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张向军:基础科学推动风电摩擦学的创新展望

2015-02-01 来源:中国风电材料设备网 浏览数:680

  所有现在在运行的高铁都有传感器,当轴承温度或者油温接近于100度或者超过100度就会马上报警,甚至停车。上面这张图是在高铁上实际测到的不同部位的温度变化情况,横轴就是速度。当这个速度超过300公里的时候,很多地方的温度是急剧上升的。齿轮箱的温升是在高铁运营过程中非常关注的现象,我们结合这个研究,就建立了一个比较完善的齿轮箱的温升模型,包括摩擦功耗引起的温度增压,还有润滑油的粘温特性,还有散热程度,放在一起预测温升。
  这是我们做得实际测得的温升模型和理论值的对比,都是一些技术。
  我们比较了不同的润滑油,这些润滑油的粘温特性都一样,我们选油最重要的就是粘温指数,认为粘温指数相同的,可能这个油再加上相应的种类,齿轮油都可以用了。但实际上做出来的结果,不同的油,即使粘温指数相同,最后导致的温升有非常大的差别。同时测试齿轮箱的效益会和油的种类有很大的差别。选油还是个技术活,不是给你这种粘温指数的就可以用了。
  同时我们做了齿面的胶合实验,相同的油粘温曲线,抗胶合的能力差距非常大。
  我们针对高铁给出了选用标准,怎么样选择齿轮油、怎么样换油。在我们国家有这个标准之前,日本的动车引进的油,卖给我们的齿轮油一升1000多块钱,基本上是天价。我们帮助这个企业做完这个标准,日本的油主动降到300块钱一升,即使这样,现在企业拿到这个标准,还再选国外的油,同时也在搞自主研发。在自主创新里头,如果有自己的标准,以我为主的企业标准,国外这些东西的价格是绝对可以降下来的,不会被别人卡着脖子。
  我们还有一部分的工作就是齿轮箱的故障,包括现在风电最大的问题是故障率比较高。我们做了一部分工作,分析它的润滑剂变色的机理,包括轴承保持压的破坏,还有表面材料的缺陷等,时间原因就不太讲了。
  在这个研究基础上,我们现在把齿轮箱的故障,至少在高铁领域相对应的可能会有几种。有齿面和轴承的磨损和破坏,还有润滑油的高温氧化,还有放电所产生的物质,还有齿轮箱的结构破坏,或者密封产生的效果,还有外部引入的沙质,最后造成轴承破坏。我们现在形成一套判别方法,测它的水分、聚合物的成分变化等。
  整个做成的链条,就是做润滑油的检测,预测一些关键零部件的更换,最后保证齿轮箱的正常运行。在这个基础上,我们也自己研发了一体化的油液检测箱。我们可以进行油液的加固和取出,可以控制电机,同时可以进行系数采集。内嵌了一个专家系统,测出来的点,会在专家系统最后给出判断,这个油在正常范围内,还是有可能的故障。
  未来的时候,对润滑技术提升齿轮箱的技术途径。目前,比较侧重于固体方面的可能会修正齿形、改正材料、优化结构,但成本比较高、研究周期比较长。我们这个研究,对于齿轮箱来说,润滑油是它的主要部件,选择了合适润滑油和添加剂,进行合理维护和合理换油,同时加强你的在线检测技术,实际上可以大幅度的提高整个的工作效益,而不用做改善齿面这些工作,所以油品还是整个齿轮箱的一个关键环节,应该对它进行足够关注。
  我们现在润滑油的选用标准。因为今天有很多产业界的朋友,大部分我们选油一个就是你当初买这个齿轮箱,这个齿轮箱的设备商会指定用什么油,他们是根据什么选油呢?基本上至少在国内所有的齿轮箱生产厂,他们都没有相应的润滑分析、润滑设计,他们的选用标准,基本上卖油的人推荐给他们。还有一种换油的时候,基本上都是供应商推荐给你的意见。我们建议你选择合适的润滑油,应该根据你这个摩擦的载荷、速度、运行环境、还有节能环保的要求,决定你该用什么样的油。即使看上去一样的油,出来的结果是相差很大的。
  加强油液分析,也就是我们这个设备的血液的检测,目前所有的途径从设备上抽取油样进行检测,判别是否有故障,进行部件维修。
  还有一个,针对油液的在线检测和故障的预警系统,包括在线传感器、数据采集以及油品状态评估和最后制订计划。传统的润滑技术已经进入了设备管理、生产管理和企业管理的一部分,成为了许多管理中的一个大项。
  刚好借这个机会,刚才柳院长也讲了工业4.0,实际上从我们前面的研究来说,我觉得从润滑管理的角度来说,它是嵌入工业4.0一个很好的入口,这是我自己的观点。润滑管理的4.0,一个是标准化、信息化、网络化到智能化,目前我们国家的所有的齿轮箱或者是用油,选用标准规范是否合理,实际上还存在很大的问题,大家选油上面比较任意,或者用油公司推荐就可以了,所以存在着鱼龙混杂的市场,你怎么样选对油。我们国家现在的状况还是百年老店,只有一个中石油、中石化,像奥吉娜如果想分得一羹非常非常难,只能在市场夹缝里。未来如果规范进行挑选,这个市场上怎么样选备?我比喻就好象淘宝店,淘宝店大家什么都能买得着,价钱也便宜,但是鱼龙混杂。
  随着第二步润滑管理走向信息化,它的核心是什么呢?你要有你的测试指标是精确有效的,大家都在京东上买过东西,京东和淘宝的区别,京东所有的东西都是品牌的,而且会把规格描述的非常清楚,多重、多高,关键指标是什么。但是也有缺点,比如最近我要买一个老人手机,想找一个声音比较大、字数比较大,弹性指标在京东网站上没有。也就是说他在验血的时候,给你的指标只是泛泛的,但是我需要一个个性化的指标,这个时候京东我觉得就稍微有点弱了,就是说润滑管理走到信息化,测的都是常规指标,实际上对于风电,比如说润滑油需要它的特征指标,不是说常规体检就能满足的。
  我觉得润滑管理走向下一步就是网络化,我个人理解不是说大家都联系起来就行了,最关键的是你的定向数据。比如说把这个风电场所有的润滑检测的数据汇集到一起的时候,一定要有定向的关于他的轴承和齿轮的信息是特征的信息,定向聚合。现在微信圈里的微店,因为是靠朋友圈,我这个朋友圈都喜欢某种生活格调,大家可能卖得东西都会在朋友圈里头形成一个销售渠道,他有定向性特别强。但是最终对于4.0或者世界来说,还是要走向智能化,智能化的核心,就是你专家系统和决断在里面,也就是说我们润滑方案的决策要智慧化,同样用这个网店来比喻,某一天你想买得东西,一定是个性化、智慧化的消费,而且非常简单化。比如说我想买一个老年式的手机,照相清楚、声音大、字大,价钱多少,给这些信息就够了。大家知道在京东和淘宝上买东西,每天挑得眼花缭乱的,信息太大了,当这么多的定量数据给你以后,怎么样简单、个性、直奔主题的解决你的问题,这就是未来智能化所能起到的作用。

【延伸阅读】

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