新油品選擇中的監(jiān)測(cè)與分析
摘 要：任何新產(chǎn)品研制中，都要考慮潤(rùn)滑和液壓油的選擇問(wèn)題。在研制軍用車輛綜合傳動(dòng)系統(tǒng)中，選用專門研制的國(guó)產(chǎn)油代替進(jìn)口油，經(jīng)受了400h的可靠性試驗(yàn)；采用6種監(jiān)測(cè)儀器的油品分析，預(yù)測(cè)故障癥兆，圓滿地完成試驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：綜合傳動(dòng)系統(tǒng) 油品分析 可靠性試驗(yàn) 故障診斷
一、可靠性試驗(yàn)背景
在研制軍用車輛綜合傳動(dòng)中，選用一種潤(rùn)滑與液壓共用的油品，是必須妥善解決的問(wèn)題。它既是液壓系統(tǒng)傳遞能量的介質(zhì)，又要滿足各摩擦副的潤(rùn)滑性能要求，諸如在規(guī)定壽命周期內(nèi)的磨損狀態(tài)、污染狀態(tài)和油品性能衰變的影響等。
所研制的綜合傳動(dòng)系統(tǒng)，包括前傳動(dòng)齒輪、液力變矩器和閉鎖離合器、多個(gè)擋位的變速系統(tǒng)和液壓換擋的多個(gè)片式離合器、多工位液壓換擋滑閥、功率匯流行星機(jī)構(gòu)、無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向軸向柱塞泵和多個(gè)壓力閥（安全閥、溢流閥、節(jié)流閥）等，構(gòu)成直駛與轉(zhuǎn)向一體的復(fù)雜傳動(dòng)系統(tǒng)。
在選擇油品上，有兩種對(duì)策：(1)選用國(guó)外同類產(chǎn)品的進(jìn)口貨（例如殼牌勁霸15W/40)，但供貨保障和價(jià)格較貴有一定限制；(2)研制與進(jìn)口油性能相近的國(guó)產(chǎn)油，但必須經(jīng)受嚴(yán)格的可靠性臺(tái)架試驗(yàn)，實(shí)際進(jìn)口油也要經(jīng)受這種試驗(yàn)，都存在一定風(fēng)險(xiǎn)，特別是不能因考核油品而把數(shù)量很少的樣機(jī)造成顛覆性損壞。筆者采用第（2)種對(duì)策，如何對(duì)油液監(jiān)測(cè)與診斷，捕捉故障癥兆，及時(shí)預(yù)報(bào)，是需要解決的關(guān)鍵之處。
二、綜合傳動(dòng)系統(tǒng)的可能故障分析
在樣機(jī)研制及試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，可能故障主要由磨損、污染和油品衰變?nèi)N原因所造成。結(jié)合綜合傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)可能故障分析如下。
(1)閉鎖離合器和6個(gè)換擋離合器的摩擦副可能燒傷，喪失換擋功能，特別是相對(duì)轉(zhuǎn)速高的離合器。
(2）齒輪磨損（點(diǎn)蝕、膠合等）；鑄鐵密封環(huán)嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致離合器結(jié)合油壓因漏油而降低。
(3)由于結(jié)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(rùn)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(rùn)滑性能。
三、取樣規(guī)范和監(jiān)測(cè)儀器種類選擇
1．取樣規(guī)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(guī)范，使油樣分析結(jié)果對(duì)故障癥兆具有代表性、及時(shí)性和靈敏預(yù)測(cè)性主要規(guī)范如下。
(1)取樣部位。應(yīng)在油品經(jīng)各機(jī)器摩擦副之后。從油箱中取樣，似乎有代表性，但油液擾動(dòng)大，只能不得已時(shí)采用。本產(chǎn)品盡管潤(rùn)滑與液壓共用一種油品，但液流經(jīng)兩個(gè)分系統(tǒng)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(tǒng)回油口分別取樣，使之分別捕捉故障信息。在整個(gè)試驗(yàn)中，取樣部位不變。
(2）取樣時(shí)機(jī)器狀態(tài)應(yīng)在熱機(jī)狀態(tài)，使磨損物均勻懸浮在油液中，不會(huì)因沉淀而丟失信息。
(3)取樣時(shí)機(jī)器工況。綜合傳動(dòng)系統(tǒng)由柴油機(jī)作動(dòng)力，應(yīng)在不同負(fù)荷（以油門開(kāi)度的百分比表示）、不同轉(zhuǎn)速和不同擋位下取樣，見(jiàn)表l。
表1 取樣時(shí)機(jī)器工況
注：每一種油門位置、擋位、都需在不同轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)20 min后取樣，累計(jì)400h
