1、振动诊断技术振动诊断技术(2)(2)测振传感器是用来测量振动参量的传感器测振传感器是用来测量振动参量的传感器。根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感器分为三大类器分为三大类 ：振动振动位移位移传感器传感器振动振动速度速度传感器传感器振动振动加速度加速度传感器传感器1 1 测振传感器测振传感器 振动传感器的选用原则 在实际测试中，选用振动传感器应本着在实际测试中，选用振动传感器应本着可用可用和和优化优化的原则。的原则。可用可用就是要使所选的传感器满足最基本的测就是要使所选的传感器满足最基本的测试要求；试要求；优化优化就是在满足基本测试要求的前提下，尽
2、就是在满足基本测试要求的前提下，尽量降低传感器的费用，即取得最佳的性能价格比。量降低传感器的费用，即取得最佳的性能价格比。具体要考虑以下问题具体要考虑以下问题1 1测量范围测量范围测量范围又称量程，必须保证不超过测量范围又称量程，必须保证不超过 传感器的测量量程传感器的测量量程。2.2.频响范围频响范围振动参量的最显著特性就是其频率构振动参量的最显著特性就是其频率构 成特性，即一个机械振动信号往往是成特性，即一个机械振动信号往往是 由许多频率不同的信号叠加而成。由许多频率不同的信号叠加而成。传感器的频响特性要好，也就是要求其传感器的频响特性要好，也就是要求其幅频特性幅频特性的水平范围尽可能宽的
3、水平范围尽可能宽 频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。3.3.灵敏度灵敏度 一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，以便检测微小信号。以便检测微小信号。要求传感器的信噪比要求传感器的信噪比(S/N)(S/N)要高，有效地抑制要高，有效地抑制 噪声信号噪声信号 4.精度精度 5.5.稳定性稳定性 时间稳定性和环境稳定性时间稳定性和环境稳定性 此外，传感器的此外，传感器的工作方式工作方式、外形尺寸外形尺寸、重量重量等也是需要考虑的因素。等也是需要考虑的因素。信号记录与处理设备信号记录与处理设备 光线示波器、电子示波
4、器、笔式记录仪、光线示波器、电子示波器、笔式记录仪、磁带机磁带机以及以及数据采集器数据采集器 磁带机磁带机和和数据采集器：数据采集器：广泛应用广泛应用 模拟式磁带机模拟式磁带机是模拟式记录仪器的典型代表是模拟式记录仪器的典型代表 数据采集器数据采集器则代表着数字式仪表的发展方向则代表着数字式仪表的发展方向 随着随着计算机技术计算机技术的飞速发展，基于的飞速发展，基于A/D转换转换原理的数据采集器功能日趋强大，性能价格原理的数据采集器功能日趋强大，性能价格比越来越高，且能集记录与分析于一体，从比越来越高，且能集记录与分析于一体，从而简化了分析测试过程。而简化了分析测试过程。数据采集器数据采集器采
5、样采样过程过程是先将模拟信号分为一系列间隔为是先将模拟信号分为一系列间隔为t t 的时间离散信号并加以采集的时间离散信号并加以采集量化量化过程过程然后将这些时间离散信号的幅值修约然后将这些时间离散信号的幅值修约 为某些规定的量级为某些规定的量级编码编码过程过程将这些时间和幅值均不连续的离散信将这些时间和幅值均不连续的离散信 号编码成一定长度的二进制序列号编码成一定长度的二进制序列 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 即即A/DA/D转换转换过程，也称过程，也称数据采集数据采集数据采集数据采集包括采样、量化采样、量化与编码编码三个过程 2.数据采集器的主要性能指标数据采集器的主要性能指标(1)通
