黄金展位

低成本滚动轴承用油分析

hengline


 


  滚动轴承的正常运行需要正确的维护和监测。也就是说进行周期性维护。周期性维护包括操作监测,预防性维护和推断性维护。预定的维护包括对操作条件进行监测,对补充的润滑油进行监测,同时还包括其它有规律的周期性维护。在操作过程,应该有规律的对噪音、震动、温度和润滑油情况进行检查。


  周期监测中最重要的是油脂分析;但通常情况下,很难对现场的油脂进行测试。对运行中的设备进行测试更是如此。但是,这篇文章主要介绍的是现场检测技术。这种技术可以通过简单、精确的方式推断出使用油脂的油样状况。新油脂或存放时间很长的油脂也可以通过这种技术来检测。


  油脂稠度分析


  稠度和抗压强度是油脂的重要性能。通过 ASTM D217 实验可以在实验室测量新油脂的 抗压强度和锥入度。某些油脂会在使用过程中变硬,如果这种情况继续发展下去,就会导致轴承损坏。所以一定要经常检测油脂的稠度。但是,一般在工业场所我们没有现成的润滑脂锥入度计。那么我们就需要用简单的检测方式来达到检测油脂稠度的目的。



图 1. 简单的油脂稠度检测仪


   油脂稠度等级是由美国润滑脂协会根据 ASTM D217 针入度标准制定的。测量油脂稠度需要收集一些未使用的不同等级的油脂。然后计算注油器在特定温度下排除某种等级油脂的时间。这样,就可以制定出一条标度曲线。通过对使用油脂的趋势分析来检测油脂稠度的变化。



图 2. 初步结果


   图 1 描述了一个简单的使用油脂稠度测量仪。图 2. 和图 3 显示的是初步结果和结果之间的关系,以及从标准中 润滑脂锥入度计 提炼的数据。



  图 3. 两种技术的关系


(标准 锥入 度计 测量和简单的油脂稠度检测)


  通过这种简单的油脂稠度测试,我们可以在现场很快获得结果,这将有助于我们发现问题,判断事情的严重程度,及时采取必要的维护。这种方式的主要优点是我们很快就可以得到结果,不需要将油样送往很远的实验室。


  对油样污染程度和磨损杂质进行评估


  通过这种测试可以检测和估计新油或使用油的集中危害度和沙砾污染物。取少量油脂,放在平行的两个丙稀酸金属片上。然后用某种设备将油脂挤压成薄薄的一层。这种设备要使挤压中的上金属片和下金属片一起旋转(图 4 )。



图 4. 检测设备分解图


  然后移去金属片,清洗干净,我们就可以看到金属片上留下的弧形痕迹。操作步骤和原料与 ASTM D1404 很相近。这个痕迹显示出磨损杂质和外来颗粒的存在。


  


Figure 5. Typical Results


图 5. 典型结果


  使用油脂磨损杂质分析


  磨损杂质分析近来被广泛应用于机械卫生状况检测中。磨损是滚动轴承损坏的主要机理。我们通过周期性观察磨损量和磨损机理可以监控轴承损坏率。传统而言,通过原子发射光谱法 (AES) 可以监控轴承损坏率。但,这种技术对于油脂分析存在着缺陷,因为占颗粒总数重要部分的颗粒(大于 10um 颗粒)被忽视掉了。一般,轴承磨损颗粒大小是 5um 到 15um. 如果在高磨损条件下,这些颗粒还会变大。所以,在检测这些变化时传统技术的作用就很有限了。


  除了原子发射光谱法,用于分析磨损杂质的其它方法有显微镜分析法(分析铁谱),铁的浓度分析法,如铁谱分


析,碎片测试,碎片收集器和使用滤光器检测。这些技术如果选用适当,就会克服颗粒大小限制的缺陷。并且这种技术还可以给磨损机理、磨损位置、磨损程度、润滑油状态和润滑油污染状态提供额外信息。


  


图 6. 铁谱分析


  检查油脂中磨损杂质的基本原则如下:


