浅谈机械故障诊断的油样分析技术

第五章 机械故障诊断的油样分析技术,中国矿业大学机电学院,*,第一节 油样分析概述,在机械设备中广泛存在着两类工作油：液,压油和润滑油。,通过对工作油液,(,脂,),的合理采样，并进行,必要的分析处理后，就能取得关于该机械设,备各摩擦副的磨损状况：包括磨损部位、磨,损机理以及磨损程度等方面的信息，从而对,设备所处工况作出准确的判断。,1,一、油样分析的含义,通过油样分析来了解机器的工作状态已有,很长的历史了。最初是通过油液的自身的理,化性能如粘度、闪点、酸值、水份和机械杂,质等参数的变化来判断机器的工作状态的。,这种方法为一种广泛采用的常规分析方法。,2,机械在运行过程中，它的磨损产物,(,磨损微粒,),都,要进入润滑油中。研究表明，磨损微粒带有许多有,关零件磨损状况的信息。不同磨损时期,(,磨合磨损,期、正常磨损期、剧烈磨损期,),的磨损微粒在尺寸、,数量、分布等方面存在较明显的区别；不同磨损机,理,(,磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等,),作用下产生的磨损微粒，在形貌、大小等方面存在,较显著的差别；不同材料制成的磨损零件，磨损微,粒的化学成分也不相同。,3,在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分析技术通常是指油样的,铁谱分析技术,和,油样光谱分析技术,，有时也包含,磁塞技术,。,它们的共性是都可用作铁磁性物质颗粒,(,光谱分析不仅限于铁磁性物质,),的收集和分析，但各有不同的尺寸敏感范围，其中，光谱分析检测磨屑的有效尺寸范围为,0.1,m,到,8,10,m,，但对大于,2,m,的微粒，其检测效率就大为降低；磁塞技术能有效地检测出上百微米甚至毫米级的磨屑；铁谱技术能有效地检测从,1,m,到上百微米量级的微粒。,4,5,磨损、疲劳和腐蚀是机械零件失效的,三种主要形式和原因，而其中磨损失效约,占,80,左右。由于油样分析方法对磨损监,测的灵敏性和有效性，,6,二、油样分析的信息含量,1,信息来源,通过油样分析，我们能取得如下几方面的信息：,磨屑的浓度和颗粒大小反映了机器磨损的,严重程度,；,磨屑的大小和形貌反映了磨屑产生的原因，即磨损发生的,机理,；,磨屑的成分反映了磨屑产生的部位，亦即零件磨损的,部位,。,7,第二节 油样铁谱分析技术,。,一、铁谱分析与铁谱仪,所谓铁谱分析，就是利用铁谱仪,(Ferrograph),从,润滑油样,(,脂,),试样中，分离和检测出磨屑和碎屑，,从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损,程度和磨损部位的技术。,8,二、铁谱分析的一般程序,铁谱分析由采样、制谱、观测与分析、结论四个基本环节组成。,1,采样,一个合适的采样方法是保证获得正确分析结果的首要条件。,铁谱技术要求采样时应遵循以下几条基本原则：,应尽量选择在机器过滤器前并避免从死角、底部等处采样；,应尽量选择在机器运转时，或刚停机时采样；,9,应始终在同一位置、同一条件下,(,如停机,则应在相同的时间后,),和同一运转状态,(,转速、,载荷相同,),下采样；,采样周期应根据机器摩擦副的特性、机,器的使用情况以及用户对故障早期预报准确,度的要求而定。,10,最后需提请注意的是，所采油样必须要有,完整的记录，包括采样日期、大修后的小时,数、换油后的小时数和上一次采样后的加油,量，以及其他有关机器工作的信息等内容。,11,2,制谱,铁谱分析的关键步骤之一,稀释,加热,振荡,注入,清洗,固化,甩干,12,三、铁谱的定性分析,对铁谱片进行定性分析的方法主要有,铁谱显微镜法,、,扫描电镜法,和,加热分析法,等三种。,1,铁谱片的双色显微镜观察与分析,(1),铁谱显微镜的结构和工作原理 如图,5-14,所示。,13,四、铁谱分析的定量指标,油样中磨粒的浓度和尺寸分布是反映磨损状,况的两个定量信息。磨粒浓度是用铁谱片上磨,粒的覆盖面积来表征的；在铁谱片上不同位,置，磨粒覆盖面积值的变化即给出了磨粒的尺,寸分布。铁谱显微镜的铁谱读数器用来完成这,一测量。铁谱读数器是一个光密度计，它的光,敏元件与显微镜的光路相连，数字显示部分直,接显示出被测部位的磨粒覆盖面积百分数，称,之为铁谱读数。,14,五、铁谱分析的特点,1,铁谱技术的主要优点,具有较高的检测效率和较宽的磨屑尺寸检测范围，可同时给出磨损机理、磨损部位以及磨损程度等方面的信息；,定性分析与定量分析相结合，提高了诊断结论的可靠性；,可对磨损故障作出早期诊断，能准确地检测出系统中一些不正常磨损的轻微征兆，如早期的疲劳磨损、粘着、擦伤和腐蚀磨损等。,15,2,铁谱技术的局限性,(1),非实时监测,(2),过分依赖人的经验,(3),对采样要求较苛刻,(4),对非铁磁性磨损颗粒的检测效果欠佳,16,对于非铁磁性的有色金属合金磨损颗粒，应用铁谱分析方法存在两个困难：,首先是因为有色合金颗粒一般硬度较低，在很多异常磨损情况下，所生成的颗粒尺寸往往达到毫米级，这些颗粒极易沉积，采样时就难以取到；,其次是，铁谱方法对油样中非铁磁性颗粒的沉积效率也较低，且难以准确定量。在复杂的摩擦系统中，诸如铜、铝和巴氏合金等材质摩擦副大量存在，对其监测同样十分重要。,17,第三节 油样光谱分析技术,油样光谱分析的简单原理：,原子受到外来能量的作用时，其核外电子就会,吸收一定的能量从低能级跃迁到高能级的轨道上,去，这时的原子称为激发态。激发态的原子是一种,不稳定状态，其存在的时间很短，约为10,8,s。原子,由激发态返回基态的同时，将所吸收的能量以一定,频率的电磁波形式辐射出去。每种原子吸收或释放,的能量,E,与激发的光辐射或发射的电磁波辐射的,波长,之间有固定关系。这里,又称为待征波长。,18,第四节 磁 塞,一、磁塞检测的基本原理,其基本原理是将磁塞安装在润滑系统中的管道,内，用以收集悬浮在润滑油中的铁磁性磨屑，然后用,肉眼对所收集到的磨屑大小、数量和形貌进行观测与,分析，以此推断机器零部件的磨损状态。,图,5-16,所示是磨损过程中磨屑尺寸随时间的发展,趋势图，说明了机器零部件在磨损过程中，磨屑的尺,寸分布随时间的增长而增大。,19,