机械故障诊断的油样分析技术.pptx

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1、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1第五章第五章 机械机械(jxi)(jxi)故障诊断的油样分析故障诊断的油样分析技术技术第一节第一节 油样分析概述油样分析概述(i sh)第二节第二节 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术第三节第三节 油样光谱分析技术油样光谱分析技术第四节第四节 磁磁 塞塞第一页，共30页。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2第一节第一节 油样分析油样分析(fnx)(fnx)概述概述 在机械设备中广泛存在着两类工作油：液在机械设备中广泛存在着两类工作油：液压油和润滑油。压油和润滑油。通过对工作油液通过对工作油液(脂脂)的合理采样，并进行

2、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、磨备各摩擦副的磨损状况：包括磨损部位、磨损机理损机理(j l)以及磨损程度等方面的信息，从而对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。设备所处工况作出准确的判断。第二页，共30页。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3一、油样分析的含义一、油样分析的含义 通过油样分析来了解机器的工作状态已通过油样分析来了解机器的工作状态已有有很长的历史了。最初是通过油液的自身的理很长的历史了。最初是通过油液的自身的理化性能如粘度、闪点、酸值、

3、水份和机械杂化性能如粘度、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。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这种方法为一种广泛(gungfn)采用的常规采用的常规分析方法。分析方法。第三页，共30页。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4 机械在运行过程中，它的磨损产物机械在运行过程中，它的磨损产物(磨损微粒磨损微粒)都都要进入润滑油中。研究表明，磨损微粒带有许多有要进入润滑油中。研究表明，磨损微粒带有许多有关零件磨损状况的信息。不同磨损时期关零件磨损状况的信息。不同磨损时期(磨合磨合(m h)(m h)磨损磨损期、正常磨损期、剧烈磨损期

4、期、正常磨损期、剧烈磨损期)的磨损微粒在尺寸、的磨损微粒在尺寸、数量、分布等方面存在较明显的区别；不同磨损机数量、分布等方面存在较明显的区别；不同磨损机理理(磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等磨料磨损、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。粒的化学成分也不相同。第四页，共30页。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5第五页，共30页。第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中国矿业大

5、学机电学院6 对磨损微粒进行尺寸、浓度、形貌、分对磨损微粒进行尺寸、浓度、形貌、分布和成分等参数的定性与定量分析，便可在布和成分等参数的定性与定量分析，便可在不停机、不拆卸条件下诊断不停机、不拆卸条件下诊断(zhndun)(zhndun)出机出机械设备的磨械设备的磨损状况损状况(磨损部位、磨损机理、磨损程度等磨损部位、磨损机理、磨损程度等););预测出磨损的发展趋势，在故障诊断预测出磨损的发展趋势，在故障诊断(zhndun)(zhndun)领域它领域它是检测机械磨损状况的一种十分直观的重要是检测机械磨损状况的一种十分直观的重要手段。手段。第六页，共30页。第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中

6、国矿业大学机电学院7在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分析在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分析(fnx)(fnx)技术通常是指油样的铁谱分析技术通常是指油样的铁谱分析(fnx)(fnx)技术和油技术和油样光谱分析样光谱分析(fnx)(fnx)技术，有时也包含磁塞技术。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它们的共性是都可用作铁磁性物质颗粒(光谱分析光谱分析(fnx)(fnx)不仅限于铁磁性物质不仅限于铁磁性物质)的收集和分析的收集和分析(fnx)(fnx)，但各有不同的尺寸敏感范围，其中，光谱分析但各有不同的尺寸敏感范围，其中，光谱分析(fnx)(fnx)检

7、测磨屑的有效尺寸范围为检测磨屑的有效尺寸范围为0.1m0.1m到到8 810m10m，但对大，但对大于于2m2m的微粒，其检测效率就大为降低；磁塞技术能有的微粒，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出上百微米甚至毫米级的磨屑；铁谱技术能有效地检测从效地检测从1m1m到上百微米量级的微粒。到上百微米量级的微粒。第七页，共30页。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8第八页，共30页。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9 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

