====Word====Word行業(yè)資料分享一可編輯版本--雙擊可刪====第4章油液分析4. 1 概 述油液分析的意義油液分析是指對運(yùn)行中機(jī)械設(shè)備的潤滑油進(jìn)行檢測、分析獲取有用信息，并作出診斷結(jié)論的 技術(shù)過程。油液分析主要包含二方面內(nèi)容。（1）油液理化性能參數(shù)分析分析油液的粘度、閃點(diǎn)、水分、酸度和機(jī)械雜質(zhì)等參數(shù)的變化是識別機(jī)械設(shè)備潤滑狀態(tài)的重 要手段。目的是防止機(jī)械零件因潤滑不良而發(fā)生損傷，影響機(jī)械設(shè)備的使用壽命；同時也為添加 或更換潤滑油提供科學(xué)依據(jù)，為企業(yè)節(jié)省費(fèi)用，為社會節(jié)約資源。（2）油液中磨損微粒分析機(jī)械在運(yùn)行過程中，它的磨損產(chǎn)物（磨損微粒）都要進(jìn)入潤滑油中。研究表明磨損微粒帶有 許多有關(guān)零件磨損狀況的信息。不同磨損時期（磨合磨損期、正常磨損期、劇烈磨損期）的磨損 微粒在尺寸、數(shù)量、分布等方面存在較明顯的區(qū)別；不同磨損機(jī)理（磨料磨損、粘著磨損、疲勞 磨損、腐蝕磨損等）作用下產(chǎn)生的磨損微粒，在形貌、大小等方面存在較顯著的差別；不同材料 制成的磨損零件，磨損微粒的化學(xué)成分也不相同。因此，對磨損微粒只要進(jìn)行尺寸、濃度、形貌、 分布和成分等參數(shù)的定性與定量分析，便可在不停機(jī)、不拆卸條件下診斷出機(jī)械設(shè)備的磨損狀況 （磨損部位、磨損機(jī)理、磨損程度等）；預(yù)測出磨損的發(fā)展趨勢，在故障診斷領(lǐng)域它是檢測機(jī)械磨 損狀況的一種十分直觀的重要手段。
理論上講，這兩方面的檢測分析都為機(jī)械設(shè)備的故障診斷與預(yù)測帶來許多有用的信息。但在 機(jī)械設(shè)備故障診斷領(lǐng)域，油液分析通常是專指磨損產(chǎn)物的檢測分析技術(shù)。磨損是使零件喪失規(guī)定功能，導(dǎo)致設(shè)備故障的主要原因，據(jù)統(tǒng)計報廢的機(jī)械零件中約有80% 是由磨損造成的。所以根據(jù)潤滑油中磨損產(chǎn)物的狀況判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)具有十分重要的意義。 因此，近年來國內(nèi)外都十分重視開展油液分析的研究工作，開發(fā)了一些新的儀器和新的分析技術(shù)。油液分析的步驟油液分析工作主要分為采樣、油樣處理、檢測、診斷、預(yù)測和處理幾個步驟。（1）采樣采樣是指從潤滑油中取出檢測分析的樣品，這是油液分析的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到分析結(jié)論的正 確性。對采樣工作的要求是保證油樣具有代表性，能反映當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因此，對采 樣的時間、周期、位置都應(yīng)認(rèn)真考慮。米樣時間采樣時間應(yīng)在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定和磨損產(chǎn)物混合均勻以后。若在停機(jī)后在油箱進(jìn)行采樣，則 應(yīng)盡早進(jìn)行，以免大磨損微粒沉降下去影響油樣的質(zhì)量。采樣周期采樣周期取決于機(jī)械設(shè)備的重要性和安全性以及磨損情況。重要的、安全性要求高的采樣周 期應(yīng)短；在磨合磨損階段的設(shè)備采樣周期也應(yīng)短；在正常磨損階段的設(shè)備采樣周期可長；設(shè)備進(jìn) 入劇烈磨損階段采樣周期又應(yīng)縮短。
