1、5.1 5.1 油样分析的基本原理油样分析的基本原理5.2 5.2 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术5.3 5.3 油样光谱分析技术油样光谱分析技术5 5 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5.1 5.1 油样分析的基本原理油样分析的基本原理基本原理基本原理:油样分析包括两部分：油样分析包括两部分：1 1）润滑剂性能衰败分析（理化性能检验）润滑剂性能衰败分析（理化性能检验）2 2）磨损微粒分析（摩擦磨损性能检验）磨损微粒分析（摩擦磨损性能检验）一、概述一、概述基本原理基本原理基本分析方法基本分析方法:1 1）油样成分分析）油样成分分析2 2）磨粒浓度分析）磨粒浓度分析3 3）
2、磨粒的大小及形貌分析）磨粒的大小及形貌分析基本原理基本原理 三种微粒分析的异同之处三种微粒分析的异同之处 相同之处：相同之处：都可用作铁磁性物质颗粒（光谱还都可用作铁磁性物质颗粒（光谱还可分析其它物质）的收集和分析。可分析其它物质）的收集和分析。不同之处：不同之处：在于各自对磨屑的尺寸敏感有所不在于各自对磨屑的尺寸敏感有所不同，光谱同，光谱0 01010微米、铁谱微米、铁谱1 1100100微米、磁塞微米、磁塞100100微米微米 敏感范围如下图所示敏感范围如下图所示基本原理基本原理 检测效率定义为：检测效率定义为：e=ee=e1 1e e2 2e e3 3 e e1 1 传输效率，采样与产生
3、之比；传输效率，采样与产生之比；e e2 2 捕捉效率，收集与采样之比；捕捉效率，收集与采样之比；e e3 3 指示效率，指示与采样之比；指示效率，指示与采样之比；检测效率100%500.11101001000基本原理基本原理二、油样分析现有方法二、油样分析现有方法 油样分析技术油样分析技术润滑剂衰败分析润滑剂衰败分析磨损微粒分析磨损微粒分析定性简易检测定性简易检测定量指标检测定量指标检测综合指标检测综合指标检测光谱油样分析光谱油样分析铁谱油样分析铁谱油样分析磁磁 塞塞 检检 测测颗粒计数器法颗粒计数器法滤滤 纸纸 法法基本原理基本原理三、油样分析的信息含量三、油样分析的信息含量1.1.信息来
4、源信息来源n 磨损的严重程度：由磨屑浓度和颗粒大小反映；磨损的严重程度：由磨屑浓度和颗粒大小反映；n 磨损发生的机理：磨屑大小和形貌反映；磨损发生的机理：磨屑大小和形貌反映；n 磨损的部位：由磨屑成分反映。磨损的部位：由磨屑成分反映。2.2.磨屑的形貌识别磨屑的形貌识别 磨屑形貌的识别是指利用有关的分析仪器对磨磨屑形貌的识别是指利用有关的分析仪器对磨屑的尺寸和形状进行进行分析，进而判别磨损的机屑的尺寸和形状进行进行分析，进而判别磨损的机理。该项工作需要理论和实验研究作为基础。理。该项工作需要理论和实验研究作为基础。基本原理基本原理四、油样分析的步骤四、油样分析的步骤1.步骤，主要包括：步骤，主
5、要包括：1）取样）取样2）样品制备）样品制备3）获得数据）获得数据4）形成诊断结论）形成诊断结论基本原理基本原理2.2.取样说明取样说明1 1）取样时机器的状态：运转或刚停机）取样时机器的状态：运转或刚停机2 2）取样点：回油管路或滤油器前或油标尺套管处，）取样点：回油管路或滤油器前或油标尺套管处，避免从死角和底部采样；避免从死角和底部采样；3 3）取样周期：新运行间隔短，正常运行长，发现磨）取样周期：新运行间隔短，正常运行长，发现磨损后短。最好是通过实验确定。可参考的数据：损后短。最好是通过实验确定。可参考的数据：飞机发动机及液压系统飞机发动机及液压系统50h50h，柴油机，柴油机10010
