====Word====Word行业资料分享一可编辑版本--双击可删====第4章油液分析4. 1 概 述油液分析的意义油液分析是指对运行中机械设备的润滑油进行检测、分析获取有用信息，并作出诊断结论的 技术过程。油液分析主要包含二方面内容。（1）油液理化性能参数分析分析油液的粘度、闪点、水分、酸度和机械杂质等参数的变化是识别机械设备润滑状态的重 要手段。目的是防止机械零件因润滑不良而发生损伤，影响机械设备的使用寿命；同时也为添加 或更换润滑油提供科学依据，为企业节省费用，为社会节约资源。（2）油液中磨损微粒分析机械在运行过程中，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。因此，对磨损微粒只要进行尺寸、浓度、形貌、 分布和成分等参数的定性与定量分析，便可在不停机、不拆卸条件下诊断出机械设备的磨损状况 （磨损部位、磨损机理、磨损程度等）；预测出磨损的发展趋势，在故障诊断领域它是检测机械磨 损状况的一种十分直观的重要手段。
理论上讲，这两方面的检测分析都为机械设备的故障诊断与预测带来许多有用的信息。但在 机械设备故障诊断领域，油液分析通常是专指磨损产物的检测分析技术。磨损是使零件丧失规定功能，导致设备故障的主要原因，据统计报废的机械零件中约有80% 是由磨损造成的。所以根据润滑油中磨损产物的状况判断设备的运行状态具有十分重要的意义。 因此，近年来国内外都十分重视开展油液分析的研究工作，开发了一些新的仪器和新的分析技术。油液分析的步骤油液分析工作主要分为采样、油样处理、检测、诊断、预测和处理几个步骤。（1）采样采样是指从润滑油中取出检测分析的样品，这是油液分析的重要环节，关系到分析结论的正 确性。对采样工作的要求是保证油样具有代表性，能反映当前设备的运行状态。因此，对采 样的时间、周期、位置都应认真考虑。米样时间采样时间应在机械设备运行稳定和磨损产物混合均匀以后。若在停机后在油箱进行采样，则 应尽早进行，以免大磨损微粒沉降下去影响油样的质量。采样周期采样周期取决于机械设备的重要性和安全性以及磨损情况。重要的、安全性要求高的采样周 期应短；在磨合磨损阶段的设备采样周期也应短；在正常磨损阶段的设备采样周期可长；设备进 入剧烈磨损阶段采样周期又应缩短。
采样位置采样位置应在回油管靠近被监测的零件，若在油箱中采样，采样点应在油面高度一半以下的 地方。考虑到大磨损微粒首先下沉，必要时可在油箱底部采样，但要保持与箱底沉积物之间有一 定距离。（2）油样处理油样处理包括加热和稀释两个环节。加热的目的是使油样在储样瓶中形成对流，加上摇动使 磨损微粒分布均匀；稀释的目的是降低油样的浓度和粘度使之适合检测分析的需要。降低浓度需 要在油样中加入同牌号的纯净油；降低粘度需要在油样中加入粘度小的纯净油。（3）检测与诊断检测与诊断是指测定油样中磨损产物的含量和粒度分布，初步判断机械设备的磨损状态是否 正常。当它属于异常磨损时，还需要进一步进行检测分析，确定磨损的详细情况。（4）预测与处理预测与处理是指预测异常磨损状态下零件的剩余寿命和今后的磨损类型，根据预测情况确定 维修方式、维修时间，以及需要更换的零件。油样分析的内容一、成分分析油样中出现的化学元素，来源于含有这些元素的材料制成的零件。所以根据油中所含微粒化学 成分浓度的测定，能判断出对应零件的磨损程度。但是应注意，若密封不良润滑油中混入了粉尘 时，由于粉尘的主要成分是二氧化硅，要影响硅的分析。二、磨损产物的含量及其增长速度分析在无烧损、无漏损的条件下，油样中磨损产物的浓度与零件的磨损程度存在线性关系。
因此， 测定磨损产物的浓度就可判断零件磨损量的大小。若磨损产物浓度有人为的变动时，用绝对浓度 判断零件磨损量就有困难，可以改用浓度的变化量（磨损产物的增长速度）由于磨损物浓度的增 长速度与零件的磨损速度存在线性关系，因此测定磨损产物的浓度变化可以判断零件磨损所在的 磨损阶段。一般说在磨合磨损阶段由于相互运动的表面粗糙不平，接触应力大、磨损速度很高， 磨损产物的浓度变化很大；在正常磨损阶段，接触应力减小，磨损也小，磨损产物的浓度变化慢； 在剧烈磨损阶段，表面已损伤严重，磨损速度急剧增加，磨损产物的浓度也急剧增大，其值是正 常量的几倍或几十倍。