“一机多用”数字润滑监测方案：如何应对齿轮与液压系统的不同需求并发挥新质生产力?
在机械设备的庞大体系中，齿轮与液压系统犹如“血液”，承载着动力传输与控制功能，是设备稳定运行的核心。然而，正如人体健康需要准确的病理诊断与治 疗，齿轮与液压系统一旦出现问题，也需要故障诊断与治理。
现代医学注重预防体检，通过血液化验等手段实时监测身体健康。同理，机械设备的齿轮与液压系统也需要通过油液理化指标的检测，进行“体检”，实现早期故障预警与准确维护。
尽管齿轮与液压系统同属于润滑系统，它们在油液监测中却存在显著差异。各自关注的监测指标、面临的故障模式及所用的传感器技术各有特色。因此，如何设计出兼顾两者需求的油液监测方案，成为当前工业界亟待解决的重要课题。
一、齿轮系统与液压系统油液监测的区别
齿轮及液压系统两者虽同属润滑系统，但因其不同油品及工况下的监测重与指标上却各有不同，反映了不同系统的运作特性下的潜在风险与监测选型。
齿轮润滑系统
■ 使用油液：多为齿轮油、220、320、460、680号;
■监测指标：粘度、密度、温度、油品品质、含水率、磨损颗粒、磨损浓度;
■应用场景：多为各类机械的传动位置，齿轮箱等;
■ 传感器：粘度多参量传感器(高粘度)、含水率传感器、金属磨粒传感器;
用户痛点：常面临齿轮系统磨损异常，导致不可逆损伤、高昂维修成本和复杂检修。水分乳化降低润滑性能，加速齿轮磨损。因此，准确监测磨损、含水率及磨损颗粒成为关键。同时，油品氧化、污染及添加剂消耗也需监测，通过理化分析评估性能退化，及时维护。齿轮运转下的温度和振动水平同样重要，异常预示潜在问题。
液压润滑系统
■ 使用油液：多为抗磨液压油、46、68、100号;
■监测指标：粘度、密度、温度、油品品质、微量水分、磨损颗粒、磨损浓度、污染颗粒;
■应用场景：多为地面选煤厂的液压驱动装置、装车站的皮带机等;
■ 传感器：粘度多参量传感器(低粘度)、微量水分传感器、金属磨损传感器、污染度传感器;
用户痛点：液压系统中的污染颗粒，如金属屑、粉尘杂质、水分和微生物等会导致液压阀块、通道堵塞、泵等寿命降低、出现执行机构不准确等问题。相比之下，液压系统更加侧重于油液的清洁度、理化性能以及系统压力等方面的监测。
此外，液压系统的压力和温度也是反映其运行状态和故障预警的关键参数，过高的压力可能导致部件损坏，而异常的温度则可能预示着系统内部的泄漏、堵塞或冷 却不佳等问题。
二、油液监测传感器技术原理
为了实现对齿轮系统与液压系统的油液监测，我们需要借助各类传感器技术原理方可对设备润滑系统“对症下药”。
该传感器基于压电协振原理和流体动力学特性设计，内置音叉等振荡元件。驱动振荡器来驱动音叉，滤波放大器读出音叉，同步调节器滤波放大，DC速度信号输出。
粘度传感器 | 声学音叉振动原理图
在油液中振动时，这些元件的振动受阻程度与油液粘度成正比。通过测量其振动频率、幅度等参数，能间接获取油液的粘度和密度。
粘度传感器 | 声学音叉振动原理图
此外，结合绝 对介电常数原理，传感器前端增设的电容器还能测定润滑油的介电常数，从而实现多种油液老化指标的结合监测，为工业油液管理提供全方面的实时数据。
■ 微量水分测量原理
采用先进的高分子材料作为湿敏转换元件。该元件通过精 密的吸水和脱水过程，能够迅速达到水分的动态平衡状态。
在此基础上，传感器能够准确测算出当前的饱和度，并借助特定的换算曲线，进一步将饱和度转化为ppm(百万分之一)单位的含水率，实现微量水分的准确测量。
水分传感器 | 湿敏材料原理图
■ 含水率测量原理
每种物质都拥有其独特的相对介电常数，水的介电系数比单纯高分子材料的介电系数大很多，通过介电常数和水分关系曲线可以换算出油液含水率
该传感器采用平行三线圈结构，包括两个激励线圈和一个感应线圈。两个激励线圈施加等大反向的正弦交流电，形成平衡磁场，当无磨粒通过时，感应线圈无感应电压输出。
