田少民：油液监测在工程机械状态监测的应用

演讲主题：油液监测在工程机械状态监测中的应用

主讲嘉宾：四川交通职业技术学院教授  黄先琪 成都小松工程机械检测技术研究所  田少民

成都小松工程机械检测技术研究所 田少民

油液监测在工程机械状态监测中的应用在预防维修与主动维修中，通过对润滑油、液压油中不同化学成分的磨损颗粒浓度的测定，可检测机械发生故障的部位，对其浓度变化趋势的分析，可预测故障发生的时刻，通过对油中磨损大颗粒形貌特征的比对分析，可推断零件表面的磨损类型和磨损程度；通过对液压油中固体颗粒的粒子计数，可评定液压油的污染度等级，提高液压元件使用的可靠性；通过对润滑油本身劣化和污染的监测，可降低机械的故障率。

介绍几种适合状态监测的油液测试仪器。

图1  全谱直读型ICP发射光谱仪

图1为Optima 5300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）的原理图，仪器由进样系统、射频发生器、分光系统、检测器和软件五部分组成。

油样由微机控制的蠕动泵送入同心的雾化器，在旋流雾化室氩气雾化后喷射到等离子炬管。雾化器的流量由高精度质量流量计进行控制。进样系统处于恒温系统，以确定稳定的雾化频率。

油样在石英制的炬管内成为等离子体，频率40.68MHZ的自激振荡器产生的能量传递到等离子体，使点火更容易。

等离子体火焰使油液中所含金属和非金属元素发射各自特定波长的光线，经过二维色散系统分光，由分段式电荷耦合检测器（SCD），测定光谱线的强度，就可测定该光素的含量。

5300DV型光谱仪，采用多个CPU独立控制仪器各部，大规模集成电路和模块化的设计，使仪器可靠性很高。整套仪器只有一个电源开关，所有功能均由计算机自动控制，包括观测方向和高度选择、气流控制、RF功率调节，故障诊断等。全中文操作软件，支持生成测试报告的功能。

ICP-OES采用化学分析的方法测定，油中Fe、Cu、Al、Cr、Mo、Zn、Sn、Pb等金属元素的含量，Si、Ca等非金属元素的含量。根据润滑油、液压油中机件磨损粉末或外界杂质的浓度变化，可以预测故障发生的时刻和判断故障发生的部位，这种通过油液进行磨损分析的技术，在卡特彼勒公司称为SOS，在小松公司叫做KOWA。

以PC400-6挖掘机为例，发动机油中Fe浓度45ppm为正常；在45-95ppm之间应引起注ac意，表明缸套或时规齿轮，凸轮轴挺杆磨损加剧。终传动齿轮油中Al浓度30图2是一台发动机的机油中Si、Al含量变化的趋势图。通过油样监测发现油中Si、Al浓度突变，检查发现进气管破裂吸进粉尘，及时修理后避免了发动机拉缸的事故。

图2  机油中Si、Al含量变化趋势图

图3是YTF-6型双联铁谱仪，它是将直读式铁谱仪和分析式铁谱仪组合在一起使用的。直读式铁谱仪作为筛选油样的装置，当其读数表明磨损已超限时，才制作谱片进行铁谱分析。分析式铁谱仪包括制谱仪、双光路显微镜及光密度读数器三部分。利用计算机进行图像数据的采集与处理，由FITS软件完成图像编辑、对比判断及检测报告。

图3  双联式分析铁谱仪

在磨损故障分析中，光谱分析常与铁谱分析综合使用，这是因为铁谱分析有以下特点：

1.铁谱仪检测的颗粒尺寸范围为1～250μm。而光谱仪对颗粒的敏感尺寸<10μm。实际上，油液中磨损颗粒尺寸范围很大，以柴油机油为例，典型磨损的颗粒尺寸是10～15μm，严重磨损的颗粒尺寸则在50μm以上。

2.铁谱仪适于检测污染严重的油样，可分析磨粒的成分，如黑色、有色及含金类金属，岩尘、砂粒、煤灰及氧化物等非金属，以此判断异常磨损的部位。

3.可直接观察油样中沉积磨粒的形貌、大小及特征，掌握摩擦副表面磨损形态，确定磨损类型（摩擦磨损、跑合磨损、切削磨损、疲劳剥落、滑动磨损、腐蚀磨损、严重氧化等），进而分析剧烈磨损的起因（边界润滑、磨粒污染、疲劳、过载、超速、过热、缺油、油质劣化等）。

4.取样不方便、实验过程较长，铁谱图像分析还受到检查人员经验的影响。

5.对非铁磁磨损颗粒的检测与非磨损故障的监测受到限制。