采樣位置采樣位置應(yīng)在回油管靠近被監(jiān)測的零件，若在油箱中采樣，采樣點(diǎn)應(yīng)在油面高度一半以下的 地方?？紤]到大磨損微粒首先下沉，必要時可在油箱底部采樣，但要保持與箱底沉積物之間有一 定距離。（2）油樣處理油樣處理包括加熱和稀釋兩個環(huán)節(jié)。加熱的目的是使油樣在儲樣瓶中形成對流，加上搖動使 磨損微粒分布均勻；稀釋的目的是降低油樣的濃度和粘度使之適合檢測分析的需要。降低濃度需 要在油樣中加入同牌號的純凈油；降低粘度需要在油樣中加入粘度小的純凈油。（3）檢測與診斷檢測與診斷是指測定油樣中磨損產(chǎn)物的含量和粒度分布，初步判斷機(jī)械設(shè)備的磨損狀態(tài)是否 正常。當(dāng)它屬于異常磨損時，還需要進(jìn)一步進(jìn)行檢測分析，確定磨損的詳細(xì)情況。（4）預(yù)測與處理預(yù)測與處理是指預(yù)測異常磨損狀態(tài)下零件的剩余壽命和今后的磨損類型，根據(jù)預(yù)測情況確定 維修方式、維修時間，以及需要更換的零件。油樣分析的內(nèi)容一、成分分析油樣中出現(xiàn)的化學(xué)元素，來源于含有這些元素的材料制成的零件。所以根據(jù)油中所含微粒化學(xué) 成分濃度的測定，能判斷出對應(yīng)零件的磨損程度。但是應(yīng)注意，若密封不良潤滑油中混入了粉塵 時，由于粉塵的主要成分是二氧化硅，要影響硅的分析。二、磨損產(chǎn)物的含量及其增長速度分析在無燒損、無漏損的條件下，油樣中磨損產(chǎn)物的濃度與零件的磨損程度存在線性關(guān)系。
因此， 測定磨損產(chǎn)物的濃度就可判斷零件磨損量的大小。若磨損產(chǎn)物濃度有人為的變動時，用絕對濃度 判斷零件磨損量就有困難，可以改用濃度的變化量（磨損產(chǎn)物的增長速度）由于磨損物濃度的增 長速度與零件的磨損速度存在線性關(guān)系，因此測定磨損產(chǎn)物的濃度變化可以判斷零件磨損所在的 磨損階段。一般說在磨合磨損階段由于相互運(yùn)動的表面粗糙不平，接觸應(yīng)力大、磨損速度很高， 磨損產(chǎn)物的濃度變化很大；在正常磨損階段，接觸應(yīng)力減小，磨損也小，磨損產(chǎn)物的濃度變化慢； 在劇烈磨損階段，表面已損傷嚴(yán)重，磨損速度急劇增加，磨損產(chǎn)物的濃度也急劇增大，其值是正 常量的幾倍或幾十倍。三、磨損產(chǎn)物的粒度和形貌分析磨損產(chǎn)物的粒度與零件的磨損過程關(guān)系很大。在磨合磨損階段，磨損微粒較大一般在10?20呻 左右；在正常磨損階段，磨損微粒細(xì)小、均勻，尺寸一般在10呻以下；在劇烈磨損階段，磨損微 粒粗大一般在10?30呻間，甚至更大。磨損產(chǎn)物的形貌與磨損類型關(guān)系很大。磨料磨損的產(chǎn)物是帶狀卷曲形狀，表現(xiàn)出微切削特征； 粘著磨損的產(chǎn)物可能是條狀，表面粗糙有撕裂痕跡；疲勞磨損的產(chǎn)物片狀、粒狀都有，顯著的特 征是這種微粒的一個表面（摩擦面）光滑明亮，而另一面則是布紋狀的粗糙組織，有斷裂痕跡； 腐蝕磨損的微粒呈粉末狀，氧化磨損微粒常溫下呈紅色，高溫下呈黑色。
油液分析方法油液分析方法主要有：光譜分析，鐵譜分析，磁塞檢查三種。這三種油液分析方法適用的范圍、提供的信息，各不相同。由圖4-1可見，磨損產(chǎn)物尺寸小 于10呻，是懸浮的細(xì)小微粒，適合光譜分析；在1?100呻間適合鐵譜分析；大于100呻適合磁塞 檢查。所以這三種方法只采用一種，很難對復(fù)雜的故障得出準(zhǔn)確的診斷結(jié)論，需要配合使用，相 互補(bǔ)充。0.11101001000微粒尺如m圖4-1三種油樣分析方法的檢測效率油液光譜分析法是根據(jù)微粒的光譜確定它的化學(xué)成分及其含量的方法。油液光譜分析法的基 本原理是原子受激發(fā)后要發(fā)光，光的波長不連續(xù)是線光譜，不同元素的原子由于結(jié)構(gòu)不同，光譜 線的數(shù)量和位置也不相同。因此，根據(jù)磨損微粒的光譜線數(shù)量和位置就能準(zhǔn)確地診斷出它的化學(xué) 成分及其含量。雖然，這種分析方法的靈敏度高，精度高，分析速度快，是測定微粒化學(xué)成分的 基本方法。但這種分析方法不能反映微粒的形貌和大小，設(shè)備也很貴，操作也很麻煩，所以很少 使用。下面只介紹后面兩種分析方法。4. 2鐵譜分析法概 述鐵譜分析法就是先利用高梯度強(qiáng)磁場將油樣中的磨損微粒按大小有序地分離出來制成鐵譜 片，然后對微粒的含量、粒度、形貌和成分進(jìn)行檢測與分析。
