《故障诊断》讲稿第六章

机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.1概述通过分析混杂于润滑油中的磨屑的数量、成分、大小、形态等信息来判定机器零部件的磨损状态和机器的运行状态。工作步骤：采样、检测、诊断、预测、处理等五个步骤1、采样：机器运转过程或在停车不久进行。定时，定位采样，严防油样被外界污染。磨损、疲劳、腐蚀是机械零件失效的三种主要形式和原因其中磨损失效约占80%左右机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析2、检测：观察油样中磨屑的粒度大小、表面形态，测定油样中磨屑的数量、成分、粒度分布。6.1概述3、诊断：根据油样检测结果判断机器的磨损状态是否正常（磨屑的浓度和粒度）确定异常磨损的零部件以及磨损类型（磨屑的大小和表面形态）机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析5、处理：根据检测、诊断和预测结果，确定换油周期，清洗检修时间。根据零部件的剩余寿命确定更换零部件的时间。4、预测：根据以前和目前的检测结果，预测今后磨损的发展趋势，采用灰色马尔可夫预测法等（参看校学报97年第2期）6.1概述机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析常用的分析方法：（2）铁谱分析法（10～50μ）（1）光谱分析法（10μ）（3）磁塞检查法（50μ）0101001000P(μm)磨屑尺寸η检测效率光谱铁谱磁谱三种油样分析方法的检测效率6.1概述机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.2.1光谱分析法的优缺点和适用范围适用范围：磨屑粒度10μ优点：缺点：②尤其适用于用有色金属制造的零部件的磨损分析，特别是多金属零部件。不能给出磨屑的形貌细节，设备价格昂贵。常用方法：①灵敏度、准确性、稳定性好。①原子发射光谱分析法②原子吸收光谱分析法6.2光谱分析法机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.2.2光谱分析法的油样样品制备方法(1)燃烧——油样在烧杯中燃烧，烧尽后留下金属磨屑粘附在杯壁上。(2)溶解——将溶剂倒入烧杯中，使粘附在杯壁上的金属磨屑溶解在溶液中。(3)过滤——用滤纸对含有金属磨屑的溶液进行过滤（滤去大于10μ的大颗磨屑），经过滤后的溶液才是光谱分析用的油样样品。6.2光谱分析法机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.2光谱分析法6.2.3原子发射光谱分析法943567821012111原子发射光谱测定系统1―激发光源；2―回转石墨盘；3―样品槽；4―入口缝隙；5―光栅；6―特性光谱；7―焦点曲线；8―出口缝隙；9―光电探测器；10―信号积分仪；11―信号处理仪；12―打印装置机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.2光谱分析法6.2.3原子发射光谱分析法原理：不同物质的原子受激后所放出的光辐射具有与该元素对应的特征波长，通过对特征谱线强度的测定，判断某种元素是否存在及它的浓度。原子发射光谱分析仪测试框图激发装置光栅（或棱镜）光电系统信号处理仪打印装置将不同波长的光分解机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.2光谱分析法6.2.4原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析系统12345678910111―空心阴极灯；2―火焰；3―燃烧器；4―喷雾器；5―油样；6―入口缝隙；7―分光器；8―出口缝隙；9―光电探测器；10―放大器；11―读出装置机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.2光谱分析法6.2.4原子吸收光谱分析法原理：将润滑油中的磨屑热解原子化，根据原子蒸气对各种不同波长的单元素光源发出的特征辐射线吸收作用不同来确定磨屑中各元素的含量。原子吸收光谱分析仪测试框图空心阴极灯燃烧油样的火焰分光器光电探测器放大器读出装置发射被测元素的特性光谱相应元素的原子吸收特性光射线分离被测光的波长转换为电信号机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法原理：稀释后的油样流过一个强磁场，在磁场力作用下，不同大小的带磁性的磨屑所能通过的距离不同而形成按颗粒大小次序的沉淀，测定分析油样中磨屑沉淀的情况即可判断磨屑程度。