工學油樣分析技術(shù)第1頁/共38頁5.1油樣分析的基本原理基本原理:

油樣分析包括兩部分：

1）潤滑劑性能衰敗分析（理化性能檢驗）

2）磨損微粒分析（摩擦磨損性能檢驗）一、概述基本原理第2頁/共38頁基本分析方法:1）油樣成分分析2）磨粒濃度分析3）磨粒的大小及形貌分析基本原理第3頁/共38頁

三種微粒分析的異同之處

相同之處：都可用作鐵磁性物質(zhì)顆粒（光譜還可分析其它物質(zhì)）的收集和分析。

不同之處：在于各自對磨屑的尺寸敏感有所不同，光譜0～10微米、鐵譜1～100微米、磁塞>100微米敏感范圍如下圖所示基本原理第4頁/共38頁

檢測效率定義為：e=e1e2e3e1

—傳輸效率，采樣與產(chǎn)生之比；

e2—捕捉效率，收集與采樣之比；

e3—指示效率，指示與采樣之比；檢測效率100%500.11101001000基本原理第5頁/共38頁二、油樣分析現(xiàn)有方法

油樣分析技術(shù)潤滑劑衰敗分析磨損微粒分析定性簡易檢測定量指標檢測綜合指標檢測光譜油樣分析鐵譜油樣分析磁塞檢測顆粒計數(shù)器法濾紙法基本原理第6頁/共38頁三、油樣分析的信息含量1.信息來源磨損的嚴重程度：由磨屑濃度和顆粒大小反映；磨損發(fā)生的機理：磨屑大小和形貌反映；磨損的部位：由磨屑成分反映。2.磨屑的形貌識別磨屑形貌的識別是指利用有關(guān)的分析儀器對磨屑的尺寸和形狀進行進行分析，進而判別磨損的機理。該項工作需要理論和實驗研究作為基礎?；驹淼?頁/共38頁四、油樣分析的步驟1.步驟，主要包括：1）取樣2）樣品制備3）獲得數(shù)據(jù)4）形成診斷結(jié)論基本原理第8頁/共38頁2.取樣說明1）取樣時機器的狀態(tài)：運轉(zhuǎn)或剛停機2）取樣點：回油管路或濾油器前或油標尺套管處，避免從死角和底部采樣；3）取樣周期：新運行間隔短，正常運行長，發(fā)現(xiàn)磨損后短。最好是通過實驗確定?？蓞⒖嫉臄?shù)據(jù)：飛機發(fā)動機及液壓系統(tǒng)50h，柴油機100～200h，齒輪箱200h。4）取樣記錄：基本原理第9頁/共38頁5.2油樣鐵譜分析技術(shù)一、鐵譜分析與鐵譜儀鐵譜分析：利用鐵譜儀對油樣中的磨屑進行檢測分析，確定磨損類型、程度和部位。鐵譜儀：鐵譜分析的關(guān)鍵設備，有直讀式、分析式和旋轉(zhuǎn)式。有可分離線和在線兩種。第10頁/共38頁1.直讀式鐵譜儀：1）結(jié)構(gòu)及工作原理：結(jié)構(gòu)見下圖。工作原理：油樣經(jīng)毛細管流入沉積管，在磁力、重力、浮力的作用下，大顆粒的磨屑沉積在入口出，小顆粒沉積在入口較遠處，沉積管下部光源透過沉積管的強弱與沉積的磨屑顆粒體積成正比，并由光電傳感器檢測后直接讀出。油樣鐵譜分析技術(shù)第11頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)1，2-光電傳感器；3-磁鐵；4-光導纖維；5-光源；6-油杯；7-放大電路；8-數(shù)顯裝置；9-壓塊；10-沉積管；11-毛細管第12頁/共38頁2）性能特點：①結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜；②分析過程簡單；③穩(wěn)定性差；④信息量有限，只能提供磨屑體積。油樣鐵譜分析技術(shù)第13頁/共38頁ZTP-X2型直讀式鐵譜儀油樣鐵譜分析技術(shù)主要參數(shù)

磁場：最大磁場梯度>5.0T/cm

最大磁通密度>1.5T沉積管尺寸:φ3/φ1.7×100mm

毛細管尺寸:φ1.2/φ0.8×700mm調(diào)零方式:自動

讀數(shù)系統(tǒng):31/2LED顯示

讀數(shù)精度:0.1直讀數(shù)

打印內(nèi)容:

