12150发动机磨损分析与油液监测机理研究

性 、相 关性 和 统计 性 ，所 以 对具 体 的机 械设 备 ，经 过 长 时 间 的润 滑 油跟 踪 采样 可 以得 到各 磨损 元 素 随设 备 运 行 时间 的 变化 规律 。如 果某 一种 元 素在 以后 的测 量 中发 现其 不满 足 该元 素 的 历史 规律 或 发展 趋 势 ，则 可 判 断包 含该 元 素 的机 械 设备 零件 处 于 不正 常 的 磨损 状 态 ，再 经过 元 素 之间 的 相关 性分 析 进一 步 判 断出 异常 磨损 所 对应 的 零件 。 在 实际操 作 中 对 发 动 机的磨 损 通 常采 取 以 下监 测 策 略 ：通过 大 量 的光 谱 分析 数据 统 计 出各 磨损 元
（ ）轴瓦 ，轴 瓦是 １１０发 动机 的一 个 极 其 重 要润 滑 不 良而造 成 其烧 瓦 ，是 发 动机 的 大故 障之 一 。轴 瓦 常见 的损 坏 形 式有 划 伤 、疲 劳 、腐蚀 、烧 蚀 和 早期 磨 损 等 实 际工作 中的 磨损 情 况 是 比较 复 杂 的 ，以上 几种 磨 损 类 型往 往是 同 时存 在 ，而又相 互 影 响 的 。如 发动 机 汽 缸上 部 因腐 蚀 磨损 产 生 的颗粒 会 引 起汽 缸 套 中部 的磨 粒 磨损 ， 由于 磨粒 磨 损使 汽缸 套 和 活塞 环 的 磨损 更 加 严重 ，造 成 大 量的 漏 气破 坏 了正 常 的磨 损 ，又会
件 按 照 活塞 环磨 损 的 部位 可 分为 ：滑动 表 面 的磨 损
和 上 、下 端面 的磨 损 ；按照 活 塞环 磨 损 的类 型 有 ：正 常 磨损 、粘着 磨损 、磨 料磨 损 以及 腐蚀 磨 损 在实 际 工 作 中，这 些 磨损 类 型 有时 是 同时 出现 并 彼 此互 相 影 响 。活 塞环 的 磨损 主 要 取决 于 润滑 状态 ，而 表 示润 滑
线来 表 示 ，曲 线 可 分 解 为 三 个 阶段 ：１ ）磨 合 阶 段 ： 新设 备 、零 件 或 经过 大 修 以后 的设 备 在正 常 运行 以前
据 统计 ，磨 损 、断裂 和腐 蚀 是机 械零 件 失 效 的三 种形 式 ，其 中磨 损 失效 占 印 ～８ ％ 磨 损 是相 互 接触 ０ 的物 体在 相 对运 动 中表 层材 料 不 断损 伤 的过 程 ，它 是 伴随摩 擦 产生 的必 然结 果 。按 磨损 机 理来 分 ，磨 损 类 型一般 可 分 为 ：磨粒 磨 损 、粘着 磨 损 、表 面 疲劳 磨 损 和腐蚀 磨 损 等 ＝磨粒 磨 损是 由于 外界 硬颗 粒 或者 摩 擦 副表面 上 的硬 突 起物 在摩 擦 过 程 中引起 表 面材 料 剥 落 的现象 ，其 磨 损表 面 通 常有 刮伤 、淘槽 和 擦 痕 ；粘 着 磨 损是 当摩 擦 副 表面 相对 滑 动时 ，由 于粘 着效 应 引起 的粘着 结 点发 生 剪切 断 裂 ，被剪 切 的材 料 或 脱落 成 为 磨 屑或 由一个 物 体 的 表面 迁 移 到 另 一 个 物 体 的表 面 ， 粘 着磨 损 是油 液 分析 最 善于 检测 到 的磨 损 类 型 ；表 面 疲 劳磨 损 是 由于两 个 相互 滚 动或 者 滚动 兼 滑动 的 摩擦 表 面 ，在循 环 变化 的 接触 应力 作 用 下 ，由 于材 料 剥 落 形 成 凹坑 的现 象 ；腐蚀 磨 损 是在 摩擦 过 程 中 ，金属 与 周 围介质 发 生 化学 反应 而 产生 的 表 面损 伤 。机 械零 件 运 行过程 中的 磨损 形式 有 时是 以一种 为 主 ，有 时 是几 种形 式 同时 存 在 ，甚至 几 种形 式之 间 可 以相 互转 化 。