磨粒传感器 | 电磁感应原理图
当有磨粒通过时，平衡磁场被扰动，根据电磁感应定律，感应线圈产生感应电压。铁磁性磨粒因其磁导率大，磁化效应使磁场加强;非铁磁性磨粒(如铜颗粒)因其电导率远大于磁导率，涡流效应使磁场削弱。
▲IFM系列金属磨损颗粒传感器
输出信号的幅值反映磨粒大小，相位用于区分磨粒属性(铁磁或非铁磁)。输出信号为调制信号，需相干解调以获取磨粒引起的感应信号，并根据均方根值(RMS)计算磨粒的大小和数量。
运用单激光遮光计数技术原理，当油液通过传感器时，颗粒会影响传感器内部的光束或电流，生成相应的信号，这些信号被处理以确定颗粒的数量和尺寸分布。
结合傅立叶波形分析模型，进一步提升了对微小颗粒及高洁净度油品检测的精度，并能自动校正无效和干扰数据，减少了现场中微量水分、气泡等因素对污染度检测结果的影响。
尽管齿轮及液压润滑系统各有其特定的油况监测重 点与痛点，但在实际运行过程中，两者却共同面临着水分污染、异常磨损、气泡混入、泄漏以及振动等多重挑战，会加速部件的磨损进程，降低系统的运行效率，并对设备造成损害。
为此，智火柴提出的“一机多用”的智能在线油液监测系统方案，不仅能够实现对齿轮与液压系统全生命周期的管理，还能够针对不同行业的设备工况提供三类监测系统可供选配。
例如适用于普通工况的智能型的屏显系统、适用于石化类工况易燃粉尘、气体的二类防爆型监测系统以及满足煤矿MA认证的本安型监测系统进行全方面的风险预判和全要素的智能调控。
底层传感器通过滤波算法去噪、放大和增强信号，确保油液的物理和化学特性准确测量。例如，粘度传感器的振动信号经过滤波处理，反映油液的粘度和密度;磨损颗粒传感器则通过滤波分析信号幅值和相位，识别颗粒的大小和成分。
▲监测系统整机滤波算法图
此外，多传感器数据结合算法整合不同传感器的数据，过滤无效信号，提供准确的油液监测结果。
目前，智火柴已和上百多家巨头企业单位建立多项合作，该方案已成功应用于重型机械、煤矿开采、能源电力、水泥石化等多种设备的齿轮液压的油况中。
液压润滑系统用案例 左右滑动查看更多
▲破碎机EH油箱-68#液压油
▲循环水泵液压油箱-46号液压油
▲火电汽轮机系统46号液压油
齿轮润滑系统应用案例 左右滑动查看更多
▲水泥磨辊压机主减速机润滑系统-320号齿轮油
▲煤矿皮带机头减速机-320号齿轮油
▲石化低密挤压机-320号齿轮油
该方案集成了多传感模块适配、智能算法结合、全方面数据采集与分析、灵活多样的传输形式以及广泛的应用场景。通过这一方案，我们能够同时监测齿轮与液压系统的油液状况，提供准确的故障诊断预警功能。
■ 系统内置的传感模块可根据不同油品种类和润滑工况灵活配置，确保监测的准确性和针对性;
■ 智能算法则能应对气泡干扰和系统泄露等挑战;
■ 支持4G/5G、WIFI、有线等多种传输形式;
■ 全方面数据采集与分析功能则能实时展示油液状态，并提供远程监控和智能预警。
齿轮与液压系统的油液监测，远超单纯的维护需求，是设备稳定运行的关键所在，不仅揭示了系统的即时健康状态，更揭示了潜在的磨损与故障趋势，成为预防性维护与风险管理的核心工具。
在工业智能化日益深化的今天，油液监测技术的演进已不再是单一指标的采集，而是通过多 维传感器结合与智能算法处理，提供对设备状态的准确洞察。
这种前瞻性的监控不仅能够在问题初现时进行干预，更能通过数据驱动的决策支持，实现全生命周期的优化管理，降低停机风险与维修成本。
随着这一技术的普及与深化，齿轮与液压系统的油液监测正逐步从保障设备运行的基础手段，向精细化、智能化的资产管理平台转变，推动设备维护由事后维修向前瞻性预防转型，进一步提升设备的可靠性与整体运营效益。
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