日期,油樣號,Dl,Ds,Is等測量值

微機通訊:RS-232C串形接口

電源:AC220V50-60Hz第14頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)油樣鐵譜分析技術(shù)2.分析式鐵譜儀1）結(jié)構(gòu)及工作原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一般包括制譜儀、光密度讀數(shù)器和雙色顯微鏡第15頁/共38頁工作原理

利用高梯度強磁場將機器潤滑油中鉄磁性磨粒分離出來，并按其粒度大小順序地沉積在玻璃片上。然后通過雙色顯微鏡觀察磨粒的形態(tài)、大小，并進行成份分析，亦可用讀數(shù)器進行磨粒復蓋面積百分比的測定。油樣鐵譜分析技術(shù)第16頁/共38頁BY11-FTP-X2型分析式鐵譜儀系統(tǒng)油樣鐵譜分析技術(shù)第17頁/共38頁3.旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀油樣鐵譜分析技術(shù)旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀的磁場裝置旋轉(zhuǎn)譜片1—驅(qū)動軸；2—永久磁鐵；3—圓形基片；4—排油管；5—油樣注射輸入管；6—清洗注射移液管。第18頁/共38頁旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀鐵譜顯微鏡和光密度計保溫培養(yǎng)箱

正常磨損顆粒疲勞剝塊銅磨損顆粒油樣鐵譜分析技術(shù)第19頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)1）旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀的工作原理利用磁力和離心力的作用制作環(huán)行譜片。解決了其它兩種制片存在的問題：①先沉積磨屑對流道的堵塞；②分析式中微量泵對磨屑形貌的影響。

2）性能特點①操作簡單，效率高；②制片成本低；③精度高。第20頁/共38頁二、鐵譜分析的一般程序1.采樣；2.制譜；3.觀測與分析（定量、定性）；4.結(jié)論油樣鐵譜分析技術(shù)第21頁/共38頁三、鐵譜的定性分析1.鐵譜片的雙色顯微鏡觀察與分析鐵譜顯微鏡用來觀察和分析鐵譜片上微粒的形貌、大小、成分以及測定微粒覆蓋面積百分數(shù)光密度值。具有透射和反射兩種光源，利用不同微粒在透射和反射光作用下所顯現(xiàn)的不同顏色進行觀察分析。光路示意圖如右圖所示：透射光源反射光源聚光鏡載物臺及鐵譜片345雙路鏡3-光密度計4-照相機5-目鏡物鏡折射鏡油樣鐵譜分析技術(shù)第22頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)幾種光源的作用1）白色反射光可觀察磨粒的形貌、尺寸和色澤。如在白色反射光照射下，鋁基合金磨粒呈白色，銅基合金磨粒呈金黃色或紅褐色；鋼磨粒依據(jù)受熱效應不同，呈黃藍之間的色澤。第23頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)2）白色透射光白色透射光用來判別磨粒的透光性，化分透明的、半透明的和不透明的磨粒。游離金屬磨粒對白色透射光的消光率極大亞微米級厚度的磨粒也不會透光，因此呈黑色。而大多數(shù)其它元素和所有化合物磨粒均是透明或半透明的。因此，顯示的光強可以作為材料性質(zhì)的特征。第24頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)3）雙色照明雙色照明是利用紅色反射光和綠色透射光同時照射，不透光的游離金屬磨粒只反射紅光，因此呈紅色?；衔锬チG色透射光的衰減程度不同呈綠色或黃色，利用此特性便可對其進行鑒別。4）偏振光主要用于非金屬磨粒的鑒別。第25頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)2.鐵譜片的掃描電鏡觀察與分析由于鐵譜顯微鏡的放大倍數(shù)不超過1000倍，對于小磨粒難以觀測，因此利用掃描顯微鏡進行觀測，且結(jié)合x射線能譜分析儀還能分析磨粒的成分。但需注意的是電子顯微鏡費用較高，通常是先利用鐵譜顯微鏡先分析。第26頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)3.鐵譜片的加熱分析通過觀察鐵譜片的磨粒加熱后生成的氧化膜的不同回火色來鑒別磨粒的材料成分，用以判斷磨損的具體零件。具體可查有關(guān)資料。第27頁/共38頁油樣鐵譜分析技術(shù)四、鐵譜分析的定量指標目前無統(tǒng)一標準，常用：磨損烈度指數(shù)

直讀式：Is=(DL+Ds)(DL-Ds)

分析式：Is=(AL+As)(AL-As)