6、通 道道 数数 也就是指采集器可同时记录的信号路数 一般为1、2、4、8、16不等(2)采样频率采样频率 指采集器采集数据的快慢，单位为Hz，其值越大越好。(3)分分 辨辨 力力 是指采集器感知信号幅值微小变化的能力(5)信噪比 是决定采集器动态范围的指标，单位 为dB，要求越大越好。(6)输入输出阻抗 是采集器与其他仪器相联时需要考虑 的指标，要求输入阻抗尽量大些而输 出阻抗尽量小些。(7)存贮容量 振动诊断的基础工作振动诊断的基础工作 1确定诊断对象确定诊断对象 2选定测量参数选定测量参数 位移、速度和加速度位移、速度和加速度 3选择监测点选择监测点 测量点选择的测量点选择的正确与否，关系
7、到能否对设备故正确与否，关系到能否对设备故障作出正确的诊断能对设备振动状态作出全面障作出正确的诊断能对设备振动状态作出全面的描述；应是设备振动的的描述；应是设备振动的敏感点敏感点；应是离机械；应是离机械设备核心部位最近的设备核心部位最近的关键点关键点；应是容易产生劣；应是容易产生劣化现象的化现象的易损点易损点。4确定测量周期确定测量周期 2）随机点检）随机点检 1）定期检测）定期检测 3）长期监测）长期监测 5确定判断标准确定判断标准振动诊断技术的应用振动诊断技术的应用 振动诊断技术应用领域广泛，振动诊断技术应用领域广泛，如应用于如应用于转轴、轴承、齿轮转轴、轴承、齿轮的故障诊断的故障诊断 齿
8、轮装置故障类型及原因齿轮装置故障类型及原因 齿轮装置齿轮装置:齿轮齿轮、旋转机构旋转机构、润滑系统润滑系统、箱体箱体 由于齿轮在由于齿轮在制造制造和和装配装配中出现差错中出现差错,就会造成故障。就会造成故障。在各种故障中在各种故障中,因因轮齿轮齿损伤而引起的故障最为普遍。损伤而引起的故障最为普遍。不能运行不能运行驱驱 动动 源源齿轮装置齿轮装置旋转机构旋转机构轴、联轴节、键、轴承等严重损伤、折断轴、联轴节、键、轴承等严重损伤、折断齿轮轮体齿轮轮体折断、严重变形、严重损伤折断、严重变形、严重损伤齿轮轮齿齿轮轮齿折断、烧伤、严重变形、咬入异物折断、烧伤、严重变形、咬入异物齿轮箱体齿轮箱体变形、有夹
9、杂物变形、有夹杂物动力源动力源电源中断、燃料中断、电动机或内燃机故障电源中断、燃料中断、电动机或内燃机故障其他其他组合磨损组合磨损轮齿断裂轮齿断裂齿面损伤齿面损伤轮体折断轮体折断轮体变形轮体变形轮体损伤轮体损伤松松 动动不对中不对中不平衡不平衡油质劣化油质劣化严重漏油严重漏油油温升高油温升高密封不良密封不良精精 度度 差差刚度不足刚度不足尚能运行尚能运行能耗增大能耗增大磨损加剧磨损加剧严重漏油严重漏油温度升高温度升高噪声异常噪声异常振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大齿面疲劳齿面疲劳粘着撕伤粘着撕伤齿面磨损齿面磨损烧烧 伤伤齿面塑性变
10、形齿面塑性变形疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断轮齿断裂轮齿断裂轮齿塑性变形轮齿塑性变形腐蚀磨损腐蚀磨损气蚀严重磨损严重磨损断齿断齿电蚀电蚀图齿轮装置故障原因分析图齿轮装置故障原因分析齿轮加速时齿轮加速时 ,有时还会出现具有非线有时还会出现具有非线性振动特点的跳跃现象性振动特点的跳跃现象 齿轮磨损齿轮磨损 啮合频率中产生为啮合频率啮合频率中产生为啮合频率 2 2 倍、倍、3 3 倍、倍、等高次谐波等高次谐波 齿轮磨损齿轮磨损 啮合频率的啮合频率的 1/2 1/2、1/3 1/3 倍倍等等分数谐波分数谐波 齿轮磨损齿轮磨损 齿轮齿轮制造缺陷制造缺陷引起的振动引起的振动图图(d)(d)为高频域的振动
11、波形为高频域的振动波形 齿轮齿轮不同轴不同轴引起的振动引起的振动 齿轮齿轮局部异常局部异常引起的振动引起的振动 齿轮故障的振动诊断齿轮故障的振动诊断 1.检测参数与检测周期检测参数与检测周期据据美国齿轮制造协会美国齿轮制造协会(AGMA)推荐：推荐：1）f 10Hz 以下时以下时,将将位移级位移级作为诊断的判定标准作为诊断的判定标准,2)1Hzf 1kHz 以上的振动以上的振动,则以则以加速度级加速度级为判定标准。为判定标准。对于与齿轮的旋转频率或啮合频率相关的对于与齿轮的旋转频率或啮合频率相关的低频振动低频振动 振动速度振动速度作为检测参数作为检测参数 对于与固有振动频率相关的对于与固有振动
