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    解決港口智能潤滑設備磨損嚴重的管理系統

    2021-03-01

    為解決港口設備潤滑點較多、距離較遠、不易維護保養造成設備潤滑部位摩擦磨損嚴重等問題,研制了一種基于移動互聯網技術的智能潤滑設備健康管理系統,可對整個港口設備的潤滑系統進行集中管理、分散控制,實現按需潤滑、精益潤滑的目标。

    1 引言

    據統計,機械設備軸承運行過程中約 55%的損壞是由潤滑不良造成的。傳統的集中潤滑系統隻能實現定時定量潤滑[1],無法及時感知軸承潤滑狀态,導緻軸承潤滑不良,造成軸承磨損嚴重,影響設備正常運行。

    軸承中的潤滑脂不僅可以降低摩擦阻力,還可以起到散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止鏽蝕等作用,更是軸承穩定工作的必備條件[2]。研究表明,軸承的裝脂量一般為軸承内部空間容積的 1 /3~ 2 /3,油脂過多會增大軸承運轉阻力矩、散熱困難; 過少則導緻軸承摩擦面不能形成有效潤滑油膜,軸承幹摩擦會加速磨損。

    目前,國内港口設備的潤滑基本上都采用傳統自動潤滑方式,隻能對設備進行定時定量潤滑,無法完全滿足設備潤滑需求。港口設備潤滑點數較多,單台設備一般有幾十到上百個潤滑點,且比較分散,給巡檢維護帶來了極大的困難,勞動強度大。應用後台數據處理平台技術,可解決設備各潤滑部位按需供油的技術難題; 應用移動互聯網技術,可解決分散設備集中管理的問題[3]。 


    2 智能潤滑優化模型

    2.1 問題描述

    港口設備智能潤滑問題可描述為: 在 M 台港口設備上每台有 N 個潤滑部位,每個潤滑部位 Ji 受到Si 參數影響,參數之間存在重要度 P 約束,潤滑部位的每個影響參數可由 M 台港口設備中的多台港口設備疊加去除偶然幹擾,潤滑部位影響參數的重要度随港口設備功能性能不同而不同。基于抓住主要矛盾解決重要問題的原則,假設: 

    ①不考慮潤滑脂選型問題; 

    ②相同港口設備可以多次數值疊加,形成新的判斷準則,即系統具備學習能力; 

    ③潤滑部位影響參數重要度預先确定且不同港口設備數值不同; 

    ④所有港口設備在 t = 0 時刻都處于潤滑正常狀态; 

    ⑤所有潤滑參數在 t = 0 時刻采集系統與傳輸系統正常。 

    2.2 優化目标函數

    針對港口設備多目标智能潤滑問題,給出了一個綜合評價指标: 根據港口設備的運行頻次與載荷狀态确定潤滑參數優化頻率,盡可能地縮短潤滑參數超差時間以提高潤滑穩定性; 盡可能地減少潤滑脂注入量,提高潤滑脂的利用率; 盡可能縮短潤滑周期以減少過潤滑或簽潤滑狀态出現頻次。可以得到:

    潤滑參數超差時間 T1 =minOPi

    潤滑脂注入量 T2 =ΣNi min{ Qi-Qi0 }

    潤滑周期 T3 =ΣNi minLT

    式中,T1 為潤滑參數超差時間; T2 為潤滑脂注入量; T3 為潤滑周期; i = 1,2,…,N; OPi 為潤滑參數超差時間; Qi 為潤滑點實際注脂量,Qi0為潤滑點初次預設注脂量。 

    2.3 基于 Pareto 的混合遺傳優化方法多目标問題的解方案不是唯一的,而是存在一個最優解集合,即所謂的 Pareto 最優解集或非劣解集。求解多目标優化問題的常用方法有合并目标法、交換目标法和基于 Pareto 最優解的方法。對于事先對各目标之間的關系沒有固定規律的問題,基 于 Pareto 最優解的方法比較符合港口智能潤滑尋優情況。所以本文基于 Pareto 最優方法,利用遺傳算法探讨港口設備多目标智能潤滑的優化方法。一個潤滑方案中的每一個目标值都優于或等于另一個潤滑方案中的相應目标值,且至少有 1 個目标值優于另一潤滑方案中的相應目标值,那麼稱前者潤滑方案優于後者潤滑方案,這就是潤滑方案優化中的 Pareto 優勝關系。 

    3 智能潤滑設備健康管理系統

           智能潤滑設備健康管理系統是通過無線網絡将港口設備的自動潤滑站進行連接。在軸承部位設置溫度傳感器、振動傳感器、油脂檢測傳感器,實時監測軸承運行狀态并将信息傳輸到後台數據處理中心,後台數據處理中心分析處理後對軸承是否需要注脂做出判斷,并将指令發送到潤滑站,潤滑站根據指令對軸承進行注脂。智能潤滑設備健康管理系統由後台數據處理中心、中央控制櫃、高壓電動潤滑泵、智能檢測分油終端、傳感器、管路附件等組成,其結構原理見圖 1。

           系統工作流程為: 在摩擦副( 軸承) 安裝溫度傳感器、振動傳感器等傳感器,在潤滑裝置設置液位、壓力等傳感器,通過傳感器實時采集軸承運行溫度、振動及潤滑裝置運行數據,數據通過現場控制器( 智能潤滑控制器) 進行整合打包,發送到後台數據處理中心( 智能潤滑服務診斷平台) ; 後台數據處理中心通過建模分析對數據進行處理,并将處理結果發送到現場控制器; 現場控制器控制潤滑裝置對摩擦副( 軸承) 進行按需注脂( 見圖 2) 。

    3.4 智能檢測分油終端

          智能檢測分油終端是潤滑系統的執行機構,當系統潤滑工作時,智能檢測分油終端接收到電氣控制櫃( PLC) 通過 RS-485 現場總線發來的潤滑信号,智能檢測分油終端接收到信号以後,控制電磁閥的開啟,使主油管跟潤滑點形成通路,潤滑油脂通過電磁閥經支油管進入到潤滑點; 同時,智能檢測分油終端采集流量計的油流信号,将信号處理後,通 過 RS-485 現 場 總 線,将信号傳遞給電氣控制櫃( PLC) ,從而實現潤滑點油量數據、故障信息的采集和處理。

           智能檢測分油終端最多可控制 5 個電磁閥,每個智能檢測分油終端都有自己的編号,智能控制器可以通過 RS-485 現場總線與電氣控制櫃内的 PLC進行通信,實時監控各智能分油器中電磁閥的工作狀态。 

    4 結語

    在經濟全球化的大背景下,順應世界多極化、經濟全球化、社會信息化的潮流,“一帶一路”戰略的提出,為我國港口向智慧港口轉型升級提供了新的機遇[3]。港口智能潤滑設備健康管理系統将港口設備各摩擦副( 軸承) 進行網絡連接,對各摩擦副( 軸承) 運行數據實時監測,通過後台數據處理中心對各摩擦副( 軸承) 的運行數據進行分析處理,判定各摩擦副( 軸承) 所需注脂量,實現按需注脂。該潤滑設備管理系統在港口機械設備中具有較廣闊的應用前景。




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