机械故障诊断学5..ppt

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1、第五章第五章 机械故障诊断的油样分析技术机械故障诊断的油样分析技术 n第一节第一节 油样分析概述油样分析概述 n第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 n第三节第三节 油样光谱分析技术油样光谱分析技术 n第四节第四节 磁塞磁塞 第一节第一节 油样分析概述油样分析概述n在机械设备中广泛存在着两类工作油：液压传动中的在机械设备中广泛存在着两类工作油：液压传动中的液液压油压油和减少运动副摩擦的和减少运动副摩擦的润滑油润滑油，它们携带有大量的关，它们携带有大量的关于机械设备运行状态的信息，特别是其中的润滑油，它于机械设备运行状态的信息，特别是其中的润滑油，它所及的各摩擦副的磨损碎屑都将落入其中

2、并随之一起流所及的各摩擦副的磨损碎屑都将落入其中并随之一起流动。这样，我们通过对工作油液（脂）的合理采样，并动。这样，我们通过对工作油液（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进行必要的分析处理后，就能取得关于该机械设备各摩各摩擦副的磨损状况擦副的磨损状况：包括：包括磨损部位磨损部位、磨损机理磨损机理以及以及磨损程磨损程度度等方面的信息，从而对设备所处工况作出科学的判断。等方面的信息，从而对设备所处工况作出科学的判断。n油样分析技术有如人体健康检查中的血液化验，已成为油样分析技术有如人体健康检查中的血液化验，已成为机械故障诊断的主要技术手段之一。机械故障诊断的主要技术手

3、段之一。一、油样分析的含义一、油样分析的含义n油样分析技术的内容非常广泛，包括油样分析技术的内容非常广泛，包括油品理化性油品理化性能指标化验能指标化验、油样污染度评定油样污染度评定(以颗粒计数以颗粒计数为代为代表表)、以及油样、以及油样铁谱铁谱和和光谱光谱分析技术等。分析技术等。n在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分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析技术通常是指油样的铁谱分析技术铁谱分析技术和和油样光谱油样光谱分析技术分析技术，有时也包含，有时也包含磁塞技术磁塞技术。一、油样分析的含义一、油样分析的含义(续续1)n三种油样分析技术的三种油样分析技术的共性共性

4、是都可用作是都可用作铁磁性物质铁磁性物质颗粒颗粒(光谱光谱 分析不仅限于铁磁性物质分析不仅限于铁磁性物质)的收集和分析，的收集和分析，n但各有不同的但各有不同的尺寸敏感范围尺寸敏感范围，三种油样分析方法的检测效率，三种油样分析方法的检测效率 随颗粒尺寸的变化情况如图随颗粒尺寸的变化情况如图5-1所示。所示。n图图51清楚地表明了光谱技术、铁谱技术以及磁塞这三种油清楚地表明了光谱技术、铁谱技术以及磁塞这三种油 样分析技术对铁磁性颗粒的敏感尺寸范围分别为：样分析技术对铁磁性颗粒的敏感尺寸范围分别为：光谱光谱：10m、铁谱铁谱：1100m、磁塞磁塞：1001000m，n这三种油样分析技术所这三种油样

5、分析技术所 提供的信息也不尽相同，提供的信息也不尽相同，因而各有其应用场合。因而各有其应用场合。二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量n1.信息来源信息来源 通过油样分析，我们能取得如下几方面的通过油样分析，我们能取得如下几方面的信息信息：(1)磨屑的磨屑的浓度和颗粒大小浓度和颗粒大小反映了机器磨反映了机器磨 损的损的严重程严重程度度；(2)磨屑的磨屑的大小和形貌大小和形貌反映了磨屑产生反映了磨屑产生 的原因，即磨的原因，即磨损发生的损发生的机理机理；(3)磨屑的磨屑的成分成分反映了磨屑产生的反映了磨屑产生的部位部位，亦即零件磨，亦即零件磨损的部位。损的部位。将以上三方面的信息综合起来，

6、即可对零件摩擦将以上三方面的信息综合起来，即可对零件摩擦副的工况作出比较合乎实际的判断副的工况作出比较合乎实际的判断。二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量n 2.磨屑形貌的识别磨屑形貌的识别 大量的理论分析和实验研究表明，大量的理论分析和实验研究表明，不同的磨损发生机理，不同的磨损发生机理，所产生的磨屑形貌各不同相，所产生的磨屑形貌各不同相，磨屑形貌的识别有助于我们针磨屑形貌的识别有助于我们针对不同的磨损机理采取不同的维修或预防措施。对不同的磨损机理采取不同的维修或预防措施。n以下重点介绍几种常见磨损机理的磨屑形貌以下重点介绍几种常见磨损机理的磨屑形貌：n(1)正常滑动磨损的磨屑正常滑

