結(jié)果表明，元素光譜檢測(cè)和灰色關(guān)聯(lián)度分析的聯(lián)合應(yīng)用能夠精確找到磨損故障構(gòu)件，將加快維修進(jìn)度，有效保證設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行。這個(gè)方法大大提高了檢修效率，這為故障初期的快速識(shí)別故障位置提供了一條新思路，為主動(dòng)維修提供了依據(jù)，同時(shí)減少了因?yàn)橥话l(fā)狀態(tài)延誤工期造成的不必要損失。減少了檢修作業(yè)量，為企業(yè)節(jié)約資金、創(chuàng)造利潤(rùn)[9]。