光譜分析與鐵譜分析在柴油機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

【摘 要】本文簡單介紹了光譜分析與鐵譜分析技術(shù)的基本方法及原理。提出兩種方法聯(lián)合應(yīng)用是柴油機(jī)進(jìn)行故障診斷的有效工具。最后提出光譜分析和鐵譜分析技術(shù)在故障診斷中的重要意義及未來柴油機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】光譜分析；鐵譜分析；柴油機(jī)

【Abstract】This paper introduces the basic principles and methods of spectral analysis techniques with Ferrography.Combined the two methods is an effective tool for fault diagnosis of diesel engine.Finally， we propose the importance of spectroscopic analysis and Ferrography in fault diagnosis and future trends diesel engine fault diagnosis technology.

【Key words】Spectroscopy；Ferrography；Diesel

0 引言

柴油機(jī)作為動(dòng)力機(jī)械，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響整個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)。因此，要確保設(shè)備處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其設(shè)備及柴油機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是十分有必要的。在柴油機(jī)的故障中，最主要的故障是磨損。磨損是由摩擦直接產(chǎn)生的，所有的機(jī)械和機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)都是依靠其零件副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)必有磨損。磨損通常是有害的，因?yàn)槟p往往造成物質(zhì)損失，縮短柴油機(jī)使用壽命，降低設(shè)備可靠性等，所以應(yīng)盡可能的減少磨損以用來延長柴油機(jī)的使用壽命和提高可靠性。

現(xiàn)階段，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，研究柴油機(jī)各種狀態(tài)以及存在的故障和隱患，對(duì)柴油機(jī)的維修工作具有重要的意義。光譜分析和鐵譜分析技術(shù)是通過分析柴油機(jī)潤滑油中的磨損金屬含量及磨粒的形貌、尺寸來判斷柴油機(jī)的磨損情形及磨損程度，預(yù)測機(jī)械可能出現(xiàn)的故障。在眾多的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷手段中，光譜分析與鐵譜分析技術(shù)是非常實(shí)用有效的手段。

1 光譜分析技術(shù)與鐵譜分析技術(shù)

1.1 光譜分析技術(shù)

光譜分析技術(shù)是通過分析潤滑油中金屬磨損微粒的材料成分及數(shù)量，對(duì)比機(jī)械設(shè)備使用過程中金屬磨損微粒數(shù)量的變化速度，了解機(jī)械設(shè)備摩擦副的磨損情況，以正確判斷機(jī)械設(shè)備異常和預(yù)測故障，為機(jī)械設(shè)備科學(xué)檢修提供依據(jù)。根據(jù)不同時(shí)期各種金屬磨損微粒所含金屬元素的數(shù)量，判斷摩擦副的磨損程度，預(yù)報(bào)可能發(fā)生的故障；根據(jù)金屬磨損微粒的材料成分及其濃度變化，判斷出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的部位及其原因。例如，鉛元素主要來自軸瓦部件，鋁元素主要來自活塞等部件；根據(jù)潤滑油中添加劑元素及污染元素的成分及含量，判斷滑油的品質(zhì)及污染程度。例如，滑油中的硅元素主要來自空氣中的灰塵等。

光譜分析主要以發(fā)射光譜為主要手段。通過電擊產(chǎn)生電火花、電弧等能量激發(fā)潤滑油中金屬元素輻射發(fā)光而產(chǎn)生光譜。因?yàn)槊總€(gè)元素都有其固定的波長，所以可以通過發(fā)射光譜的波長分析元素的種類，通過監(jiān)測光的強(qiáng)度分析元素的含量。最后，可經(jīng)過數(shù)據(jù)的對(duì)比判斷出設(shè)備的磨損狀況。

該技術(shù)具有分析靈敏度高、適應(yīng)范圍廣、操作簡便、分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快速等優(yōu)點(diǎn)，但是此技術(shù)分析具有一定的局限性，只能檢測10μm以下的磨損磨粒且不能提供磨粒尺寸、形貌方面的信息，因此只能檢測油料中所含元素的種類和濃度。

1.2 鐵譜分析技術(shù)

鐵譜分析技術(shù)是使帶有磨屑的潤滑油流過一個(gè)高強(qiáng)度、高梯度的磁場，利用磁場把磁性磨粒從潤滑油中分離出來，依據(jù)磨粒的顆粒大小依次沉淀在基片上，再利用鐵譜顯微鏡對(duì)基片上的磨粒進(jìn)行識(shí)別及診斷。通過分離出來的微粒和雜質(zhì)的形狀、大小、成分等方面的分析，可判斷設(shè)備的磨損狀況，預(yù)報(bào)零部件的失效。通過磨粒大小和濃度分析設(shè)備的磨損程度；通過磨粒的大小和外形分析磨粒產(chǎn)生的原因和類型；通過磨粒的成分分析磨粒產(chǎn)生的部位。通過磨損趨勢的分析預(yù)測出設(shè)備將要發(fā)生失效的主要部件的位置。

鐵譜分析技術(shù)能檢測柴油機(jī)潤滑油中的單個(gè)磨粒，能直觀反映出柴油機(jī)主要摩擦副的磨損情形。鐵譜分析技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛且能獲取的故障特征信息更加豐富，對(duì)故障的解釋性更強(qiáng)。應(yīng)用鐵譜分析技術(shù)能使設(shè)備減少維修費(fèi)用，減少設(shè)備的大修次數(shù)，但鐵譜分析的定量分析結(jié)果不精確，操作繁瑣、費(fèi)時(shí)，對(duì)磨粒的識(shí)別過于依靠實(shí)驗(yàn)人員的操作和經(jīng)驗(yàn)。

2 光譜分析和鐵譜分析技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用的意義

光譜分析與鐵譜分析技術(shù)各有自身的特點(diǎn)，他們各有長處與不足。光譜分析所能檢測的磨粒尺寸范圍小且不能確定磨粒的形貌特征，而鐵譜分析正好能彌補(bǔ)光譜分析的缺陷。通過對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行油料光譜分析與鐵譜分析，可以分析柴油機(jī)的使用狀況，判斷設(shè)備是否失效，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，有效避免柴油機(jī)發(fā)生更加嚴(yán)重的損壞。盡早排除柴油機(jī)的故障，節(jié)約維修成本。在避免發(fā)生重大事故的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 柴油機(jī)故障診斷的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代社會(huì)要求柴油機(jī)故障診斷盡量做到不解體化、高精度化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化等。光譜分析與鐵譜分析技術(shù)的應(yīng)用滿足柴油機(jī)故障診斷的發(fā)展趨勢。但光譜分析與鐵譜分析仍有不完善的地方。因此，完善光譜分析與鐵譜分析技術(shù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化是人們下一階段研究的重要課題。

4 結(jié)論

總之，油料的光譜分析及鐵譜分析技術(shù)是診斷柴油機(jī)故障的高效、有效的手段。只有當(dāng)光譜分析與鐵譜分析技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，互為補(bǔ)充，充分發(fā)揮各自的特長，才能使柴油機(jī)故障預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率得到進(jìn)一步的提高。

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