7、动磨损的磨屑;n(2)磨料磨损的磨屑磨料磨损的磨屑;n(3)滚动疲劳磨损的磨屑滚动疲劳磨损的磨屑;n(4)滚动疲劳加滑动疲劳磨损的磨屑滚动疲劳加滑动疲劳磨损的磨屑;n(5)严重滑动磨损的磨屑。严重滑动磨损的磨屑。二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量n2.磨屑形貌的识别磨屑形貌的识别(续续1)n(1)正常滑动磨损的磨屑正常滑动磨损的磨屑 对钢而言，通常是厚度小于对钢而言，通常是厚度小于1m的剪切混合层薄片在剥落后的剪切混合层薄片在剥落后形成的尺寸为形成的尺寸为0.515m的的不规则碎片不规则碎片，其典型形貌如图，其典型形貌如图5-2所示；所示；二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量

8、n2.磨屑形貌的识别磨屑形貌的识别(续续2)n(2)磨料磨损的磨屑磨料磨损的磨屑 是一个摩擦表面切入另一摩擦表面形成是一个摩擦表面切入另一摩擦表面形成(二体磨料磨损二体磨料磨损)，也可能由润滑，也可能由润滑油中的杂质、砂粒及较硬的磨屑切削较软的摩擦表面形成油中的杂质、砂粒及较硬的磨屑切削较软的摩擦表面形成(三体磨料磨损三体磨料磨损)，磨屑呈带状磨屑呈带状，通常，通常宽宽25m，长约长约25100m，其典型形貌如图其典型形貌如图5-3。二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量n2.磨屑形貌的识别磨屑形貌的识别(续续3)n(3)滚动疲劳磨损的磨屑滚动疲劳磨损的磨屑 由滚动疲劳后剥落形成，磨屑通

9、常由滚动疲劳后剥落形成，磨屑通常呈直径为呈直径为15m的的球状球状，有时也有有时也有厚厚12m、大小为大小为2050m的片状碎片的片状碎片，其典型形，其典型形貌如图貌如图5-4(a)、(b)、(c)；二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量 2.磨屑形貌的识别磨屑形貌的识别(续续4)(4)滚动疲劳滚动疲劳+滑动疲劳磨损的磨屑滑动疲劳磨损的磨屑n主要是指主要是指齿轮节圆齿轮节圆上的上的材料疲劳剥落形成的材料疲劳剥落形成的不不规则磨屑规则磨屑，通常宽厚比，通常宽厚比为为4 110 1；n当齿轮载荷过大、速度当齿轮载荷过大、速度过高时，过高时，齿面上齿面上也会出也会出现凹凸不平的现凹凸不平的麻点

10、麻点和和坑。坑。其典型形貌如图其典型形貌如图5-5(a)、(b)、(c)所示。所示。二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量2.磨屑形貌的识别磨屑形貌的识别(续续4)(5)严重滑动磨损的磨屑严重滑动磨损的磨屑n是在摩擦面的载荷过大是在摩擦面的载荷过大或速度过高的情况下，或速度过高的情况下，由于剪切混合层不稳定由于剪切混合层不稳定形成的；形成的；n磨屑尺寸在磨屑尺寸在20m以上，以上，厚度厚度2m以上，经常以上，经常有锐利的直边，其典型有锐利的直边，其典型形貌如图形貌如图 5-6所示。所示。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术概述概述n铁谱分析技术铁谱分析技术(Ferrograph

11、y)是是70年代国际摩擦学领域出现的年代国际摩擦学领域出现的一项新技术，一项新技术，1970年，美国麻省理工学院（年，美国麻省理工学院（MIT）的）的W.W.Seifert教授和福克斯波洛（教授和福克斯波洛（Foxboro）公司的公司的V.C.Westcott首先提出了铁谱技术的原理，并研制成功了用首先提出了铁谱技术的原理，并研制成功了用于分离磨屑和进行观察分析的仪器于分离磨屑和进行观察分析的仪器铁谱仪。此后，铁谱铁谱仪。此后，铁谱技术迅速被许多国家的摩擦学工作者所接受，开始主要用作技术迅速被许多国家的摩擦学工作者所接受，开始主要用作实验室磨损机理研究的一种手段，接着发展成为直接用于机实验室磨

12、损机理研究的一种手段，接着发展成为直接用于机械设备工况监测诊断的工具。械设备工况监测诊断的工具。n铁谱技术的理论日臻完善，应用范围也日趋扩大，铁谱技术铁谱技术的理论日臻完善，应用范围也日趋扩大，铁谱技术已从最初的在已从最初的在发动机发动机上的应用扩展到上的应用扩展到液压系统、齿轮蜗轮传液压系统、齿轮蜗轮传动箱、轴承动箱、轴承等部件，并广泛地应用于等部件，并广泛地应用于冶金、矿山、机械、汽冶金、矿山、机械、汽车、铁路、船舶、煤炭、化工、建筑车、铁路、船舶、煤炭、化工、建筑等行业，等行业，n在机械故障诊断的油样分析方法中在机械故障诊断的油样分析方法中居主导地位居主导地位。第二节第二节 油样铁谱分析

