機(jī)械磨損的元素含量分析方法在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用
[摘要] 本文通過對(duì)機(jī)械磨損機(jī)理的分析，研究了幾種機(jī)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(cè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過研究分析，提出了科學(xué)地取樣方式，解決了機(jī)械設(shè)備加油不定時(shí)、不定量、不能定時(shí)換油以及各磨損階段特征不同等帶來的問題，并在實(shí)際工作中的得到了應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞] 狀態(tài)監(jiān)測(cè) 故障診斷 取樣方法 元素絕對(duì)含量 元素相對(duì)含量 元素含量變化率 為了提高設(shè)備的可利用率，降低維修費(fèi)用,各種狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)逐步得到了應(yīng)用。設(shè)備維修體系相應(yīng)經(jīng)歷事后維修、預(yù)防性維修，發(fā)展到以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基準(zhǔn)的預(yù)測(cè)性維修。油樣直接與機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)部件相關(guān)，因此，它可以更加直接、客觀地反映機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況。在狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷上，油夜分析已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
機(jī)械磨損是機(jī)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(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。目前，對(duì)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(jìn)行粗略地定量分析，分析磨粒較大。光譜分析可以對(duì)潤滑油（脂）的微量元素進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。顯然，對(duì)于機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的早期預(yù)報(bào)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(yīng)用于大型機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷上。
1、機(jī)械磨損規(guī)律及潤滑油磨粒含量的理論分析
1.1 機(jī)械磨損規(guī)律及其分析
存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)，就會(huì)有摩擦，摩擦一定產(chǎn)生磨損，磨損遵從三個(gè)定律：即體積磨損量與摩擦副相對(duì)滑動(dòng)的距離成正比；與法向載荷成正比；與屈服強(qiáng)度或硬度成反比。機(jī)械理論和試驗(yàn)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(gè)數(shù)量級(jí)，而磨損率可以相差3個(gè)數(shù)量級(jí)，這就是說，摩擦因數(shù)的變化是很小的，導(dǎo)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(jī)械設(shè)備的磨損一般分為三個(gè)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(dǎo)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(yùn)行，磨損到達(dá)一定的量時(shí)，進(jìn)入極限磨損階段，磨損量急劇增大。
從以上分析可以得知，對(duì)于一臺(tái)設(shè)備而言，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，法向載荷趨于穩(wěn)定，摩擦副機(jī)械磨損量和時(shí)間是一個(gè)正比變化的關(guān)系；在磨合期，各摩擦副的運(yùn)行未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，各摩擦副的磨損量與時(shí)間是一個(gè)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(yùn)行進(jìn)入了不穩(wěn)定穩(wěn)定狀態(tài)，摩擦副的磨損量與時(shí)間同樣時(shí)一個(gè)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(shì)分析，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，提供了科學(xué)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(shí)間是一個(gè)正變的關(guān)系，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，它們成正比關(guān)系，按照機(jī)械潤滑理論，在磨粒溶入潤滑油和磨粒沉降達(dá)到平衡時(shí)，并且，保持機(jī)械設(shè)備內(nèi)潤滑油的總量一定，潤滑油中的磨粒含量與時(shí)間的關(guān)系也符合磨損量與時(shí)間的關(guān)系。換句話說，潤滑油中的磨粒含量與時(shí)間成正變?cè)黾樱谡＿\(yùn)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(shí)際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)出現(xiàn)反常的情況，有時(shí)候，甚至于導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論，這主要和加油量的控制、取樣的時(shí)機(jī)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(jī)械設(shè)備內(nèi)潤滑油的總量一定，嚴(yán)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(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的機(jī)理
2.1 機(jī)理
由于機(jī)械設(shè)備的各個(gè)摩擦副在強(qiáng)度、剛度、耐磨性等方面的要求不同，它們對(duì)組成材料的要求也有差別，元素構(gòu)成也就不一樣。因此，當(dāng)某一種或多種磨損元素的含量出現(xiàn)異常時(shí)，它必然反映了含有這些元素的一個(gè)或多個(gè)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(chǔ)。
2.2 磨粒及污染微粒主要來源（見表1）
對(duì)于不同設(shè)備而言，磨粒元素可能有一定的差別，在進(jìn)行分析時(shí)，一定要了解設(shè)備的實(shí)際情況。
表1 主要磨粒的來源