5第五章-机械故障诊断的油样分析技术A
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机械故障诊断
机械故障诊断1. 介绍机械故障诊断是指通过对机械设备进行检测和分析，确定故障原因并提供解决方案的过程。
在工业生产中，机械设备的故障会导致生产停滞和产量下降，因此及时准确地诊断和解决机械故障是非常重要的。
2. 机械故障的分类机械故障可以分为以下几类：2.1 机械部件故障机械部件故障是指机械设备的零部件出现故障，例如轴承损坏、齿轮磨损等。
这类故障通常可以通过检查零部件的状态和磨损程度来诊断。
2.2 电气故障电气故障是指机械设备的电路或电气元件出现故障，例如电机故障、电路短路等。
这类故障可以通过检查电气接线、测量电压和电流等方式来诊断。
2.3 液压故障液压故障是指机械设备的液压系统出现故障，例如液压泵故障、液压阀卡死等。
诊断液压故障通常需要对液压系统进行检查和测试。
2.4 传动故障传动故障是指机械设备的传动系统出现故障，例如皮带断裂、链条脱落等。
这类故障可以通过检查传动装置的状态和连接情况来诊断。
2.5 控制故障控制故障是指机械设备的控制系统出现故障，例如PLC故障、控制软件错误等。
诊断控制故障通常需要对控制系统进行检查和分析。
3. 机械故障诊断的方法机械故障诊断可以借助人工经验和现代技术手段来进行。
3.1 经验法经验法是指根据经验来判断机械故障的原因和解决方案。
经验丰富的技术人员可以通过观察和听觉来判断机械故障的类型和程度，从而采取相应的措施来解决。
3.2 检测仪器现代技术手段可以通过各种检测仪器来辅助机械故障的诊断。
例如震动仪可以检测机械设备的振动情况，红外热像仪可以检测机械设备的温度分布等。
这些检测仪器可以提供更精确的数据，从而帮助技术人员确定故障原因。
3.3 数据分析机械故障诊断还可以通过对机械设备的数据进行分析来实现。
例如使用数据采集系统收集机械设备的运行数据，然后通过数据分析软件对数据进行处理和分析，以确定潜在的故障原因。
4. 机械故障诊断的挑战和解决方案机械故障诊断面临许多挑战，例如故障难以发现、故障种类繁多等。
油样分析
石化
柴油机、发电机、压缩机、鼓风 机、挤压机
油样分析工作分为采样、检测、
冶金
传动系统、轧钢机、起重设备、 传送机构
诊断、预测和处理五个步骤进
机 床 传动装置、液压系统、加工中心
行。
电力
汽轮机、柴油机、蒸汽轮机、传 动装置、变压器、液压系统
第二节 光谱分析
一二三四 光 发原X射谱子线分光吸荧析 谱收光原 分光光理 析谱谱技仪术
PekinElmer原光子电吸直收读光光谱谱仪仪
第三节 铁谱分析
油液铁谱分析技术利用高梯度强磁场的作用， 将油样中所含的机械磨损微粒有序地分离出来， 并借助不同的仪器对磨屑进行有关形状、大小、 成分、数量及粒度分布等方面的定性和定量观 测，从而判断机械设备的磨损状况，预测零部 件的寿命。铁谱技术的主要内容包括油液取样 技术、铁谱制谱技术、磨粒分析技术等。铁谱 分析技术中主要使用的仪器是铁谱仪，铁谱仪 根据对磨粒的分离、检测的方法不同，分为分 析式、直读式、旋转式、在线式等。
图5-9旋转式铁谱仪原理
KTP型旋转式铁谱仪
四．在线式铁谱仪
在线铁谱仪由一个装在油循环旁路中的传感器和一个 磨损分析仪组成。传感器由从油中分离磨粒和控制油 流的硬件组成；磨损分析仪有电子控制与显示单元， 并有可调浓度的报警器，报警器可以在磨粒浓度超过 预定极限时发出警报信号。
传感器中有一高梯度磁场，用来截获磨损颗粒，由于 磨粒的沉淀具有按尺寸分布的特点，传感器中的有表 面效应的敏感元件可以定量测定沉淀的大、线射射吸征据素格，为射荧线探线收谱光的光源后原光测分。线吸含光；者子 谱器离通 减 收 量谱2；-被吸 分掉过 弱 定 。仪油5称收 析的-样检分 后 律记原；为光 。测光 的 就录理3系器 光 能原谱器-分统将强求及子分析计测其度待晶算量它。测体机；
5第五章其它故障诊断技术
7
油样铁谱分析提供了磨损残渣的数量、程度、 形态和成分四种信息。
2．特点 （1）可以有效地诊断机械磨损类故障。 （2）一般用于离线检测，不适于对突发性故 障的监测，但现已有在线式铁谱仪。 （3）需反复试验才能取得有代表性的油样和 分析数据。 （4）对非磁性材料难以做到定量分析。
