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案例一:
××發動機氣缸及軸瓦的異常磨損
⒈ 發動機的基本情況
摩托小時:345h,使用過程中,觀察潤滑油粘度比較稀。
⒉ 發動機潤滑油光譜分析數據
各主要金屬元素的濃度值及其10h的濃度增長率均未見明顯異常,鐵、鉻及銅元素濃度偏高,接近控制標準。從理論上加以分析,潤滑油的粘度大幅度降低,常常會引起零件的異常磨損,應進一步做潤滑油的理化分析和鐵譜分析,以便最終判定柴油機的磨損狀態是十分必要的。
⒊ 潤滑油的理化性能分析
通過發動機潤滑油的運動粘度測定,兩個油樣的運動粘度分別為8.3Cst和7.6Cst,均超出規定的指標范圍(該潤滑油的100℃運動粘度應在13.5~16.3Cst的范圍內)。其下降的比例達到40%左右,很顯然,該油已嚴重變質,不能再繼續使用,但是否為故障的唯一原因,應對油液進行鐵譜分析。
⒋ 鐵譜分析結果
從鐵譜片(圖1)上可以發現存在有鐵系過熱的粘著磨粒和一個長達65μm左右的切削磨粒,一個幾何尺寸達60μm的過熱銅磨粒(圖2),以及一個60μm左右比較厚的鋁質疲勞磨粒及膠狀物(圖3),依據這三張鐵譜圖片中磨粒的形態及顏色可以初步判斷該發動機的氣缸、活塞及軸瓦可能發生了異常磨損。
⒌ 發動機分解鑒定結果
經過對發動機的分解可以觀察到,曲軸的止推軸承端面發生疲勞剝落;1、2、6主軸承內表面出現大面積的露銅,表明已發生嚴重磨損;相應的主軸頸工作表面有幾處發藍的過熱痕跡;左排第3缸和右排第4缸的內工作表面有明顯擦傷痕跡。

圖1 細長的切削磨粒 圖2 銅片粒的邊緣出現紫色回火色 圖3 鋁質疲勞磨粒
⒍ 分析結論意見
從潤滑油的理化性能檢測和鐵譜分析可以認為,導致發動機的氣缸、活塞及軸瓦發生異常磨損的直接原因是零件的潤滑不良,潤滑油的粘度過低是造成潤滑條件惡化的起因。
由這一事例,我們可以得到這樣一個認識,即發射光譜儀由于其對油液中的大顆粒不敏感,因而不能只憑光譜數據是否異常來準確判斷發動機是否存在故障。正常的做法應該是依據多種監測手段對故障加以確認,特別是對于機件因疲勞磨損、磨料磨損、潤滑不良、過載等因素所產生的大磨粒分析,鐵譜儀的分析具有獨到之處,應予以特別注意。
案例二:
××重型車輛發動機進土
1. 車輛基本情況:摩托小時92h,屬于新發動機剛開始使用,但監測數據極不正常。
2. 光譜分析監測數據(見表1)
表1 油液分析結果
| 元素 | Fe | Cr | Cu | Pb | Al | Sn | Si | Na |
| 濃度(ppm) | 40.5 | 3.3 | 9.6 | 91.3 | 8.0 | 13.3 | 15.8 | 26.5 |
3. 車輛檢查保養情況
經查,空氣濾清器蓋與體之間的氈墊安裝時,未平整地置入氈墊槽內,使濾清器蓋與殼體之間局部產生縫隙,造成密封失效,使進氣空氣不經過一、二級濾芯直接進入發動機增壓器的進口,形成進氣道的短路狀態,致使發動機大量進土。
從嚴格意義上講,出現這種問題的根本原因在于車輛的保養質量不符合要求。
4. 發動機機件可能的磨損狀態
(1)氣缸活塞組零件嚴重磨損,其中活塞裙部和環槽的磨損首當其沖。從鐵、鉻和硅元素濃度值變化可以看出,由于大量進土的原因,曲軸瓦也將產生過度磨損;
(2)該車在后續的保養中雖然已采取換油措施,各種元素的濃度已恢復正常,但是對該發動機已造成不可恢復的磨損,其使用壽命將受到一定程度的影響。
由此看來,要保證車輛時刻處于良好的技術狀態,提高車輛的保養質量是一個重要環節。對于“三濾”部件的拆裝要求,在許多技術文件中都有明確規定,之所以重復出現同一類型操作環節上的問題,其根本原因就在于乘員的訓練和教育并不十分到位。
案例三:
推進系統技術狀況檢測儀監測案例
1. 實驗目的
測試推進系統技術狀況檢測儀對油液中金屬磨粒(大顆粒和小顆粒)的檢測功能,重復性,軟件應用情況等。
2. 實驗基本情況
監測對象:某型車輛(共19臺)液壓系統及發動機(液壓油和發動機油)
實驗步驟:
(1)將油樣搖勻,使磨粒分布相對均勻。
(2)開啟在線鐵譜儀,分別進行大磨粒及小磨粒的采集,每個油樣進行三次采集,自動保存拍攝到的圖片。
(3)對采集到的圖片進行分析,給出IPCA和灰度值兩個定量指標,將三次結果進行平均并畫出數據圖。
3. 監測結果與分析
(1)液壓油樣監測結果
圖1為某型車輛每個油樣采樣得到三個IPCA值的平均值。