12、频率相关的高频振动高频振动 振动加速度振动加速度作为检测参数。作为检测参数。为了提高诊断的有效性为了提高诊断的有效性 ,可考虑用两种方法同时进行检测。可考虑用两种方法同时进行检测。2.2.检测部位与检测方向检测部位与检测方向 普通减速器普通减速器 ,其检测部位选择在轴承座盖其检测部位选择在轴承座盖 高速增速器高速增速器 ,如轴承座在机箱内部如轴承座在机箱内部 ,则选择轴承座附近刚则选择轴承座附近刚性较好的部位性较好的部位 ,或测量基础的振动。通或测量基础的振动。通 常要求测定部位的常要求测定部位的表面应是光滑的表面应是光滑的 ,而且为了获得准确的测定值而且为了获得准确的测定值 ,应保持每应保持
13、每次的检测位置不变。次的检测位置不变。由于齿轮发生不同异常情况时发生最大振动的方向各不相同由于齿轮发生不同异常情况时发生最大振动的方向各不相同 ,所以应尽可能地沿所以应尽可能地沿水平、垂直、轴向水平、垂直、轴向三个方向进行测定。三个方向进行测定。高频振动高频振动,由于振动在所有方向上同样传递由于振动在所有方向上同样传递,所以所以 ,利用利用高频域的振动进行故障诊断时高频域的振动进行故障诊断时,只需在最容易测定的一个方只需在最容易测定的一个方向上检测。向上检测。3.3.诊断程序和检测类型诊断程序和检测类型 加速度传感器 电荷放大器 积分器 频率分析 带通滤波器 平均响应 电荷放大器 普通滤波器
14、绝对值处理 频率分析 平均响应 诊断对象齿轮 低频域 高频域 A-v4.时域诊断时域诊断 时标可以将某一齿轮轴的一整转定为脉冲周期 T,乘以一定的传动比后,化为指定的周期,输入信号即可依周期分段采样再迭加平均,再经平滑化后输出。TT正常齿轮齿面严重磨损齿轮安装错位 个别齿断裂图 齿轮在各种状态下的时域平均信号 5.功率谱分析功率谱分析a)a)有一个齿存在局部缺陷有一个齿存在局部缺陷,以载频、以载频、2 2、3 3，为中心的一系列边频为中心的一系列边频 b)均匀分布的轮齿缺陷时的时域曲线和功率谱均匀分布的轮齿缺陷时的时域曲线和功率谱 如图（如图（b）所示谱）所示谱 图上的边频带高而窄。图上的边频
15、带高而窄。鬼线（鬼线（GhostGhost）分析）分析也是齿轮功率谱诊断的一也是齿轮功率谱诊断的一个重要内容。所谓个重要内容。所谓鬼线鬼线 ,是指功率谱上的一是指功率谱上的一个频率分量个频率分量 ,其产生的原因为加工过程给齿其产生的原因为加工过程给齿轮带来的周期性缺陷轮带来的周期性缺陷 ,缺陷来源于分度蜗缺陷来源于分度蜗 轮、蜗杆及齿轮的误差轮、蜗杆及齿轮的误差 。鬼线是由一定的几何误差产生的鬼线是由一定的几何误差产生的 ,载荷载荷改变对其影响很小。改变对其影响很小。图 载荷对鬼线分量和啮合分量的影响(a)轻载 （b）满载无损诊断技术无损诊断技术 渗透检测渗透检测磁粉检测磁粉检测涡流检测涡流检
16、测射线检测射线检测声发射检测声发射检测 超声检测超声检测温度诊断技术温度诊断技术温度也是引发机械设备故障的一个重要因素。由此可以温度也是引发机械设备故障的一个重要因素。由此可以得出结论：温度与机械设备的运行状态密切相关，温度得出结论：温度与机械设备的运行状态密切相关，温度监测也因此而在机械设备故障诊断的整个技术体系中占监测也因此而在机械设备故障诊断的整个技术体系中占有重要的地位有重要的地位。接触式温度检测接触式温度检测 非接触测温技术非接触测温技术在太阳光谱中，位于红光光谱之外的区域里存在着在太阳光谱中，位于红光光谱之外的区域里存在着一种看不见的、具有一种看不见的、具有强烈热效应的辐射波强烈热
