設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)第9章-液壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷

1、2021-7-261第九章第九章 液壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷液壓設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷 n有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，液壓設(shè)備故障約占整個(gè)設(shè)備總故障的30%左右。除了一般機(jī)械設(shè)備的共同點(diǎn)外，液壓設(shè)備還有其自身的特點(diǎn)，例如油液分析就是液壓設(shè)備中一個(gè)重要而特殊的診斷參數(shù)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：n要求要求了解液壓設(shè)備的失效分析；n掌握掌握液壓設(shè)備故障診斷方法；n熟悉熟悉油液污染分析方法（重點(diǎn)講解鐵譜分析法）。2021-7-262第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 一、失效與失效判據(jù)一、失效與失效判據(jù)n不同的產(chǎn)品有不同的失效判據(jù)，相同的產(chǎn)品不同的用途，失效判據(jù)也不同。軍品和民品的判別準(zhǔn)則顯然有差別。n總之總之

2、，要按用戶、生產(chǎn)廠和業(yè)務(wù)主管部門的具體要求來制定。液壓產(chǎn)品通常以某些技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)和性能參數(shù)性能參數(shù)為指標(biāo)來衡量是否失效。 失效的性質(zhì)和原因失效的性質(zhì)和原因失效百分比（失效百分比（%）A發(fā)生原因發(fā)生原因 設(shè)計(jì)性失效 生產(chǎn)性失效 運(yùn)行性失效205030B參數(shù)變化性質(zhì)參數(shù)變化性質(zhì) 漸發(fā)失效 突發(fā)失效6040C表現(xiàn)特征表現(xiàn)特征 不密封 參數(shù)不符合規(guī)定要求 喪失功能 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性被破壞 動(dòng)力元件損壞4515151015D元件失效元件失效 管路和軟管 換向閥 控制元件 輔件 動(dòng)力元件3520102510表表9-1 液壓設(shè)備各類失效比液壓設(shè)備各類失效比 2021-7-263 軸向柱塞泵軸向柱塞泵u容積效率

3、下降到低于出廠合格指標(biāo)的5%；u主要滑動(dòng)磨擦副（柱塞-缸體，缸體-配油盤，滑靴-斜盤）表面出現(xiàn)粘銅、燒蝕或拉絲；u滾動(dòng)體出現(xiàn)疲勞剝蝕；u零部件出現(xiàn)斷裂、損壞；u變量機(jī)構(gòu)失靈或變量特性低于出廠合格指標(biāo)的10%；u有滴狀外漏。有滴狀外漏。 齒輪泵齒輪泵u容積效率下降到低于出廠合格指標(biāo)的5%；u齒輪端面等磨擦副表面出現(xiàn)拉絲、粘銅或燒蝕；u軸承處出現(xiàn)剝蝕或抱軸、咬死；u零部件出現(xiàn)斷裂、損壞；u有滴狀外漏。有滴狀外漏。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-264 液壓缸液壓缸u(yù)有滴狀外漏有滴狀外漏；u缸體（包括焊縫）出現(xiàn)裂紋；u緊固螺釘斷裂。 壓力控制閥壓力控制閥u壓力調(diào)節(jié)失

4、靈或有卡死現(xiàn)象；u導(dǎo)閥的顫振和嘯叫，控制壓力發(fā)生大的振擺；u零部件的異常磨損或斷裂；u技術(shù)性能指標(biāo)低于標(biāo)準(zhǔn)值的10%；u有滴狀外漏有滴狀外漏。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-265 方向控制閥方向控制閥u換向，復(fù)位（對(duì)中）時(shí)間超過標(biāo)準(zhǔn)值的10%；u內(nèi)泄漏量超過標(biāo)準(zhǔn)值的10%；u出現(xiàn)卡死、嘯叫或抖動(dòng)現(xiàn)象；u零部件的異常磨損或斷裂；u有滴狀外漏。有滴狀外漏。n此外，異常的噪聲異常的噪聲和溫升溫升，也常是液壓件失效判據(jù)的主要內(nèi)容。失效判據(jù)應(yīng)根據(jù)具體情況合理確定。n進(jìn)行液壓設(shè)備的失效分析，還需要對(duì)失效進(jìn)行分級(jí)，一般可分為四級(jí)四級(jí)：造成重大生命財(cái)產(chǎn)損失；影響重大功能完成

5、；：造成重大生命財(cái)產(chǎn)損失；影響重大功能完成；造成系統(tǒng)運(yùn)行有效性的降低；造成過多的非計(jì)劃維護(hù)。造成系統(tǒng)運(yùn)行有效性的降低；造成過多的非計(jì)劃維護(hù)。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-266二、失效模式與失效機(jī)理二、失效模式與失效機(jī)理液壓件常見的失效模式失效模式可歸納如下： 軸向柱塞泵和馬達(dá)軸向柱塞泵和馬達(dá)u配流盤缸體摩擦副嚴(yán)重磨損或燒傷；u滑靴斜盤摩擦副嚴(yán)重磨損或燒傷；u柱塞缸孔摩擦副嚴(yán)重磨損或咬死；u軸承磨損或剝蝕；u柱塞球頭的頸部斷裂；u滑靴變形、脫靴或斷裂；u缸體開裂（特別在配油槽處）；u變量機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)失靈；u密封處漏油。密封處漏油。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析