8、于油样分析方法对磨损监测的灵敏性和有效性，因此这种方法在机械故障诊断中日益显示其重要(zhngyo)地位。第九页，共30页。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10二、油样分析的信息含量二、油样分析的信息含量1信息来源信息来源 通过油样分析，我们通过油样分析，我们(w men)能取得如下几方面的能取得如下几方面的信息：信息：磨屑的浓度和颗粒大小反映了机器磨损的严重程磨屑的浓度和颗粒大小反映了机器磨损的严重程度；度；磨屑的大小和形貌反映了磨屑产生的原因，即磨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；损发生的机理；磨屑的成分反映了磨屑产生的部位，亦即零件磨磨屑的成

9、分反映了磨屑产生的部位，亦即零件磨损的部位。损的部位。第十页，共30页。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112磨屑形貌的识别磨屑形貌的识别(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1 m的剪切混合层薄片在的剪切混合层薄片在剥落后形成的尺寸剥落后形成的尺寸(ch cun)为为0.515 m的不规则的不规则碎片，其典型形貌如图碎片，其典型形貌如图52所示。所示。第十一页，共30页。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12铁谱片第十二页，共30页。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13(

10、2)磨料磨料(mlio)磨损的磨屑磨损的磨屑 一个摩擦表面切入另一摩擦表面形成一个摩擦表面切入另一摩擦表面形成(二体磨料二体磨料(mlio)磨磨损损)，也可能由润滑油中的杂质、砂粒及较硬的磨屑，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切削较软的摩擦表面形成(三体磨料三体磨料(mlio)磨损磨损)，磨屑呈带磨屑呈带状，通常宽状，通常宽25 m，长约，长约25100m。第十三页，共30页。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14第十四页，共30页。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15(3)滚动疲劳磨损的磨屑滚动疲劳磨损的磨屑 由滚动

11、疲劳后剥落形成，磨屑通常呈直径由滚动疲劳后剥落形成，磨屑通常呈直径(zhjng)为为15m的球状，有时也有厚的球状，有时也有厚12 m、大小为、大小为2050 m的片状碎片。的片状碎片。第十五页，共30页。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16第十六页，共30页。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17(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 主要是指齿轮节圆上的材料疲劳剥落主要是指齿轮节圆上的材料疲劳剥落(blu)形成的形成的不规不规则磨屑，通常宽厚比为则磨屑，通常宽厚比为4:110:1；当齿轮载荷过；当齿轮载荷过大、速度过高时

12、，齿面上也会出现凹凸不平的麻点大、速度过高时，齿面上也会出现凹凸不平的麻点和坑。和坑。第十七页，共30页。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18(5)严重滑动磨损的磨屑严重滑动磨损的磨屑是在摩擦面的载荷过大或速度过高的情况下，由于是在摩擦面的载荷过大或速度过高的情况下，由于剪切混合层不稳定形成的；磨屑尺寸在剪切混合层不稳定形成的；磨屑尺寸在20m以上，以上，厚度厚度2m以上，经常以上，经常(jngchng)有锐利的直边，有锐利的直边，其典型形貌如图其典型形貌如图5-6所示。所示。第十八页，共30页。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19第二节第二节

13、油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术(jsh)(jsh)铁谱分析技术铁谱分析技术(Ferrography)是是20世纪世纪70年代国年代国际摩擦学领域出现的一项新技术际摩擦学领域出现的一项新技术。铁谱技术已从最初的在发动机上的应用扩展到液铁谱技术已从最初的在发动机上的应用扩展到液压系统、齿轮蜗轮传动箱、轴承等部件。压系统、齿轮蜗轮传动箱、轴承等部件。一、铁谱分析与铁谱仪一、铁谱分析与铁谱仪 所谓铁谱分析，就是利用铁谱仪所谓铁谱分析，就是利用铁谱仪(Ferrograph)从从润滑油样润滑油样(脂脂)试样中，分离和检测出磨屑和碎屑，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