13、技术油样铁谱分析技术 内容提要内容提要n一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪;n二、铁谱分析的一般程序二、铁谱分析的一般程序;n三、铁谱的定性分析三、铁谱的定性分析;n四、铁谱分析的定量指标。四、铁谱分析的定量指标。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪n铁谱分析铁谱分析：利用利用铁谱仪铁谱仪(Ferrograph)从润滑油样（脂）试样从润滑油样（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表面的磨损类型磨损类型、磨损程度磨损程度和和磨损部位磨损部位的技术。的技术。n

14、铁谱仪及其分类：铁谱仪及其分类：是铁谱分析的关键设备，根据其工作方式是铁谱分析的关键设备，根据其工作方式的不同，铁谱仪可分为的不同，铁谱仪可分为直读式铁谱仪直读式铁谱仪、分析式铁谱仪分析式铁谱仪和和旋转旋转式铁谱仪式铁谱仪。近年来，又研究成功了。近年来，又研究成功了在线式铁谱仪在线式铁谱仪。此外，还。此外，还有用于收集面粉研磨等场合的干粉中铁磁性颗粒的有用于收集面粉研磨等场合的干粉中铁磁性颗粒的气动式铁气动式铁谱仪谱仪。n目前，在各工业领域中，特别是在煤矿企业，广泛应用的主目前，在各工业领域中，特别是在煤矿企业，广泛应用的主要还是前三种铁谱仪，因而在此只介绍直读式、分析式和旋要还是前三种铁谱仪

15、，因而在此只介绍直读式、分析式和旋转式这三种铁谱仪。转式这三种铁谱仪。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪n1.直读式铁谱仪直读式铁谱仪-(1)结构和工作原理结构和工作原理n直读式铁谱仪的结构原理如图直读式铁谱仪的结构原理如图5-7所示，由光伏探测器所示，由光伏探测器(1、2)、磁铁、磁铁(3)、光导纤维光导纤维(4)、白炽灯光源、白炽灯光源(5)、接油杯、接油杯(6)、放大电路、放大电路(7)、数显装置、数显装置(8)、压块压块(9)、沉积管、沉积管(10)以及其他辅助机构等组成。以及其他辅助机构等组成。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁

16、谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪1.直读式铁谱仪直读式铁谱仪-(1)结构和工作原理结构和工作原理n油样在虹吸现象的作用下流入油样在虹吸现象的作用下流入沉积管，在沉积管的下部有一沉积管，在沉积管的下部有一高强度高强度、高梯度高梯度磁场，油样中磁场，油样中的铁磁性颗粒受的铁磁性颗粒受重力重力、浮力浮力以以及及磁力磁力三者的综合作用，在随三者的综合作用，在随着油样流过沉积管的过程中，着油样流过沉积管的过程中，将会在沉积管内有规律地沉积将会在沉积管内有规律地沉积下来，如图下来，如图5-8所示。其中的所示。其中的大颗粒沉积在入口处，大颗粒沉积在入口处，而较小而较小的颗粒则离入口处较远

17、。的颗粒则离入口处较远。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪1.直读式铁谱仪直读式铁谱仪-(1)结构和工作原理（续结构和工作原理（续1）n传统的直读式铁谱仪在沉积管的入口处和离入口处传统的直读式铁谱仪在沉积管的入口处和离入口处5mm的地的地方各装有一个光伏探测器，分别作为方各装有一个光伏探测器，分别作为大颗粒大颗粒(DL)和和小颗粒小颗粒(DS)的光密度读数监测。光伏探测器的输出电压与其所受光强有的光密度读数监测。光伏探测器的输出电压与其所受光强有关，而铁磁性颗粒在沉积管中的沉积将会削弱来自光导纤维关，而铁磁性颗粒在沉积管中的沉积将会削弱来自

18、光导纤维的光强。由于光导纤维的匀光作用，使得光伏探测器所接收的光强。由于光导纤维的匀光作用，使得光伏探测器所接收到的光强改变量与铁磁性颗粒的挡光面积成正比，在一定的到的光强改变量与铁磁性颗粒的挡光面积成正比，在一定的条件下，挡光面积又与磨屑体积之间有某种较稳定的对应关条件下，挡光面积又与磨屑体积之间有某种较稳定的对应关系，即系，即光伏探测器的输出光伏探测器的输出与与磨屑体积有关磨屑体积有关，可表达为：，可表达为：n Uout f(V)(5-2)式中式中 V磨屑体积；磨屑体积；Uout 光伏探测器的输出电压。光伏探测器的输出电压。这样，通过光伏探测器输出电压的变化就能感知油样中铁这样，通过光伏探