6、液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-267 齒輪泵和馬達(dá)齒輪泵和馬達(dá)u齒輪嚴(yán)重磨損；u齒輪齒牙斷裂；u齒輪變形；u側(cè)板嚴(yán)重磨損；u軸承嚴(yán)重磨損或燒傷；u密封處漏油。密封處漏油。 葉片泵和馬達(dá)葉片泵和馬達(dá)u葉片頂部與定子間的嚴(yán)重磨損或燒傷；u葉片與葉片槽間的嚴(yán)重磨損或燒傷；u配流盤與側(cè)板間的嚴(yán)重磨損或燒傷；u葉片斷裂；u軸承磨損或剝蝕；u密封處漏油。密封處漏油。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-268 低速大扭矩馬達(dá)低速大扭矩馬達(dá)u滾輪或鋼球與導(dǎo)軌間的嚴(yán)重磨損或剝蝕（內(nèi)曲線式）；u連桿滑塊與曲軸間的嚴(yán)重磨損或燒傷（曲軸連桿式）；u配流軸與配流套間的嚴(yán)重磨損或燒傷（軸

7、配流式）；u配流盤與轉(zhuǎn)子間的嚴(yán)重磨損或燒傷（端面配流式）；u軸承磨損或剝蝕；u密封處漏油。密封處漏油。 液壓缸液壓缸u(yù)缸體裂紋；u螺釘斷裂；u活塞桿磨損、銹蝕；u密封環(huán)損壞；u密封處漏油。密封處漏油。 液壓閥液壓閥u閥芯卡死；u節(jié)流孔口堵塞；u彈簧形變或斷裂；u壓力閥導(dǎo)閥芯的顫振和嘯叫；u錐閥芯與閥座的嚴(yán)重磨損或剝蝕；u電磁鐵吸力不足或線圈燒壞；u密封處漏油。密封處漏油。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-269 機(jī)械零部件（包括液壓元件）所發(fā)生失效的最基本機(jī)理失效的最基本機(jī)理，有如下幾種：形變或應(yīng)力斷裂，腐蝕，磨損，沖擊斷裂，疲勞，熱應(yīng)力與熱形變或應(yīng)力斷裂，腐蝕

8、，磨損，沖擊斷裂，疲勞，熱應(yīng)力與熱變形變形。對(duì)于液壓元件液壓元件來說，上述六種失效機(jī)理中，最主要的是磨損磨損和疲勞失效疲勞失效。 液壓元件中存在著許多摩擦副摩擦副，例如例如軸向柱塞泵中的斜盤與滑靴，柱塞與缸孔，配流盤與缸體，葉片泵中的定子環(huán)與葉片，齒輪泵中的齒輪與殼體，換向閥中的閥芯和閥套等等。凡是兩個(gè)相互接觸的物體，在載荷作用下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就必然存在著摩擦磨損摩擦磨損。因此對(duì)磨損機(jī)理的研究，隨著產(chǎn)品向高速、高載、自動(dòng)化發(fā)展，就顯得愈來愈重要。近年來，一門新學(xué)科一門新學(xué)科摩擦磨損潤(rùn)滑學(xué)（簡(jiǎn)稱摩擦學(xué)）摩擦磨損潤(rùn)滑學(xué)（簡(jiǎn)稱摩擦學(xué)）有了很大的發(fā)展。n磨損磨損的定義的定義，一般可認(rèn)為是：，一般可認(rèn)為是

9、：“兩個(gè)相互接觸的物體產(chǎn)生兩個(gè)相互接觸的物體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦摩擦?xí)r，由于對(duì)接觸表面施加壓力的結(jié)果，使接觸表面的部分材料從時(shí)，由于對(duì)接觸表面施加壓力的結(jié)果，使接觸表面的部分材料從表面上脫落或產(chǎn)生位移，形成材料破壞。表面上脫落或產(chǎn)生位移，形成材料破壞。”按照磨損機(jī)理，磨損可分為磨粒磨損、粘著磨損、接觸疲勞磨損、腐蝕磨損和微動(dòng)磨損。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-2610磨粒磨損磨粒磨損 硬的顆粒或突起物在摩擦過程中，由于力的作用，使所接觸的表面的部分材料產(chǎn)生脫落或位移。磨粒磨損還可分為兩體磨損、三體磨損和沖刷磨損。粘著磨損粘著磨損 兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面相