17、效应的辐射波，称为，称为红红外线外线。一般可见光的波长为。一般可见光的波长为0.40.40.70.7，红外线的，红外线的波长范围相当宽，达波长范围相当宽，达0.750.7510001000。mm通常它又分为四类：通常它又分为四类：近红外近红外，波长，波长0.750.753 3，中红外中红外，波长，波长3 36 6，远红外远红外，波长，波长6 61515，超远红外超远红外，波长，波长151510001000。mmmm红外测温仪器红外测温仪器红外测温的仪器很多，就其主要工作原理可分为三红外测温的仪器很多，就其主要工作原理可分为三种：种：红外测温仪、红外热象仪和红外热电视。红外测温仪、红外热象仪和红
18、外热电视。红外测温的工作原理是：被测物体发出的红外线，通过光学系红外测温的工作原理是：被测物体发出的红外线，通过光学系统聚集后，入射到红外探测器上。在红外辐射的作用下，探测统聚集后，入射到红外探测器上。在红外辐射的作用下，探测器产生一个正比于辐射能量的电信号，由放大器放大和器产生一个正比于辐射能量的电信号，由放大器放大和A/DA/D转换转换后，在数字显示器上显示温度值。后，在数字显示器上显示温度值。红外探测器红外探测器是红外检测系统中最关键、最重要的部分，它把所是红外检测系统中最关键、最重要的部分，它把所接收的红外辐射变换成易于测量的电量。接收的红外辐射变换成易于测量的电量。光学系统调制系统放
19、大器记录显示被测物体红外探测器图红外测温仪的组成 2.2.红外热象仪红外热象仪红外热象仪是利用红外成象技术，将被测物体的热图红外热象仪是利用红外成象技术，将被测物体的热图象显示到视频显示器屏幕上的装置。象显示到视频显示器屏幕上的装置。这种装置自问世以来，随着计算机的出现，得到迅猛这种装置自问世以来，随着计算机的出现，得到迅猛的发展。现在红外热象仪种类较多，其中应用较多的是的发展。现在红外热象仪种类较多，其中应用较多的是光机扫描热象仪。光机扫描热象仪。光学系统探测器在物体空间投影水平扫描器物体空间现场垂直扫描器探测器视频显示信号处理器图 红外热成像示意图 3.红外热电视红外热电视红外热电视又称为
20、热释电摄象管成象装置。它与光机扫描红外热电视又称为热释电摄象管成象装置。它与光机扫描不同之处在于不同之处在于,前者是机械扫描前者是机械扫描,后者为后者为电子扫描电子扫描。和。和电电视机工作原理视机工作原理相似相似,它由它由成象镜头成象镜头,热释电摄象管、摄象热释电摄象管、摄象机电路、显示器和温度标定电路机电路、显示器和温度标定电路组成。其中关键元件是摄组成。其中关键元件是摄象管。象管。图 热释电摄象管结构示意图1-热成象镜头 2-热释电效应靶 3-聚焦和扫描线圈 红外测温的特点红外测温的特点红外测温有以下几个特点：红外测温有以下几个特点：1.非接触式测量非接触式测量这一特点使得远距离、高速运动
21、或带电的目标其温度测量变得方这一特点使得远距离、高速运动或带电的目标其温度测量变得方便，而且不影响被测目标的温度分布。便，而且不影响被测目标的温度分布。2.反应速度快反应速度快辐射是次光速传播的，红外测温取决于测温仪表的响应时间，辐射是次光速传播的，红外测温取决于测温仪表的响应时间，一般比依靠热平衡原理测温的仪器响应时间短两个数量级以上，一般比依靠热平衡原理测温的仪器响应时间短两个数量级以上，可用于实时显示可用于实时显示。3.灵敏度高灵敏度高只要目标有微小的温度差就能分辨出来，一般红外测温仪都具有只要目标有微小的温度差就能分辨出来，一般红外测温仪都具有0.1的温度分辨率和毫米级的空间分辨率。的
22、温度分辨率和毫米级的空间分辨率。4.测温范围广测温范围广根据不同要求，可以选择不同类型的仪器来实现负几十度到上千根据不同要求，可以选择不同类型的仪器来实现负几十度到上千度的温度测量。度的温度测量。红外诊断的应用红外诊断的应用红外监测技术最早是在军事应用中发展起来的红外监测技术最早是在军事应用中发展起来的 1.火车轴箱温度检测火车轴箱温度检测利用红外测温技术制成了利用红外测温技术制成了 “热轴探测仪热轴探测仪”，仪器安放在车站，仪器安放在车站外两侧，当火车通过时，探测器逐个测出各个车轴箱的温度，外两侧，当火车通过时，探测器逐个测出各个车轴箱的温度，并把探测器输出的每一脉冲并把探测器输出的每一脉冲