19、测器输出电压的变化就能感知油样中铁磁性颗粒的体积，这就是直读式铁谱仪的工作原理。磁性颗粒的体积，这就是直读式铁谱仪的工作原理。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪n1.直读式铁谱仪直读式铁谱仪-(2)性能特点及应用性能特点及应用n与其他两种类型的铁谱仪相比，直读式铁谱仪具有如下的与其他两种类型的铁谱仪相比，直读式铁谱仪具有如下的 性能特点：性能特点：结构简单，价格便宜结构简单，价格便宜(约为分析式铁谱仪的约为分析式铁谱仪的1/4)；制谱与读谱合二为一，分析过程简便快捷制谱与读谱合二为一，分析过程简便快捷；目前的直读式铁谱仪目前的直读式铁谱仪读

20、数稳定性、重复性较差，随机因素干读数稳定性、重复性较差，随机因素干 扰影响大；扰影响大；只能提供关于磨屑总体体积的信息，不能提供关于磨屑形貌、只能提供关于磨屑总体体积的信息，不能提供关于磨屑形貌、磨屑来源的信息磨屑来源的信息，因而，因而信息量有限。信息量有限。n应用：应用：常用作油样的常用作油样的快速分析快速分析和和初步诊断初步诊断。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪 2.分析式铁谱仪分析式铁谱仪-(1)结构和工作原理结构和工作原理n分析式铁谱仪一般是指分析式铁谱仪一般是指包括包括制谱仪、光密度读制谱仪、光密度读数器数器以及以及双色显微镜双

21、色显微镜在在内的成套测试系统，内的成套测试系统，n制谱仪制谱仪的结构原理如图的结构原理如图5-9所示。所示。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪2.分析式铁谱仪分析式铁谱仪-(1)结构和工作原理结构和工作原理n毛细胶管在压轮的作用下，在其前部形成负压区，将油样从毛细胶管在压轮的作用下，在其前部形成负压区，将油样从试管中抽出，并流出至玻璃基片上。在玻璃基片的下面有一试管中抽出，并流出至玻璃基片上。在玻璃基片的下面有一高强度、高梯度的磁铁，油样中的铁磁性颗粒随油样沿基片高强度、高梯度的磁铁，油样中的铁磁性颗粒随油样沿基片往下流的过程中，由于受重力

22、、浮力以及磁力的综合作用而往下流的过程中，由于受重力、浮力以及磁力的综合作用而有规律地沉积在基片上，由于磁力线与油液流动方向垂直，有规律地沉积在基片上，由于磁力线与油液流动方向垂直，所以磨屑在基片上排列成与流动方向垂直的所以磨屑在基片上排列成与流动方向垂直的链状谱链状谱，如图，如图5-10所示。所示。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪 2.分析式铁谱仪分析式铁谱仪-(1)结构和工作原理结构和工作原理(续续)n谱片的制作：谱片的制作：当试管中的油样全部被抽出后，经固化和清洗当试管中的油样全部被抽出后，经固化和清洗后再小心地将玻璃基片从制谱仪上

23、取出，至此即完成了谱片后再小心地将玻璃基片从制谱仪上取出，至此即完成了谱片的制作过程。的制作过程。n谱片的观察：谱片的观察：在双色显微镜在双色显微镜或或扫描电子显微镜扫描电子显微镜(SEM)上进行上进行形貌和成份形貌和成份的观察，还可将的观察，还可将光密度读数器光密度读数器与双色显微镜相联，与双色显微镜相联，进行进行光密度测量光密度测量，以判断磨损程度。，以判断磨损程度。n传统的传统的光密度测试方法光密度测试方法：测离出口：测离出口50mm和和55mm两处的光两处的光密度读数，分别作为密度读数，分别作为小颗粒小颗粒(AS)和和大颗粒大颗粒(AL)的读数，并以的读数，并以AS 和和AL为基础，对

24、谱片进行各种为基础，对谱片进行各种定量计算定量计算。第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪n2.分析式铁谱仪分析式铁谱仪-(2)性能特点及应用性能特点及应用n分析式铁谱仪的分析式铁谱仪的性能特点性能特点如下（与直读式铁谱仪相比）：如下（与直读式铁谱仪相比）：提供的信息较丰富提供的信息较丰富。分析式铁谱仪不仅能提供关于。分析式铁谱仪不仅能提供关于磨损程度磨损程度的信息，而且通过对的信息，而且通过对磨屑形貌磨屑形貌及其及其成份成份的观察，还能提供关于的观察，还能提供关于磨损发生磨损发生机理机理及发生及发生部位部位的信息，的信息，直读式铁谱仪只能进行

25、一次测量，不能将沉积管从磁场中取直读式铁谱仪只能进行一次测量，不能将沉积管从磁场中取出后再放上去重新读数；而分析式铁谱仪制成的出后再放上去重新读数；而分析式铁谱仪制成的谱片可以保存谱片可以保存起来，供以后观察分析用；起来，供以后观察分析用；制谱过程较慢制谱过程较慢，制作一个完整的谱片约需，制作一个完整的谱片约需半小时半小时，且制谱时，且制谱时要求较严格，故一般只能在实验室进行。要求较严格，故一般只能在实验室进行。n应用应用：常用作油样的：常用作油样的精密分析。精密分析。3.旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪引言引言n前述的前述的传统分析式铁谱仪的两个固有缺陷传统分析式铁谱仪的两个固有缺陷：蠕动泵输送油样

