“一機多用”數字潤滑監測方案：如何應對齒輪與液壓系統的不同需求并發揮新質生產力?
在機械設備的龐大體系中，齒輪與液壓系統猶如“血液”，承載著動力傳輸與控制功能，是設備穩定運行的核心。然而，正如人體健康需要準確的病理診斷與治 療，齒輪與液壓系統一旦出現問題，也需要故障診斷與治理。
現代醫學注重預防體檢，通過血液化驗等手段實時監測身體健康。同理，機械設備的齒輪與液壓系統也需要通過油液理化指標的檢測，進行“體檢”，實現早期故障預警與準確維護。
盡管齒輪與液壓系統同屬于潤滑系統，它們在油液監測中卻存在顯著差異。各自關注的監測指標、面臨的故障模式及所用的傳感器技術各有特色。因此，如何設計出兼顧兩者需求的油液監測方案，成為當前工業界亟待解決的重要課題。
一、齒輪系統與液壓系統油液監測的區別
齒輪及液壓系統兩者雖同屬潤滑系統，但因其不同油品及工況下的監測重與指標上卻各有不同，反映了不同系統的運作特性下的潛在風險與監測選型。
齒輪潤滑系統
■ 使用油液：多為齒輪油、220、320、460、680號;
■監測指標：粘度、密度、溫度、油品品質、含水率、磨損顆粒、磨損濃度;
■應用場景：多為各類機械的傳動位置，齒輪箱等;
■ 傳感器：粘度多參量傳感器(高粘度)、含水率傳感器、金屬磨粒傳感器;
用戶痛點：常面臨齒輪系統磨損異常，導致不可逆損傷、高昂維修成本和復雜檢修。水分乳化降低潤滑性能，加速齒輪磨損。因此，準確監測磨損、含水率及磨損顆粒成為關鍵。同時，油品氧化、污染及添加劑消耗也需監測，通過理化分析評估性能退化，及時維護。齒輪運轉下的溫度和振動水平同樣重要，異常預示潛在問題。
液壓潤滑系統
■ 使用油液：多為抗磨液壓油、46、68、100號;
■監測指標：粘度、密度、溫度、油品品質、微量水分、磨損顆粒、磨損濃度、污染顆粒;
■應用場景：多為地面選煤廠的液壓驅動裝置、裝車站的皮帶機等;
■ 傳感器：粘度多參量傳感器(低粘度)、微量水分傳感器、金屬磨損傳感器、污染度傳感器;
用戶痛點：液壓系統中的污染顆粒，如金屬屑、粉塵雜質、水分和微生物等會導致液壓閥塊、通道堵塞、泵等壽命降低、出現執行機構不準確等問題。相比之下，液壓系統更加側重于油液的清潔度、理化性能以及系統壓力等方面的監測。
此外，液壓系統的壓力和溫度也是反映其運行狀態和故障預警的關鍵參數，過高的壓力可能導致部件損壞，而異常的溫度則可能預示著系統內部的泄漏、堵塞或冷 卻不佳等問題。
二、油液監測傳感器技術原理
為了實現對齒輪系統與液壓系統的油液監測，我們需要借助各類傳感器技術原理方可對設備潤滑系統“對癥下藥”。
該傳感器基于壓電協振原理和流體動力學特性設計，內置音叉等振蕩元件。驅動振蕩器來驅動音叉，濾波放大器讀出音叉，同步調節器濾波放大，DC速度信號輸出。
粘度傳感器 | 聲學音叉振動原理圖
在油液中振動時，這些元件的振動受阻程度與油液粘度成正比。通過測量其振動頻率、幅度等參數，能間接獲取油液的粘度和密度。
粘度傳感器 | 聲學音叉振動原理圖
此外，結合絕 對介電常數原理，傳感器前端增設的電容器還能測定潤滑油的介電常數，從而實現多種油液老化指標的結合監測，為工業油液管理提供全方面的實時數據。
■ 微量水分測量原理
采用先進的高分子材料作為濕敏轉換元件。該元件通過精 密的吸水和脫水過程，能夠迅速達到水分的動態平衡狀態。
在此基礎上，傳感器能夠準確測算出當前的飽和度，并借助特定的換算曲線，進一步將飽和度轉化為ppm(百萬分之一)單位的含水率，實現微量水分的準確測量。
水分傳感器 | 濕敏材料原理圖
■ 含水率測量原理
每種物質都擁有其獨特的相對介電常數，水的介電系數比單純高分子材料的介電系數大很多，通過介電常數和水分關系曲線可以換算出油液含水率
該傳感器采用平行三線圈結構，包括兩個激勵線圈和一個感應線圈。兩個激勵線圈施加等大反向的正弦交流電，形成平衡磁場，當無磨粒通過時，感應線圈無感應電壓輸出。