式中：DL—大磨粒讀數(shù)(直讀式入口處);Ds—小磨粒讀數(shù)(離入口5mm);AL—大磨粒所占磨粒覆蓋面積百分數(shù);As—小磨粒所占磨粒覆蓋面積百分數(shù)。

第28頁/共38頁五、鐵譜分析的特點優(yōu)點檢測效率高、檢測磨屑尺寸范圍大，所獲信息多;定性分析與定量分析相結(jié)合，提高了診斷的可靠性；可對磨損故障做出早期診斷。局限性對突發(fā)性故障不能進行有效的監(jiān)測；檢測結(jié)果與分析人員的經(jīng)驗關(guān)系有關(guān)；對采樣要求高；對非鐵磁性磨損磨粒的檢測效果欠佳。油樣鐵譜分析技術(shù)第29頁/共38頁六、鐵譜技術(shù)的應用1.齒輪磨損；2.各種機械的液壓系統(tǒng)；3.煤礦井下設備。油樣鐵譜分析技術(shù)第30頁/共38頁

鐵譜技術(shù)在煤礦機械診斷系統(tǒng)中的構(gòu)建

給出了基于鐵譜技術(shù)的煤礦機械磨損檢測系統(tǒng)的構(gòu)建模型，探討了機械設備的鐵譜診斷技術(shù)要點，在VB環(huán)境下，利用檢測數(shù)據(jù)構(gòu)建并求解了磨損顆粒分布的數(shù)學模型，在MATLAB環(huán)境下，實現(xiàn)了磨粒圖像的自動識別。油樣鐵譜分析技術(shù)第31頁/共38頁

一種新的機械磨損測試方法—鐵譜技術(shù)，應用于內(nèi)燃機車柴油機監(jiān)測，在不拆解機械的情況下，能夠了解潤滑油的狀態(tài)，判斷柴油機的異常磨損情況。鐵譜技術(shù)在內(nèi)燃機車柴油機監(jiān)測中的應用光譜、鐵譜技術(shù)在大山選礦廠設備維修中的應用

在機械設備的諸多故障中，潤滑系統(tǒng)故障占有很大比例。由于油液中的磨粒攜帶著機器運轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量信息，通過運用光譜、鐵譜技術(shù)對這些信息的處理,能準確判斷設備潤滑、磨損狀況，及時排除故障隱患,確保設備安全可靠運行。油樣鐵譜分析技術(shù)第32頁/共38頁鐵譜技術(shù)在采煤機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中的應用與研究

采煤機在井下處于滿負荷、超強度運行狀態(tài),故障率較高。井下空間及維修條件有限，頻繁檢修或更換采煤機零部件直接影響安全生產(chǎn)，停機給生產(chǎn)帶來經(jīng)濟損失。鐵譜技術(shù)運用于采煤機狀態(tài)監(jiān)測，不僅能減少維修次數(shù)，提高設備利用率，而且拓展了鐵譜技術(shù)的現(xiàn)場應用。三河尖煤礦應用鐵譜技術(shù)跟蹤監(jiān)測MG200-W1采煤機運行工況，了解采煤機運行狀態(tài)，判斷、發(fā)現(xiàn)事故隱患，也為同類設備的鐵譜監(jiān)測與診斷提供參考。油樣鐵譜分析技術(shù)第33頁/共38頁油樣光譜分析技術(shù)一、原理光譜分析是利用原子和分子的發(fā)射與吸收光譜進行物質(zhì)的化學組成及含量的分析。是根據(jù)各原子和分子都有自己特定的譜線進行的?？蓪δp發(fā)生的部位及嚴重程度進行判斷。光譜分析包括原子吸收光譜分析和原子發(fā)射光譜分析。

第34頁/共38頁油樣光譜分析技術(shù)原子吸收光譜分析是將待測元素的化合物(或溶液）在高溫下進行試樣原子化，在用一種特制的光源發(fā)射出該元素的特征譜線并穿過該蒸氣時，光的一部分被吸收，透過光經(jīng)單色器將其它波長的譜線分離掉，檢測減弱后的光強度便可得待測元素的種類和含量。原子發(fā)射光譜分析是利用物質(zhì)受電能或熱能激發(fā)后輻射出的特征線光譜來判斷物質(zhì)組成。第35頁/共38頁油樣光譜分析技術(shù)二、光譜分析特點優(yōu)點①檢出限低、靈敏度高；②準確度高；③分析速度快；④試樣用量小