光譜分析與鐵譜分析在柴油機故障診斷中的應用

【摘 要】本文簡單介紹了光譜分析與鐵譜分析技術的基本方法及原理。提出兩種方法聯合應用是柴油機進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在故障診斷中的重要意義及未來柴油機故障診斷技術的發展趨勢。

【關鍵詞】光譜分析；鐵譜分析；柴油機

【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

柴油機作為動力機械，其運行狀態的好壞直接影響整個設備的工作狀態。因此，要確保設備處于最佳的運行狀態，對其設備及柴油機進行狀態監測和故障診斷是十分有必要的。在柴油機的故障中，最主要的故障是磨損。磨損是由摩擦直接產生的，所有的機械和機構的運轉都是依靠其零件副的相對運動，有相對運動必有磨損。磨損通常是有害的，因為磨損往往造成物質損失，縮短柴油機使用壽命，降低設備可靠性等，所以應盡可能的減少磨損以用來延長柴油機的使用壽命和提高可靠性。

現階段，對柴油機進行狀態監測和故障診斷，研究柴油機各種狀態以及存在的故障和隱患，對柴油機的維修工作具有重要的意義。光譜分析和鐵譜分析技術是通過分析柴油機潤滑油中的磨損金屬含量及磨粒的形貌、尺寸來判斷柴油機的磨損情形及磨損程度，預測機械可能出現的故障。在眾多的狀態監測和故障診斷手段中，光譜分析與鐵譜分析技術是非常實用有效的手段。

1 光譜分析技術與鐵譜分析技術

1.1 光譜分析技術

光譜分析技術是通過分析潤滑油中金屬磨損微粒的材料成分及數量，對比機械設備使用過程中金屬磨損微粒數量的變化速度，了解機械設備摩擦副的磨損情況，以正確判斷機械設備異常和預測故障，為機械設備科學檢修提供依據。根據不同時期各種金屬磨損微粒所含金屬元素的數量，判斷摩擦副的磨損程度，預報可能發生的故障；根據金屬磨損微粒的材料成分及其濃度變化，判斷出現異常現象的部位及其原因。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。

光譜分析主要以發射光譜為主要手段。通過電擊產生電火花、電弧等能量激發潤滑油中金屬元素輻射發光而產生光譜。因為每個元素都有其固定的波長，所以可以通過發射光譜的波長分析元素的種類，通過監測光的強度分析元素的含量。最后，可經過數據的對比判斷出設備的磨損狀況。

該技術具有分析靈敏度高、適應范圍廣、操作簡便、分析數據準確快速等優點，但是此技術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

鐵譜分析技術是使帶有磨屑的潤滑油流過一個高強度、高梯度的磁場，利用磁場把磁性磨粒從潤滑油中分離出來，依據磨粒的顆粒大小依次沉淀在基片上，再利用鐵譜顯微鏡對基片上的磨粒進行識別及診斷。通過分離出來的微粒和雜質的形狀、大小、成分等方面的分析，可判斷設備的磨損狀況，預報零部件的失效。通過磨粒大小和濃度分析設備的磨損程度；通過磨粒的大小和外形分析磨粒產生的原因和類型；通過磨粒的成分分析磨粒產生的部位。通過磨損趨勢的分析預測出設備將要發生失效的主要部件的位置。

鐵譜分析技術能檢測柴油機潤滑油中的單個磨粒，能直觀反映出柴油機主要摩擦副的磨損情形。鐵譜分析技術應用范圍廣泛且能獲取的故障特征信息更加豐富，對故障的解釋性更強。應用鐵譜分析技術能使設備減少維修費用，減少設備的大修次數，但鐵譜分析的定量分析結果不精確，操作繁瑣、費時，對磨粒的識別過于依靠實驗人員的操作和經驗。

2 光譜分析和鐵譜分析技術聯合運用的意義

光譜分析與鐵譜分析技術各有自身的特點，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光譜分析的缺陷。通過對柴油機進行油料光譜分析與鐵譜分析，可以分析柴油機的使用狀況，判斷設備是否失效，及時發現故障，有效避免柴油機發生更加嚴重的損壞。盡早排除柴油機的故障，節約維修成本。在避免發生重大事故的同時，提高經濟效益。

3 柴油機故障診斷的發展趨勢

現代社會要求柴油機故障診斷盡量做到不解體化、高精度化、智能化及網絡化等。光譜分析與鐵譜分析技術的應用滿足柴油機故障診斷的發展趨勢。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的智能化、網絡化是人們下一階段研究的重要課題。

4 結論

總之，油料的光譜分析及鐵譜分析技術是診斷柴油機故障的高效、有效的手段。只有當光譜分析與鐵譜分析技術聯合應用，互為補充，充分發揮各自的特長，才能使柴油機故障預報準確率得到進一步的提高。

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[責任編輯：周娜]