磨粒傳感器 | 電磁感應原理圖
當有磨粒通過時，平衡磁場被擾動，根據電磁感應定律，感應線圈產生感應電壓。鐵磁性磨粒因其磁導率大，磁化效應使磁場加強;非鐵磁性磨粒(如銅顆粒)因其電導率遠大于磁導率，渦流效應使磁場削弱。
▲IFM系列金屬磨損顆粒傳感器
輸出信號的幅值反映磨粒大小，相位用于區分磨粒屬性(鐵磁或非鐵磁)。輸出信號為調制信號，需相干解調以獲取磨粒引起的感應信號，并根據均方根值(RMS)計算磨粒的大小和數量。
運用單激光遮光計數技術原理，當油液通過傳感器時，顆粒會影響傳感器內部的光束或電流，生成相應的信號，這些信號被處理以確定顆粒的數量和尺寸分布。
結合傅立葉波形分析模型，進一步提升了對微小顆粒及高潔凈度油品檢測的精度，并能自動校正無效和干擾數據，減少了現場中微量水分、氣泡等因素對污染度檢測結果的影響。
盡管齒輪及液壓潤滑系統各有其特定的油況監測重 點與痛點，但在實際運行過程中，兩者卻共同面臨著水分污染、異常磨損、氣泡混入、泄漏以及振動等多重挑戰，會加速部件的磨損進程，降低系統的運行效率，并對設備造成損害。
為此，智火柴提出的“一機多用”的智能在線油液監測系統方案，不僅能夠實現對齒輪與液壓系統全生命周期的管理，還能夠針對不同行業的設備工況提供三類監測系統可供選配。
例如適用于普通工況的智能型的屏顯系統、適用于石化類工況易燃粉塵、氣體的二類防爆型監測系統以及滿足煤礦MA認證的本安型監測系統進行全方面的風險預判和全要素的智能調控。
底層傳感器通過濾波算法去噪、放大和增強信號，確保油液的物理和化學特性準確測量。例如，粘度傳感器的振動信號經過濾波處理，反映油液的粘度和密度;磨損顆粒傳感器則通過濾波分析信號幅值和相位，識別顆粒的大小和成分。
▲監測系統整機濾波算法圖
此外，多傳感器數據結合算法整合不同傳感器的數據，過濾無效信號，提供準確的油液監測結果。
目前，智火柴已和上百多家巨頭企業單位建立多項合作，該方案已成功應用于重型機械、煤礦開采、能源電力、水泥石化等多種設備的齒輪液壓的油況中。
液壓潤滑系統用案例 左右滑動查看更多
▲破碎機EH油箱-68#液壓油
▲循環水泵液壓油箱-46號液壓油
▲火電汽輪機系統46號液壓油
齒輪潤滑系統應用案例 左右滑動查看更多
▲水泥磨輥壓機主減速機潤滑系統-320號齒輪油
▲煤礦皮帶機頭減速機-320號齒輪油
▲石化低密擠壓機-320號齒輪油
該方案集成了多傳感模塊適配、智能算法結合、全方面數據采集與分析、靈活多樣的傳輸形式以及廣泛的應用場景。通過這一方案，我們能夠同時監測齒輪與液壓系統的油液狀況，提供準確的故障診斷預警功能。
■ 系統內置的傳感模塊可根據不同油品種類和潤滑工況靈活配置，確保監測的準確性和針對性;
■ 智能算法則能應對氣泡干擾和系統泄露等挑戰;
■ 支持4G/5G、WIFI、有線等多種傳輸形式;
■ 全方面數據采集與分析功能則能實時展示油液狀態，并提供遠程監控和智能預警。
齒輪與液壓系統的油液監測，遠超單純的維護需求，是設備穩定運行的關鍵所在，不僅揭示了系統的即時健康狀態，更揭示了潛在的磨損與故障趨勢，成為預防性維護與風險管理的核心工具。
在工業智能化日益深化的今天，油液監測技術的演進已不再是單一指標的采集，而是通過多 維傳感器結合與智能算法處理，提供對設備狀態的準確洞察。
這種前瞻性的監控不僅能夠在問題初現時進行干預，更能通過數據驅動的決策支持，實現全生命周期的優化管理，降低停機風險與維修成本。
隨著這一技術的普及與深化，齒輪與液壓系統的油液監測正逐步從保障設備運行的基礎手段，向精細化、智能化的資產管理平臺轉變，推動設備維護由事后維修向前瞻性預防轉型，進一步提升設備的可靠性與整體運營效益。
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