油液监测技术在机械设备中的应用

彭彬

摘要：油液监测技术是实现机械设备诊断的重要手段之一。它通过对机械设备所用油料的分析，根据其理化指标和其中所含的金属颗粒，能有效判断机械设备产生磨损故障的原因及部位，从而使设备劣化趋势及时得到矫正，避免恶性事故的发生，实现设备的预知性维修。

关键词：油液监测;铁谱分析;避免事故

一、油液监测技术在机械设备中的主要作用

机械设备的磨损总是不可避免的。磨损过程一般分为三个阶段，即磨合阶段、正常磨损阶段和异常磨损阶段。如果磨损过快或过早出现异常磨损，则应查明原因，及时消除。引发设备出现异常磨损的主要原因如下：

（1） 零部件材料加工及装配质量（如不平衡、不对中）;

（2） 用油不当（如牌号不对、添加了与在用油不相溶的油液）;

（3） 油液劣变导致品质下降，不能满足设备润滑要求;

（4） 环境应力（如温度、湿度等）或机械应力过大;

（5） 设备维护不当（如空气滤效率下降导致进入粉尘增加）。

油液监测的目的是控制设备的磨损速率，因此应能涵盖引发异常磨损的所有因素，油液监测技术主要包括三方面的内容：

（1）磨损颗粒分析

（2）污染监测与控制

（3）润滑油品质监测

磨损颗粒分析目的是了解设备的磨损状态及原因，属于预知性维修范畴。其它两方面监测的目的是为了延长设备的使用寿命，属于主动性维修范畴.

二、磨损颗粒分析

磨损颗粒分析是通过分析油样、过滤器、磁塞中固体颗粒的成分、含量及尺寸等信息，探究设备的磨损机理、磨损部位、磨损原因及预测磨损发展趋势。磨损监测的主要手段包括利用铁谱分析、光谱元素分析等。必要时，还可借助扫描电镜进行分析。

常用铁谱仪主要有直读铁谱和分析式铁谱。直读铁谱分析可以获得大磨粒读数DL 、小磨粒读数DS 及组合参数磨粒浓度WPC和磨损烈度指数IS，用于判断润滑油中铁磁性颗粒变化趋势。分析式铁谱通过在双色显微镜下观察油中磨粒图像，判断磨损类型和磨损原因。

光谱元素分析可测量油液中磨损金属、污染元素及添加剂的成分及含量。连续监测可以得出部件摩擦副的磨损趋势及润滑油添加剂的消耗情况。

三、实现油液监测的流程

油液监测通常包含五个步骤：

（1）取样，从能代表零件磨损状态或润滑油状态的位置取样;

（2）监测，对微粒和润滑油状态进行分析、与以往诊断记录比较、发现设备的异常状态;

（3）诊断，判断异常原因，包括严重度、位置和会导致失效的磨损机理过程;

（4）预测，基于历史数据和诊断结果，对设备的未来状态和失效前的时间作出估计;

（5）建议，提出需要的改进措施;

油液监测成功的关键是取样必须有代表性，即油样中磨屑颗粒、油液性质和污染物与设备润滑系统在役油之间存在较好的对应关系，理想状态下油样应该是设备在役油的“复制品”。为获取有代表性油样，取样部位、取样时设备的状态、取样周期应严格遵守取样规范，油样瓶的清洁度也应符合要求，尽量避免外界污染给测试带来误差。

四、案例分析

在20**年7月9日，从攀钢某厂在用轴承中取出润滑脂，通过铁谱分析，结果显示该样有严重切削磨损颗粒和滚动疲劳磨损颗粒现象存在，结合磨粒成分分析，最终判断设备已严重疲劳磨损。

（一）检测和分析

（1） 宏观观察

对该油样制成谱片观察：磨粒是薄片状，表面光滑，有金属光泽，磨粒的尺寸最大约是4×4mm，其余大多是1×1mm，0.5×0.5mm.在光滑的表面上可清晰看见层状的边界和空间，磨粒边界不规则，边界上有缺口，缺口尖端有裂纹.从磨粒形貌可推断这些磨粒从母体上分离后，又经过轴承滚动体的碾压，形成薄片状，这种碾压力很大，才能形成邊界的缺口。

（2）铁谱检测

将铁谱片放入铁谱显微镜下观察。铁谱片中磨粒尺寸较大，达数百微米，有不规则的周边.按磁力线排布.这些颗粒是由剥落出现时实际移走的金属组成.颗粒的尺寸较大，表示疲劳剥落已发展至较严重的地步。

（3）磨粒和轴承的成分检验

为了解磨粒的成分，以分析它们是从哪里分离出来的.在JSM1600-LV扫描电镜上对较大的磨粒进行了解谱的成分分析.结果如下：

同时对厂家相同型号相同的轴承滚动体，轴承套，轴承保持架进行化学成分分析结果如表1所示：

从磨粒的能谱分析和轴承的化学成分分析结果可知， 该磨粒的成分与滚动体的成分相同，磨粒是从轴承滚动体分离出来的。

（4）润滑脂里金属磨粒形成的过程

在长期（9年）大负荷的作用下， 轴承滚动体发生了接触疲劳产生剥离，掉块.掉下来的金属磨粒在轴承内又受到轴承滚动体的碾压形成薄片状的磨粒，且在滚动体碾压时局部应力很高，而局部的变应力会使滚动体产生更多的剥离块，这是个恶性循环过程.如此循环下去，剥落块会越来越多，最终将导致轴承失效。于是发出警告，要求厂方;①立即停机，进行检修大包回转台;②清洗系统，更换新油。厂方遵照要求进行停机检修，发现轴承滚动体磨损已相当严重。由于果断地采用了停机检修措施，避免了故障进一步发展，从而避免了一起重大安全和设备事故。

五、结论

（1）机械设备70%以上的故障与磨损有关，而油液监测所获得的状态参数能很好地判断设备的润滑磨损状态;

（2）磨损颗粒分析能有效判断机械设备产生磨损的原因及部位，从而使设备劣化趋势得到矫正，避免恶性事故的发生和发展，实现设备的预知性维修;

参考文献：

[1]杨其明.磨粒分析—磨粒图谱与铁谱技术 [M].北京：中国铁道出版社，2002.