油液監測技術在機械設備中的應用

彭彬

摘要：油液監測技術是實現機械設備診斷的重要手段之一。它通過對機械設備所用油料的分析，根據其理化指標和其中所含的金屬顆粒，能有效判斷機械設備產生磨損故障的原因及部位，從而使設備劣化趨勢及時得到矯正，避免惡性事故的發生，實現設備的預知性維修。

關鍵詞：油液監測;鐵譜分析;避免事故

一、油液監測技術在機械設備中的主要作用

機械設備的磨損總是不可避免的。磨損過程一般分為三個階段，即磨合階段、正常磨損階段和異常磨損階段。如果磨損過快或過早出現異常磨損，則應查明原因，及時消除。引發設備出現異常磨損的主要原因如下：

（1） 零部件材料加工及裝配質量（如不平衡、不對中）;

（2） 用油不當（如牌號不對、添加了與在用油不相溶的油液）;

（3） 油液劣變導致品質下降，不能滿足設備潤滑要求;

（4） 環境應力（如溫度、濕度等）或機械應力過大;

（5） 設備維護不當（如空氣濾效率下降導致進入粉塵增加）。

油液監測的目的是控制設備的磨損速率，因此應能涵蓋引發異常磨損的所有因素，油液監測技術主要包括三方面的內容：

（1）磨損顆粒分析

（2）污染監測與控制

（3）潤滑油品質監測

磨損顆粒分析目的是了解設備的磨損狀態及原因，屬于預知性維修范疇。其它兩方面監測的目的是為了延長設備的使用壽命，屬于主動性維修范疇.

二、磨損顆粒分析

磨損顆粒分析是通過分析油樣、過濾器、磁塞中固體顆粒的成分、含量及尺寸等信息，探究設備的磨損機理、磨損部位、磨損原因及預測磨損發展趨勢。磨損監測的主要手段包括利用鐵譜分析、光譜元素分析等。必要時，還可借助掃描電鏡進行分析。

常用鐵譜儀主要有直讀鐵譜和分析式鐵譜。直讀鐵譜分析可以獲得大磨粒讀數DL 、小磨粒讀數DS 及組合參數磨粒濃度WPC和磨損烈度指數IS，用于判斷潤滑油中鐵磁性顆粒變化趨勢。分析式鐵譜通過在雙色顯微鏡下觀察油中磨粒圖像，判斷磨損類型和磨損原因。

光譜元素分析可測量油液中磨損金屬、污染元素及添加劑的成分及含量。連續監測可以得出部件摩擦副的磨損趨勢及潤滑油添加劑的消耗情況。

三、實現油液監測的流程

油液監測通常包含五個步驟：

（1）取樣，從能代表零件磨損狀態或潤滑油狀態的位置取樣;

（2）監測，對微粒和潤滑油狀態進行分析、與以往診斷記錄比較、發現設備的異常狀態;

（3）診斷，判斷異常原因，包括嚴重度、位置和會導致失效的磨損機理過程;

（4）預測，基于歷史數據和診斷結果，對設備的未來狀態和失效前的時間作出估計;

（5）建議，提出需要的改進措施;

油液監測成功的關鍵是取樣必須有代表性，即油樣中磨屑顆粒、油液性質和污染物與設備潤滑系統在役油之間存在較好的對應關系，理想狀態下油樣應該是設備在役油的“復制品”。為獲取有代表性油樣，取樣部位、取樣時設備的狀態、取樣周期應嚴格遵守取樣規范，油樣瓶的清潔度也應符合要求，盡量避免外界污染給測試帶來誤差。

四、案例分析

在20**年7月9日，從攀鋼某廠在用軸承中取出潤滑脂，通過鐵譜分析，結果顯示該樣有嚴重切削磨損顆粒和滾動疲勞磨損顆粒現象存在，結合磨粒成分分析，最終判斷設備已嚴重疲勞磨損。

（一）檢測和分析

（1） 宏觀觀察

對該油樣制成譜片觀察：磨粒是薄片狀，表面光滑，有金屬光澤，磨粒的尺寸最大約是4×4mm，其余大多是1×1mm，0.5×0.5mm.在光滑的表面上可清晰看見層狀的邊界和空間，磨粒邊界不規則，邊界上有缺口，缺口尖端有裂紋.從磨粒形貌可推斷這些磨粒從母體上分離后，又經過軸承滾動體的碾壓，形成薄片狀，這種碾壓力很大，才能形成邊界的缺口。

（2）鐵譜檢測

將鐵譜片放入鐵譜顯微鏡下觀察。鐵譜片中磨粒尺寸較大，達數百微米，有不規則的周邊.按磁力線排布.這些顆粒是由剝落出現時實際移走的金屬組成.顆粒的尺寸較大，表示疲勞剝落已發展至較嚴重的地步。

（3）磨粒和軸承的成分檢驗

為了解磨粒的成分，以分析它們是從哪里分離出來的.在JSM1600-LV掃描電鏡上對較大的磨粒進行了解譜的成分分析.結果如下：

同時對廠家相同型號相同的軸承滾動體，軸承套，軸承保持架進行化學成分分析結果如表1所示：

從磨粒的能譜分析和軸承的化學成分分析結果可知， 該磨粒的成分與滾動體的成分相同，磨粒是從軸承滾動體分離出來的。

（4）潤滑脂里金屬磨粒形成的過程

在長期（9年）大負荷的作用下， 軸承滾動體發生了接觸疲勞產生剝離，掉塊.掉下來的金屬磨粒在軸承內又受到軸承滾動體的碾壓形成薄片狀的磨粒，且在滾動體碾壓時局部應力很高，而局部的變應力會使滾動體產生更多的剝離塊，這是個惡性循環過程.如此循環下去，剝落塊會越來越多，最終將導致軸承失效。于是發出警告，要求廠方;①立即停機，進行檢修大包回轉臺;②清洗系統，更換新油。廠方遵照要求進行停機檢修，發現軸承滾動體磨損已相當嚴重。由于果斷地采用了停機檢修措施，避免了故障進一步發展，從而避免了一起重大安全和設備事故。

五、結論

（1）機械設備70%以上的故障與磨損有關，而油液監測所獲得的狀態參數能很好地判斷設備的潤滑磨損狀態;

（2）磨損顆粒分析能有效判斷機械設備產生磨損的原因及部位，從而使設備劣化趨勢得到矯正，避免惡性事故的發生和發展，實現設備的預知性維修;

參考文獻：

[1]楊其明.磨粒分析—磨粒圖譜與鐵譜技術 [M].北京：中國鐵道出版社，2002.