三、磨损产物的粒度和形貌分析磨损产物的粒度与零件的磨损过程关系很大。在磨合磨损阶段，磨损微粒较大一般在10?20呻 左右；在正常磨损阶段，磨损微粒细小、均匀，尺寸一般在10呻以下；在剧烈磨损阶段，磨损微 粒粗大一般在10?30呻间，甚至更大。磨损产物的形貌与磨损类型关系很大。磨料磨损的产物是带状卷曲形状，表现出微切削特征； 粘着磨损的产物可能是条状，表面粗糙有撕裂痕迹；疲劳磨损的产物片状、粒状都有，显著的特 征是这种微粒的一个表面（摩擦面）光滑明亮，而另一面则是布纹状的粗糙组织，有断裂痕迹； 腐蚀磨损的微粒呈粉末状，氧化磨损微粒常温下呈红色，高温下呈黑色。
油液分析方法油液分析方法主要有：光谱分析，铁谱分析，磁塞检查三种。这三种油液分析方法适用的范围、提供的信息，各不相同。由图4-1可见，磨损产物尺寸小 于10呻，是悬浮的细小微粒，适合光谱分析；在1?100呻间适合铁谱分析；大于100呻适合磁塞 检查。所以这三种方法只采用一种，很难对复杂的故障得出准确的诊断结论，需要配合使用，相 互补充。0.11101001000微粒尺如m图4-1三种油样分析方法的检测效率油液光谱分析法是根据微粒的光谱确定它的化学成分及其含量的方法。油液光谱分析法的基 本原理是原子受激发后要发光，光的波长不连续是线光谱，不同元素的原子由于结构不同，光谱 线的数量和位置也不相同。因此，根据磨损微粒的光谱线数量和位置就能准确地诊断出它的化学 成分及其含量。虽然，这种分析方法的灵敏度高，精度高，分析速度快，是测定微粒化学成分的 基本方法。但这种分析方法不能反映微粒的形貌和大小，设备也很贵，操作也很麻烦，所以很少 使用。下面只介绍后面两种分析方法。4. 2铁谱分析法概 述铁谱分析法就是先利用高梯度强磁场将油样中的磨损微粒按大小有序地分离出来制成铁谱 片，然后对微粒的含量、粒度、形貌和成分进行检测与分析。
这种方法不仅可以确定机械设备的 磨损程度和磨损类型，而且可以查明磨损的部位。铁谱分析法适合最能显示磨损状况的微粒尺寸段，所以能提供比较丰富的信息；所用的仪器 设备简单、低廉；操作也比较容易，因此虽然它是近年来才发展起来的一种分析技术，但使用已 较广泛，是最有发展前途的一种油液分析方法。但是，铁谱分析法对非铁磁材料沉积效率低，难以准确定量。对操作者要求具有熟练的操作 技术；遵守严格的操作规程，否则所得的结论误差大，可靠性差。随着科学技术和现代化工业的发展，计算机技术和模糊推理、神经网络等先进技术已逐步应 用于铁谱分析领域，使铁谱分析法出现了新的局面。铁谱分析仪器铁谱分析所用的基本仪器是铁谱仪。铁谱仪主要有分析式铁谱仪，直读式铁谱仪和旋转式铁 谱仪三种。近年来还研究成功了在线式铁谱仪。一、分析式铁谱仪（简称铁谱仪）如图4-2所示，铁谱仪主要由一个高梯度强磁场的永久磁铁和一个有稳定流量的微量泵（0. 25 L/min）组成，磁铁结构如图4-3所示。一定数量的油样经稀释后由泵输送到略微倾斜的带栅栏的 玻璃片上，当油液向下缓缓流动时，油液中的微粒在逐渐增强的磁场力作用下按由大到小的顺序 沉积在玻璃片上的不同位置，由于在磁场中微粒被磁化后相互吸引，所以沿磁力线方向（与流动 方向垂直）形成链狀条带，而各条带之间磁极又相互排斥，所以微粒在玻璃片上能形成均匀间隔 的排列。
冲去玻璃片上残留的油液，并用固定液将微粒固定下来，就制成了可供检测的铁谱片如图4-4所示。图4-2分析铁谱仪简图1 一油样；2一微量泵；3—玻璃基片；4一磁铁；5—导流管；6 —储油杯图4-3磁铁结构1 —磁钢；2 一极头；3一磁辆图4-4铁谱片图制成的铁谱片需要用与铁谱仪配套的仪器进行检测分析，配套的仪器有铁谱片读数仪和铁谱 显微镜两种。铁谱片读数仪铁谱片读数仪实质是一台装有光电传感器的显微镜。利用透光法测量显微镜视野内沉积微粒 所复盖的面积，并显示出微粒复盖面积的百分数厶。A = 一 %B1式中：B ――显微镜视野面积1B ――沉积微粒在视野内复盖的面积2在距铁谱片出口 55?56mm处和50mm处分别检测时，可以得到大于5呻大微粒和1?2呻小 微粒复盖面积的百分数A和A。根据下面公式，可算出磨损烈度指数I。L SAI = (A , A )(A - A ) = A2 - A2A L S L S L S式中：A ,A表示总磨损量L SA -A——表示磨损严重程度 L S机械设备有较大磨损时，润滑油中所含的微粒增多，总磨损量(A ,A )增大。机械设备正L S常运转时A值比A值稍大一点。