  1.从滚动轴承中抽取有代表性的油样。


  2.在手背或玻璃片上,涂薄薄的一层油脂,然后背光观察,或使用放大镜或光学显微镜观察。


  3.在大口杯中放一定数量的油脂。然后用合适的溶剂进行溶解。溶剂的类型取决于油脂的稠度和油脂中的基础油。


  4.通过薄膜滤器抽取油样。或使用磁性分离技术(如铁谱装置或旋转颗粒浇注滑动装置)从油脂溶液中分离固体颗粒。


  ▲使用 10 倍到 100 倍的反光显微镜分析杂质的如下特征:


  ▲颗粒大小


  ▲颗粒类型


  ▲颗粒外形


  ▲颗粒颜色


  ▲颗粒表面结构


  ▲颗粒浓度比率


  ▲颗粒尖锐程度


  ▲颗粒组成(如果有需要的话加热玻璃片)


  ▲颗粒暴露在反射光或传送光下的反应


  铁谱分析是磨损颗粒分析中最有效和最有用的工具。图 6. 显示的是一个典型的铁谱滑动装置。在此分析方式中,铁谱是用来扫描不正常的磨损状况的。这种分析方式不仅可以检测出表中所列出的轴承的物理特征和化学特征,而且还可以通过寻找磨损颗粒的外形特征来分析轴承。而颗粒的外形特征可以用来鉴别磨损类型,磨损机理,磨损的严重性,甚至可以鉴别出磨损颗粒组成成分。


  5.隔一段时间重复以上程序将有助于进行趋势分析。虽然单个的分析就可以获得信息,但对日常使用油脂进行常规的分析将有助于获得更加详细的信息。但二者都可以估计问题的严重程度。磨损杂质分析是一种相对简单的过程,它不需要很高的技术。


  


表 1. 磨损机理和磨损杂质特征


  掌握颗粒(平均颗粒大小,最大颗粒大小和颗粒分布)特征是实验的一个重要方面。一般而言,滚动轴承的毁坏程度与颗粒大小成比率。一般情况下,磨损颗粒大小不超过 25um 。如果磨损颗粒大于 25um, 预示着轴承有潜在的严重磨损趋势(从图 7 到 12 )。



图 7. 在玻璃载片上涂一薄层使用油脂, 我们可以看到严重的滑动磨损颗粒。


    


图 8. 疲劳磨损颗粒


 


图 9. 切削磨损颗粒


 


图 10. 从铁谱滑片上观察到的圆柱形颗粒(密封材料 / 光纤)


 


图 11. 铁谱滑片上显示的使用油脂磨料颗粒


 


图 12. 铁谱滑片上显示的球形磨损颗粒、切削磨损颗粒和污染物


  吸水纸实验


  在显微镜下观察吸水纸污点是分析使用油脂的重要方式。液化的使用油脂在检验之前应过滤或用吸水纸吸附。液化使用油脂中的水分看起来要么像乳化水,要么像独立的水层。这种方式也可以检测油脂的清洁度。


  在吸水纸上滴一滴液化使用油脂,当它完全被吸收后就会形成一种特殊的痕迹。这种痕迹可以用来解释使用油脂状况。单一的污点可以揭露使用油脂的某些性能。在用显微镜观察之前,仔细观察这些性能(图 13 )。



图 13. 吸水纸上的使用油脂油样


  如图,吸水纸可以检测出使用油脂中存在的水分。你可以看到吸水纸上有光圈区域。有时水也可以氧化铁物质,所以,如果有锈出现表明已有水侵入润滑脂。如果吸水纸上有很多污点,说明润滑脂的某些性能正在以一定的比率发生变化。而且这些污点对于评价润滑脂状况非常重要。


  结论


  低成本的使用油脂分析是提前维护滚动轴承的重要部分。延长添加油脂的时间,认识到关键磨损产生和油脂失效比率可以减低维护成本,而且也可是使我们在轴承报废和润滑脂失效之前采取有效措施。(来源:原著: Surapol Raadnui, King Mongkut  译者:张蕊)