這種方法不僅可以確定機(jī)械設(shè)備的 磨損程度和磨損類型，而且可以查明磨損的部位。鐵譜分析法適合最能顯示磨損狀況的微粒尺寸段，所以能提供比較豐富的信息；所用的儀器 設(shè)備簡單、低廉；操作也比較容易，因此雖然它是近年來才發(fā)展起來的一種分析技術(shù)，但使用已 較廣泛，是最有發(fā)展前途的一種油液分析方法。但是，鐵譜分析法對非鐵磁材料沉積效率低，難以準(zhǔn)確定量。對操作者要求具有熟練的操作 技術(shù)；遵守嚴(yán)格的操作規(guī)程，否則所得的結(jié)論誤差大，可靠性差。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)和模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)已逐步應(yīng) 用于鐵譜分析領(lǐng)域，使鐵譜分析法出現(xiàn)了新的局面。鐵譜分析儀器鐵譜分析所用的基本儀器是鐵譜儀。鐵譜儀主要有分析式鐵譜儀，直讀式鐵譜儀和旋轉(zhuǎn)式鐵 譜儀三種。近年來還研究成功了在線式鐵譜儀。一、分析式鐵譜儀（簡稱鐵譜儀）如圖4-2所示，鐵譜儀主要由一個高梯度強(qiáng)磁場的永久磁鐵和一個有穩(wěn)定流量的微量泵（0. 25 L/min）組成，磁鐵結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。一定數(shù)量的油樣經(jīng)稀釋后由泵輸送到略微傾斜的帶柵欄的 玻璃片上，當(dāng)油液向下緩緩流動時，油液中的微粒在逐漸增強(qiáng)的磁場力作用下按由大到小的順序 沉積在玻璃片上的不同位置，由于在磁場中微粒被磁化后相互吸引，所以沿磁力線方向（與流動 方向垂直）形成鏈狀條帶，而各條帶之間磁極又相互排斥，所以微粒在玻璃片上能形成均勻間隔 的排列。
沖去玻璃片上殘留的油液，并用固定液將微粒固定下來，就制成了可供檢測的鐵譜片如圖4-4所示。圖4-2分析鐵譜儀簡圖1 一油樣；2一微量泵；3—玻璃基片；4一磁鐵；5—導(dǎo)流管；6 —儲油杯圖4-3磁鐵結(jié)構(gòu)1 —磁鋼；2 一極頭；3一磁輛圖4-4鐵譜片圖制成的鐵譜片需要用與鐵譜儀配套的儀器進(jìn)行檢測分析，配套的儀器有鐵譜片讀數(shù)儀和鐵譜 顯微鏡兩種。鐵譜片讀數(shù)儀鐵譜片讀數(shù)儀實(shí)質(zhì)是一臺裝有光電傳感器的顯微鏡。利用透光法測量顯微鏡視野內(nèi)沉積微粒 所復(fù)蓋的面積，并顯示出微粒復(fù)蓋面積的百分?jǐn)?shù)厶。A = 一 %B1式中：B ――顯微鏡視野面積1B ――沉積微粒在視野內(nèi)復(fù)蓋的面積2在距鐵譜片出口 55?56mm處和50mm處分別檢測時，可以得到大于5呻大微粒和1?2呻小 微粒復(fù)蓋面積的百分?jǐn)?shù)A和A。根據(jù)下面公式，可算出磨損烈度指數(shù)I。L SAI = (A , A )(A - A ) = A2 - A2A L S L S L S式中：A ,A表示總磨損量L SA -A——表示磨損嚴(yán)重程度 L S機(jī)械設(shè)備有較大磨損時，潤滑油中所含的微粒增多，總磨損量(A ,A )增大。機(jī)械設(shè)備正L S常運(yùn)轉(zhuǎn)時A值比A值稍大一點(diǎn)。
非正常磨損時不僅潤滑油中微粒的總量明顯增加，而且大尺寸磨 LS損微粒也要增多，即A - A要明顯增大，也就是說磨損烈度指數(shù)I要急劇上升，所以I值是鐵譜 L SAA技術(shù)中一個靈敏度很高的重要參數(shù)，也是對磨損狀況反映最全面的綜合參數(shù)，既反映了磨粒的總 量又反映了磨粒的尺寸分布。鐵譜顯微鏡鐵譜顯微鏡又稱雙色顯微鏡，它有反射光和透射光兩個獨(dú)立光源，可同時使用也可單獨(dú)使用， 可觀測沉積在鐵譜片上的微粒尺寸、形態(tài)和顏色，分析微粒的成分，判別磨損的類型和來源。鐵譜顯微鏡已能滿足實(shí)際應(yīng)用的各種要求。但若進(jìn)行科學(xué)研究，還可以利用電子顯微鏡等高 級儀器觀察、分析鐵譜片的細(xì)微形貌，提取更多、更準(zhǔn)的有用信息。二、直讀式鐵譜儀 直讀式鐵譜儀（又稱DR鐵譜儀）是在分析式鐵譜儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它從油樣中分離出微 粒后直接就能取得讀數(shù)，不須制成鐵譜片用其它儀器進(jìn)行檢測分析。