潤滑油中磨損金屬元素光譜分析法研究

程英輝　崔靜波

摘 要：以承鋼棒線廠6條生產線20個稀油站為研究對象，利用原子發射光譜對潤滑油中磨損金屬元素成分進行量化確定。根據OSA2原子發射光譜儀，對20個油樣進行了10次化驗，利用統計分析方法計算出各磨損元素的報警界限值和危險界限值。

關鍵詞：潤滑油 原子發射光譜分析 磨損金屬元素

中圖分類號：O657.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-02

潤滑與機械設備運轉息息相關，是保證和改進機械設備高效、正常、長期運轉的基本手段，是機械運轉的命脈，據統計由于潤滑問題造成的設備故障占設備事故的55%～65%。實踐證明健全建立潤滑、液壓油品理化指標及趨勢監測可以降低能源，減少維修，大幅增加設備壽命，其中由于潤滑不當造成摩擦用常規理化指標化驗無法檢測，故通過元素光譜分析儀器來化驗潤滑油中的磨損元素含量來監測機械設備的磨損狀況。光譜油液分析方法適用于任何封閉回路的潤滑系統，例如燃氣輪機、柴油機和汽油機、變速器，齒輪箱，壓縮機水壓系統中的潤滑油液。

實際操作中，油樣是從潤滑系統中取出，再用光譜儀進行分析及判定潤滑油中金屬、雜質和添加劑的濃度的。金屬磨損物的濃度可以表明一機械裝置處于正常耗損，或在早期就指出其潛在的嚴重問題。雜質元素濃度高表明設備必須換油，或者空氣或油過濾器必須進行適當的檢查和操作。添加劑元素濃度過低將表明在最初或后來補充油時使用了錯誤的潤滑油。這些可以從OSA2數據中推斷出。

1 試驗方法

1.1 儀器設備

OSA2油液元素光譜分析專家系統是用以對高純度銀電極，油樣被泵送到下面電機的空心通道，然后到達兩電極的間隙而被激發，所產生的光束經過梳理后經由兩個光纜傳輸到光柵，分光后由CCD檢測器進行監測，再通過數模轉換給出各種元素的濃度數值。

1.2 元素光譜監測情況

OSA2分析的元素為：Fe、 Cr、Pb、Cu、Sn、Al、Ni、Ag、Si、B、Na、Mg、Ca、Ba、P、Zn、Mo、Ti、V、H 這些都是進行預知維修常需分析的元素。根據現場潤滑摩擦材質的特性，目前主要檢驗在用油品中的磨損金屬顆粒，要求繪制規定檢測油品中Fe、Cr、Cu、Al、Mo、Ni含量的趨勢圖。留存其他元素的測試結果，需要時需繪制含量趨勢圖。

2 潤滑、液壓油品光譜監測數據的統計分析方法研究

界限值方法是油液監測領域最基本、也是最實用的方法。它是對監測數據絕對值（或者梯度值）進行計算的一種統計分析方法。它用來描述設備系統的單項指標變化趨勢，可用于鐵譜分析、光譜分析和顆粒分析等方法的數據處理中。當所有計算的監測指標不具有時間趨勢時，可以通過回歸方法，也能得到界限值。例如在光譜分析中所得到的元素濃度序列，以及設備的運行時間序列，利用最小二乘法或其他方法得到基準線，然后計算出合適的區間寬度，確定時間變化的元素濃度的序列基準線、警告線和危險線。本質上，它們都是基于數理統計的計算方法。

界限值作為某臺或者某類機械發生故障的統計平均值，在油液監測中起著門檻的作用：如果實測值超過界限值，則考慮狀態報警；反之，則認為設備運行狀態正常。目前，國內外在進行油液分析和故障診斷研究中，涉及到界限值的計算時，普遍采用如下公式：

當狀態指示參數是雙向限時：警戒界限值：，危險界限值：；

當狀態指示參數是單向上限時：警戒界限值：，危險界限值：；

其中

，其中n為樣本容量，為單次實測值。

3 實驗結果及分析

（1）從4月份開始，已對20個重點設備的油樣進行元素監測，一是通過監測取得足夠數據后生成各種元素濃度的正常、臨界和異常界限值，二是通過繪制主要元素變化趨勢圖對設備磨損進行監測。表1是一棒精軋稀油站元素監測結果。圖是一棒精軋主稀油站油樣元素變化趨勢圖。

（2）二高線精軋主電機潤滑站潤滑油牌號：32#汽輪機油，金屬元素鐵、鉻、銅、錫、鋁、鉛變化趨勢圖，如圖1。

從圖1可以看出，元素變化趨勢平穩，說明設備處于正常磨損狀態。

（3）在2013年1月21日，連軋中軋析油站潤滑L-CKC220齒輪油在進行元素光譜檢測時發現Fe和Cr元素含量急劇增加，且已超過危險界限值。同時發現7架減速機振動增大，由于生產不能停車檢查，懷疑是7-12架軋機、2#剪中的某臺減速機或軸承磨損，于2月4日發現7#軋機減速機聲音異常，停機檢查，軸承磨損嚴重。元素變化趨勢圖如圖2。

4 結語

采用OSA2元素光譜光譜分析專家系統建立磨損金屬元素含量的界限值分析方法，具有操作方便、速度快和效率高等優點。通過試驗，利用專家系統，針對不同潤滑設備建立了Fe、Cr、Cu、Al、Mo、Ni等元素的報警界限值和危險界限值，再結合理化指標的試驗結果判斷設備的磨損情況，從而可以減少因潤滑不當發生故障。

參考文獻

[1] “廣州市重點科技攻關項目—油液分析在設備故障診斷中的應用”研究總結報告[R].廣州機械科學研究院，19968-1998.

[2] 楊維權，余錦華，熊志強.光譜數據的多元統計分析[J].數理統計與應用概要，1994，9（3）：74-79.