10、互壓緊時(shí)，表面上的凸起點(diǎn)產(chǎn)生金屬與金屬的點(diǎn)接觸。接觸疲勞磨損接觸疲勞磨損 由于交變載荷的作用，在元件接觸表面產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，而使材料間的聚合力喪失。腐蝕磨損腐蝕磨損 腐蝕就是元件表面原子同周圍流體介質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)的過程，包括由電化學(xué)勢(shì)能電化學(xué)勢(shì)能和流體流動(dòng)勢(shì)能流體流動(dòng)勢(shì)能，以及對(duì)表面直接的化學(xué)侵襲所激起的各種反應(yīng)。微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 由于機(jī)械振動(dòng)而引起兩接觸表面間的低幅振動(dòng)，例如軸孔配合面、螺栓聯(lián)接處等位置，這種表面間的微量振動(dòng)微量振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生微動(dòng)磨損。第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-2611n疲勞失效疲勞失效是液壓元件的又一主要失效機(jī)理，由液壓元件的工作

11、載荷可以看出，大多數(shù)液壓元件都承受交變載荷交變載荷，例如，軸向柱塞泵的傳動(dòng)軸、柱塞球頭頸部、柱塞、缸體、軸承；齒輪泵的傳動(dòng)軸、齒輪嚙合面、軸承；液壓閥的彈簧、電磁鐵導(dǎo)磁套、頂桿、閥芯、閥座等。而且隨著液壓元件向高壓、小型化發(fā)展，其應(yīng)力水平越來越高，疲勞失效的診斷也就越來越突出。n疲勞疲勞的定義的定義可以認(rèn)為是材料在可以認(rèn)為是材料在交變應(yīng)力交變應(yīng)力或或應(yīng)變循環(huán)應(yīng)變循環(huán)作用下，逐漸作用下，逐漸產(chǎn)生帶有選擇性的產(chǎn)生帶有選擇性的累積損傷累積損傷，經(jīng)過一段時(shí)間后，發(fā)生帶有，經(jīng)過一段時(shí)間后，發(fā)生帶有局部特局部特征的斷裂現(xiàn)象征的斷裂現(xiàn)象。疲勞過程包括。疲勞過程包括裂紋產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展擴(kuò)展和和最終瞬時(shí)斷裂最

12、終瞬時(shí)斷裂三三個(gè)階段。個(gè)階段。n疲勞失效一般呈現(xiàn)為突發(fā)性突發(fā)性失效，因此，對(duì)它的事前監(jiān)控就比較困難。常用間接的方法間接的方法，如監(jiān)測(cè)其載荷的變化來達(dá)到控制的目的第一節(jié)第一節(jié) 液壓設(shè)備的失效分析液壓設(shè)備的失效分析 2021-7-2612第二節(jié)第二節(jié) 液壓設(shè)備故障診斷方法液壓設(shè)備故障診斷方法 v 1 2 3 t 一、功能診斷法一、功能診斷法n液壓設(shè)備是個(gè)完整的系統(tǒng)，有其輸入?yún)?shù)和其相應(yīng)的輸出參數(shù)。根據(jù)根據(jù)輸輸出參數(shù)出參數(shù)的變化規(guī)律，可以判斷設(shè)備狀態(tài)的好壞，從而對(duì)設(shè)備做出診斷。的變化規(guī)律，可以判斷設(shè)備狀態(tài)的好壞，從而對(duì)設(shè)備做出診斷。液壓設(shè)備的輸出參數(shù)主要有：油液壓力油液壓力、流量流量、容積效率容積效

13、率。例如液壓系統(tǒng)的壓力低于低于某額定值或出現(xiàn)劇烈波動(dòng)時(shí)，就意味著意味著油液通道阻塞或內(nèi)泄漏等故障。n液壓設(shè)備的工況在發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過渡工過渡工況況，即形成過渡過程過渡過程。例如例如換向閥換向、液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)。通過檢測(cè)分析過渡過程的特點(diǎn)，可以確定液壓設(shè)備各組成部分的技術(shù)狀態(tài)。n圖9-1所示是某工廠液壓缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度時(shí)間過渡過程。其中曲線1是正常特性曲線正常特性曲線。若特性曲線偏離曲線1，則表明液壓缸發(fā)生故障。曲線2就表示節(jié)流口節(jié)流口和換向環(huán)節(jié)換向環(huán)節(jié)故障，曲線3則表示密封件密封件損壞。圖圖9-1 某液壓缸的速度某液壓缸的速度時(shí)間過渡過程時(shí)間過渡過程 2021-7-2613二、振動(dòng)診斷法二、