6、0200h200h，齿轮箱齿轮箱200h200h。4 4）取样记录：）取样记录：基本原理基本原理5.2 5.2 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、铁谱分析与铁谱仪铁谱分析：铁谱分析：利用铁谱仪对油样中的磨屑进行利用铁谱仪对油样中的磨屑进行检测分析，确定磨损类型、程度和部位。检测分析，确定磨损类型、程度和部位。铁谱仪：铁谱仪：铁谱分析的关键设备，有铁谱分析的关键设备，有直读式、直读式、分析式和旋转式分析式和旋转式。有可分。有可分离线离线和和在线在线两种。两种。1.直读式铁谱仪：直读式铁谱仪：1 1）结构及工作原理：）结构及工作原理：结构结构见下图。见下图。工作原理：工作原理
7、：油样经毛细管流入沉积管，在磁力、重油样经毛细管流入沉积管，在磁力、重力、浮力的作用下，大颗粒的磨屑沉积在入口出，力、浮力的作用下，大颗粒的磨屑沉积在入口出，小颗粒沉积在入口较远处，沉积管下部光源透过沉小颗粒沉积在入口较远处，沉积管下部光源透过沉积管的强弱与沉积的磨屑颗粒体积成正比，并由光积管的强弱与沉积的磨屑颗粒体积成正比，并由光电传感器检测后直接读出。电传感器检测后直接读出。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术1 1，2-2-光电传感器；光电传感器；3-3-磁铁；磁铁；4-4-光导纤维；光导纤维；5-5-光源；光源；6-6-油杯；油杯；7-7-放大电路；放大电路
8、；8-8-数显装置；数显装置；9-9-压块；压块；10-10-沉积管；沉积管；11-11-毛细管毛细管 2 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；分析过程简单；分析过程简单；稳定性差；稳定性差；信息量有限，只能提供磨屑体积。信息量有限，只能提供磨屑体积。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术ZTP-X2型直读式铁谱仪型直读式铁谱仪 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术主要参数主要参数 磁场：磁场：最大磁场梯度最大磁场梯度5.0T/cm 最大磁通密度最大磁通密度1.5T 沉积管尺寸沉积管尺寸:3/1.7100mm 毛细管尺寸毛细管尺寸:1.2/0.8700mm 调调零方式零方式
9、:自动自动 读数系统读数系统:31/2 LED 显示显示 读数精度读数精度:0.1 直读数直读数 打印内容打印内容:日期日期,油样号油样号,Dl,Ds,Is 等等测量值测量值 微机通讯微机通讯:RS-232C 串形接口串形接口 电源电源:AC220V50-60Hz 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术2.2.分析式铁谱仪分析式铁谱仪1）结构及工作原理结构及工作原理系统结构：系统结构：一般包括一般包括制谱仪、光密度读数制谱仪、光密度读数器和双色显微镜器和双色显微镜工作原理工作原理 利用高梯度强磁场将机器润滑油中利用高梯度强磁场将机器润滑油中鉄鉄磁性磨磁性磨粒分离出来，并按其粒度大小顺
10、序地沉积在玻璃粒分离出来，并按其粒度大小顺序地沉积在玻璃片上。然后通过双色显微镜观察磨粒的形态、大片上。然后通过双色显微镜观察磨粒的形态、大小，并进行成份分析，亦可用读数器进行磨粒复小，并进行成份分析，亦可用读数器进行磨粒复盖面积百分比的测定。盖面积百分比的测定。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术BY11-FTP-X2型型 分析式铁谱仪系统分析式铁谱仪系统 油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术3.3.旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术旋转式铁谱仪的磁场装置旋转式铁谱仪的磁场装置旋转谱片旋转谱片11驱动轴；驱动轴；22永久磁铁；永久磁铁；33圆形基片；圆形基片；44排油管；排油管