（2）吸收光谱测定 将油样品雾化后燃烧，用乙炔焰使其中金属元素原子裂 化，根据对不同波长的单色锐线光源发出的特征幅射线吸 收作用的不同，来确定各种元素的含量。此方法精确度较 高，但测每一种元素时，光源要使用与元素相同的空心阴 极灯，比较麻烦。
4
三、应用实例 （1）某推土机变速箱油样分析监测 该机油样分析结果列于表5-1。 在运行6027h的油样中Fe含量达525mg／L， 已超过极限值，因此及时通知了用户。但该机仍继 续运行，在运转到6591h后再采样分析，Fe含量 已达928mg／L，当第二个警告电报还未收到时， 该机变速箱前进档已经损坏，结果停机修理了一个 月时间。如果当时及时修理，这停机一个月的损失 是可以避免的。
D L DS SWPC N
式中，N是流过直读式铁谱仪油样的毫升数
16
（3）大磨粒百分数 大磨粒在磨粒总含量中的百分数表示为。
DL DS PLP 100% DL DS
（4）累积磨损烈度 指系统磨损烈度的累计值，用Σ (DL+DS)表示。 目前比较普遍使用的表示磨损情况的方法是： ①分别以DL、DS和ID为纵坐标，机器运转时间 为横坐标画出曲线，根据曲线缓慢工急剧上升趋势 来判断磨损情况。 ②分别以Σ (DL+DS)和Σ (DL-DS)为纵坐标，以运 转时间为横坐标画出曲线，根据曲线突然互相靠近 的一点作为磨损严重的特征点。
油样铁谱分析提供了磨损残渣的数量、程度、 形态和成分四种信息。
2．特点 （1）可以有效地诊断机械磨损类故障。 （2）一般用于离线检测，不适于对突发性故 障的监测，但现已有在线式铁谱仪。 （3）需反复试验才能取得有代表性的油样和 分析数据。 （4）对非磁性材料难以做到定量分析。
（2）吸收光谱测定 将油样品雾化后燃烧，用乙炔焰使其中金属元素原子裂 化，根据对不同波长的单色锐线光源发出的特征幅射线吸 收作用的不同，来确定各种元素的含量。此方法精确度较 高，但测每一种元素时，光源要使用与元素相同的空心阴 极灯，比较麻烦。
4
三、应用实例 （1）某推土机变速箱油样分析监测 该机油样分析结果列于表5-1。 在运行6027h的油样中Fe含量达525mg／L， 已超过极限值，因此及时通知了用户。但该机仍继 续运行，在运转到6591h后再采样分析，Fe含量 已达928mg／L，当第二个警告电报还未收到时， 该机变速箱前进档已经损坏，结果停机修理了一个 月时间。如果当时及时修理，这停机一个月的损失 是可以避免的。
D L DS SWPC N
式中，N是流过直读式铁谱仪油样的毫升数
16
（3）大磨粒百分数 大磨粒在磨粒总含量中的百分数表示为。
DL DS PLP 100% DL DS
（4）累积磨损烈度 指系统磨损烈度的累计值，用Σ (DL+DS)表示。 目前比较普遍使用的表示磨损情况的方法是： ①分别以DL、DS和ID为纵坐标，机器运转时间 为横坐标画出曲线，根据曲线缓慢工急剧上升趋势 来判断磨损情况。 ②分别以Σ (DL+DS)和Σ (DL-DS)为纵坐标，以运 转时间为横坐标画出曲线，根据曲线突然互相靠近 的一点作为磨损严重的特征点。
5.油样分析技术
物镜 载物台及 铁谱片 聚光镜 透射 光源
光路示意图如右图所示：
折射镜
油样铁谱分析技术
几种光源的作用 1）白色反射光 可观察磨粒的形貌、尺寸和色泽。如在 白色反射光照射下，铝基合金磨粒呈白色， 铜基合金磨粒呈金黄色或红褐色；钢磨粒 依据受热效应不同，呈黄蓝之间的色泽。
油样铁谱分析技术
2）白色透射光 白色透射光用来判别磨粒的透光性，化 分透明的、半透明的和不透明的磨粒。游离 金属磨粒对白色透射光的消光率极大亚微米 级厚度的磨粒也不会透光，因此呈黑色。而 大多数其它元素和所有化合物磨粒均是透明 或半透明的。因此，显示的光强可以作为材 料性质的特征。
油样铁谱分析技术
BY11-FTP-X2型 分析式铁谱仪系统
油样铁谱分析技术
3. 旋转式铁谱仪
旋转式铁谱仪的磁场装置
1—驱动轴；2—永久磁铁； 3—圆形基片；4—排油管； 5—油样注射输入管； 6—清洗注射移液管。
旋转谱片
油样铁谱分析技术
旋转式铁谱仪
铁谱显微镜和光密度计
保温培养箱
正常磨损颗粒
疲劳剥块
ZTP-X2型直读式铁谱仪
油样铁谱分析技术 油样铁谱分析技术