14、振動(dòng)診斷法n振動(dòng)診斷法是目前應(yīng)用得最普遍，發(fā)展得比較成熟的一種診斷方法。液壓系統(tǒng)中發(fā)生的液壓系統(tǒng)中發(fā)生的振動(dòng)過程振動(dòng)過程包含著十分豐富的信息，包含著十分豐富的信息，相當(dāng)充分地反映了液壓相當(dāng)充分地反映了液壓元部件元部件和和整個(gè)設(shè)備整個(gè)設(shè)備的的技術(shù)狀態(tài)技術(shù)狀態(tài)。（a）正常泵（b）軸承有故障泵圖圖9-2 正常泵與異常泵的振幅頻譜（片段）比較正常泵與異常泵的振幅頻譜（片段）比較n圖9-2所示為一臺(tái)正常齒輪泵和一臺(tái)軸承有故障的泵的振幅振幅頻譜的片段頻譜的片段。從波形圖上可以看到，正常泵的振動(dòng)譜的主要分量是齒輪齒的嚙合諧波嚙合諧波，而支承軸承滾道上的故障引起的諧波諧波與泵轉(zhuǎn)速一致且振幅也較大。第二節(jié)第二節(jié)

15、 液壓設(shè)備故障診斷方法液壓設(shè)備故障診斷方法 2021-7-2614三、聲學(xué)診斷法三、聲學(xué)診斷法聲學(xué)診斷法主要包括噪聲診斷噪聲診斷和聲發(fā)射診斷聲發(fā)射診斷。n研究噪聲的聲源、機(jī)理、特征及其頻率組成，就可以對(duì)設(shè)備研究噪聲的聲源、機(jī)理、特征及其頻率組成，就可以對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷。的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷。液壓設(shè)備中的流體噪聲流體噪聲FBN（Fluid Borne Noise）和結(jié)構(gòu)噪聲結(jié)構(gòu)噪聲SBN（Structure Borne Noise）,最終反映為空氣噪聲空氣噪聲ABN（Air Borne Noise）傳入人耳。液壓系統(tǒng)中的氣蝕、水錘、換向沖擊、配油吸空、齒輪嚙合、配合間隙、管道磨擦、密封

16、不良等等都會(huì)產(chǎn)生流體噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲，因此，液壓設(shè)備的噪聲頻帶很寬液壓設(shè)備的噪聲頻帶很寬。n噪聲的測(cè)量結(jié)果會(huì)受到受到外界條件的影響，如環(huán)境、測(cè)量場(chǎng)所的規(guī)模、消音能力、空氣濕度、其他設(shè)備等。由于信噪比比信噪比比較低較低，因此一般很少很少直接用噪聲的聲強(qiáng)或聲壓來表征診斷對(duì)象的技術(shù)狀態(tài)。第二節(jié)第二節(jié) 液壓設(shè)備故障診斷方法液壓設(shè)備故障診斷方法 2021-7-2615n聲發(fā)射技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展起來的一種診斷方法，它具聲發(fā)射技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展起來的一種診斷方法，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，已成為一種有許多優(yōu)點(diǎn)，已成為一種快速快速、動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)、靈敏靈敏、整體性的、整體性的無損無損檢測(cè)檢測(cè)手段。手段。聲發(fā)射的頻率范

17、圍很寬廣，利用高頻超聲高頻超聲來檢測(cè)聲發(fā)射，大大減低減低了周圍環(huán)境機(jī)械噪聲的干擾。國(guó)外有些學(xué)者專門研究了用聲發(fā)射技術(shù)來檢測(cè)液壓系統(tǒng)中的泄漏。n液壓設(shè)備應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行故障診斷還剛剛起步，困難之處在于液壓系統(tǒng)本身存在著高頻流體噪聲，因而淹沒了淹沒了聲發(fā)射信號(hào)。第二節(jié)第二節(jié) 液壓設(shè)備故障診斷方法液壓設(shè)備故障診斷方法 2021-7-2616四、參量診斷法四、參量診斷法n參量診斷法是指檢測(cè)液壓系統(tǒng)中的參量診斷法是指檢測(cè)液壓系統(tǒng)中的某些參數(shù)某些參數(shù)來診斷設(shè)備的工來診斷設(shè)備的工作狀態(tài)作狀態(tài)，如油液溫度、油液污染度、油缸位移、液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速等。液壓設(shè)備故障診斷中常用的診斷參數(shù)常用的診斷參數(shù)有：振動(dòng)、噪聲、壓

18、力、流量、油液污染度、容積效率、泄漏量、油液溫度、聲發(fā)射、磨擦副電阻、油液綜合體積彈性模量等。n壓力壓力與與流量流量是兩個(gè)反映設(shè)備工作特性的最基本的參數(shù)。是兩個(gè)反映設(shè)備工作特性的最基本的參數(shù)。只要測(cè)試的壓力、流量值與設(shè)備正常工況值不相符，就可判定液壓設(shè)備發(fā)生了故障。第二節(jié)第二節(jié) 液壓設(shè)備故障診斷方法液壓設(shè)備故障診斷方法 2021-7-2617n油液是液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，它既起到油液是液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，它既起到傳遞動(dòng)力傳遞動(dòng)力的作用，又的作用，又起到起到潤(rùn)滑元部件潤(rùn)滑元部件的作用，是液壓系統(tǒng)（設(shè)備）中不可缺少的的作用，是液壓系統(tǒng)（設(shè)備）中不可缺少的工作介質(zhì)，它就像人體中的血液一樣重要。工作介質(zhì)

