試談?dòng)鸵罕O(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)(編輯修改稿)
2024-08-10 02:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主要用途是分離油樣中磨損微粒并制成鐵譜譜片，它由微量泵、磁鐵裝置、玻璃基片、特種膠管及支架等部件組成。分析式鐵譜儀的工作原理如圖227 所示。從設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)取的原始油樣經(jīng)制備后，由微量泵輸送到與磁場(chǎng)裝置呈一定傾斜角度的玻璃基片上（亦稱鐵譜基片）。油樣由上端以約15m/h的流速流過(guò)高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，從基片下端流入回油管，然后排入儲(chǔ)油杯中。在隨油樣流下的過(guò)程中，可磁化的磨屑在高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，由大到小依序沉積在玻璃基片的不同位置上，沿磁力線方向（與油流方向垂直）排列成鏈狀，經(jīng)清洗殘油和固定顆粒的處理之后，制成鐵譜片。在鐵譜顯微鏡下，對(duì)鐵諾基片上沉積磨粒進(jìn)行有關(guān)大小、形態(tài)、成分、數(shù)量方面的定性和定量分析后，就可以對(duì)被監(jiān)測(cè)的設(shè)備的摩擦磨損狀態(tài)作出判斷。目前國(guó)內(nèi)使用的分析式鐵譜儀系統(tǒng)主要是：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)石油公司（Standard Oil Company）生產(chǎn)的雙聯(lián)式鐵譜儀，我國(guó)北京科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的FTPl型分析式鐵譜儀和重慶光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的TPFl型分析式鐵譜儀。a）制譜儀的工作原理 b）鐵譜片圖227 分析式鐵譜儀的工作原理 通過(guò)對(duì)磨粒色澤和化學(xué)辨色，可以識(shí)別出鐵磁材料、有色金屬和一些非金屬物質(zhì)；通過(guò)鐵譜讀數(shù)器可直接得到被測(cè)部位的磨粒覆蓋面積百分?jǐn)?shù)，這樣分析式鐵譜儀就具有定性和定量分析兩種功能。3．直讀式鐵譜儀 直讀式鐵譜儀主要用來(lái)直接測(cè)定油樣中磨粒的濃度和尺寸分布，只能作定量分析，能夠方便、迅速而較準(zhǔn)確地測(cè)定油樣內(nèi)大小磨粒的相對(duì)數(shù)量，因而能對(duì)設(shè)備狀態(tài)作出初步的診斷，是目前設(shè)備監(jiān)測(cè)和故障診斷的較好手段之一。如果不僅要了解磨損微粒的數(shù)量及分布情況，而且要觀察分析磨粒的形態(tài)、表面形貌和成分等因素，作出較準(zhǔn)確的診斷，就需使用分析式鐵譜儀。 目前國(guó)內(nèi)使用的直讀式鐵譜儀有美國(guó)SOHIO公司生產(chǎn)的DR型鐵譜儀、北京科學(xué)儀器廠生產(chǎn)的ZTP型直讀武鐵譜儀和重慶光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的TPD型直讀式鐵譜儀。直讀式鐵譜儀的工作原理如圖228a 所示。取自機(jī)器的油樣，經(jīng)濃度及粘度稀釋后，在虹吸作用下流經(jīng)位于磁鐵上方的玻璃沉淀管，油樣中可磁化微粒在高梯度磁場(chǎng)作用下，依其粒度順序排列在沉積管內(nèi)壁不同位置上。在沉積管人口處，即在l～2mm位置上沉積著大于5μm的大磨粒，而在5mm之后的位置沉積著只有l(wèi)～2μm的小磨粒（見(jiàn)圖228b ）。 光導(dǎo)纖維將光線引至與上述兩個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的固定測(cè)點(diǎn)上，并由兩只光敏探頭接收穿過(guò)磨粒層的光信號(hào)，經(jīng)電子線路放大，A／D轉(zhuǎn)換處理最終在DL和 Ds兩個(gè)數(shù)顯屏上直接顯示出磨粒沉積的覆蓋值。