新油品選擇中的監測與分析

摘   要：任何新產品研制中，都要考慮潤滑和液壓油的選擇問題。在研制軍用車輛綜合傳動系統中，選用專門研制的國產油代替進口油，經受了400h的可靠性試驗；采用6種監測儀器的油品分析，預測故障癥兆，圓滿地完成試驗。 
        關鍵詞：綜合傳動系統 油品分析 可靠性試驗 故障診斷 
        一、可靠性試驗背景
在研制軍用車輛綜合傳動中，選用一種潤滑與液壓共用的油品，是必須妥善解決的問題。它既是液壓系統傳遞能量的介質，又要滿足各摩擦副的潤滑性能要求，諸如在規定壽命周期內的磨損狀態、污染狀態和油品性能衰變的影響等。 
        所研制的綜合傳動系統，包括前傳動齒輪、液力變矩器和閉鎖離合器、多個擋位的變速系統和液壓換擋的多個片式離合器、多工位液壓換擋滑閥、功率匯流行星機構、無級轉向軸向柱塞泵和多個壓力閥（安全閥、溢流閥、節流閥）等，構成直駛與轉向一體的復雜傳動系統。 
        在選擇油品上，有兩種對策：(1)選用國外同類產品的進口貨（例如殼牌勁霸15W/40)，但供貨保障和價格較貴有一定限制；(2)研制與進口油性能相近的國產油，但必須經受嚴格的可靠性臺架試驗，實際進口油也要經受這種試驗，都存在一定風險，特別是不能因考核油品而把數量很少的樣機造成顛覆性損壞。筆者采用第（2)種對策，如何對油液監測與診斷，捕捉故障癥兆，及時預報，是需要解決的關鍵之處。 
        二、綜合傳動系統的可能故障分析 
        在樣機研制及試驗過程中發現，可能故障主要由磨損、污染和油品衰變三種原因所造成。結合綜合傳動系統結構特點，對可能故障分析如下。 
        (1)閉鎖離合器和6個換擋離合器的摩擦副可能燒傷，喪失換擋功能，特別是相對轉速高的離合器。 
        (2）齒輪磨損（點蝕、膠合等）；鑄鐵密封環嚴重磨損，導致離合器結合油壓因漏油而降低。 
        (3)由于結合油壓下降，使離合器打滑而加劇磨損和燒傷；由于漏油不能保證足夠潤滑流量，加劇摩擦副磨損。 
        ( 4)各支承軸承和匯流行星排的行星輪軸承磨壞。 
        (5)換擋滑閥和各壓力閥被污染顆粒堵塞、卡死而喪失功能。 
        (6)軸向柱塞泵的變量斜盤與滑履因缺油而研傷，使工作失常。 
        (7）油品衰變，主要包括黏度、積碳、氧化物、硝化物、硫化物、乙二醇、燃油稀釋和含水量等降解程度，降低潤滑性能。 
        三、取樣規范和監測儀器種類選擇 
        1．取樣規范 
        在用油的油樣，包含豐富的磨損、污染和油品衰變等可能故障信息，故取樣必須規范，使油樣分析結果對故障癥兆具有代表性、及時性和靈敏預測性主要規范如下。 
        (1)取樣部位。應在油品經各機器摩擦副之后。從油箱中取樣，似乎有代表性，但油液擾動大，只能不得已時采用。本產品盡管潤滑與液壓共用一種油品，但液流經兩個分系統工作后流入油箱，故分別在供油泵的粗濾和精濾器之間及液壓系統回油口分別取樣，使之分別捕捉故障信息。在整個試驗中，取樣部位不變。 
        (2）取樣時機器狀態應在熱機狀態，使磨損物均勻懸浮在油液中，不會因沉淀而丟失信息。 
        (3)取樣時機器工況。綜合傳動系統由柴油機作動力，應在不同負荷（以油門開度的百分比表示）、不同轉速和不同擋位下取樣，見表l。

表1 取樣時機器工況 

        注：每一種油門位置、擋位、都需在不同轉速下試驗20 min后取樣，累計400h 
        (4)取樣間隔二見表1，當任一分析指標出現臨界值時，需加密取樣，以排除取樣或分析的時分析原因，排除后繼續試驗。 
        (5)應取1一2個基準油樣。機器啟動空轉，待油溫、油壓正常，油液正常循環后，可以開始試驗。此時取基準油樣，目的是與加載后式試驗二 
        2．監測儀器種類選擇 
        根據可能故障分析，在具有風險的可靠性試驗中，采用哪些監測儀器，既能及時捕捉故障癥兆進行預報，又能達到可靠性試驗的全面指標，選用如下6種儀器。 
        (1)原子發射光譜儀。是快速、準確監測油中不同磨損金屬元素、污染元素和添加劑元素含量（μg/ml）的儀器，根據各摩擦副材料的主要金屬元素種類及相應的界限值（濃度和趨勢的正常、臨界和異常三種界限值），初步判斷有無故障、故障程度和部位[1]。 
        (2)分析式鐵譜儀。監測油中磨粒形貌和尺寸，識別故障模式。 
        (3)顆粒計數儀（污染監測）。監測油的污染度，預測各液壓元件可能被堵塞或卡死。 
        (4)傅里葉變換紅外光譜儀。監測油的降解（衰變）程度，根據各化合物的圖譜，預測油液可繼續使用的潛力。 
        (5)黏度儀。監測油液黏度的變化規律。 
        (6) PQL鐵量儀。監測油中Fe大顆粒的含量；原子發射光譜儀只能監測≤10μm顆粒，分析式鐵譜儀可監測≤100μm顆粒，而PQL可監測≤500μm顆粒。 
        這6類儀器相輔相成地可以覆蓋本試驗應監測的故障癥兆。但應注意，每個油樣都應經原子發射光譜儀和顆粒計數儀分析，其他儀器可抽樣監測；由于這些儀器都只能離散取樣和離線分析，故適當加密取樣是必須的，彌補信息的丟失。此外，在相應部位裝有幾種壓力表、溫度計和流量儀，密切關注其正常與否的范圍。 
        四、結論 
        限于篇幅，不能把詳細分析結果列出，僅將所得重要結論闡述如下。 
        1.故障可能性來源于兩方面，一是油品性能不良，二是結構設計、制造和裝配本身存在缺陷。由于本定型樣機之前已經過原理樣機、初樣機的設計改進，本次可行性試驗中未發現重大故障。 
        2．選擇6種監測儀器可完全滿足診斷要求。以前未進行這種監測，缺乏預知性，一般經200h試驗后即全部換油，不僅浪費油料，也不能揭示油品的潛在能力。本次試驗，由于進行了全面監測，未換油情況下完成了規定的400h試驗，又后續試驗100h，對今后研制其他產品以及如何正確使用產品都有重要意義。 
        3．試驗后經全面拆檢，發現有幾處已達臨界狀態，有2處已達異常。盡管如此，完成了可靠性試驗，不僅考核了國產油代替進口油的可靠性，也考核了綜合傳動設計、制造和裝配質量。 
        4．從科學性說，一臺產品的可靠性試驗，還缺乏統計性，小批量生產中應繼續進行。但本次試驗取得了可貴的實踐經驗，為今后奠定了應用基礎。

參考文獻
1　王文清．機械裝備光譜油液分析故障診斷中界限值制定與知識庫建立的研究與應用．北京理工大學碩士論文，1994