19、，它就像人體中的血液一樣重要。污染的油液將使液壓元件的磨損劇增，而元件的磨損又反過來進(jìn)一步增加油液的污染。國(guó)外資料曾統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為液壓系統(tǒng)的故障70%是由于油液污染所引起的。n溫度溫度監(jiān)測(cè)只作為液壓設(shè)備故障診斷中的輔助監(jiān)測(cè)量輔助監(jiān)測(cè)量。其他一些參量診斷，如轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、位移位移、扭矩扭矩等，都可按照設(shè)備的具體要求、條件、實(shí)際情況來確定。n液壓設(shè)備故障診斷時(shí)，常常需要幾種方法同時(shí)應(yīng)用幾種方法同時(shí)應(yīng)用，就像人人體診斷體診斷時(shí)既需要聽診聽診、測(cè)脈搏測(cè)脈搏，又需要量血壓量血壓、化驗(yàn)血液化驗(yàn)血液、化驗(yàn)排泄物化驗(yàn)排泄物等。第二節(jié)第二節(jié) 液壓設(shè)備故障診斷方法液壓設(shè)備故障診斷方法 2021-7-2618第三節(jié)第三節(jié)

20、油液污染分析油液污染分析 一、油液診斷方法概述一、油液診斷方法概述油液分析包括油液分析包括兩大內(nèi)容兩大內(nèi)容：n一是油液本身的一是油液本身的物理化學(xué)性能物理化學(xué)性能分析。分析。例如油的粘度、酸值、油性、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、抗氧化穩(wěn)定性、防銹性等。其中粘度粘度和酸值酸值對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行尤為重要。粘度粘度是影響油液流動(dòng)的主要物理性質(zhì)，又是又是決定運(yùn)動(dòng)件表面油膜厚度的主要因素，而酸值酸值反映了油液對(duì)設(shè)備的腐蝕性，也是也是油液變質(zhì)的主要標(biāo)志；n二是油液的二是油液的污染分析污染分析。油液中的污染物污染物很多，一般定義為：外來的或生成的，不需要存在于油液中的，對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能、壽命和可靠性有害的物質(zhì)物質(zhì)或能量能量

21、。污染物質(zhì)污染物質(zhì)指固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)的無機(jī)物或有機(jī)物（微生物）。污染能量污染能量指熱能、靜電荷、磁場(chǎng)、放射線等。2021-7-2619第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 n污染物質(zhì)有磨粒、灰塵、水氣、空氣、微生物等，其中出現(xiàn)得最經(jīng)常、數(shù)量最大、危害最嚴(yán)重的是固體顆粒固體顆粒污染物。液壓油液中的固體顆粒主要是指磨粒磨粒，除了部分屬于外界侵入外（如灰塵、鑄件砂粒），主要來源于主要來源于液壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的磨擦磨損、機(jī)械沖擊、表面疲勞、腐蝕、流體動(dòng)力、化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)等。n小小的磨粒（從幾個(gè)微米到幾百微米）是液壓設(shè)備故障診斷的重要信息源，其數(shù)量、成分、尺寸、形狀、分布反映了不同磨損失效類型和故障特征

22、?？梢姡鸵褐械挠鸵褐械墓腆w顆粒固體顆粒反映了液壓系統(tǒng)反映了液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)的工作狀態(tài)。 2021-7-2620 油液診斷方法的基本步驟為采樣采樣、檢測(cè)檢測(cè)、診斷診斷、預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)和處理處理。n所謂采樣采樣，就是采集能正確反映當(dāng)前液壓設(shè)備中元、部件運(yùn)行狀態(tài)的、有代表性的油樣；n所謂檢測(cè)檢測(cè)，就是對(duì)油樣進(jìn)行分析，測(cè)定油樣中磨屑的數(shù)量、大小及成份等n所謂診斷診斷，就是初步回答設(shè)備的磨損狀態(tài)屬于正常還是異常，如果是異常磨損還要確定哪些元、部件磨損和何種磨損類型； 油樣分析檢測(cè)方法 在線分析法 油樣分析法光學(xué)法 電學(xué)法 其它方法 光譜分析法 鐵譜分析法簡(jiǎn) 精 電 電 電 磁 過 顆 原 原 分 X 在