4．旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀 分析式鐵譜儀、直讀武鐵譜儀應(yīng)用較廣泛，分析技術(shù)較成熟，尤其是分析式鐵譜儀同時(shí)具有定量和定性分析雙重功能。但是這些鐵譜儀對(duì)污染嚴(yán)重的油樣（例如煤礦機(jī)械或工程機(jī)械內(nèi)的潤(rùn)滑油等）的定量和定性分析效果不好，主要是制譜過(guò)程中，潤(rùn)滑油中的污染物會(huì)滯留在鐵譜片上，如果滯留數(shù)量較多，將影響對(duì)磨粒的觀測(cè)。a）直讀式鐵譜儀的原理 b）沉積管內(nèi)的磨粒排序圖228 直讀式鐵譜儀的工作原理旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀克服了上述缺點(diǎn)，同時(shí)又保留了分析鐵譜可以分析觀察磨粒形貌、尺寸大小、材質(zhì)成分等優(yōu)點(diǎn)。為避免由于磁力線垂直于基片而造成鐵磁性磨屑堆積重疊的缺點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀重新設(shè)計(jì)了磁場(chǎng)，它是利用永久磁鐵、極靴和磁軛共同構(gòu)成閉合磁路，以極靴上的3個(gè)環(huán)形氣隙（）作為工作磁場(chǎng)。工作位置的磁力線平行于玻璃基片，當(dāng)含有鐵磁磨屑的潤(rùn)滑油流過(guò)玻璃基片時(shí)，鐵磁磨屑在磁場(chǎng)力的作用下，滯留于基片上，而且沿磁力線方向（徑向方向）排列。旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀的制譜原理如圖229 所示。制譜時(shí)，油樣2由定量移液管1在定位漏斗的限位幫助下，被滴注到固定于磁頭4上端面的玻璃基片3上。磁頭、基片在電機(jī)5的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，由于離心作用，油樣沿基片四周流動(dòng)。油作中鐵譜性及順磁性磨屬在磁場(chǎng)力、離心力、液體的粘滯阻力、重力作用下，按磁力線方向（徑向）沉積在基片上，殘油從基片邊緣甩出，經(jīng)收集由導(dǎo)油管排人貯殘油杯?；窘?jīng)清洗、固定和甩干處理后，便制成了譜片。 圖229 旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀的工作原理旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀制出的鐵譜片，磨屑排列為3個(gè)同心圓環(huán)，內(nèi)環(huán)為大顆粒，大多數(shù)為l～50μm，最大可達(dá)幾百微米，中環(huán)為 l～20μm，外環(huán)≤10μrn。對(duì)于工業(yè)上磨損嚴(yán)重并有大量大顆粒及污染物的油樣，采用旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀可以不稀釋油樣一次制出，對(duì)于磨屑比較少的油樣則可以增加制譜油樣量。制出的譜片還可以在圖象分析儀上進(jìn)行尺寸分布的分析。5．磨粒分析 運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備的液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)的油液必然受到污染，其污染物主要來(lái)源于三個(gè)方面：機(jī)械零部件在磨損過(guò)程中生成的磨損微粒；外界灰塵或水等物質(zhì)侵人油液中；油液中添加劑反應(yīng)后的余物。實(shí)踐證明，磨損微粒是最常見(jiàn)、危害最嚴(yán)重的污染物。一方面，這些磨損微粒由各種金屬、非金屬材料組成，對(duì)油液起氧化、催化作用，加速油液劣化；另方面，材質(zhì)較硬。又隨油液流人各磨擦表面，劃傷、研傷零件表面，造成間隙增大、精度下降、振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生。