一
图 １ 磨 损 的三 个 阶段 （ 磨损 量 与时 间 的关 系 ）
２ １１ ０发动 机 主要 摩 擦副 磨 攒情 况 ２５
ｌｌｏ ２ ５ 发动机是 目前我军装备的 自 行火炮所采用 的主 要 动力来 源 ，其 结 构 复杂 。 该发 动 机 的主 要 摩擦
副有 活塞 组 （ 塞 、活 塞 环 、汽缸 套 ） 曲轴 组 和 凸 活 ， 轮 组 。各 主要 摩 擦 副 的磨 损情 况分 析 如 下 ：
引起 粘 着磨损 。 ３ 油 液 监测 技 术 的原 理
磨 损 的铁 谱 图象 库 ，当 发 动机 工作 时 ．对 采 集 的 油样 进 行 分析 后 经 过界 限 值判 别 ，即 根据 所 制 定 的 界限
值 ，分 别 判定 出 被检 测 油样 的主要 磨 损元 素 的 浓 度和
梯 度所 处 的范 围， 如果 所提 供 的信 息 不 足 以进 行 判断 （ 有 时浓 度 和梯 度 会得 出 相反 的 结论 ） 如 ，可 以 利用 模 糊 数 学 知 识 进 行 模 糊 综 台 评 判 。 时 ，利 用油 液 铁 谱 分 析 ， 同 判断发动机所处的磨损类 型， 从 而得 出 诊断 结 论 。 由于 光 谱 分析 数 据 来 自于 同 一 个 系 统 ， 它 们之 间必然 满 足 一 定 的数 学 关 系 ，所 以 ，可利 用 数 学 中 的 建 模 方 法 对 光 谱 数 据 进 行 建 模 ，分 析整 个 摩擦 学 系 统 的 磨 损 变化 趋 势 ，从 而对 系 统 的 故
Ｋ ＿州ｓ ０ ：Ｗｅｒ ｎ ｒ－ ｎ ａ ａ ｄＦｋｉ Ｏｉ ｎ ｌ ｌ ｅ ｌ ａ￣ Ａ ｙ
Ｆ ｕ ‘岫 ａ ｌＤ珥 ｔ
Ｆ ｉ －Ａ ａ ａ ａ ｕ ｎｌ ｓ ｈｅ ｙ
１ 机械 设 备的 磨损 分 类 和磨 损 问题 分析
验 和经 验 表 明 ，一般 零 件 的磨损 过程 ，可 由 图 １的 曲
２ ７
等 ，而且这些影响因素在机器实际运行 中是无法准确
测量 的 ，所 以对 磨 损 的定 量计 算 是 困难 的 。大 量 的实
２ 年 第 ６期 ∞１
维普资讯
（） 活 塞 环 的 磨 损 ，活 塞 环 是 发 动 机 的 易 损 部 １
粒 图 片中 将会 有 异 常磨 损 金属 颗粒 的出 现 一例 如在 实 际 中 常见 的 发 动 机 主轴 瓦烧 损 类 故 障 ，诊 断 该 类 故
卉册断 辊 晰 酐 料 鹿
／
／－
一
研究磨损的根本目的在于提高机器零部件的使用
寿命 ，节 约材 料 和 能源 的 消耗 。磨 损过 程 的 定量 计 算 也 是 一个 复杂 困难 的问 题 。各 国研 究 工作 者 为定 量 研 究 磨损 提 出 了许 多数 学 表达 式 ，这 些 表达 式 都 是从 磨 损 理 论 出发 通过 实验 分 析 得到 的结 果 ，并 且 也 只适 用 于某 种具 体情 况 ，对 于 实 际运行 的机 器来 说 ， 由于 影 响机 器零 件磨 损 的 因素很 多 ，如 载 荷 、温 度 以及 速度