2. 分析式铁谱仪 1）结构及工作原理 系统结构：一般包括 制谱仪、光密度读数 器和双色显微镜
油样铁谱分析技术
工作原理
利用高梯度强磁场将机器润滑油中鉄磁性磨
粒分离出来，并按其粒度大小顺序地沉积在玻璃
片上。然后通过双色显微镜观察磨粒的形态、大 小，并进行成份分析，亦可用读数器进行磨粒复 盖面积百分比的测定。
油样铁谱分析技术 3. 铁谱片的加热分析
通过观察铁谱片的磨粒加热后生成的 氧化膜的不同回火色来鉴别磨粒的材料成 分，用以判断磨损的具体零件。具体可查 有关资料。
光路示意图如右图所示：
折射镜
油样铁谱分析技术
几种光源的作用 1）白色反射光 可观察磨粒的形貌、尺寸和色泽。如在 白色反射光照射下，铝基合金磨粒呈白色， 铜基合金磨粒呈金黄色或红褐色；钢磨粒 依据受热效应不同，呈黄蓝之间的色泽。
油样铁谱分析技术
2）白色透射光 白色透射光用来判别磨粒的透光性，化 分透明的、半透明的和不透明的磨粒。游离 金属磨粒对白色透射光的消光率极大亚微米 级厚度的磨粒也不会透光，因此呈黑色。而 大多数其它元素和所有化合物磨粒均是透明 或半透明的。因此，显示的光强可以作为材 料性质的特征。
油样铁谱分析技术
BY11-FTP-X2型 分析式铁谱仪系统
油样铁谱分析技术
3. 旋转式铁谱仪
旋转式铁谱仪的磁场装置
1—驱动轴；2—永久磁铁； 3—圆形基片；4—排油管； 5—油样注射输入管； 6—清洗注射移液管。
旋转谱片
油样铁谱分析技术
旋转式铁谱仪
铁谱显微镜和光密度计
保温培养箱
正常磨损颗粒
疲劳剥块
ZTP-X2型直读式铁谱仪
油样铁谱分析技术 油样铁谱分析技术
2. 分析式铁谱仪 1）结构及工作原理 系统结构：一般包括 制谱仪、光密度读数 器和双色显微镜
油样铁谱分析技术
工作原理
利用高梯度强磁场将机器润滑油中鉄磁性磨
粒分离出来，并按其粒度大小顺序地沉积在玻璃
片上。然后通过双色显微镜观察磨粒的形态、大 小，并进行成份分析，亦可用读数器进行磨粒复 盖面积百分比的测定。
油样铁谱分析技术 3. 铁谱片的加热分析
通过观察铁谱片的磨粒加热后生成的 氧化膜的不同回火色来鉴别磨粒的材料成 分，用以判断磨损的具体零件。具体可查 有关资料。
5 油样分析
第5章 油样分析
5.1 概述 5.2 颗粒计数技术 5.3 铁谱分析 5.4 油样光谱分析 5.5 磁塞
5.1 概述
油样分析方法包括理化指标检测和油中微粒分析 技术。 理化指标检测要对润滑油质进行监测，方法分为 定量和定性两类。 定性方法：滤纸斑点试验、润滑油污染指数测定； 定量方法：粘度、闪点、酸值、水分的测定。
二、 油样分析的方法
油中微粒分析技术包括颗粒计数、光 谱分析、铁谱分析和磁性柱塞等。
一般油液经过颗粒计数分析之后，根 据分析出颗粒大小与分布的数据，再选择采 用光谱分析技术还是铁谱分析技术，进一步 对油中微粒元素进行定量分析。
大量统计资料表明：
• 磁塞检测适用于检测尺寸较大磨粒(≥100um) • 光谱分析适用于检测极微小磨粒(≤10 u m) • 铁谱分析适用于检测尺寸为1～1000 u m的磨粒
三、 铁谱检测的定量指标 1．磨损烈度：
对于直读式铁谱仪
I S ( D L D S )( D L D S ) D L D S
2
2
对于分析式铁谱仪
I S ( AL AS )( AL AS ) AL AS
2
2
Is数值的变化与设备的总磨损有关, 又与磨损烈度有 关。它不但反映了设备不同时刻的磨损情况的变化，而且反 映了机械设备的故障状态和故障程度，因此，是铁谱技术中
D L 和D S 值分别指沉积管的入口处和离 入口处5mm处的光密度读数。
3. 旋转式铁谱仪 分析式铁谱仪进入工业应用以后,发现设计上存在下列不足： 1）铁谱片制备时间过长。 2) 每制备一个谱片需消耗一支输送管, 操作费用较高。 3) 谱片入口区磨粒堆积重叠, 影响对颗粒的观察与分析。 4) 对颗粒浓度较高的油样, 需要高度稀释, 从而造成对某些 判断磨损状态有重要价值的“临界颗粒"可能被遗漏。 5) 含有大量残炭的柴油机油样, 经高度稀释后, 谱片上仍 留有大量污染物。 6) 微量泵在输送油样时的辗压作用使某些大颗粒被破碎或 不能通过。 因此, 英国在1984年研制出一种利用磁场力和离心力共同作 用使磨粒沉降下来的旋转式铁谱仪。 旋转式铁谱仪与其他铁谱仪的主要区别在于谱片的制作方法 上。