优点：能提供磨屑的数量、粒度、形态和成分等反映摩擦副磨损状态的信息，设备价格低廉。缺点：对非磁性磨屑不敏感。适用范围：10～50μ的带磁性磨屑常用铁谱分析仪：1.分析式铁谱仪2.直读式铁谱仪3.“在线式”铁谱仪6.3.1铁谱分析法的原理、优缺点和适用范围机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.2分析式铁谱仪磁铁排渣管玻璃基片特种胶管润滑油试样废油收集瓶泵铁谱片50100Φ1.2出口视场（用装在铁谱显微镜上的光密度计读得该处的磨屑读数）磨屑覆盖面积百分比AL（大磨屑百分覆盖面积）磨屑覆盖面积百分比As（小磨屑百分覆盖面积）55(1)分析式铁谱仪的组成机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.2分析式铁谱仪(2)磁铁和铁谱基片图7-6磁铁结构示意图1—磁钢；2—极头；3—磁轭铁谱基片:60×25×0.17mm的玻璃片,中央沿长度方向有一6mm宽的U型壁垒，基片沿U型壁垒的中线方向斜置于磁铁尖劈气隙中央，与水平面成一微小的角度（1°～2°）。图7-7铁谱基片机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.2、分析式铁谱仪磁铁排渣管玻璃基片特种胶管润滑油试样废油收集瓶泵铁谱片50100Φ1.2出口视场（用装在铁谱显微镜上的光密度计读得该处的磨屑读数）磨屑覆盖面积百分比AL（大磨屑百分覆盖面积）磨屑覆盖面积百分比As（小磨屑百分覆盖面积）55位置(距油样出口距离mm)55～56(入口端)5040302010磨粒尺寸(μm)＞51～20.75～1.50.5～10.25～0.750.1～0.5（3）铁谱基片上沉积磨粒尺寸的分布状况机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.2分析式铁谱仪分析式铁谱仪铁谱片电子显微镜或双色光学显微镜磨屑的形态磨损类型铁谱显微镜磨屑密度AL、AS磨损程度电子显微镜能谱仪磨屑的化学元素成分磨损部位（对有色金属或非金属磨屑也有效）（固化）(4)分析式铁谱仪分析框图机械工程及自动化专业0#油样（未使用过的润滑油）铁谱片0#铁谱片的电镜能谱片铁谱片中大颗粒的化学成分是Fe-Si-Ca，可知是混入润滑油中的灰尘微粒(5)铁谱分析实例:武钢工业港φ3600圆盘给料机回转机构（蜗轮箱）润滑油样分析机械工程及自动化专业1#油样谱片铁谱链细小，有尺寸较小的摩擦聚合物团粒，有数个较小的铜粒，一个较大的金属粒（可以来自润滑油本身或换油前蜗轮箱未清洗干净）。2#油样谱片谱片入口端链正常，有黑色摩擦聚合物，有尺寸稍大的粒子，磨损尚属正常。(5)铁谱分析实例机械工程及自动化专业３#油样谱片４#油样谱片谱片上有一片游离金属（从能谱片上可知其化学成分为Cu-Sn），形状不规则，尺寸较大，是蜗轮磨损所致。4#油样谱片的电镜能谱片机械工程及自动化专业5#铁谱片正常链上有一较大尺寸的片状磨屑，其上有明显的擦伤痕迹，是摩擦副受载较重部位撕脱下来的。5#铁谱片的电镜能谱片大尺寸片状物的化学成分是Cu-Sn，表明来自蜗轮。机械工程及自动化专业6#铁谱片磨屑颗粒链粗大，表明大尺寸磨屑增加，磨损程度向严重方向发展。6#铁谱片的电镜能谱片大尺寸颗粒的化学成分是Al-Si，表明来自灰尘，说明密封有问题或润滑油未保管好。机械工程及自动化专业7#铁谱片（入口处）磨屑颗粒链更加粗大，表明大尺寸磨屑增加，磨损程度向严重方向发展。7#铁谱片（加热到400°C的谱片照片）颗粒中棕红色部分为铜粒子，上面有伤痕，是负荷较重所致，黑色部分呈磁性分布的是铁的高温聚合物，粘结在一起，属粘着磨损的磨屑。(5)铁谱分析实例机械工程及自动化专业8#铁谱片（入口端）磨屑颗粒链粗大，特别在谱片入口处，表明磨损已相当严重，应该换油并检查原因。8#铁谱片（远离入口处）发现数毫米长的纤维状物，用偏振光分析是透明的，为有机物，来自回转支承的保持架。(5)铁谱分析实例机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.3几种典型磨屑的状态：1）正常滑动磨损的磨屑：对于钢，具有光滑表面的鳞片状，厚度小于1μ，尺寸0.5～15μ图7-11一台柴油机的正常磨粒机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.3几种典型磨屑的状态：2）切屑形成的磨屑：形如带状，长25～100μ，宽2～5μ，厚约0.25μ图7-12某喷气发动机的切削磨粒机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.3几种典型磨屑的状态：3）滚动疲劳磨屑：A疲劳剥落碎片:尺寸为10～100μ,厚1～10μ的不规则边缘的片状。