基于油液颗粒污染物分析的某型装载机故障诊断方法

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随着液压油液分析技术在液压系统污染控制中的广泛运用，液压系统油液中固体颗粒污染物的分析逐渐成为研究的重点对象。目前国内外对液压系统固体污染颗粒的研究方法主要是：颗粒计数法，通过检测颗粒尺寸、浓度和尺寸分布来确定系统油液污染度等级。

称重法，仅以取样的固体颗粒的总重量来对算油液污染度。不能直观反映颗粒的形状尺寸及分布特征.只适应于对油液污染度的判断的精度要求不是很高的场合。在油液固体颗粒物的分析技术的基础上，我们可以对油液中的固体颗柳行定期的抽样检测。对油液中固体颗粒污染物的数量、尺寸、尺寸分布以及颗粒形状等进行分析，建立油液中颗粒物特性与系统磨损的关系来获取系统的故障原因。

收稿日期：2012-11-26作者简介：王克(1987-)，男，湖南益阳人，硕士研究生，研究方向为基于油液分析的液压系统故障诊断。

1 颗粒污染度研究背景研究表明l，造成系统故障的 75%乃至 90%是由于油液中污染颗粒引起，颗粒物种通常磨损金属颗粒占75%，粉尘占 15%，其他杂质占约 lO%。这些颗粒对设备的危害最大，还会产生链式反应”，加剧磨损。

颗粒污染度判定标准主要有 NAS 1638(液压油污染度等级标准》、ISO 4406《液压传动油固体颗粒污染等级代号法》、ISO 11218(航空航天液压油液清洁度分级》和SAEAS 4059(航空航天流体动力 液压油清洁度分类》等。而其中ISO 4406被我国等效采用为 GB/T14039《液压传动油液固体颗粒污染等级代号》，NAS1638被我军方采用为 GJB 420A(飞机液压系统用油液污染度分级》。

由于装载机等工程机械的污染比较严重，工作环境恶劣，多为空气污染严重的环境下工作 ，如建设工地等，所以其污染等级-般在 l0级左右，所以我们研究的标准采用从 5级到 l3级.列出如下表 1所示。

73液压 气动 与 密封，2013年 第 04期表 1 ISO4066液压传动流体固体污染物标准 (部分 )2 装载机液压系统颗粒污染物磨损及阻塞的机理2.1 污染颗粒 阻塞机理当污染颗粒尺寸大于或等于间隙尺寸时.颗粒无法通过间隙。这时颗粒物会直接卡在间隙口部，堵塞间隙，使油液无法继续通过，造成系统突然卡死的情况。

当污染物尺寸猩以通过，但是间隙处的区域的流动速度很缓慢时，颗粒物会沉积于此，长时间后会淤积成大颗粒，阻塞间隙最后卡死或阻塞造成故障。

] - 油 蒿动④ 工作间隙 方向 矍盟l图 1 固体颗粒物进入或通过3-作间隙示图2.2 污染颗粒磨损机理1)磨料磨损液压油中固体颗粒在两个运动表面之间，划伤-或两个表面的磨损称为磨料磨损，会产生附加磨损颗粒。主要发生在运动表面和固体颗粒体积接近，而固体颗粒又可以通过的两个运动副间隙处。

2)冲刷磨损因固体颗粒污染物冲击零件表面或棱边，造成表面材料剥落而产生∨粒物在内部的流体中的受力分析和运动分析 ：颗粒在内部受力主要有流体阻力 、stockes力、Basset力、附加质量力、重力和压差力。其中垂直流体方向的横向作用力为Magnus力.其大小为：FM 1 1Td ( 。- ) (1)式中 孑L径：∞--颗粒转速；Ⅱ -Ud--速度差。