5.1 概述 5.2 颗粒计数技术 5.3 铁谱分析 5.4 油样光谱分析 5.5 磁塞
5.1 概述
油样分析方法包括理化指标检测和油中微粒分析 技术。 理化指标检测要对润滑油质进行监测，方法分为 定量和定性两类。 定性方法：滤纸斑点试验、润滑油污染指数测定； 定量方法：粘度、闪点、酸值、水分的测定。
二、 油样分析的方法
油中微粒分析技术包括颗粒计数、光 谱分析、铁谱分析和磁性柱塞等。
一般油液经过颗粒计数分析之后，根 据分析出颗粒大小与分布的数据，再选择采 用光谱分析技术还是铁谱分析技术，进一步 对油中微粒元素进行定量分析。
大量统计资料表明：
• 磁塞检测适用于检测尺寸较大磨粒(≥100um) • 光谱分析适用于检测极微小磨粒(≤10 u m) • 铁谱分析适用于检测尺寸为1～1000 u m的磨粒
三、 铁谱检测的定量指标 1．磨损烈度：
对于直读式铁谱仪
I S ( D L D S )( D L D S ) D L D S
2
2
对于分析式铁谱仪
I S ( AL AS )( AL AS ) AL AS
2
2
Is数值的变化与设备的总磨损有关, 又与磨损烈度有 关。它不但反映了设备不同时刻的磨损情况的变化，而且反 映了机械设备的故障状态和故障程度，因此，是铁谱技术中
D L 和D S 值分别指沉积管的入口处和离 入口处5mm处的光密度读数。
3. 旋转式铁谱仪 分析式铁谱仪进入工业应用以后,发现设计上存在下列不足： 1）铁谱片制备时间过长。 2) 每制备一个谱片需消耗一支输送管, 操作费用较高。 3) 谱片入口区磨粒堆积重叠, 影响对颗粒的观察与分析。 4) 对颗粒浓度较高的油样, 需要高度稀释, 从而造成对某些 判断磨损状态有重要价值的“临界颗粒"可能被遗漏。 5) 含有大量残炭的柴油机油样, 经高度稀释后, 谱片上仍 留有大量污染物。 6) 微量泵在输送油样时的辗压作用使某些大颗粒被破碎或 不能通过。 因此, 英国在1984年研制出一种利用磁场力和离心力共同作 用使磨粒沉降下来的旋转式铁谱仪。 旋转式铁谱仪与其他铁谱仪的主要区别在于谱片的制作方法 上。
油样分析
铁谱显微镜
二．直读式铁谱仪
直读式铁谱仪的工作原理如图5-7所示。
图5-8 沉淀管内磨粒的排序情况 图5-7 直读式铁谱仪的工作原理 1-油样管；2-沉积管；3-磁铁； 4-光导纤维；5-光源；6-光电探 头；7-信号调制；8-读出装置
X2直读式铁谱仪
三．旋转式铁谱仪
旋转式铁谱仪保留了 分析式铁谱仪可以分 析观察磨粒形貌、尺 寸大小、材质成分等 优点，同时又避免了 分析式铁谱仪制片时 间长、操作费用高、 谱片入口区磨粒堆集 严重、油样需高度稀 释、谱片上有大量污 染物和大颗粒被压碎 或不能通过的缺点。
光电直读光谱仪 PekinElmer原子吸收光谱仪
第三节 铁谱分析
油液铁谱分析技术利用高梯度强磁场的作用， 将油样中所含的机械磨损微粒有序地分离出来， 并借助不同的仪器对磨屑进行有关形状、大小、 成分、数量及粒度分布等方面的定性和定量观 测，从而判断机械设备的磨损状况，预测零部 件的寿命。铁谱技术的主要内容包括油液取样 技术、铁谱制谱技术、磨粒分析技术等。铁谱 分析技术中主要使用的仪器是铁谱仪，铁谱仪 根据对磨粒的分离、检测的方法不同，分为分 析式、直读式、旋转式、在线式等。
扫描电子显 显微镜比较 重量（或质 微镜技术 量）分析技 分析技术 术
图像分析技 滤器（网） 显微镜计数 术 堵塞技术 技术
报告数据：每mL(或l00mL)中 各种尺寸范围的颗粒数，测量 20世纪70年代生产的与显微镜 利用摄像机将滤膜上收集的颗 报告数据：大致的油液污染度 将过滤一定体积样液的滤膜 尺寸为颗粒的最大长度能观察 通过测量由于颗粒物对滤膜 配合的I. IMC图像分析仪，因 粒物或直接将液流中的颗粒物 等级 在光学显微镜下观察，对收 到颗粒的形貌，可大致判断颗 （网）堵塞而引起的流量或压 设备复杂而未能推广 转换为显示屏上的影像，并利 结构简单，体积小，操作方便， 集在滤膜上的颗粒物按给定 粒物的种类计数的准确性与操 差的变化，确定油液的污染度 今后用于在线颗粒分析仍有发 适用于现场油液污染度检测 作人员的经验和主观性有关； 用计算机进行图像分析 的尺寸范围计数（参照 展前景 测试时间长。用于一般实验室 ISO4407） 和现场油液分析