23、旋 直 分易 密 導(dǎo) 感 容 塞 濾 粒 子 子 度 射 線 轉(zhuǎn) 接 析法 法 法 法 法 法 法 記 吸 發(fā) 光 線 式 式 式 式 數(shù) 收 射 度 熒 鐵 鐵 鐵 鐵 法 光 光 計(jì) 光 譜 譜 譜 譜 譜 譜 法 法 儀 儀 儀 儀 法 法圖圖9-3 油樣分析監(jiān)測(cè)方法匯總圖油樣分析監(jiān)測(cè)方法匯總圖 n所謂預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)，就是估計(jì)處于異常磨損狀態(tài)的設(shè)備元、部件的剩余壽命和今后可能發(fā)生的磨損類型；n所謂處理處理，就是根據(jù)預(yù)測(cè)的情況確定維修方式、時(shí)間和部位。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2621 在上述油樣分析監(jiān)測(cè)方法中，主要是光譜分析光譜分析與鐵譜分析鐵譜分析兩大類。目前，常

24、用的有油液光譜分析法油液光譜分析法、油液鐵譜分析法油液鐵譜分析法和磁塞檢查法磁塞檢查法等，近幾年又出現(xiàn)了油液能譜分析法油液能譜分析法。n油液光譜分析法油液光譜分析法是指用原子吸收或原子發(fā)散光譜分析油液中磨屑的成分和含量，判斷判斷磨損的零件和磨損的嚴(yán)重程度的方法。該方法對(duì)有色金屬比較適用。n油液鐵譜分析法油液鐵譜分析法是指將油液按一定的操作步驟稀釋在玻璃試管或玻璃片上，使之通過一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)。在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，不同大小的磨屑所能通過的距離不一樣，根據(jù)油樣中磨屑沉淀情況磨屑沉淀情況便可判斷設(shè)備元、部件磨損和程度。n磁塞檢查法磁塞檢查法是指用帶有磁性的塞頭插入液壓設(shè)備的管道內(nèi)，收集油液中的磨屑，用肉眼直

25、接觀察磨屑的含量、大小及形狀，判斷設(shè)備元、部件的磨損狀況。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2622圖圖9-4 各種油樣分析技術(shù)的適應(yīng)范圍各種油樣分析技術(shù)的適應(yīng)范圍 注：注：其實(shí)液壓設(shè)備油液污染分析可以擴(kuò)大到所有設(shè)備的潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)。設(shè)備的潤(rùn)滑狀態(tài)直接影響直接影響到設(shè)備的使用壽命、動(dòng)力消耗以及故障的程度和頻度，因此必須對(duì)設(shè)備潤(rùn)滑進(jìn)行有效的控制，這里潤(rùn)滑潤(rùn)滑油液分析油液分析就顯得尤為重要，需要大力推廣普及。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2623二、幾種常用油液污染顆粒測(cè)定方法簡(jiǎn)介二、幾種常用油液污染顆粒測(cè)定方法簡(jiǎn)介1顆粒濃度法顆粒濃度法：是一種對(duì)液體

26、中顆粒進(jìn)行宏觀統(tǒng)計(jì)的測(cè)定方法。這類方法只給出全部顆粒的整體數(shù)量概念，而不是對(duì)單個(gè)顆粒進(jìn)行測(cè)定。2淤積指數(shù)法淤積指數(shù)法：其原理是以污染的油液通過濾膜濾膜，由于污染顆粒滯留于膜上，使一部分膜上的過濾微孔被堵塞。這樣就減慢了過濾速度，以專門的裝置，使油液在一定的壓力下，將規(guī)定了的三個(gè)不同容積的液量通過濾膜濾膜，測(cè)定相應(yīng)的流過時(shí)間t1，t2，t3，則淤積指數(shù)S為 S=（t3-2t2）/t1 （9-1） 此法可用來測(cè)定5m以下的顆粒數(shù)量或膠質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-26243顯微鏡顆粒計(jì)數(shù)法顯微鏡顆粒計(jì)數(shù)法：顯微鏡法在一般情況下是廣泛采用的方法，但由于光學(xué)現(xiàn)象的人

27、的因素的影響，測(cè)量精度較低，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。4自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法：此法是利用液體中的顆粒對(duì)光的消光、遮光作用（對(duì)不透明顆粒）或散射作用（對(duì)透明顆粒）的原理。5光譜分析法光譜分析法：光譜分析法的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)在于分析速度快，自動(dòng)化程度高，定量準(zhǔn)確又可進(jìn)行多元素分析。但由于受工作原理上的限制，它只能只能得到磨損元素的含量、成份而不能而不能得到它們的存在方式（如形狀、尺寸大小等）方面的信息。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2625三、鐵譜分析法三、鐵譜分析法鐵譜分析法是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的十分有效的一種油液分析方法。1工作原理工作原理圖9-5所示為鐵譜分析儀工作原理，圖9