26、时对磨屑的碾压和抛光效应，改变了磨屑蠕动泵输送油样时对磨屑的碾压和抛光效应，改变了磨屑的原始形貌，从而影响了对其形貌特征识别和磨损机理的研的原始形貌，从而影响了对其形貌特征识别和磨损机理的研究；究；由于沉积面积有限，先行沉积的磨屑对流道的堵塞，不仅由于沉积面积有限，先行沉积的磨屑对流道的堵塞，不仅造成了磨屑的堆积，而且还破坏了磨屑在谱片上的沉积规律，造成了磨屑的堆积，而且还破坏了磨屑在谱片上的沉积规律，从而影响了铁谱的定量分析。从而影响了铁谱的定量分析。为了克服传统分析式铁谱仪的上述两个主要的固有缺陷，为了克服传统分析式铁谱仪的上述两个主要的固有缺陷，人们研制出了旋转式铁谱仪，使铁谱分析技术又

27、向前迈进了人们研制出了旋转式铁谱仪，使铁谱分析技术又向前迈进了一大步，下面对这种新型的铁谱仪进行简要介绍。一大步，下面对这种新型的铁谱仪进行简要介绍。3.旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪-(1)结构和工作原理结构和工作原理n旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪(RPD-Rotary particle Depositor)的结构如的结构如图图5-1所示所示.3.旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪-(1)结构和工作原理结构和工作原理n驱动轴带动永久磁铁和固定在其上方的圆形基片一驱动轴带动永久磁铁和固定在其上方的圆形基片一起旋转，待测油样由输入管流出至基片的中心后随起旋转，待测油样由输入管流出至基片的中心后随基片一起旋转，油样和

28、非磁性杂质由于离心力的作基片一起旋转，油样和非磁性杂质由于离心力的作用而被甩出基片经排油管排出，这样可消除非铁磁用而被甩出基片经排油管排出，这样可消除非铁磁性污染物对分析和测量的影响。整个旋转部分罩在性污染物对分析和测量的影响。整个旋转部分罩在真空排出罩中，铁磁性磨屑和附着铁磁性物质的磨真空排出罩中，铁磁性磨屑和附着铁磁性物质的磨屑被磁化后，同时受到屑被磁化后，同时受到重力重力、浮力浮力以及以及磁力磁力和和离心离心力力的综合作用，而有规律地沉积在基片上的综合作用，而有规律地沉积在基片上。3.旋转式铁谱仪的工作原理旋转式铁谱仪的工作原理 旋转式铁谱仪的磁场装置原理旋转式铁谱仪的磁场装置原理n旋转

29、式铁谱仪的磁场装置原理如旋转式铁谱仪的磁场装置原理如图图5-12 所示，它由三块同心圆所示，它由三块同心圆环形磁铁组成三个同心圆环形磁环形磁铁组成三个同心圆环形磁场，它们的的磁力线都沿径向分场，它们的的磁力线都沿径向分布，这样，磨屑在沉积过程中将布，这样，磨屑在沉积过程中将排列成环状谱线，其尺寸由内到排列成环状谱线，其尺寸由内到外逐渐减小，如图外逐渐减小，如图5-13所示。所示。英英国斯旺西大学摩擦学中心研制的国斯旺西大学摩擦学中心研制的303型型RPD的谱片中，内圈磨屑尺寸为的谱片中，内圈磨屑尺寸为11000m，中圈为中圈为150m，外圈为外圈为110m。n分析式铁谱中分析观察的所有手分析式

30、铁谱中分析观察的所有手段均可用于段均可用于RPD中，此外，还中，此外，还可以用一种新型的可以用一种新型的颗粒定量仪颗粒定量仪(PQParticle Quantifier)对对谱片进行快速准确的定量分析。谱片进行快速准确的定量分析。3.旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪-(2)性能特点性能特点 除除具有具有分析式铁谱仪分析式铁谱仪的全部优点的全部优点外外,还具有下列还具有下列优点：优点：n操作简便操作简便，不需专门技术；，不需专门技术；n对不同粘度的润滑油可选用不同的转速，使用范围更广；对不同粘度的润滑油可选用不同的转速，使用范围更广；n仪器附有清洗液系统，以最大限度地减小污染；仪器附有清洗液系统，以最大