二．直读式铁谱仪
直读式铁谱仪的工作原理如图5-7所示。
图5-8 沉淀管内磨粒的排序情况 图5-7 直读式铁谱仪的工作原理 1-油样管；2-沉积管；3-磁铁； 4-光导纤维；5-光源；6-光电探 头；7-信号调制；8-读出装置
X2直读式铁谱仪
三．旋转式铁谱仪
旋转式铁谱仪保留了 分析式铁谱仪可以分 析观察磨粒形貌、尺 寸大小、材质成分等 优点，同时又避免了 分析式铁谱仪制片时 间长、操作费用高、 谱片入口区磨粒堆集 严重、油样需高度稀 释、谱片上有大量污 染物和大颗粒被压碎 或不能通过的缺点。
光电直读光谱仪 PekinElmer原子吸收光谱仪
第三节 铁谱分析
油液铁谱分析技术利用高梯度强磁场的作用， 将油样中所含的机械磨损微粒有序地分离出来， 并借助不同的仪器对磨屑进行有关形状、大小、 成分、数量及粒度分布等方面的定性和定量观 测，从而判断机械设备的磨损状况，预测零部 件的寿命。铁谱技术的主要内容包括油液取样 技术、铁谱制谱技术、磨粒分析技术等。铁谱 分析技术中主要使用的仪器是铁谱仪，铁谱仪 根据对磨粒的分离、检测的方法不同，分为分 析式、直读式、旋转式、在线式等。
扫描电子显 显微镜比较 重量（或质 微镜技术 量）分析技 分析技术 术
图像分析技 滤器（网） 显微镜计数 术 堵塞技术 技术
报告数据：每mL(或l00mL)中 各种尺寸范围的颗粒数，测量 20世纪70年代生产的与显微镜 利用摄像机将滤膜上收集的颗 报告数据：大致的油液污染度 将过滤一定体积样液的滤膜 尺寸为颗粒的最大长度能观察 通过测量由于颗粒物对滤膜 配合的I. IMC图像分析仪，因 粒物或直接将液流中的颗粒物 等级 在光学显微镜下观察，对收 到颗粒的形貌，可大致判断颗 （网）堵塞而引起的流量或压 设备复杂而未能推广 转换为显示屏上的影像，并利 结构简单，体积小，操作方便， 集在滤膜上的颗粒物按给定 粒物的种类计数的准确性与操 差的变化，确定油液的污染度 今后用于在线颗粒分析仍有发 适用于现场油液污染度检测 作人员的经验和主观性有关； 用计算机进行图像分析 的尺寸范围计数（参照 展前景 测试时间长。用于一般实验室 ISO4407） 和现场油液分析
机械设备油样分析
• b．油样抽取 • (1)取样部位 • 对于循环油路，取样部位一般在回油管路、经过 过滤器之前的位置或油箱中取样。对于非循环油 路，一般在停机后规定的时间内取样。对上述取 样，取样位置应相对固定，并在合适的高度取样。 • (2)取样间隔 • 取样间隔要根据机器的运行情况、重要性、使用 期、负载特性等因素来确定。
2、常用铁谱仪的结构与工作原理
• 1）分析式铁谱仪 • 是最早开发出来的铁谱仪，它包含了铁谱 技术的全部基本原理。 • 是用来分离机器润滑油样中的磨粒，并能 使磨粒依照尺寸大小有序地沉积在一显微 镜玻璃基片上，从而制成铁谱片，然后利 用铁谱显微镜等观测和分析仪器，实现对 磨粒的定性、定量铁谱分析。
• 2.采样周期 • 磨合期或油样分析异常时采样间隔应该短， 机器正常期采样时间间隔可适当延长。 • 3.采样方法 • 采样主要工具是抽油泵、油样瓶和抽油软管，
• 常见系统取样间隔推荐如下： ， • 飞机燃汽轮机： 50h • 航空液压系统： 50h • 柴油机： 200h • 大型传动齿轮： 200h • 地面液压系统： 200h • 重型燃汽轮机： 250h。500h • 大型往复式发动机： 250—500h
• (3)取样规范 • 对某一待监测的设备，除了要固定取样位置、 固定停机后（或不停机）取样时间外，还应 绝对保证吸油器具的清洁无污染，即无上次 使用的残油、无其他污染颗粒和水分混人。 动作应小心，不得将污染杂质带入采取的油 样和待监测的设备。 • (4)做好原始记录 认真填写样品瓶所贴的标 签，包括取样日期、油品种类、取样部位、 机器运转时间、取样人员等情况。
三、铁谱技术及仪器
• 油样铁谱分析技术 是70年代初发展起来的一种流体污染物 检测分析技术.它是一种在高梯度强磁场的作用下, 将机器磨擦所产生的磨粒从油样中分离出来,按其 粒度大小依次排列沉淀到一块透明玻璃基片上或 玻璃管中,然后用各种手段观察或测量,以获得磨 损过程的各种信息,从而分折磨损机理和判断设备 磨损状态的一种分析方法.