11、；55油样注射输入管；油样注射输入管；66清洗注射移液管。清洗注射移液管。旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪 铁谱显微镜和光密度计铁谱显微镜和光密度计 保温培养箱保温培养箱 正常磨损颗粒正常磨损颗粒 疲劳剥块疲劳剥块 铜磨损颗粒铜磨损颗粒油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 1）旋转式铁谱仪的工作原理）旋转式铁谱仪的工作原理 利用磁力和离心力的作用制作环行谱片。解决利用磁力和离心力的作用制作环行谱片。解决了其它两种制片存在的问题：了其它两种制片存在的问题：先沉积磨屑对流道的堵塞；先沉积磨屑对流道的堵塞；分析式中微量泵对磨屑形貌的影响。分析式中微量泵对磨屑形貌的影响。2）性能特
12、点）性能特点 操作简单，效率高；操作简单，效率高；制片成本低；制片成本低；精度高。精度高。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；2.制谱；制谱；3.观测与分析（定量、定性）；观测与分析（定量、定性）；4.结论结论油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术三、铁谱的定性分析三、铁谱的定性分析1.1.铁谱片的双色显微镜观察与分铁谱片的双色显微镜观察与分析析 铁谱显微镜用来观察和分析铁谱显微镜用来观察和分析铁铁谱片上微粒的形貌、大小、成分谱片上微粒的形貌、大小、成分以以及测定微粒覆盖面积百分数光密及测定微粒覆盖面积百分数光密度度值。具有透射和反射两种光源，值。具有透射和反射两种光源，利利
13、用不同微粒在透射和反射光作用用不同微粒在透射和反射光作用下下所显现的不同颜色进行观察分析。所显现的不同颜色进行观察分析。光路示意图如右图所示：光路示意图如右图所示：透射光源反射光源聚光镜载物台及铁谱片3 4 5双路镜3-光密度计4-照相机5-目镜物镜折射镜油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术几种光源的作用几种光源的作用1）白色反射光）白色反射光 可观察磨粒的形貌、尺寸和色泽。如在可观察磨粒的形貌、尺寸和色泽。如在白色反射光照射下，铝基合金磨粒呈白色，白色反射光照射下，铝基合金磨粒呈白色，铜基合金磨粒呈金黄色或红褐色；钢磨粒铜基合金磨粒呈金黄色或红褐色；钢磨粒依据受热
14、效应不同，呈黄蓝之间的色泽。依据受热效应不同，呈黄蓝之间的色泽。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术2）白色透射光）白色透射光 白色透射光用来判别磨粒的透光性，化白色透射光用来判别磨粒的透光性，化分透明的、半透明的和不透明的磨粒。游离分透明的、半透明的和不透明的磨粒。游离金属磨粒对白色透射光的消光率极大亚微米金属磨粒对白色透射光的消光率极大亚微米级厚度的磨粒也不会透光，因此呈黑色。而级厚度的磨粒也不会透光，因此呈黑色。而大多数其它元素和所有化合物磨粒均是透明大多数其它元素和所有化合物磨粒均是透明或半透明的。因此，显示的光强可以作为材或半透明的。因此，显示的光强可以作为材料性质的特征。料性质的特征。
15、油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术3）双色照明）双色照明 双色照明是利用红色反射光和绿色透射双色照明是利用红色反射光和绿色透射光同时照射，不透光的游离金属磨粒只反光同时照射，不透光的游离金属磨粒只反射红光，因此呈红色。化合物磨粒对绿色射红光，因此呈红色。化合物磨粒对绿色透射光的衰减程度不同呈绿色或黄色，利透射光的衰减程度不同呈绿色或黄色，利用此特性便可对其进行鉴别。用此特性便可对其进行鉴别。4）偏振光）偏振光 主要用于非金属磨粒的鉴别。主要用于非金属磨粒的鉴别。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术2.2.铁谱片的扫描电镜观察与分析铁谱片的扫描电镜观察与分析 由于铁谱显微镜的放大倍数不超过由于铁谱显微