31、限度地减小污染；n在整个操作过程中，在整个操作过程中，不会使磨屑产生附加的机械变形，不会使磨屑产生附加的机械变形，克服了克服了分析式铁谱仪在制谱中微量泵对磨屑的碾压效应；分析式铁谱仪在制谱中微量泵对磨屑的碾压效应；n分析油样的分析油样的效率高效率高；(制谱制谱:1min VS 30min)n制片成本低制片成本低；n沉积区面积大：沉积区面积大：分析式铁谱仪的谱片只有分析式铁谱仪的谱片只有60mm长，在入口区长，在入口区的沉积面积内，磨屑可能大量重叠，而的沉积面积内，磨屑可能大量重叠，而RPD谱片上三道环谱片上三道环沉积沉积区面积大区面积大，磨屑能充分地彼此分离，避免重叠。，磨屑能充分地彼此分离，

32、避免重叠。二、铁谱分析的一般程序二、铁谱分析的一般程序n铁谱分析由以下铁谱分析由以下四个基本环节四个基本环节组成：组成：1.采样采样 2.制谱制谱 3.观测与分析观测与分析 4.结论结论二、铁谱分析的一般程序二、铁谱分析的一般程序-1.采样采样n合适的采样方法是保证获得正确分析结果的合适的采样方法是保证获得正确分析结果的首要条件首要条件。采样时采样时应遵循以下几条基本原则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；应尽量选择在机器运转时，或刚停机时采样；应始终在同一位置、

33、同一条件下应始终在同一位置、同一条件下(如停机则应在相同的时间后如停机则应在相同的时间后)和同一运转状态和同一运转状态(转速、载荷相同转速、载荷相同)下采样；下采样；采样周期采样周期: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。户对故障早期预报准确度的要求而定。注意：注意：所采油样必须要有完整的记录所采油样必须要有完整的记录:采样日期、大修后的小时采样日期、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，以及其它有关数、换油后的小时数和上一次采样后的加油量，以及其它有关机器工作的信息等内容。机器工作的信息等内容

34、。1.采样采样-采样周期说明采样周期说明n一般而言，机器在新投入运行或刚经解体检修，一般而言，机器在新投入运行或刚经解体检修，其采样间隔应短，通常应隔几小时采样一次，以其采样间隔应短，通常应隔几小时采样一次，以监测分析整个磨合过程；监测分析整个磨合过程；n机器进入正常运转期，摩擦副的磨损状态稳定后，机器进入正常运转期，摩擦副的磨损状态稳定后，可适当延长采样间隔；可适当延长采样间隔；n此后，当发现磨损发展很快时，又应缩短采样时此后，当发现磨损发展很快时，又应缩短采样时间间隔。间间隔。nR.A.Collacott 推荐的采样间隔为：飞机的喷气式推荐的采样间隔为：飞机的喷气式发动机和传动系统为发动机

35、和传动系统为10 2小时，往复式发动机为小时，往复式发动机为25 5小时。小时。二、铁谱分析的一般程序二、铁谱分析的一般程序-2.制制谱谱n制谱也是铁谱分析的制谱也是铁谱分析的关键步骤之一关键步骤之一，n对分析式铁谱仪而言，既要注意提高制对分析式铁谱仪而言，既要注意提高制谱效率，更要注意提高制谱质量，要选谱效率，更要注意提高制谱质量，要选择合适的择合适的稀释比例稀释比例和和流量流量，使得制出的，使得制出的谱片谱片链状排列明显链状排列明显，且，且光密度读数在规光密度读数在规定范围内定范围内。二、铁谱分析的一般程序二、铁谱分析的一般程序 3.观测与分析观测与分析n制谱之后，包括制谱之后，包括定性分

36、析定性分析、定量分析定量分析n定性分析定性分析：可用：可用铁谱显微镜铁谱显微镜对磨屑形貌进行观测，对磨屑形貌进行观测，也可用也可用扫描电子显微镜扫描电子显微镜(SEM)对磨屑进行更细微的观对磨屑进行更细微的观察，前述图察，前述图5-2图图5-6都是都是SEM照片；照片；n定量分析：定量分析：主要使用主要使用光密度计、颗粒定量仪。光密度计、颗粒定量仪。n近来也有人研究用近来也有人研究用计算机对磨屑进行图像处理。计算机对磨屑进行图像处理。有关铁谱片的定性定量分析，请阅读教材和有关资有关铁谱片的定性定量分析，请阅读教材和有关资料。料。二、铁谱分析的一般程序二、铁谱分析的一般程序 4.结论结论n根据分

37、析结果作出状态监测或故障诊断结根据分析结果作出状态监测或故障诊断结论。论。n为保证结论的可靠性，对于所监测的机器为保证结论的可靠性，对于所监测的机器的了解是十分重要的，对机器的的了解是十分重要的，对机器的结构、材结构、材料、润滑及运转、保养、维修与失效历史料、润滑及运转、保养、维修与失效历史等均应加以考虑。等均应加以考虑。三、铁谱分析的特点三、铁谱分析的特点n主要优点：主要优点：与其他状态监测方法相比，铁谱技术与其他状态监测方法相比，铁谱技术主要优点：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