B球状磨粒:直径在1～5μ左右。C层状磨屑:最大尺寸约为50μ，厚约1μ，表面常带有一些空洞的薄片。机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.3几种典型磨屑的状态：3）滚动疲劳磨屑：a疲劳剥落碎片b球状磨粒c层状磨屑图7-13滚动疲劳磨粒图形机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.3几种典型磨屑的状态：4）滚动疲劳兼滑动疲劳磨屑：（齿轮节圆上的滑动剥落）形状不规则的层片状，厚度数微米，宽厚比为4：1～10：1图7-14齿轮磨损磨粒机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.3几种典型磨屑的状态：5）严重滑动磨损磨屑：块状或片状，表面带有滑动的条痕并具有整齐的刃口。尺寸在20μ以上，长厚比在10：1左右。图7-15严重滑动磨损磨粒机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.3几种典型磨屑的状态：6）有色合金及其它磨粒的特征和识别（1）在基片上为不规则的排列；（2）不同的合金具有不同的特殊光泽，如铜合金为草黄色，铝合金为亮白色等；（3）颗粒较大，有时边缘带有氧化色彩。机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.4直读式铁谱仪1—油样；2—毛细管；3—沉积管；4—磁铁；5—灯；6—光导纤维；7—光电控头；8—虹吸泵；9—废油；10—电子线路；11—数显管图7-9直读式铁谱仪的组成机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.4直读式铁谱仪内部配有光密度计，能直接显示磨屑数量和大小，但不能确定磨屑形态和成分。大磨粒密度DL―玻管进口处光密度计读数（大于5μ的磨粒沉淀覆盖面积百分数）小磨粒密度DS―玻管出口处光密度计读数（1～2μ的磨粒沉淀覆盖面积百分数）图7-10沉积管内的磨粒排列机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.5铁谱分析定量指标1.)(sLAA)(sLDD依据：发生严重磨损时，AL(DL)值大大超过AS(DS)2.)(sLAA)(sLDD依据：不正常磨损的初期,磨粒总数较正常时大大增加3.磨损烈度（应用最广)22))((sLsLsLAAAAAAAI22))((sLsLsLDDDDDDDI机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.3铁谱分析法6.3.5铁谱分析定量指标4.累积烈度①DS―tDL―t两条曲线，曲线急剧上升表示磨损严重。②―t―tsLDDsLDD两条曲线，两条曲线相互靠近时表示磨损严重化。应根据具体的监测对象建立相应的判断标准。机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.4电镜能谱仪与分析式铁谱仪相结合的分析法将铁谱片放在电子显微镜下用能谱仪进行分析，可得到磨粒的化学成分，从而确定磨损部位。分析实例：武钢工业港φ3600mm圆盘混料机传动箱润滑油样分析机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.5磁塞检查法原理：将磁塞置于润滑油管道内，悬浮于润滑油中的磨屑不断地被吸附于磁塞上，定期取下塞头，用肉眼或低倍率（10～40）放大镜观察塞头上磨屑的大小、形状和数量，与标准谱片对照，判定磨损状态。注意事项：磁塞应安装在润滑主管路上（最好是管路弯曲部位的外测），磨屑零部件与塞头之间的管路内不应油泵、过滤网及液压件的阻隔。机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.6油液分析系统机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.6.1油液含水量在线监测机械工程及自动化专业第六章润滑油样分析6.6.1油液含水量在线监测机械工程及自动化专业第六章润滑油