16、镜的放大倍数不超过1000倍，对于小磨粒难以观测，因此利用倍，对于小磨粒难以观测，因此利用扫描显微镜进行观测，且结合扫描显微镜进行观测，且结合 x 射线能谱射线能谱分析仪还能分析磨粒的成分。但需注意的分析仪还能分析磨粒的成分。但需注意的是电子显微镜费用较高，通常是先利用铁是电子显微镜费用较高，通常是先利用铁谱显微镜先分析。谱显微镜先分析。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术3.3.铁谱片的加热分析铁谱片的加热分析 通过观察铁谱片的磨粒加热后生成的通过观察铁谱片的磨粒加热后生成的氧化膜的不同回火色来鉴别磨粒的材料成氧化膜的不同回火色来鉴别磨粒的材料成分，用以判断磨损的具体零件。具体可查分，用以判断磨
17、损的具体零件。具体可查有关资料。有关资料。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术四、铁谱分析的定量指标四、铁谱分析的定量指标 目前无统一标准，常用：目前无统一标准，常用：磨损烈度指数磨损烈度指数 直读式：直读式：Is=(DL+Ds)(DL-Ds)分析式：分析式：Is=(AL+As)(AL-As)式中：式中：DL大磨粒读数大磨粒读数(直读式入口处直读式入口处);Ds小小磨粒读数磨粒读数(离入口离入口5mm);AL大磨粒所占磨粒覆盖大磨粒所占磨粒覆盖面积百分数面积百分数;As小磨粒所占磨粒覆盖面积百分数。小磨粒所占磨粒覆盖面积百分数。五、铁谱分析的特点五、铁谱分析的特点n 优点优点n 检测效率高、检测磨
18、屑尺寸范围大，所获信息多检测效率高、检测磨屑尺寸范围大，所获信息多;n 定性分析与定量分析相结合，提高了诊断的可靠定性分析与定量分析相结合，提高了诊断的可靠性；性；n 可对磨损故障做出早期诊断。可对磨损故障做出早期诊断。n 局限性局限性n 对突发性故障不能进行有效的监测；对突发性故障不能进行有效的监测；n 检测结果与分析人员的经验关系有关；检测结果与分析人员的经验关系有关；n 对采样要求高；对采样要求高；1.1.对非铁磁性磨损磨粒的检测效果欠佳。对非铁磁性磨损磨粒的检测效果欠佳。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术六、铁谱技术的应用六、铁谱技术的应用1.齿轮磨损；齿轮磨损；2.各种机械的液压系统；
19、各种机械的液压系统；3.煤矿井下设备。煤矿井下设备。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 铁谱技术铁谱技术在煤矿机械诊断系统中的构建在煤矿机械诊断系统中的构建 给出了基于铁谱技术的煤矿机械磨损检测系给出了基于铁谱技术的煤矿机械磨损检测系统的构建模型，探讨了机械设备的铁谱诊断技术统的构建模型，探讨了机械设备的铁谱诊断技术要点，在要点，在 VB 环境下，利用检测数据构建并求解环境下，利用检测数据构建并求解了磨损颗粒分布的数学模型，在了磨损颗粒分布的数学模型，在 MATLAB 环境环境下，实现了磨粒图像的自动识别。下，实现了磨粒图像的自动识别。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术 一种新的机械磨损测试方法一
20、种新的机械磨损测试方法铁谱技术，应用于铁谱技术，应用于内燃机车柴油机监测，在不拆解机械的情况下，能够内燃机车柴油机监测，在不拆解机械的情况下，能够了解润滑油的状态，判断柴油机的异常磨损情况。了解润滑油的状态，判断柴油机的异常磨损情况。铁谱技术铁谱技术在内燃机车柴油机监测中的应用在内燃机车柴油机监测中的应用光谱、光谱、铁谱技术铁谱技术在大山选矿厂设备维修中的应用在大山选矿厂设备维修中的应用 在机械设备的诸多故障中，润滑系统故障占有很在机械设备的诸多故障中，润滑系统故障占有很大比例。由于油液中的磨粒携带着机器运转状态的大大比例。由于油液中的磨粒携带着机器运转状态的大量信息，通过运用光谱、铁谱技术对