《油样分析技术》PPT课件
基本原理
三种微粒分析的异同之处
相同之处：都可用作铁磁性物质颗粒（光谱还 可分析其它物质）的收集和分析。 不同之处：在于各自对磨屑的尺寸敏感有所不 同，光谱0～10微米、铁谱1～100微米、磁塞 >100微米
敏感范围如下图所示
%
检100
测
效 率
50
基本原理
0.1 1
10
100
1000
检测效率定义为： e=e1e2e3 e1 —传输效率，采样与产生之比； e2 —捕捉效率，收集与采样之比； e3 —指示效率，指示与采样之比；
油样铁谱分析技术
2）性能特点： ① 结构简单，价格便宜； ② 分析过程简单； ③ 稳定性差； ④ 信息量有限，只能提供磨屑体积。
油样铁谱分析技术
主要参数
磁场：最大磁场梯度>5.0T/cm 最大磁通密度>1.5T
沉积管尺寸: φ3/φ1.7×100mm 毛细管尺寸: φ1.2/φ0.8×700mm 调 零方式: 自动 读数系统: 31/2 LED 显示 读数精度: 0.1 直读数 打印内容: 日期,油样号,Dl,Ds,Is 等测 量值
顺序地沉积在玻璃片上。然后通过双色显微镜观察磨粒的形态、大小，并进 行成份分析，亦可用读数器进行磨粒复盖面积百分比的测定。
油样铁谱分析技术
BY11-FTP-X2型 分析式铁谱仪系统
油样铁谱分析技术
3. 旋转式铁谱仪
旋转式铁谱仪的磁场装置
1—驱动轴；2—永久磁铁； 3—圆形基片；4—排油管； 5—油样注射输入管； 6—清洗注射移液管。
微机通讯: RS-232C 串形接口 电源: AC220V50-60Hz
ZTP-X2型直读式铁谱仪
油油样样铁铁谱谱分分析析技技术术
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一、铁谱分析与铁谱仪
所谓铁谱分析，就是利用铁谱仪(Ferrograph)从 润滑油样(脂)试样中，分离和检测出磨屑和碎屑， 从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损 程度和磨损部位的技术。
19
第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中国矿业大学机电学院
• 铁谱仪是铁谱分析的关键设备，根据其工作方式的 不同，铁谱仪可分为直读式铁谱仪、分析式铁谱仪 和旋转式铁谱仪。
9
第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中国矿业大学机电学院
二、油样分析的信息含量
1．信息来源 通过油样分析，我们能取得如下几方面的信息： ①磨屑的浓度和颗粒大小反映了机器磨损的严重程度；
②磨屑的大小和形貌反映了磨屑产生的原因，即磨损 发生的机理；
③磨屑的成分反映了磨屑产生的部位，亦即零件磨损 的部位。
机械在运行过程中，它的磨损产物(磨损微粒)都 要进入润滑油中。研究表明，磨损微粒带有许多有 关零件磨损状况的信息。不同磨损时期(磨合磨损 期、正常磨损期、剧烈磨损期)的磨损微粒在尺寸、 数量、分布等方面存在较明显的区别；不同磨损机 理(磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等) 作用下产生的磨损微粒，在形貌、大小等方面存在 较显著的差别；不同材料制成的磨损零件，磨损微 粒的化学成分也不相同。
2
第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中国矿业大学机电学院
一、油样分析的含义
通过油样分析来了解机器的工作状态已有 很长的历史了。最初是通过油液的自身的理 化性能如粘度、闪点、酸值、水份和机械杂 质等参数的变化来判断机器的工作状态的。 这种方法为一种广泛采用的常规分析方法。
3
第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中国矿业大学机电学院
10
第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中国矿业大学机电学院
2．磨屑形貌的识别 (1)正常滑动磨损的磨屑 • 对钢而言，通常是厚度小于1 μm的剪切混合层薄
片在剥落后形成的尺寸为0.5～15 μm的不规则碎 片，其典型形貌如图5－2所示。
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于剪切混合层不稳定形成的；磨屑尺寸在20μm以 上，厚度>2μm以上，经常有锐利的直边，其典型 形貌如图5-6所示。
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第二节 油样铁谱分析技术
铁谱分析技术(Ferrography)是20世纪70年代国 际摩擦学领域出现的一项新技术 。
铁谱技术已从最初的在发动机上的应用扩展到液 压系统、齿轮蜗轮传动箱、轴承等部件。