非正常磨损时不仅润滑油中微粒的总量明显增加，而且大尺寸磨 LS损微粒也要增多，即A - A要明显增大，也就是说磨损烈度指数I要急剧上升，所以I值是铁谱 L SAA技术中一个灵敏度很高的重要参数，也是对磨损状况反映最全面的综合参数，既反映了磨粒的总 量又反映了磨粒的尺寸分布。铁谱显微镜铁谱显微镜又称双色显微镜，它有反射光和透射光两个独立光源，可同时使用也可单独使用， 可观测沉积在铁谱片上的微粒尺寸、形态和颜色，分析微粒的成分，判别磨损的类型和来源。铁谱显微镜已能满足实际应用的各种要求。但若进行科学研究，还可以利用电子显微镜等高 级仪器观察、分析铁谱片的细微形貌，提取更多、更准的有用信息。二、直读式铁谱仪 直读式铁谱仪（又称DR铁谱仪）是在分析式铁谱仪基础上发展起来的，它从油样中分离出微 粒后直接就能取得读数，不须制成铁谱片用其它仪器进行检测分析。所以分析过程简单、迅速， 仪器的结构也简单，价格也便宜，对设备工况监视特别有用。但它只能提供大、小微粒的数量不 新），一旦 :损的类型 :需要成套图6-8图6-8直读式铁谱仪示意图1 一油样管；2-吸油毛细管；3—沉淀管；4一集油管；5—铁磁装置;6—灯泡；7、8—光导管；9、10—光电检测器；U—数字显示装置图6-9沉淀管内磨粒的沉淀情况1, 2—图6-9沉淀管内磨粒的沉淀情况1, 2—投光束丁作用下使 n）沉积部 i沉积的微 是小微粒D表示，S图6-10分析式铁谱仪示意图1—油样管;2—微量泵;3—玻璃基片;4一铁磁装置;5—集油管2）分析式铁谱仪分析式铁谱仪与直读式铁谱仪的不同是用玻丁 一=q磚 璃基片代替玻璃沉淀管，将经过稀释的油样放在*二亠?尸％空邑 磁场中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成谱片，然后 … ~-— 用双色光学显微镜或扫描电子显微镜对磨粒进行 图6-11谱片上磨粒的分部情况 观察分析。
分析式铁谱仪的原理如图A — m出示。磨粒在玻璃基片上的沉淀原理与圣洗残油，使磨粒固定在基片上形成了谟利用分析式铁谱仪及其显微镜，n88虽然，D、D与A、A都反映设备的磨损状态，数值相关，但不相等，也不能互相换算。 LSLS图4-7是用直读式铁谱仪对一台W613铲车液压系统，进行油样分析得到的磨损趋势曲线。 1000小时以前变化平稳说明机械设备处于正常磨损阶段，1000小时以后，曲线迅速上升这说明大 磨损微粒显著增加，机械设备已处于剧烈磨损阶段。图4-7磨损趋势曲线三、旋转式铁谱仪如图4-8所示，旋转式铁谱仪主要由一个带动基片旋转的平台和一个高磁场强度、磁力线呈 幅射状的环形永久磁铁组成。当油液由转动中心注入基片时，由于磁铁和平台旋转，基片上的油 液及油液中的污染物(非铁磁性物质，如粉尘等)就被离心力甩到外面，而油液中的铁磁性微粒， 则在离心力和基片下环形磁场力的作用下，按大小顺序在基片上沿辐射线分布，形成不同直径的 三个同心圆环，如图4-9所示，内环微粒大多数在1?50呻 之间，中环通常在1?20呻，外环通常 小于10呻，经清洗残油后制成的铁谱片，使用双色显微镜观测、分析即可得到有关磨损状况的各 种信息。
旋转式铁谱仪除具有分析式铁谱仪的全部优点外，还具有以下优点：油液不需要稀释处理；分离了污染物减少了污染物对观察和计量的影响；对不同润滑油，可选用不同的转速获得最佳的分析效果；谱片上沉积区面积大，减少了微粒堆积现象。此外，旋转式铁谱仪还具有操作简便、效率高、精度高、适用范围广等一系列优点，所以应 用价值高、特别适合污染严重的油液分析。4. 3 磁塞检查法磁塞检查法早于油液铁谱分析法，在飞机、轮船等部门中已长期使用。它的基本原理是用带 磁性的塞头，插入润滑系统管道，收集油液中的微粒，取出后用读数显微镜直接观测微粒的大小、 数量和形状判断机械零件的磨损状态。这种方法简单、方便，对磨损后期出现的尺寸较大的磨损 微粒（百微米以上）效果显著，所以磁塞检查是一种有效的简便手段，但是磁塞难于定量分析， 对十几微米的微粒也