14、从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型(lixng)、磨、磨损损程度和磨损部位的技术。程度和磨损部位的技术。第十九页，共30页。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20铁谱仪是铁谱分析的关键设备，根据铁谱仪是铁谱分析的关键设备，根据(gnj)其工作方其工作方式的不同，铁谱仪可分为直读式铁谱仪、分析式铁谱式的不同，铁谱仪可分为直读式铁谱仪、分析式铁谱仪和旋转式铁谱仪。仪和旋转式铁谱仪。1直读式铁谱仪直读式铁谱仪(DRFDirect Reading Ferrograph)(1)结构和工作原理结构和工作原理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所示所示。油样在

15、虹吸现象的作用下流入沉积管，在沉积管的下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高强度、高梯度磁场，油样中的铁磁性颗粒受部有一高强度、高梯度磁场，油样中的铁磁性颗粒受重力、浮力以及磁力三者的综合作用，在随着油样流重力、浮力以及磁力三者的综合作用，在随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下过沉积管的过程中，将会在沉积管内有规律地沉积下来，其沉积规律如图来，其沉积规律如图5-8所示。所示。第二十页，共30页。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21第二十一页，共30页。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22第二十二页，共30页。

16、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23第二十三页，共30页。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24(2)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读数稳定性、重复性较差，随目前的直读式铁谱仪读数稳定性、重复性较差，随机因素干扰影响大；机因素干扰影响大；只能提供关于磨屑体积的信息，不能提供关于磨屑只能提供关于磨屑体积的信息，不能提供关于磨屑形貌、磨屑来源的信息，因而信息量有限，常用作形貌、磨屑来源的信

17、息，因而信息量有限，常用作油样的快速分析和初步油样的快速分析和初步(chb)诊断。诊断。第二十四页，共30页。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25 2 2分析分析(fnx)(fnx)式铁谱仪式铁谱仪(Analytical(Analytical Ferrograph)Ferrograph)(1)结构和工作原理结构和工作原理 分析分析(fnx)式铁谱仪一般是指包括制谱仪、光密度式铁谱仪一般是指包括制谱仪、光密度读数器以及双色显微镜在内的成套测试系统，其读数器以及双色显微镜在内的成套测试系统，其中制谱仪的结构原理如图中制谱仪的结构原理如图59所示。所示。第二十五页，共30页。

18、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26第二十六页，共30页。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27第二十七页，共30页。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28磨屑在基片上排列成与流动磨屑在基片上排列成与流动(lidng)方向垂直的方向垂直的链状谱，如图链状谱，如图5-10所示。所示。第二十八页，共30页。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29(2)(2)性能性能(xngnng)(xngnng)特点特点 提供的信息较丰富提供的信息较丰富直读式铁谱仪只能进行直读式铁谱仪只能进行(jnxng)一次测量，不能一次测

19、量，不能将沉积管从磁场中取出后再放上去重新读数；而分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谱片可以保存起来，供以后观察析式铁谱仪制成的谱片可以保存起来，供以后观察分析用；分析用；制谱过程较慢，制作一个完整的谱片约需半个小制谱过程较慢，制作一个完整的谱片约需半个小时，且制谱时要求较严格，故一般只能在实验室进时，且制谱时要求较严格，故一般只能在实验室进行行(jnxng)。第二十九页，共30页。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30 3 3旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪 前述的传统分析式铁谱仪存在两个固有的缺陷：前述的传统分析式铁谱仪存在两个固有的缺陷：蠕动泵输送油样时对磨屑的碾压和抛光效应，改变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究；磨损机理的研究；由于沉积面积有限，先行沉积的磨屑对流道的堵塞，由于沉积面积有限，先行沉积的磨屑对流道的堵塞，不仅不仅(bjn)(bjn)造成了磨屑的堆积，而且还破坏了磨屑造成了磨屑的堆积，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。在谱片上的沉积规律，从而影响了铁谱的定量分析。第三十页，共30页。