Ｚｈ ｎ ｅ “ Ｒ ｎ Ｇｕ ｑ ａ Ｗ Ｙｏ ｍｉ ａ ０ Ｐ ｉｎ ｅ ｏ ｕｎ ｕ ｎ
（ ｄ ａｃ ｜ 击 ｃ （ 玎ｒｅＢ 料 ｈ Ｉ
Ａｂ ： Ｉ ｎＭｉ ｉ ｅ ， ｓｐｐ ｒ ｌ ｐ ｂｅ ０ １ ５ ｏ ｒ ｌｍ ｆ ２１ｏ 惜 ｉ 出 ｓ
．ｓｉ ｕ ＯＯ Ｏ ） ｈ ５Ｏ３
障 ，主 要是 根 据 机 油 中 ｃ 、Ｐ ，特 别 是 Ｐ 素 的 增 ｕ ｂ ｂ元 长 情况 来 判 断 ；活 塞 拉 缸 是 由 于 活 塞 销 窜 出 造 成 拉 缸 ，主 要分 析 油液 中铝 元素 和铁 元 素 的变 化 情况 ： ４ 磨 损 问题监 测 策 略 从 前 面的 分析 可 以 知道 ， 当发 动机 处 于稳 态 磨损 阶段 时 ，油 液 中 的磨 损颗 粒 光谱 分析 结 果 是 随机 械设 备 的运 行时 间 大致 成 线性 变 化 的 ，呈现 出 一定 的规 律 性 一当 发动 机零 件 处 于异 常 磨损 阶段 时 ，光 谱 分 析 数
磨损 ：
（）汽缸 套 的 磨损 ，在 正常磨 台 之 后 ，汽缸 套 在 ２ 使 用 中的磨 损类 型 有 ：腐 蚀 磨损 磨 料 磨 损 ，粘 着 磨
损 一其 中 ，腐蚀 磨 损 占 主导 地位 ，在 活 塞 环 的上 止 点 位置 的 磨损 最 大 ，几 乎 为 正 常 磨 损 的 １～２倍 ，该 现
素 的 界 限值 ，其 中包 括 浓度 界 限值 和 梯度 界 限值 ，并 作 为监 测 标准 。通过 油 液铁 谱 分析 ，建立 发 动 机 正常
象 由于 低温 启 动频 繁 以及 冷 却水 温 度较 低 造 成 的 ；磨 料 瞎损 ，燃 料 中的 杂 质 和空 气 中的 灰尘 在 没 有很 好 滤 清时 都 会引 起磨 料磨 损 ，磨 料颗 粒 在 汽 缸套 内表 面 产 生平 行 于汽 缸 中心 线 的拉 痕 ，个 别 大 的颗粒 甚 至 可 以 造成 拉 缸 ；粘着 磨 损 ， 当活 塞环 在 润滑 不 良 的汽 缸套 表 面滑 动时 两 者有 极微 小 部 分接 触 ，摩 擦形 成 的 高 温 使它 们 熔融 粘 着 、脱落 ，逐 步 扩 大 即 产 生粘 着 磨 损 ， 这种 磨损 与 腐蚀 磨 损 及磨 料 磨损 相 比是 一 种破 坏 性 更 大 的磨损 。
维普资讯
１ １０发动 机磨 损 分 析与 油液 监 测机 理研 究 ２５
张培林 任 国全 韦有 民
石家 庄 ＯＯ Ｏ ） ５Ｏ ３ 【 军械工程学院 自行＾炮教研 室
摘要：本文对 １ １ 发动机的磨损情况进行了详细的丹析与讨论 ，总结了该发动机的磨 损类型与磨损原因。文中 ２５ ｏ 针对基于油藕丹析的 １１ｏ ２５ 发动机磨损故障监测方法进行研究．给出了油藕监测机理。 关键词 ：摩擦磨 损 油液分析 故障诊断 失效分析
Ｓｕ ｙｏ ｅＡ ａ ｄ ｎ ｏ ｉ ￣ｎ ｒ ｃ ｌ ０ ｔｄ ｎｔ ｎ ｌ ｓａ ｄＭ ｎｔ ｇＰ ｉ ｉ ｅ ｆ ｈ ｙ ｏ ｎ ｐ
１ ５ ｇｉ ｓ ２１ Ｏ Ｅｎ ｎｅ ’Ｗ ｅ ｒ Ｂａ ｅ ｎ Ｏｉ ａ ｙ ｉ ａ ｓ ｄ Ｏ ｌＡｎ ｌ ｓｓ