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  • 機械磨損的元素含量分析方法在機械故障診斷中的應用

    http://www.njxszs.com 2015年09月19日        

        [摘要] 本文通過對機械磨損機理的分析,研究了幾種機械磨損元素含量的分析方法,試圖更加有效利用磨損元素監(jiān)測對機械設備的運行狀態(tài)進行狀態(tài)監(jiān)測。通過研究分析,提出了科學地取樣方式,解決了機械設備加油不定時、不定量、不能定時換油以及各磨損階段特征不同等帶來的問題,并在實際工作中的得到了應用。
            [關(guān)鍵詞] 狀態(tài)監(jiān)測 故障診斷 取樣方法 元素絕對含量 元素相對含量 元素含量變化率         為了提高設備的可利用率,降低維修費用,各種狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)逐步得到了應用。設備維修體系相應經(jīng)歷事后維修、預防性維修,發(fā)展到以狀態(tài)監(jiān)測為基準的預測性維修。油樣直接與機械設備的運轉(zhuǎn)部件相關(guān),因此,它可以更加直接、客觀地反映機械設備的運行狀況。在狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷上,油夜分析已經(jīng)得到了廣泛的應用。
            機械磨損是機械故障的主要根源,潤滑油中磨粒濃度的大小和形態(tài)直接反映了機械設備的運行狀態(tài)。目前,對油樣中微粒的分析,主要有兩種:即光譜分析(包括原子發(fā)射光譜分析和原子吸收光譜分析)和鐵譜分析。鐵譜分析主要是定性分析,可以進行粗略地定量分析,分析磨粒較大。光譜分析可以對潤滑油(脂)的微量元素進行準確的定量分析。顯然,對于機械設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的早期預報上,光譜分析具有著十分重要的意義。因此,本文著重于討論光譜磨粒分析技術(shù)。由于光譜分析儀器比較昂貴,現(xiàn)場難以推廣,它主要應用于大型機械設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷上。
            1、機械磨損規(guī)律及潤滑油磨粒含量的理論分析
            1.1 機械磨損規(guī)律及其分析
            存在機械運動,就會有摩擦,摩擦一定產(chǎn)生磨損,磨損遵從三個定律:即體積磨損量與摩擦副相對滑動的距離成正比;與法向載荷成正比;與屈服強度或硬度成反比。機械理論和試驗表明:磨損率與摩擦因數(shù)之間的關(guān)系甚微,通常摩擦因數(shù)最多相差一個數(shù)量級,而磨損率可以相差3個數(shù)量級,這就是說,摩擦因數(shù)的變化是很小的,導致摩擦率變化范圍大的原因在于法向載荷的變化。因此,摩擦因數(shù)的變化可以忽略。
            我們知道,機械設備的磨損一般分為三個階段,在磨合階段,由于摩擦副表面粗糙及幾何形狀和裝配的微量誤差,導致潤滑不良,法向載荷很大,摩擦副表面磨損迅速,這也取決摩擦副的狀況;在正常磨損階段,摩擦副配合趨于正常,磨損趨于正常狀態(tài),摩擦最小,磨損量最小;經(jīng)過長期運行,磨損到達一定的量時,進入極限磨損階段,磨損量急劇增大。
            從以上分析可以得知,對于一臺設備而言,在正常運轉(zhuǎn)時,法向載荷趨于穩(wěn)定,摩擦副機械磨損量和時間是一個正比變化的關(guān)系;在磨合期,各摩擦副的運行未達到穩(wěn)定狀態(tài),各摩擦副的磨損量與時間是一個正變關(guān)系,各摩擦副磨損率趨小,但是,各摩擦副的磨損率趨小的速度是不一樣的;在極限磨合期,各摩擦副的運行進入了不穩(wěn)定穩(wěn)定狀態(tài),摩擦副的磨損量與時間同樣時一個正變關(guān)系,但各摩擦副磨損率趨大。這些分析為我們通過分析潤滑油中的磨粒含量,做趨勢分析,進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷,提供了科學的依據(jù)。
            1.2 潤滑油磨粒含量的理論分析
            從以上的討論中,我們知道,摩擦副的磨損量與時間是一個正變的關(guān)系,在正常運行狀態(tài)下,它們成正比關(guān)系,按照機械潤滑理論,在磨粒溶入潤滑油和磨粒沉降達到平衡時,并且,保持機械設備內(nèi)潤滑油的總量一定,潤滑油中的磨粒含量與時間的關(guān)系也符合磨損量與時間的關(guān)系。換句話說,潤滑油中的磨粒含量與時間成正變增加,在正常運行狀態(tài)下,呈正比關(guān)系,潤滑油中磨粒含量的變化率是一樣的。
            但在實際應用中,我們發(fā)現(xiàn)有時出現(xiàn)反常的情況,有時候,甚至于導致錯誤的結(jié)論,這主要和加油量的控制、取樣的時機和取樣的位置有關(guān)。
            因此,要做好潤滑油的磨粒含量分析,保持機械設備內(nèi)潤滑油的總量一定,嚴格遵守取樣取樣規(guī)范是非常重要的。
            2、磨粒元素含量反映機械運行狀態(tài)的機理
            2.1 機理
           由于機械設備的各個摩擦副在強度、剛度、耐磨性等方面的要求不同,它們對組成材料的要求也有差別,元素構(gòu)成也就不一樣。因此,當某一種或多種磨損元素的含量出現(xiàn)異常時,它必然反映了含有這些元素的一個或多個摩擦副磨損異常。這為我們定位某摩擦副的磨損狀態(tài)和故障診斷分析提供了分析基礎。
            2.2 磨粒及污染微粒主要來源(見表1)
            對于不同設備而言,磨粒元素可能有一定的差別,在進行分析時,一定要了解設備的實際情況。
                                                     表1       主要磨粒的來源
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    元素種類

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