28、-6為其磁場(chǎng)裝置示意。圖圖9-5 鐵譜分析儀原理圖鐵譜分析儀原理圖1油樣 2微量泵 3特種膠管 4玻璃基片5導(dǎo)流管 6儲(chǔ)油杯 7磁場(chǎng)裝置 8支架圖圖9-6 磁場(chǎng)裝置簡(jiǎn)圖磁場(chǎng)裝置簡(jiǎn)圖 第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2626n液壓系統(tǒng)的油樣由微量泵吸入，然后然后輸出至呈一定角度傾斜的玻璃滑片上?；掠懈咛荻鹊拇艌?chǎng)裝置。在油液緩慢下流的過程中，油液中的可磁化顆粒在磁場(chǎng)的作用下沉積在滑片上。根據(jù)根據(jù)Stokes定律：定律：大顆粒及重顆粒先沉積，小顆粒及輕顆粒后沉積，然后是非鐵磁性顆粒在重力作用下沉積。這樣這樣，顆粒在滑片上按大小和重量有規(guī)律地排列分布?；?jīng)清洗殘油和固定顆粒

29、的處理后，制成鐵譜基片。n應(yīng)用鐵譜顯微鏡，對(duì)基片上沉積的顆粒進(jìn)行尺寸、形態(tài)、成份、數(shù)量等定量的觀察和分析，并由此判斷判斷設(shè)備的摩擦磨損狀態(tài)與故障情況。 第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2627 實(shí)驗(yàn)表明，較大尺寸的顆粒（5m）一般沉積在基片上端液流入口處（距下端出口處約5456mm處），而較小的亞微米顆粒（1m）一般沉積在距液流出口處約30mm以下的區(qū)域，其排列分布見圖9-7及表9-2。譜片上距出口端距離（譜片上距出口端距離（mm） 圖圖9-7 鐵譜基片上顆粒尺寸分布示意圖鐵譜基片上顆粒尺寸分布示意圖 表表9-2 譜片上不同位置沉積的顆粒尺寸譜片上不同位置沉積的顆粒尺寸

30、位 置（距油樣出口端距離，mm）磨粒尺寸（m）5556（入口端）255012400.751.5300.51.0200.250.75100.10.5第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-26282油樣制備油樣制備油樣的制備是做好鐵譜分析的關(guān)鍵，因?yàn)槿邮欠裾_取樣是否正確，油樣油樣有無代表性有無代表性，必然影響到設(shè)備工況判斷的正確性。 油液取樣油液取樣n取樣可分為靜態(tài)取樣靜態(tài)取樣和動(dòng)態(tài)取樣動(dòng)態(tài)取樣兩種。靜態(tài)取樣是指從靜止的或接近靜止的液流系統(tǒng)部分取樣，一般是指油箱油箱中取樣。動(dòng)態(tài)取樣是指從流動(dòng)的液體中取樣，一般是指從液壓系統(tǒng)的回油管回油管路路上取樣。n由于顆粒的沉降作用，油箱中顆

31、粒的分布是不均勻的。因此在油箱中取樣時(shí)，取樣管應(yīng)插入油面高度一半以下的深度，同時(shí)盡可能地將取樣管始終固定在一個(gè)位置上取樣，以取得有代表性油樣。考慮到大顆粒先沉降，必要時(shí)可將取樣管接近油箱底部取樣，但需與箱底沉積物之間距離大于25mm，以避免吸入其它雜物。同時(shí)要避免在死角處取樣。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2629n對(duì)于循環(huán)液壓系統(tǒng)循環(huán)液壓系統(tǒng)，宜在回油管路上取樣，取樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在過濾器之前過濾器之前。同時(shí)，最好選擇在紊流斷面紊流斷面處。n取樣時(shí)間應(yīng)盡可能在液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行。處于管路取樣容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)于油箱取樣，有時(shí)需停機(jī)才行。此時(shí)應(yīng)在停機(jī)后盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)

32、行，一般不應(yīng)超過兩小時(shí)。n取樣的時(shí)間間隔取決于設(shè)備的性質(zhì)、使用情況以及設(shè)備工況取樣的時(shí)間間隔取決于設(shè)備的性質(zhì)、使用情況以及設(shè)備工況監(jiān)測(cè)的要求。監(jiān)測(cè)的要求。機(jī)械磨損一般有三個(gè)階段：跑合磨損階段、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段。在在穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段取樣間隔可稍長(zhǎng)些，取樣間隔可稍長(zhǎng)些，而在而在跑合和劇烈磨損階段跑合和劇烈磨損階段因磨損變化率大，所以取樣間隔應(yīng)因磨損變化率大，所以取樣間隔應(yīng)短些。短些。 油樣處理油樣處理n油樣必須經(jīng)過處理才能進(jìn)行鐵譜分析，處理主要是指加熱攪加熱攪拌拌和稀釋稀釋。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-26303顆粒識(shí)別顆粒識(shí)別n鐵譜分析技術(shù)就是根據(jù)油液中的鐵譜