38、面的信息；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；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。蚀磨损等。局限性局限性 非实时监测；非实时监测；过份依赖人的经验；过份依赖人的经验；对采样要求较苛刻；对采样要求较苛刻；对非铁磁性磨损颗粒的检测效果欠佳。对非铁磁性磨损颗粒的检测效果欠佳。四、铁谱技术的应用举例四、铁谱技

39、术的应用举例n齿轮磨损的监测诊断齿轮磨损的监测诊断 某化学公司在处理齿轮箱的油样时，在双色照明观察谱片某化学公司在处理齿轮箱的油样时，在双色照明观察谱片的入口处，发现有大量的反射红色的微粒。多数微粒的大小的入口处，发现有大量的反射红色的微粒。多数微粒的大小为为830m，呈薄片状，表面没有氧化或擦伤。扫描电镜观，呈薄片状，表面没有氧化或擦伤。扫描电镜观察，磨屑表面十分光滑，经测试，其表面积与厚度之比约为察，磨屑表面十分光滑，经测试，其表面积与厚度之比约为10:1，这与齿面疲劳磨损的微粒特征相符，说明该齿轮已发，这与齿面疲劳磨损的微粒特征相符，说明该齿轮已发生了不正常磨损。开箱检查，发现齿面已严重

40、磨损，由此说生了不正常磨损。开箱检查，发现齿面已严重磨损，由此说明了铁谱监测的有效性。明了铁谱监测的有效性。六、铁谱技术的应用举例六、铁谱技术的应用举例n液压系统的监测诊断液压系统的监测诊断 图图5-15所示是一台所示是一台W613型铲型铲车液压系统从正常磨损至失效的车液压系统从正常磨损至失效的光密度读数光密度读数变化曲线。由图可以变化曲线。由图可以看出，在看出，在1000h以后，以后，IS值和值和DL+DS值都急剧增加，说明系统值都急剧增加，说明系统已处于剧烈磨损阶段。从已处于剧烈磨损阶段。从1408 h起，系统已处于破坏性磨损工起，系统已处于破坏性磨损工况，油样中发现几个尺寸在况，油样中发

41、现几个尺寸在100175m的大磨屑，这标志的大磨屑，这标志着系统即将损坏，必需及时进行着系统即将损坏，必需及时进行维修。维修。磨损烈度：磨损烈度：Is(DLDs)(DLDs)第三节第三节 油样光谱分析技术油样光谱分析技术 n一、油样光谱分析的简单原理一、油样光谱分析的简单原理n二、油样光谱分析的特点二、油样光谱分析的特点n三、油样光谱分析的磨损界限三、油样光谱分析的磨损界限一、油样光谱分析的简单原理一、油样光谱分析的简单原理n通过光谱分析，就能检测出油样中所含金属元素通过光谱分析，就能检测出油样中所含金属元素的的种类种类及其及其浓度浓度，以此推断产生这些元素的磨损以此推断产生这些元素的磨损发生

42、发生部位部位及其及其严重程度严重程度，并依此对相应零部件的，并依此对相应零部件的工况作出判断。工况作出判断。n金属元素的金属元素的种类种类：根据特征谱线根据特征谱线进行检测判断。进行检测判断。n金属元素的金属元素的浓度：浓度：根据特征谱线的强度判断该种根据特征谱线的强度判断该种金属元素的含量多少。金属元素的含量多少。二、油样光谱分析的特点二、油样光谱分析的特点n油样光谱分析包括油样光谱分析包括原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析和和原子发射光谱分析原子发射光谱分析两两大类，它们的性能特点大致相同。大类，它们的性能特点大致相同。n原子光谱分析法的原子光谱分析法的优点优点为：为：检出限低，灵敏度高检出

43、限低，灵敏度高：火焰原子吸收法的：火焰原子吸收法的检出限可达检出限可达 109g，石墨炉原子吸收法的检出限可达，石墨炉原子吸收法的检出限可达10101014g，各种原子光谱分析法的检出限如各种原子光谱分析法的检出限如表表5-3（P147）所示；所示；准确度高：准确度高：火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对 标准差可达标准差可达1%，石墨炉原子吸收法的准确度一般约为，石墨炉原子吸收法的准确度一般约为3 5%；二、油样光谱分析的特点二、油样光谱分析的特点 分析速度快分析速度快。用。用PE5000型自动原子吸收光谱仪在型自动原子吸收光谱仪在35分钟分钟内能

44、连续地测定内能连续地测定50个试样中的个试样中的6种元素；种元素；试样用量小试样用量小。无火焰原子吸收光谱法分析仅需试样溶液。无火焰原子吸收光谱法分析仅需试样溶液5100L或或5100g；应用范围广应用范围广。可测定的元素达。可测定的元素达70多种多种，不仅可以测定，不仅可以测定金属元金属元素素，也可以用间接原子吸收法测定，也可以用间接原子吸收法测定非金属非金属和和有机化合物有机化合物；仪器操作较简便仪器操作较简便。将原子光谱分析用于机械设备的故障诊断与工况监测，还有将原子光谱分析用于机械设备的故障诊断与工况监测，还有下列不足之处：下列不足之处：n信息量有限信息量有限：原子光谱分析：原子光谱分