在液壓系統(tǒng)中，甚至堵塞油路、研傷高精度問(wèn)芯配合面，造成更大事故。磨損顆粒的數(shù)量、尺寸大小、尺寸分布、成分和形貌特征都直接與機(jī)械零件的磨損狀態(tài)密切相關(guān)，它們是機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷以及初期預(yù)報(bào)的重要依據(jù)。 鐵譜技術(shù)的特點(diǎn)在于它不但能定量測(cè)量潤(rùn)滑油系統(tǒng)內(nèi)大、小磨粒的相對(duì)濃度，而且能直接考察磨粒的形態(tài)、大小和成分，后者更是它的獨(dú)到之處。因此，在鐵譜片上從數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的千姿百態(tài)微觀物質(zhì)中準(zhǔn)確地識(shí)別各類磨粒，便是每個(gè)運(yùn)用鐵譜技術(shù)開(kāi)展設(shè)備故障診斷工作的人員所必須掌握的一門獨(dú)特技術(shù)。為此，國(guó)外在總結(jié)了十幾年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，編輯并發(fā)表了幾百?gòu)埖湫湍チD譜。近幾年來(lái)，我國(guó)也在一些專業(yè)領(lǐng)域中陸續(xù)編輯了有關(guān)軸承、齒輪、柴油機(jī)、液壓系統(tǒng)等特定零件、系統(tǒng)和設(shè)備的磨粒圖譜，這些都為運(yùn)用鐵譜技術(shù)定性分析提供了寶貴的參考資料。（1）鋼鐵磨損微粒的識(shí)別 實(shí)驗(yàn)研究表明，由于磨損機(jī)理不同，其摩擦副表面會(huì)產(chǎn)生出不同形態(tài)及尺寸特征的磨屑。鋼或合金鋼材質(zhì)組成的摩擦副，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)磨損產(chǎn)生的微?？煞譃橐韵聨最?。 1）正常磨損微粒 正常磨損微粒是指設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于滑動(dòng)磨損所產(chǎn)生的磨損微粒。 當(dāng)摩擦副磨合時(shí)，磨損表面上會(huì)形成一層厚度大約為1μm的光滑表層剪切混合層，形成穩(wěn)定的剪切混合層后機(jī)器就處于正常磨損狀態(tài)。在運(yùn)行時(shí)，由于摩擦力的周期性作用，因疲勞而產(chǎn)生小片剝落，這一層不斷剝落又不斷產(chǎn)生，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的磨損狀態(tài)。這時(shí)的磨屑是一些具有光滑表面的“鱗片”狀顆粒，甚至更小，～1μm之間。較大的磨屑，其長(zhǎng)軸尺寸與厚度的比例約為10:1，長(zhǎng)軸尺寸與厚度的比例約為3:l。 2）嚴(yán)重滑動(dòng)磨損微粒 當(dāng)滑動(dòng)表面由于載荷或速度過(guò)大時(shí)，造成磨損表面接觸應(yīng)力迅速增大，這時(shí)開(kāi)始發(fā)生嚴(yán)重滑動(dòng)磨損。這時(shí)剪切混合層變得很不穩(wěn)定，出現(xiàn)大顆粒脫落。如果表面應(yīng)力繼續(xù)增加，就會(huì)造成整個(gè)表面發(fā)生剝落，出現(xiàn)破壞性磨屑，磨損速度將迅速加快。大磨屑與小磨屑間數(shù)量比，決定于表面應(yīng)力超過(guò)極限值的程度，應(yīng)力值越高，大磨屑物比例就越高。 嚴(yán)重滑動(dòng)磨損磨屑尺寸在20μm以上，長(zhǎng)軸尺寸與厚度的比約為10:1，微粒表面有劃痕，有直的棱邊。隨著磨損程度的加重，表面的劃痕和直邊也更顯著。 3）切削磨損微粒 切削磨損微粒類似車床切削加工產(chǎn)生的切屑，這種磨粒形態(tài)一般有環(huán)狀、螺旋狀、曲線狀等。產(chǎn)生切削磨損微粒的原因大約有兩種：一是摩擦副中較硬的一方由于安裝不良或出現(xiàn)裂紋，造成硬的刃邊，穿入較軟的一方產(chǎn)
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