23、(轴箱温度的函数轴箱温度的函数)输送到站内检输送到站内检测室，根据脉冲高低就可判断轴箱发热情况及热轴位置，以测室，根据脉冲高低就可判断轴箱发热情况及热轴位置，以便采取措施。目前，全国铁路便采取措施。目前，全国铁路90%90%的列检所安装了轴温红外探的列检所安装了轴温红外探测仪，其准确率高达测仪，其准确率高达99%99%。2.航空发动机壳体红外无损缺陷主动探查航空发动机壳体红外无损缺陷主动探查3.化工塔罐的检测化工塔罐的检测4.检查焊接质量检查焊接质量在电器设备中，特别是在在电器设备中，特别是在高压输变线路高压输变线路中，常会出中，常会出现现隔离刀闸隔离刀闸接点发热、接点发热、高压断路器高压断路
24、器引线接点发热、引线接点发热、电电缆接头缆接头发热等等，这些都是故障点。检查人员可以用发热等等，这些都是故障点。检查人员可以用红外测温仪红外测温仪或或红外热象仪红外热象仪将这些故障点很方便地检测将这些故障点很方便地检测出来，以便及时采取措施，避免了事故的发生。出来，以便及时采取措施，避免了事故的发生。5.电器设备各种裸露接头的热故障的红外诊断电器设备各种裸露接头的热故障的红外诊断润滑油样分析技术润滑油样分析技术 光谱分析技术光谱分析技术油样光谱分析的简单原理油样光谱分析的简单原理油样光谱分析，油样光谱分析，就是利用油样中所含金属元素原子的光学就是利用油样中所含金属元素原子的光学电子在原子内能级
25、间跃迁产生的特征谱线来检测该种元素的电子在原子内能级间跃迁产生的特征谱线来检测该种元素的存在与否，存在与否，而特征谱线的强度则与该种金属元素的含量多而特征谱线的强度则与该种金属元素的含量多少有关，这样，通过光谱分析，就能检测出油样中所含金属少有关，这样，通过光谱分析，就能检测出油样中所含金属元素的种类及其浓度，以此推断产生这些元素的磨损发生部元素的种类及其浓度，以此推断产生这些元素的磨损发生部位及其严重程度，并依此对相应零部件的工况作出判断。位及其严重程度，并依此对相应零部件的工况作出判断。图图 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法1 1一激发电源一激发电源;2;2一回转石墨盘一回转石墨盘;3
26、;3一油样一油样;4;4一入口缝隙一入口缝隙;5;5一光栅一光栅;6;6一特征光谱一特征光谱;7;7一焦一焦点曲线点曲线;8;8一出口缝隙一出口缝隙;9;9一光电探测器一光电探测器;10;10一信号积分器一信号积分器;11;11一数据处理系统一数据处理系统;12;12一打印一打印机机在光谱分析的应用中，根据光谱分析仪激发表征辐射在光谱分析的应用中，根据光谱分析仪激发表征辐射光谱方法的不同，主要有光谱方法的不同，主要有原子原子发射发射光谱光谱和和原子原子吸收吸收光光谱谱两种方法，因发射光谱法的设备昂贵，故目前应用两种方法，因发射光谱法的设备昂贵，故目前应用不如吸收光谱法普遍。不如吸收光谱法普遍。
27、发射光谱是以发射光谱是以15kV15kV高压产生的电高压产生的电火花直接激发油液中的金属元素，火花直接激发油液中的金属元素，使之发射出供进行光谱分析的表使之发射出供进行光谱分析的表征辐射，此辐射经过征辐射，此辐射经过光栅或棱镜光栅或棱镜分光系统分光系统进行分光后，便形成了进行分光后，便形成了所含元素各自的特征光谱，并按所含元素各自的特征光谱，并按波长顺序在聚焦处排列波长顺序在聚焦处排列，通过各，通过各自的自的光电探测器光电探测器在聚焦处对其特在聚焦处对其特征光谱能量的接收和放大。征光谱能量的接收和放大。原子吸收光谱分析，又称原子吸收光谱分析，又称原子吸收分光光度分析法原子吸收分光光度分析法,简
28、称简称原子原子吸收分析吸收分析。其基本根据是：给一束特定的入射光投射至被测元。其基本根据是：给一束特定的入射光投射至被测元素的基态原子蒸气，部分入射光将被蒸气吸收。未吸收部分的素的基态原子蒸气，部分入射光将被蒸气吸收。未吸收部分的光则透射过去。若被测元素原子蒸气浓度愈大，对光的吸收量光则透射过去。若被测元素原子蒸气浓度愈大，对光的吸收量就越多，其透射部分也就愈小。于是根据样品中就越多，其透射部分也就愈小。于是根据样品中被测元素浓度被测元素浓度N N、入射光强及透射光强入射光强及透射光强三者之间存在一定关系，并把它与被测元三者之间存在一定关系，并把它与被测元素已知浓度的标准溶液对光的吸收作比较，