1．直读式铁谱仪(DRF－Direct Reading Ferrograph) • (1)结构和工作原理 • 直读式铁谱仪的结构原理如图5-7所示 。 • 油样在虹吸现象的作用下流入沉积管，在沉积管的
下部有一高强度、高梯度磁场，油样中的铁磁性颗 粒受重力、浮力以及磁力三者的综合作用，在随着 油样流过沉积管的过程中，将会在沉积管内有规律 地沉积下来，其沉积规律如图5-8所示。
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磨损、疲劳和腐蚀是机械零件失效的 三种主要形式和原因，而其中磨损失效约 占80％左右。由于油样分析方法对磨损监 测的灵敏性和有效性，因此这种方法在机 械故障诊断中日益显示其重要地位。
(4)滚动疲劳加滑动疲劳磨损的磨屑 主要是指齿轮节圆上的材料疲劳剥落形成的不规
则磨屑，通常宽厚比为4:1～10:1；当齿轮载荷过 大、速度过高时，齿面上也会出现凹凸不平的麻点 和坑。
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(5)严重滑动磨损的磨屑 • 是在摩擦面的载荷过大或速度过高的情况下，由
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• 在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分 析技术通常是指油样的铁谱分析技术和油样光谱 分析技术，有时也包含磁塞技术。
• 它们的共性是都可用作铁磁性物质颗粒(光谱分析 不仅限于铁磁性物质)的收集和分析，但各有不同 的尺寸敏感范围，其中，光谱分析检测磨屑的有 效尺寸范围为0.1μm到8～10μm，但对大于2μm 的微粒，其检测效率就大为降低；磁塞技术能有 效地检测出上百微米甚至毫米级的磨屑；铁谱技 术能有效地检测从1μm到上百微米量级的微粒。
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第五章 机械故障诊断的油样分析技术
第一节 第二节 第三节 第四节
油样分析概述 油样铁谱分析技术 油样光谱分析技术 磁塞
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第一节 油样分析概述 在机械设备中广泛存在着两类工作油：液 压油和润滑油。 通过对工作油液(脂)的合理采样，并进行 必要的分析处理后，就能取得关于该机械设 备各摩擦副的磨损状况：包括磨损部位、磨 损机理以及磨损程度等方面的信息，从而对 设备所处工况作出准确的判断。
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(2)磨料磨损的磨屑 一个摩擦表面切入另一摩擦表面形成(二体磨料磨
损)，也可能由润滑油中的杂质、砂粒及较硬的磨屑 切削较软的摩擦表面形成(三体磨料磨损)，磨屑呈带 状，通常宽2～5 μm ，长约25～100μm。
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(3)滚动疲劳磨损的磨屑 由滚动疲劳后剥落形成，磨屑通常呈直径为1～
5μm的球状，有时也有厚1～2 μm 、大小为20～50 μm的片状碎片。
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对磨损微粒进行尺寸、浓度、形貌、分 布和成分等参数的定性与定量分析，便可在 不停机、不拆卸条件下诊断出机械设备的磨 损状况(磨损部位、磨损机理、磨损程度等); 预测出磨损的发展趋势，在故障诊断领域它 是检测机械磨损状况的一种十分直观的重要 手段。
所谓铁谱分析，就是利用铁谱仪(Ferrograph)从 润滑油样(脂)试样中，分离和检测出磨屑和碎屑， 从而分析和判断机器运动副表面的磨损类型、磨损 程度和磨损部位的技术。
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• 铁谱仪是铁谱分析的关键设备，根据其工作方式的 不同，铁谱仪可分为直读式铁谱仪、分析式铁谱仪 和旋转式铁谱仪。
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二、油样分析的信息含量
1．信息来源 通过油样分析，我们能取得如下几方面的信息： ①磨屑的浓度和颗粒大小反映了机器磨损的严重程度；
②磨屑的大小和形貌反映了磨屑产生的原因，即磨损 发生的机理；
③磨屑的成分反映了磨屑产生的部位，亦即零件磨损 的部位。
机械在运行过程中，它的磨损产物(磨损微粒)都 要进入润滑油中。研究表明，磨损微粒带有许多有 关零件磨损状况的信息。不同磨损时期(磨合磨损 期、正常磨损期、剧烈磨损期)的磨损微粒在尺寸、 数量、分布等方面存在较明显的区别；不同磨损机 理(磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等) 作用下产生的磨损微粒，在形貌、大小等方面存在 较显著的差别；不同材料制成的磨损零件，磨损微 粒的化学成分也不相同。