所以分析過程簡單、迅速， 儀器的結(jié)構(gòu)也簡單，價格也便宜，對設(shè)備工況監(jiān)視特別有用。但它只能提供大、小微粒的數(shù)量不 新），一旦 :損的類型 :需要成套圖6-8圖6-8直讀式鐵譜儀示意圖1 一油樣管；2-吸油毛細(xì)管；3—沉淀管；4一集油管；5—鐵磁裝置;6—燈泡；7、8—光導(dǎo)管；9、10—光電檢測器；U—數(shù)字顯示裝置圖6-9沉淀管內(nèi)磨粒的沉淀情況1, 2—圖6-9沉淀管內(nèi)磨粒的沉淀情況1, 2—投光束丁作用下使 n）沉積部 i沉積的微 是小微粒D表示，S圖6-10分析式鐵譜儀示意圖1—油樣管;2—微量泵;3—玻璃基片;4一鐵磁裝置;5—集油管2）分析式鐵譜儀分析式鐵譜儀與直讀式鐵譜儀的不同是用玻丁 一=q磚 璃基片代替玻璃沉淀管，將經(jīng)過稀釋的油樣放在*二亠?尸％空邑 磁場中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成譜片，然后 … ~-— 用雙色光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡對磨粒進(jìn)行 圖6-11譜片上磨粒的分部情況 觀察分析。
分析式鐵譜儀的原理如圖A — m出示。磨粒在玻璃基片上的沉淀原理與圣洗殘油，使磨粒固定在基片上形成了謨利用分析式鐵譜儀及其顯微鏡，n88雖然，D、D與A、A都反映設(shè)備的磨損狀態(tài)，數(shù)值相關(guān)，但不相等，也不能互相換算。 LSLS圖4-7是用直讀式鐵譜儀對一臺W613鏟車液壓系統(tǒng)，進(jìn)行油樣分析得到的磨損趨勢曲線。 1000小時以前變化平穩(wěn)說明機(jī)械設(shè)備處于正常磨損階段，1000小時以后，曲線迅速上升這說明大 磨損微粒顯著增加，機(jī)械設(shè)備已處于劇烈磨損階段。圖4-7磨損趨勢曲線三、旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀如圖4-8所示，旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀主要由一個帶動基片旋轉(zhuǎn)的平臺和一個高磁場強(qiáng)度、磁力線呈 幅射狀的環(huán)形永久磁鐵組成。當(dāng)油液由轉(zhuǎn)動中心注入基片時，由于磁鐵和平臺旋轉(zhuǎn)，基片上的油 液及油液中的污染物(非鐵磁性物質(zhì)，如粉塵等)就被離心力甩到外面，而油液中的鐵磁性微粒， 則在離心力和基片下環(huán)形磁場力的作用下，按大小順序在基片上沿輻射線分布，形成不同直徑的 三個同心圓環(huán)，如圖4-9所示，內(nèi)環(huán)微粒大多數(shù)在1?50呻 之間，中環(huán)通常在1?20呻，外環(huán)通常 小于10呻，經(jīng)清洗殘油后制成的鐵譜片，使用雙色顯微鏡觀測、分析即可得到有關(guān)磨損狀況的各 種信息。
旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀除具有分析式鐵譜儀的全部優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：油液不需要稀釋處理；分離了污染物減少了污染物對觀察和計量的影響；對不同潤滑油，可選用不同的轉(zhuǎn)速獲得最佳的分析效果；譜片上沉積區(qū)面積大，減少了微粒堆積現(xiàn)象。此外，旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀還具有操作簡便、效率高、精度高、適用范圍廣等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng) 用價值高、特別適合污染嚴(yán)重的油液分析。4. 3 磁塞檢查法磁塞檢查法早于油液鐵譜分析法，在飛機(jī)、輪船等部門中已長期使用。它的基本原理是用帶 磁性的塞頭，插入潤滑系統(tǒng)管道，收集油液中的微粒，取出后用讀數(shù)顯微鏡直接觀測微粒的大小、 數(shù)量和形狀判斷機(jī)械零件的磨損狀態(tài)。這種方法簡單、方便，對磨損后期出現(xiàn)的尺寸較大的磨損 微粒（百微米以上）效果顯著，所以磁塞檢查是一種有效的簡便手段，但是磁塞難于定量分析， 對十幾微米的微粒也