(4)取樣間隔二見(jiàn)表1，當(dāng)任一分析指標(biāo)出現(xiàn)臨界值時(shí)，需加密取樣，以排除取樣或分析的時(shí)分析原因，排除后繼續(xù)試驗(yàn)。
(5)應(yīng)取1一2個(gè)基準(zhǔn)油樣。機(jī)器啟動(dòng)空轉(zhuǎn)，待油溫、油壓正常，油液正常循環(huán)后，可以開(kāi)始試驗(yàn)。此時(shí)取基準(zhǔn)油樣，目的是與加載后式試驗(yàn)二
2．監(jiān)測(cè)儀器種類選擇
根據(jù)可能故障分析，在具有風(fēng)險(xiǎn)的可靠性試驗(yàn)中，采用哪些監(jiān)測(cè)儀器，既能及時(shí)捕捉故障癥兆進(jìn)行預(yù)報(bào)，又能達(dá)到可靠性試驗(yàn)的全面指標(biāo)，選用如下6種儀器。
(1)原子發(fā)射光譜儀。是快速、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)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(jù)各摩擦副材料的主要金屬元素種類及相應(yīng)的界限值（濃度和趨勢(shì)的正常、臨界和異常三種界限值），初步判斷有無(wú)故障、故障程度和部位[1]。
(2)分析式鐵譜儀。監(jiān)測(cè)油中磨粒形貌和尺寸，識(shí)別故障模式。
(3)顆粒計(jì)數(shù)儀（污染監(jiān)測(cè)）。監(jiān)測(cè)油的污染度，預(yù)測(cè)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(jiān)測(cè)油的降解（衰變）程度，根據(jù)各化合物的圖譜，預(yù)測(cè)油液可繼續(xù)使用的潛力。
(5)黏度儀。監(jiān)測(cè)油液黏度的變化規(guī)律。
(6) PQL鐵量?jī)x。監(jiān)測(cè)油中Fe大顆粒的含量；原子發(fā)射光譜儀只能監(jiān)測(cè)≤10μm顆粒，分析式鐵譜儀可監(jiān)測(cè)≤100μm顆粒，而PQL可監(jiān)測(cè)≤500μm顆粒。
這6類儀器相輔相成地可以覆蓋本試驗(yàn)應(yīng)監(jiān)測(cè)的故障癥兆。但應(yīng)注意，每個(gè)油樣都應(yīng)經(jīng)原子發(fā)射光譜儀和顆粒計(jì)數(shù)儀分析，其他儀器可抽樣監(jiān)測(cè)；由于這些儀器都只能離散取樣和離線分析，故適當(dāng)加密取樣是必須的，彌補(bǔ)信息的丟失。此外，在相應(yīng)部位裝有幾種壓力表、溫度計(jì)和流量?jī)x，密切關(guān)注其正常與否的范圍。
四、結(jié)論
限于篇幅，不能把詳細(xì)分析結(jié)果列出，僅將所得重要結(jié)論闡述如下。
1.故障可能性來(lái)源于兩方面，一是油品性能不良，二是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和裝配本身存在缺陷。由于本定型樣機(jī)之前已經(jīng)過(guò)原理樣機(jī)、初樣機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，本次可行性試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)重大故障。
2．選擇6種監(jiān)測(cè)儀器可完全滿足診斷要求。以前未進(jìn)行這種監(jiān)測(cè)，缺乏預(yù)知性，一般經(jīng)200h試驗(yàn)后即全部換油，不僅浪費(fèi)油料，也不能揭示油品的潛在能力。本次試驗(yàn)，由于進(jìn)行了全面監(jiān)測(cè)，未換油情況下完成了規(guī)定的400h試驗(yàn)，又后續(xù)試驗(yàn)100h，對(duì)今后研制其他產(chǎn)品以及如何正確使用產(chǎn)品都有重要意義。
3．試驗(yàn)后經(jīng)全面拆檢，發(fā)現(xiàn)有幾處已達(dá)臨界狀態(tài)，有2處已達(dá)異常。盡管如此，完成了可靠性試驗(yàn)，不僅考核了國(guó)產(chǎn)油代替進(jìn)口油的可靠性，也考核了綜合傳動(dòng)設(shè)計(jì)、制造和裝配質(zhì)量。
4．從科學(xué)性說(shuō)，一臺(tái)產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)，還缺乏統(tǒng)計(jì)性，小批量生產(chǎn)中應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。但本次試驗(yàn)取得了可貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
1 王文清．機(jī)械裝備光譜油液分析故障診斷中界限值制定與知識(shí)庫(kù)建立的研究與應(yīng)用．北京理工大學(xué)碩士論文，1994