33、分析技術(shù)就是根據(jù)油液中的顆粒的濃度、形態(tài)、成分、類型、顆粒的濃度、形態(tài)、成分、類型、大小、分布和材料大小、分布和材料等數(shù)據(jù)信息，分析判斷設(shè)備的等數(shù)據(jù)信息，分析判斷設(shè)備的磨損狀態(tài)、磨損部磨損狀態(tài)、磨損部位、磨損機(jī)理位、磨損機(jī)理，進(jìn)行，進(jìn)行故障診斷故障診斷。n不同的磨損機(jī)理磨損機(jī)理，在摩擦副表面會(huì)產(chǎn)生不同形態(tài)和尺寸的磨損微粒。根據(jù)微粒的形態(tài)、尺寸和產(chǎn)生方式的不同，大致可分為以下幾種主要類型： 正常摩擦磨損顆粒正常摩擦磨損顆粒n指在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，金屬表面在摩擦力周期性的反復(fù)作用下，兩摩擦表面上生成的剪切混合層由于疲勞而產(chǎn)生小片剝落，呈光滑表面的“鱗片鱗片”狀狀。這種正常摩擦磨損顆粒，其尺寸一般

34、在0.515m，或更小些，其厚度為0.151m。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2631 切削磨損顆粒切削磨損顆粒n其形狀象象切削加工時(shí)產(chǎn)生的切屑。主要是由于由于摩擦副中存在硬質(zhì)微凸刃道或外部進(jìn)入的硬質(zhì)磨粒，在摩擦過程中產(chǎn)生產(chǎn)生微切削而形成。平均寬度為25m，長(zhǎng)度為25100m的切削顆粒為銳刃道在滑動(dòng)表面“切削”形成；厚度在0.25m，長(zhǎng)度為5m的切削顆粒為兩滑動(dòng)面間的磨粒雜物“切削”產(chǎn)生。若液壓系統(tǒng)中大的切削顆粒（如長(zhǎng)度大于50m）迅速增加，則表明摩擦副即將失效。 疲勞磨損顆粒疲勞磨損顆粒n是指運(yùn)動(dòng)副因接觸疲勞而產(chǎn)生的磨損顆粒，通常發(fā)生在滾動(dòng)軸承、齒輪傳動(dòng)中。尺寸在10

35、m左右，最大可達(dá)100m。其長(zhǎng)度與厚度之比為4：1到10：1。如果系統(tǒng)中大于10m的顆粒明顯增加，尺寸進(jìn)一步擴(kuò)大，這就表明表面小塊剝落由微觀轉(zhuǎn)為宏觀，這是失效的前兆。因此，可根據(jù)大于10m顆粒數(shù)的增長(zhǎng)速率來判斷零部件的磨損是否正常。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2632 嚴(yán)重滑動(dòng)磨損顆粒嚴(yán)重滑動(dòng)磨損顆粒n一般在20m以上。長(zhǎng)度與厚度之比約為10：1。顆粒表面常有劃痕，有直的棱邊，有整齊的刃口。磨損愈劇烈，其劃痕和直線刃口愈明顯。 有色金屬磨損顆粒有色金屬磨損顆粒n有色金屬磨損顆粒具有特有的金屬光澤，這是區(qū)別于其他磨損顆粒的重要標(biāo)志。注：注：液壓系統(tǒng)的油液中，除了鋼鐵磨損

36、顆粒、有色金屬磨損顆粒外，還有鐵氧化物、潤(rùn)滑油變質(zhì)產(chǎn)物、摩擦聚合物和外來污染顆粒（如泥沙、灰塵、煤屑、纖維物質(zhì)等）。這些都是需要給予正確的識(shí)別。第三節(jié)第三節(jié) 油液污染分析油液污染分析 2021-7-2633小小 結(jié)結(jié)n液壓設(shè)備是一種流體驅(qū)動(dòng)的裝置，是機(jī)械設(shè)備中的重要組成部分。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，液壓設(shè)備故障約占整個(gè)設(shè)備總故障的30%左右左右。n液壓元件最主要的失效機(jī)理是磨損磨損和疲勞疲勞。n目前，確定液壓設(shè)備狀態(tài)的常用方法有功能診斷法功能診斷法、振動(dòng)診斷法振動(dòng)診斷法、聲學(xué)診斷法聲學(xué)診斷法和參量診斷法參量診斷法等。n油液分析包括兩大內(nèi)容兩大內(nèi)容：一是油液本身的物理化學(xué)性能分析；二是油液的污染分析。n油液診斷方法的基本步驟為采樣采樣、檢測(cè)檢測(cè)、診斷診斷、預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)和處理處理。目前已經(jīng)使用或正在研究的油樣分析監(jiān)測(cè)方法包括油液光譜分析法油液光譜分析法、油油液鐵譜分析法液鐵譜分析法