29、就可以求得试样中素已知浓度的标准溶液对光的吸收作比较，就可以求得试样中被测元素的含量。利用原子吸收的光谱波长可确定油液中各种被测元素的含量。利用原子吸收的光谱波长可确定油液中各种金属元素。分析中几种常见金属的典型波长见表金属元素。分析中几种常见金属的典型波长见表4-44-4。oIoII原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法铁谱分析技术铁谱分析技术铁谱分析技术铁谱分析技术(Ferrography)(Ferrography)是是7070年代年代国际摩擦学领域出国际摩擦学领域出现的一项新技术，现的一项新技术，19701970年年，美国麻省理工学院美国麻省理工学院(MIT)(MIT)的的W.W.Seif
30、ertW.W.Seifert教授和福克斯波洛教授和福克斯波洛(Foxboro)(Foxboro)公司的公司的V.C V.C WestcottWestcott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铁谱仪。此后，。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，开始主要用作实验室磨损机理研究的一种手段，接着发展成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械设备工况监测诊断的工具。为直接用于机械设备工况监测诊断的工具。经过各国
31、学者和广大工程技术人员的共同努力，铁经过各国学者和广大工程技术人员的共同努力，铁谱技术的理论日臻完善，应用范围也日趋扩大，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发动机上的应用扩展到谱技术已从最初的在发动机上的应用扩展到液压系液压系统统、齿轮蜗轮传动箱齿轮蜗轮传动箱、轴承轴承等部件，并广泛地应用等部件，并广泛地应用于于冶金、矿山、机械、汽车、铁路、船舶、煤炭、冶金、矿山、机械、汽车、铁路、船舶、煤炭、化工、建筑化工、建筑等行业。等行业。在机械故障诊断的油样分析方法中居主导地在机械故障诊断的油样分析方法中居主导地位。位。所谓铁谱分析，就是利用铁谱仪所谓铁谱分析，就是利用铁
32、谱仪(Ferrograph)(Ferrograph)从润滑油从润滑油(脂脂)试样中，分离和检测出试样中，分离和检测出磨屑和碎屑磨屑和碎屑，从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损程度和磨损部位的技术。铁谱仪是铁谱分析的损程度和磨损部位的技术。铁谱仪是铁谱分析的关键设备，根据其工作方式的不同，铁谱仪可分关键设备，根据其工作方式的不同，铁谱仪可分为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式铁谱仪旋转式铁谱仪。近年来，又研究成功了在线式铁谱仪。近年来，又研究成功了在线式铁谱仪。铁谱分析的仪器与原理铁谱分析的仪器与原理1.直读式铁谱仪直
33、读式铁谱仪直读式铁谱仪能方便、迅速且较准确地测直读式铁谱仪能方便、迅速且较准确地测定油样内大小磨粒的定油样内大小磨粒的相对数量相对数量,因而能对因而能对机械设备工况进行检测机械设备工况进行检测,但不能对磨粒的但不能对磨粒的形态和成分形态和成分进行进一步的观察。进行进一步的观察。磨粒的沉淀速度取决于本身的尺寸、形状、密度和磁化率，以及润滑油的粘度、密度和磁化率等许多因素。当其他因素固定后，磨粒的沉降速度与其尺寸的平方成正比，图 直读式铁谱仪示意图 1-油样管 2-吸油毛细管 3-沉淀管 4-集油管 5-铁磁装置 6-灯泡 7、8-导光管 9、10-光电检测器 11-数量装置 图 沉淀管磨粒的沉淀