圖1 某車輛液壓油樣實驗結果
從圖1中可以看出13號油樣的IPCA值明顯較高,說明其中磨粒濃度較高,與其他油樣相比,設備磨損較嚴重。

圖2 13號油樣磨粒圖片 圖3 5號油樣磨粒圖片
圖2是油樣中13號油樣采集的磨粒圖片,圖3是05號油樣的采集圖片。從中可以看出,3號油樣的磨粒數量明顯較多。
(2)發動機潤滑油實驗結果
圖4為發動機油樣采樣得到三個IPCA值的平均值。

圖4 發動機油樣實驗結果
從圖4中可以看出5、11、16號油樣的IPCA值明顯較高,說明其中磨粒濃度較高,與其他油樣相比,設備磨損較嚴重。

圖5 5號油樣磨粒圖片 圖6 11號油樣磨粒圖片

圖7 16號油樣磨粒圖片 圖8 19號油樣磨粒圖片
圖5~圖7分別是發動機油樣中5、11、16號油樣采集的磨粒圖片,圖8是19號油樣的采集圖片。從中可以看出,5、11和16號油樣的磨粒數量明顯較多。
4. 監測結論
推進系統技術狀況檢測儀能通過對油液中鐵系金屬大磨粒和小磨粒磨損量的自動采集、處理和統計分析等,直觀、精確掌握發動機、傳動裝置(液壓系統)等各類機械潤滑機件的磨損狀態。
案例四:
自動磨粒分析儀監測案例
實驗設備:自動磨粒分析儀
監測對像:某型柴油發動機
被監測裝備的柴油機,絕大部分屬于正常工作狀態,其磨粒特征比較明顯。為幫助油液分析人員能準確掌握這一類發動機的磨損特點,也將其作為一種典型案例收集在內。
經驗表明,雖然含碳的燃燒產物使潤滑油呈現黑色,但是相對金屬磨粒而言,正常運轉的柴油機潤滑油仍然是十分清潔的,含碳的燃燒產物受鐵譜儀磁場的排斥,有的則被固定劑沖洗掉。在運行狀態良好的發動機的油樣所制備的鐵譜片上(見圖1、圖2),沉積的鐵磁性磨粒主要是正常磨損的鋼磨粒,僅有數量極少的磨粒屬于嚴重磨損磨粒,暗金屬-氧化物磨粒極少存在。典型情況下,腐蝕性磨粒在譜片的出口區也只有輕度沉積。

圖1、圖2 正常磨損期鐵譜片上標準型的磨粒視場
在正常運轉的柴油機油制成的鐵譜片上,偶爾也會出現大的黑色的非磁性團粒,這類團粒主要由碳、鈣及硫化合物構成,極細的鐵磨粒可能嵌在這類團粒內,使它有足夠的磁性得以沉積。利用光學顯微鏡最大放大倍數,有時可以在團粒內觀察到細微的金屬磨粒。碳和硫來自于柴油機的燃料,在燃燒過程中進入潤滑油,鈣來自于潤滑油中的鈣化合物添加劑,其作用是為了中和燃料燃燒時并有水污染時產生的硫酸。
碳/鈣/硫化合物硬度比較低,因此可以認為它們的存在不會對發動機的磨損產生不利影響,然而它們的存在表明潤滑油中的清凈分散劑已經失效,安裝濾清器的目的不是為了吸附煙塵,而是為了分離磨料磨粒。分散劑的加入是為了防止發動機油中燃燒產物結團,一旦燃燒產物結團就有可能堵塞機油濾清器或者在發動機零件上形成沉積層。
注意不要將暗金屬-氧化物與碳/鈣/硫團粒相混淆,暗金屬-氧化物按磁性沉積鏈沉積排列,因為它們具有鐵質核心。黑色團粒無明顯的磁性沉積特征,將兩者區分開對于油液監測工作者來講十分重要,因為暗金屬-氧化物是非正常磨損的明顯征兆。
正常工作柴油機的磨粒特征可以歸納為以下幾點:
⒈ 鐵磁性磨粒主要是正常磨損的鋼磨粒,僅有數量極少的磨粒屬于嚴重磨損磨粒;
⒉ 暗金屬-氧化物磨粒極少存在,腐蝕性磨粒在譜片的出口區只有輕度沉積;
⒊ 不要將暗金屬-氧化物與碳/鈣/硫團粒相混淆,因為暗金屬-氧化物是非正常磨損的明顯征兆。