74当 力作用下横向力失去平衡时或者存在紊流的情况下，颗粒都会随着流体冲击壁面造成冲刷磨损。摩擦学提出，固体颗粒冲刷固体表面的磨损率与冲击的动能成正比，并与入射角度、颗粒的形状和材料的性质有关。在冲击塑性固体材料表面时，与磨料磨损机理相同。当人射角为零时，冲击中的疲劳机理起到主要作用。脆性材料表面的冲击过程会形成表面裂纹和脆性的颗粒物。这种颗粒物主要在高速流体通过的阀体(如比例阀等)元件处产生。

3)黏着磨损摩擦副表面在载荷作用下，微凸体顶端压力达到屈服极限。会产生塑性变形而使实际接触面积增大，当实际面积达到足以支撑载荷时，停止变形。在没有表面隔膜存在的条件下，接触点会局部再结晶，扩散或者熔化等。表面间容易相互粘着。粘着的表面相对运动时可能发生撕裂表面的现象造成破坏。

4)疲劳磨损上面的磨粒磨损和冲刷磨损中已经提到，当作用力垂直于运动副表面时，造成的应力交变作用，使表面产生各种变形，使表面材料疲劳，长久下去会出现细微裂缝并不断扩张.以至于产生物质剥落的摩擦现象。

5)气蚀、混气和腐蚀磨损气蚀的基本原理为油液中的气泡破裂产生瞬间压力冲击与局部高温。温度可能达到 1200多度，压力达到上百兆帕。这会使得金属表面疲劳，油液氧化，对金属表面产生腐蚀作用。除此之外油液的其他变质、电化学反应等也会造成腐蚀表面的现象。油液中混人的气体即使不爆炸，扎起不断地膨胀压缩过程中也会引起与气蚀相同的损坏，即混气磨损。污染颗粒对系统管壁和间隙的磨损和气蚀，如图2所示。

- (a) 磨粒磨损 (b)气蚀磨损图2 表面磨损显微成像3 研究方法通常采用的方法为原子光谱 .但是或多或少会受共存元素和基体的干扰∨粒的大小也会对测定结果产生影响。我们采用颗粒计数法、颗粒比较法和铁谱分析来获得颗粒的浓度。

Hvdraulics Pneumatics& Seals/NO.04.20133.1 颗粒形状、尺寸和尺寸分布分析在油液检测的颗粒污染分析中，除要获扰粒的类型和含量外，还需要获得其尺寸大孝形貌和尺寸分布特征。通过其形态参数可以判断设备磨损类型，如磨料磨损、黏附磨损和疲劳磨损。还可以研究设备的磨损机理，主要通过铁谱分析和电镜分析法，通过光学仪器统计颗粒的大孝形状分布等。

3.2 实验设备1)高性能光学颗粒计数显微镜主要技术参数型号：XJZ-2J油污计测仪；使用方法 ：完成仪器调整 后 按 5151xm，15-251a，m，25～501.Lm，50～lO01xm，lO01xm以上，分别输出-方格或者-单元或者-亚单元面积上的颗粒数 目，然后按照清洁度标准确定污染度。由于检测的数据位取样稀释的结果，需要对其转化计算处实际 100mL中数据，转化公式：， - 该类颗粒技术观测结果：- - 单元格子数：- - 亚单元格子数。

2)高性能光学颗粒对比显微镜主要技术参数型号：XJZ-2B油污比较仪。使用方法：通过观测样本和 9个标准清洁度样盘的对比，获得与样本最接近的清洁度标准盘，从而获得样液的清洁度。

3)直读式铁谱分析仪主要技术参数型号：ztp-x2型直读铁谱仪。磁场：夹缝中心最大场强>1.5T，最大磁场梯度>5.0T/cm；通径：积管为 3×1.6× 100mm，毛细管通径 1.2x q)0.8x q5700mm：可分离粒度范围：0.10.01直读数量级。

4 目标清洁度、实际颗粒污染度与系统故障关系按方格计算： 目标清洁度是指液压系统元件正常工作允许的最高污染度等级，实际污染度是指油液中实际的污染物等 (2) 级，目标清洁度、实际污染度与系统故障关系，见表 2。