34、情况1-第一束光 2-第二束光磨粒沉积磨粒沉积越多越多，光电检测器能接光电检测器能接收到的光强度收到的光强度越越弱弱，经转换后，经转换后，在数字显示装置在数字显示装置上显示光密度读上显示光密度读数。数。2.分析式铁谱仪分析式铁谱仪分析式铁谱仪与直读式铁谱仪的不同是用分析式铁谱仪与直读式铁谱仪的不同是用玻璃玻璃基片基片代替代替玻璃沉淀管玻璃沉淀管,将经过稀释的油样放在将经过稀释的油样放在磁场中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成谱片磁场中使磨粒沉淀在玻璃基片上制成谱片,然然后用后用双色光学显微镜双色光学显微镜或或扫描电子显微镜扫描电子显微镜对磨粒对磨粒进行观察分析。进行观察分析。磨粒在玻璃基片上的沉淀原理
35、与直读式铁谱仪磨粒在玻璃基片上的沉淀原理与直读式铁谱仪相似。磨粒沉淀后相似。磨粒沉淀后,用四氯乙烯溶液清洗残油用四氯乙烯溶液清洗残油,使磨粒固定在基片上形成了谱片。使磨粒固定在基片上形成了谱片。利用分析式铁谱仪及其利用分析式铁谱仪及其显微镜显微镜,可以确定可以确定磨磨粒的类型粒的类型和和成分成分,例如例如金属磨粒金属磨粒、氧化物氧化物和和各各种化合物种化合物,润滑油中添加剂所形成的聚合物和润滑油中添加剂所形成的聚合物和其他外部污染颗粒等。还可以对金属磨粒的形其他外部污染颗粒等。还可以对金属磨粒的形貌进行观察分析并对各类颗粒进行读数。貌进行观察分析并对各类颗粒进行读数。3.旋转式铁谱仪旋转式铁谱
36、仪 分析式铁谱仪进入工业应用以后分析式铁谱仪进入工业应用以后,发现设计上存在下列不足发现设计上存在下列不足：1 1）铁谱片制备时间过长）铁谱片制备时间过长,因而在生产中的使用受到一定的限制因而在生产中的使用受到一定的限制2)2)每制备一个谱片需消耗一支输送管每制备一个谱片需消耗一支输送管,因而操作费用较高。因而操作费用较高。3)3)谱片入口区磨粒堆积重叠谱片入口区磨粒堆积重叠,影响对颗粒的观察与分析。影响对颗粒的观察与分析。4)4)对颗粒浓度较高的油样对颗粒浓度较高的油样,需要高度稀释需要高度稀释,从而造从而造成对某些判断磨损状态有重要价值的成对某些判断磨损状态有重要价值的“临界颗粒临界颗粒
37、可能可能被遗漏被遗漏,造成判断误差。造成判断误差。5)5)含有大量残炭的柴油机油样含有大量残炭的柴油机油样,经高度稀释后经高度稀释后,谱谱片上仍留有大量片上仍留有大量污染物污染物。6)6)微量泵在输送油样时的辗压作用使某些大颗粒被微量泵在输送油样时的辗压作用使某些大颗粒被破碎或不能通过。破碎或不能通过。因此因此,英国在英国在19841984年研制出一种利用年研制出一种利用磁场力磁场力和和离心离心力力共同作用使磨粒沉降下来的共同作用使磨粒沉降下来的旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪。旋转式。旋转式铁谱仪与其他铁谱仪的主要区别在于谱片的制作方法铁谱仪与其他铁谱仪的主要区别在于谱片的制作方法上。上。铁谱分析技
38、术及其应用铁谱分析技术及其应用 铁谱分析技术包括油样的制取、铁谱仪操作、铁谱读数处理及磨粒识别等几个方面 铁谱分析技术分铁谱分析技术分定性和定量定性和定量两个方面。两个方面。定性方面定性方面主要是指对磨粒主要是指对磨粒形态形态进行观察进行观察,从磨粒从磨粒形态特征形态特征、颜色差异颜色差异、尺寸大小尺寸大小并结合扫描电子显微镜并结合扫描电子显微镜,来来识别磨损的识别磨损的类型、部位、程度类型、部位、程度和和机理机理。定量方面定量方面主要是根据测量主要是根据测量磨粒覆盖面积磨粒覆盖面积,来确定来确定大小磨粒大小磨粒的相对含量的相对含量,从而对零件磨损程度进行量的判断。从而对零件磨损程度进行量的判