21、这些信息的处理量信息，通过运用光谱、铁谱技术对这些信息的处理,能准确判断设备润滑、磨损状况，及时排除故障隐患能准确判断设备润滑、磨损状况，及时排除故障隐患,确保设备安全可靠运行。确保设备安全可靠运行。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术铁谱技术铁谱技术在采煤机状态监测与故障诊断中的应用与研究在采煤机状态监测与故障诊断中的应用与研究 采煤机在井下处于满负荷、超强度运行状态采煤机在井下处于满负荷、超强度运行状态,故障率较高。井下空间及维修条件有限，频繁检故障率较高。井下空间及维修条件有限，频繁检修或更换采煤机零部件直接影响安全生产，停机修或更换采煤机零部件直接影响安全生产，停机给生产带来经济损失。铁谱
22、技术运用于采煤机状给生产带来经济损失。铁谱技术运用于采煤机状态监测，不仅能减少维修次数，提高设备利用率，态监测，不仅能减少维修次数，提高设备利用率，而且拓展了铁谱技术的现场应用。三河尖煤矿应而且拓展了铁谱技术的现场应用。三河尖煤矿应用铁谱技术跟踪监测用铁谱技术跟踪监测 MG200-W1采煤机运行工况，采煤机运行工况，了解采煤机运行状态，判断、发现事故隐患，也了解采煤机运行状态，判断、发现事故隐患，也为同类设备的铁谱监测与诊断提供参考。为同类设备的铁谱监测与诊断提供参考。油样铁谱分析技术油样铁谱分析技术油样光谱分析技术油样光谱分析技术一、原理一、原理 光谱分析是利用原子和分子的发射与吸收光光谱分
23、析是利用原子和分子的发射与吸收光谱进行物质的化学组成及含量的分析。是根据各谱进行物质的化学组成及含量的分析。是根据各原子和分子都有自己特定的谱线进行的。可对磨原子和分子都有自己特定的谱线进行的。可对磨损发生的部位及严重程度进行判断。损发生的部位及严重程度进行判断。光谱分析包括原子吸收光谱分析和原子发射光谱分析包括原子吸收光谱分析和原子发射光谱分析。光谱分析。油样光谱分析技术油样光谱分析技术原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析是将待测元素的化合物是将待测元素的化合物(或溶液）或溶液）在高温下进行试样原子化，在用一种特制的光源在高温下进行试样原子化，在用一种特制的光源发射出该元素的特征谱线并穿过该蒸气
24、时，光的发射出该元素的特征谱线并穿过该蒸气时，光的一部分被吸收，透过光经单色器将其它波长的谱一部分被吸收，透过光经单色器将其它波长的谱线分离掉，检测减弱后的光强度便可得待测元素线分离掉，检测减弱后的光强度便可得待测元素的种类和含量。的种类和含量。原子发射光谱分析原子发射光谱分析是利用物质受电能或热能激发是利用物质受电能或热能激发后辐射出的特征线光谱来判断物质组成。后辐射出的特征线光谱来判断物质组成。油样光谱分析技术二、二、光谱分析光谱分析特点特点n 优点优点 检出限低、灵敏度高；检出限低、灵敏度高；准确度高；准确度高；分析速度快；分析速度快；试样用量小；试样用量小；应用范围广；应用范围广；仪器
25、操作较简单。仪器操作较简单。n 缺点缺点 多元素测定尚有困难；多元素测定尚有困难；一些元素的测定灵敏度还不够；一些元素的测定灵敏度还不够；对复杂试样，干扰还比较严重。对复杂试样，干扰还比较严重。油样光谱分析技术油样光谱分析技术如使用如使用原子光谱分析原子光谱分析还有下列不足之处：还有下列不足之处：只能分析磨粒的成分和含量，不能分析其只能分析磨粒的成分和含量，不能分析其 形貌，因此对摩擦副工作状态的判断还有形貌，因此对摩擦副工作状态的判断还有 困难；困难；只能分析含量较低且颗粒尺寸很小的磨屑只能分析含量较低且颗粒尺寸很小的磨屑;与铁谱技术、磁塞技术相比，其成本较大与铁谱技术、磁塞技术相比，其成本较大;对环境要求苛刻，需专门实验室。对环境要求苛刻，需专门实验室。油样光谱分析技术油样光谱分析技术