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一、油样分析的含义
通过油样分析来了解机器的工作状态已有 很长的历史了。最初是通过油液的自身的理 化性能如粘度、闪点、酸值、水份和机械杂 质等参数的变化来判断机器的工作状态的。 这种方法为一种广泛采用的常规分析方法。
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2．磨屑形貌的识别 (1)正常滑动磨损的磨屑 • 对钢而言，通常是厚度小于1 μm的剪切混合层薄
片在剥落后形成的尺寸为0.5～15 μm的不规则碎 片，其典型形貌如图5－2所示。
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于剪切混合层不稳定形成的；磨屑尺寸在20μm以 上，厚度>2μm以上，经常有锐利的直边，其典型 形貌如图5-6所示。
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第二节 油样铁谱分析技术
铁谱分析技术(Ferrography)是20世纪70年代国 际摩擦学领域出现的一项新技术 。
铁谱技术已从最初的在发动机上的应用扩展到液 压系统、齿轮蜗轮传动箱、轴承等部件。
1．直读式铁谱仪(DRF－Direct Reading Ferrograph) • (1)结构和工作原理 • 直读式铁谱仪的结构原理如图5-7所示 。 • 油样在虹吸现象的作用下流入沉积管，在沉积管的
下部有一高强度、高梯度磁场，油样中的铁磁性颗 粒受重力、浮力以及磁力三者的综合作用，在随着 油样流过沉积管的过程中，将会在沉积管内有规律 地沉积下来，其沉积规律如图5-8所示。
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磨损、疲劳和腐蚀是机械零件失效的 三种主要形式和原因，而其中磨损失效约 占80％左右。由于油样分析方法对磨损监 测的灵敏性和有效性，因此这种方法在机 械故障诊断中日益显示其重要地位。
(4)滚动疲劳加滑动疲劳磨损的磨屑 主要是指齿轮节圆上的材料疲劳剥落形成的不规
则磨屑，通常宽厚比为4:1～10:1；当齿轮载荷过 大、速度过高时，齿面上也会出现凹凸不平的麻点 和坑。
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• 在机械故障诊断这个特定的技术领域中，油样分 析技术通常是指油样的铁谱分析技术和油样光谱 分析技术，有时也包含磁塞技术。
• 它们的共性是都可用作铁磁性物质颗粒(光谱分析 不仅限于铁磁性物质)的收集和分析，但各有不同 的尺寸敏感范围，其中，光谱分析检测磨屑的有 效尺寸范围为0.1μm到8～10μm，但对大于2μm 的微粒，其检测效率就大为降低；磁塞技术能有 效地检测出上百微米甚至毫米级的磨屑；铁谱技 术能有效地检测从1μm到上百微米量级的微粒。
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第五章 机械故障诊断的油样分析技术
第一节 第二节 第三节 第四节
油样分析概述 油样铁谱分析技术 油样光谱分析技术 磁塞
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第一节 油样分析概述 在机械设备中广泛存在着两类工作油：液 压油和润滑油。 通过对工作油液(脂)的合理采样，并进行 必要的分析处理后，就能取得关于该机械设 备各摩擦副的磨损状况：包括磨损部位、磨 损机理以及磨损程度等方面的信息，从而对 设备所处工况作出准确的判断。
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(2)磨料磨损的磨屑 一个摩擦表面切入另一摩擦表面形成(二体磨料磨
损)，也可能由润滑油中的杂质、砂粒及较硬的磨屑 切削较软的摩擦表面形成(三体磨料磨损)，磨屑呈带 状，通常宽2～5 μm ，长约25～100μm。
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第五章 机械故障诊断的油样分析技术 中国矿业大学机电学院
(3)滚动疲劳磨损的磨屑 由滚动疲劳后剥落形成，磨屑通常呈直径为1～
5μm的球状，有时也有厚1～2 μm 、大小为20～50 μm的片状碎片。
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对磨损微粒进行尺寸、浓度、形貌、分 布和成分等参数的定性与定量分析，便可在 不停机、不拆卸条件下诊断出机械设备的磨 损状况(磨损部位、磨损机理、磨损程度等); 预测出磨损的发展趋势，在故障诊断领域它 是检测机械磨损状况的一种十分直观的重要 手段。