45、析只能提供关于元素及其含量的只能提供关于元素及其含量的信息，而不能提供磨屑形貌的信息信息，而不能提供磨屑形貌的信息。因此，要根据油样光谱。因此，要根据油样光谱分析的结果直接对摩擦副的状态作出判断有很大的困难；分析的结果直接对摩擦副的状态作出判断有很大的困难；n只能用于分析含量较低且颗粒尺寸很小只能用于分析含量较低且颗粒尺寸很小(10m)的磨屑，的磨屑，而异常磨损状态下所产生的磨屑粒度一般较大，而异常磨损状态下所产生的磨屑粒度一般较大，一般只能用一般只能用于故障的早期监测与预防；于故障的早期监测与预防；n与与铁谱铁谱分析技术、分析技术、磁塞磁塞技术等方法相比，油样光谱分析的技术等方法相比，油样光

46、谱分析的成本要高得多成本要高得多，一台光谱仪的价格约为，一台光谱仪的价格约为50万人民币，为分析万人民币，为分析式铁谱仪的十几倍；式铁谱仪的十几倍；n光谱仪光谱仪对工作环境要求苛刻对工作环境要求苛刻，需要在专门建造的实验室内，需要在专门建造的实验室内工作工作。第四节第四节 磁塞磁塞 n一、磁塞检测的基本原理一、磁塞检测的基本原理n二、磁塞的构造二、磁塞的构造n三、磁塞的安装三、磁塞的安装一、磁塞检测的基本原理一、磁塞检测的基本原理n磁塞检测法磁塞检测法早于早于油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术，是在，是在飞机、轮船飞机、轮船和其他工业部门中和其他工业部门中长期采用的一种检测方法。长期采用的一种检

47、测方法。n基本原理：基本原理：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。观测与分析，以此推断机器零部件的磨损状态。n磁塞检查法是一种磁塞检查法是一种简便易行简便易行的方法，适用于磨屑颗粒尺寸大于的方法，适用于磨屑颗粒尺寸大于50m的情的情况。况。n由于机器零部件的磨损后期一般均出现尺寸较大的颗粒，因此，磁塞检由于机器零部件的磨损后期一般均出现尺寸较大的颗粒，因此，磁塞检

48、测法是一种很重要的手段。测法是一种很重要的手段。图图5-16所示是磨损过程中磨屑尺寸所示是磨损过程中磨屑尺寸随时间随时间 t 的发展趋的发展趋图谱图谱势图，说明了势图，说明了机器零部件在磨损过程中，磨屑的尺寸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。分布随时间的增长而增大。二、磁塞的构造二、磁塞的构造n从外形上看，磁塞有从外形上看，磁塞有柱形柱形和和探针形探针形两种，图两种，图5-17所示是典型磁塞元件的所示是典型磁塞元件的实物照片。实物照片。n磁塞由一个永久安装在润滑系统中的磁塞由一个永久安装在润滑系统中的主体主体和一个和一个磁性探头磁性探头组成。通常在组成。通常在磁塞检测系

49、统整个回路中，还安装有磁塞检测系统整个回路中，还安装有残渣敏感器残渣敏感器，如图，如图5-18所示。所示。二、磁塞的构造二、磁塞的构造 -残渣敏感器残渣敏感器的工作原理的工作原理n夹带磨损残渣的润滑油以一定的油压由切向进油口进入敏感夹带磨损残渣的润滑油以一定的油压由切向进油口进入敏感器上部的储油器。储油器为倒圆锥形，能使回旋的润滑油与器上部的储油器。储油器为倒圆锥形，能使回旋的润滑油与它所夹带的残渣分离。后者在底部沉淀并通过底部的小孔进它所夹带的残渣分离。后者在底部沉淀并通过底部的小孔进入敏感器内，附着在磁塞的端面上。当磁塞上附着的残渣达入敏感器内，附着在磁塞的端面上。当磁塞上附着的残渣达到一

50、定数量时，由于磁通量的改变使控制电路动作，依靠磁到一定数量时，由于磁通量的改变使控制电路动作，依靠磁塞上的凹轮槽的作用，使磁塞从敏感器旋出并报警。敏感器塞上的凹轮槽的作用，使磁塞从敏感器旋出并报警。敏感器中封油阀的作用是在磁塞从敏感器中旋出的同时，在弹簧的中封油阀的作用是在磁塞从敏感器中旋出的同时，在弹簧的作用下，将储油器底部的小孔封闭，以免润滑油从储油器中作用下，将储油器底部的小孔封闭，以免润滑油从储油器中泄漏出来。泄漏出来。三、安装三、安装n磁塞应该安装在润滑系统中能得到最大捕获磨屑机会的地方，磁塞应该安装在润滑系统中能得到最大捕获磨屑机会的地方，尽可能靠尽可能靠近被监测的磨损零件，中间不