按单元计算： 5 结论与展望n2 目前国内外故障诊断的方法多是基于故障信息分11'1i'-，：r 析I技术。其前提是系统发生故障，然后通过故障信息采 /. ， /I、o HU 肚不 L从工 衔 用心U队 1日思7按亚单元计算： 取补救和维修。实际工程应用中，系统随时可能出现各。 ～ - ， 种突发情况。而突发性故障实际都是由于长期积累的Mi (4) 磨损导致元件的失效造成的。基于油液颗粒分析的故i 障诊断技术能够弥补这-缺陷，在装备的工作过程中式中 D--滤膜通径； 随时进行采样分析，得知装备的磨损状态∨粒污染物- - 计数单位个数； 中含有大量的油液和系统状态信息， 能够较好反映系- - 某类尺寸技术颗粒总数； 统的工作状态。利用它，我们能够提前预知故障，主动表 2 间隙为 1Opm 的某运动副表面和 20pm 运动副表面 的磨损对 比元件 辣- 竺竺 正常工作 磨损 故障 故障判断及原阶段 (m) ≤5 n Il -，l5 m ≥15 u nl 。 第-阶段第 ：阶段第三阶段第-阶段第二阶段孵三阶段√√√√√√√√√、，√√无故障无放障跃时问工作黪损无故障麟损严重后泄漏磨损严重将淄藤装配带入颗粒装配带入颗粒带入颗粒加速磨损带入颗粒加速磨损加速磨损提胁故障加速磨损挺前故障注：取样阶段以每个月-阶段，表中个，单元”，为显微镜依次观测到的样液1中-个单元。其换算为 lOOmL的公式为 nN/L1.N为单元总数观测数量 。TI，为观测的每单元个数。

75液压 气 动 与密封/2013年 第 04期轧机油气润滑系统优化改造刘 东(河北钢铁集团宣钢公司 型棒厂，河北 宣化 075100)摘 要：针对轧机油气润滑系统设计存在不足，导致系统压力损失大，设备润滑易发生故障、油耗高等问题，通过将压缩空气与润滑油由站外混合改为站内混合，并将轧机轴承、导卫轴承润滑设计成由不同的油气支路和油气分配器控制，解决了系统压力低 、烧轴承频繁、油耗高的问题，同时减少污染 ，改善了环境。

关键 词 ：轧机 ；润滑系统 ；改造中图分类号：TH137，TG333 文献标识码：B 文章编号：1008-0813(2013)04-0076-03Optimal M odification of the Oil-air Lubrication System for the Roiling M i11LIU DongO 引言宣钢型棒厂 75万吨/年棒材生产线使用的轧机为收稿 日期 ：2013-00-0作者简介：刘东(1965-)，男，河北涿鹿人，高级工程师，硕士，从事轧制机械设备的研究。

· - --意大利 POMINI轧机，全线 18架轧机的轧机轴承和导卫轴承采用的是油气润滑方式。所谓油气润滑”，就是将润滑油和压缩空气相混合使之成为紊流状的两相油气混合流体，并送到需要润滑的磨擦面的过程。油气润滑的优点是可以最大限度地延长轴承使用寿命圆。并且不受油品粘度的限制。最重要的是压缩空气比热孝流进行维修。减少因为突发状态延误工期造成的不必要损失。

液压系统中的油液污染物还有很多，我们不仅仅可以对颗粒污染物研究。还可以将润滑油等的油液分析方法引入进来。如 ph值检测、水检测、电化学检测、粘度、密度、透明度等分析方法。这些可以作为系统油液污染检测的更广的发展方向。相信，随着油液分析技术的更多运用于液压系统故障诊断中，液压系统的可靠性会越来越高，系统的维修会越来越方便，创造的经济价值会越来越高。