39、断。1.铁谱定量分析铁谱定量分析铁谱定量分析是铁谱分析的基本功能之铁谱定量分析是铁谱分析的基本功能之一。无论是哪种铁谱仪一。无论是哪种铁谱仪,均可以直接均可以直接(或借助于读数器或借助于读数器)读出油样中磨粒浓度读出油样中磨粒浓度的铁谱读数。在生产实际中的铁谱读数。在生产实际中,用这些读用这些读数分析设备的磨损及故障时数分析设备的磨损及故障时,还要作一还要作一些数字上的处理。目前常用的有以下几些数字上的处理。目前常用的有以下几种方法：种方法：铁谱定量读数是用光密度值铁谱定量读数是用光密度值 （）或磨粒覆盖面）或磨粒覆盖面积百分数积百分数 （）来表示磨粒浓度的。）来表示磨粒浓度的。LDSDLAS
40、A1.用磨损烈度指数用磨损烈度指数Is描述设备描述设备磨损磨损状况状况 用用(DL+DS)或或(AL+AS)来表征设备的总磨损值来表征设备的总磨损值(DLDS)或或(ALAS)来表征设备磨损的烈度来表征设备磨损的烈度 22)(SLSLSLSDDDDDDI对于直读式铁谱仪对于直读式铁谱仪 22)(SLSLSLSAAAAAAI对于分析式铁谱仪对于分析式铁谱仪 磨损烈度指数磨损烈度指数,用用 Is Is 表示。表示。IsIs数值的变化与设备的总磨损有关数值的变化与设备的总磨损有关,又与磨损烈度有关。它又与磨损烈度有关。它不但反映了设备不同时刻的磨损情况的变化，而且反映了机不但反映了设备不同时刻的磨损
41、情况的变化，而且反映了机械设备的故障状态和故障程度，因此，是铁谱技术中的一个械设备的故障状态和故障程度，因此，是铁谱技术中的一个重要参数。重要参数。NDDSWPCSL 用标准磨粒浓度用标准磨粒浓度SWPC和大磨粒和大磨粒 百分数百分数PLP描述机器磨损情况描述机器磨损情况标准磨粒浓度标准磨粒浓度SWPC是指每毫升油样的磨粒浓度是指每毫升油样的磨粒浓度,即即:式中，式中，N为流过直读式铁谱仪的油样毫升数。为流过直读式铁谱仪的油样毫升数。SWPC反映了设备总磨损变化情况。反映了设备总磨损变化情况。大磨粒百分数大磨粒百分数(PLP)是指大磨粒在磨料是指大磨粒在磨料总数中的百分数总数中的百分数,即即:
42、%100SLSLDDDDPLP它反映了大磨粒在总磨粒浓度中所占有的比例它反映了大磨粒在总磨粒浓度中所占有的比例 铁谱定性分析是指用铁谱定性分析是指用光学仪器光学仪器(如铁谱显如铁谱显微镜、电子显微镜微镜、电子显微镜)对铁谱基片上的磨粒进对铁谱基片上的磨粒进行观测，分析磨粒的形态、种类、大小以行观测，分析磨粒的形态、种类、大小以及材质，从而判断机器磨损部位、磨损形及材质，从而判断机器磨损部位、磨损形式以及磨损程度的技术。铁谱定性分析的式以及磨损程度的技术。铁谱定性分析的主要工作为磨粒的观测和磨粒的识别。主要工作为磨粒的观测和磨粒的识别。2.铁谱定性分析铁谱定性分析3.铁谱分析技术的应用铁谱分析技
43、术的应用铁谱技术虽然是一门较年轻的技术，但铁谱技术虽然是一门较年轻的技术，但是，自从它问世以来，得到了广泛的应是，自从它问世以来，得到了广泛的应用。无论在用。无论在摩擦磨损机理摩擦磨损机理的研究方面，的研究方面，还是在机械设备的还是在机械设备的状态监测与故障诊断状态监测与故障诊断中，以及新机器设计、润滑油性能评价中，以及新机器设计、润滑油性能评价等方面都发挥着重要的作用。等方面都发挥着重要的作用。铁谱技术在机械设备状态监测与故障诊断中的应用，铁谱技术在机械设备状态监测与故障诊断中的应用，主要分为四个方面主要分为四个方面:根据主要磨粒的类型、形态、尺寸等特征，判定零根据主要磨粒的类型、形态、尺寸等特征，判定零件所处的磨损阶段，进而判断设备的寿命状况件所处的磨损阶段，进而判断设备的寿命状况;根据所绘制的磨损曲线，判断设备的磨损情况；根据所绘制的磨损曲线，判断设备的磨损情况；依据磨粒尺寸的相对关系，判断设备发生剧烈磨损的依据磨粒尺寸的相对关系，判断设备发生剧烈磨损的程度；程度；按照磨粒的材料成分，确定磨粒来源，以判断设备按照磨粒的材料成分，确定磨粒来源，以判断设备磨损的具体部位。如铁谱技术在柴油机、齿轮、液压磨损的具体部位。如铁谱技术在柴油机、齿轮、液压系统和轴承故障诊断中应用。系统和轴承故障诊断中应用。
