航空液压油固体颗粒污染度的测定与分级.pdf

2008年10月 第33卷 第10期 润滑与密封 LUBRICATI ON ENGI NEERI NG Oct 2008 Vol133 No110 收稿日期 2008 05 28 作者简介 阎欢 女 工程师 主要从事航空润滑油的研究工 作 1E2mail yanhuan ripp2sinopec1com1 航空液压油固体颗粒污染度的测定与分级 阎 欢 梁宇翔 贺景坚 尹开吉 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院 北京100083 摘要 阐述了固体颗粒污染物对航空液压系统的危害 介绍了3种固体颗粒污染物含量的测定方法 重量法 显微 镜计数法和自动颗粒计数法 遮光型 并对它们各自的工作原理及优缺点进行了说明 对比分析了相关的航空液压油 清洁度评定标准 关键词 航空液压油 固体颗粒 污染度 清洁度 中图分类号 TH117 文献标识码 A 文章编号 0254 0150 2008 10 079 3 Determ ination Methods of Solid Particle Contam ination Level and Standards of Cleanliness Classes for Aircraft Hydraulic Fluids Yan Huan Liang Yuxiang He J ingjian Yin Kaiji Research Institute of Petroleum Processing SI NOPEC Beijing 100083 China Abstract The endangermentof solid particle in aircraft hydraulic systemswaspresented Threemethodsof testing solid par2 ticle contamination contentwere introduced Theywere the gravimetric method the countingmethod using an opticalmicroscope and the automatic countingmethod using the light extinction principle and their respective mechanisms advantages and disad2 vantageswere illuminated The standards of cleanliness classes for aircraft hydraulic fluidswere compared and discussed Keywords aircraft hydraulic solid particle contamination level cleanliness classes 在以液压能源为驱动力的各类机械中 有40 的故障是在液压系统中出现的 而在液压系统中有 70 以上的故障是因液压油的污染造成的 1 从这一 比例关系看 液压油的污染问题已成为液压技术发展 的主要障碍 固体颗粒是飞机液压系统中最普遍 危 害最大的污染物 它会使液压元件的磨损加速 寿命 缩短 性能下降 甚至使阀芯卡死 滤油器堵塞 所 以分析及控制飞机液压系统固体颗粒污染有着重要意 义 本文作者介绍了航空液压油固体颗粒污染度的测 定方法及分级标准 1 航空液压油固体颗粒污染度的测定方法 111 重量法 重量法 就是测定单位质量油液中所含颗粒污染 物的质量 即百分含量 目前我国10 12 航空液压 油均采用重量法来测定油样中的固体颗粒污染物 依 据的标准为GB T 511288 石油产品和添加剂机械杂 质测定法 2 重量法的测定结果只能反映油液中颗 粒污染物的总量 不能体现颗粒的大小和尺寸分布 因此其结果不能全面地反映机械杂质的危害 这些局 限性使得重量法逐渐被颗粒计数法所取代 颗粒计数 法包括显微镜颗粒计数法和自动颗粒计数法 国军标 航空工作液污染测试 共分为8个部分 其中对于采样容器的要求 采样方法 仪器的校准 自动颗粒计数法和显微镜计数法等进行了详细的描述 112 显微镜颗粒计数法 显微镜颗粒计数法 就是将一定量的油样进行过 滤 将固体颗粒污染物收集在特定的滤膜上 然后在 显微镜下进行计数 我国军用标准GJB 38015A22004 规定了用 显微镜计数法测定航空工作液的固体颗 粒污染度 3 此方法也是 RP4350合成烃航空耐燃 液压油颗粒污染度测定的可选用方法 4 显微镜颗粒计数法的优点是能够直观地观察到颗 粒污染物的形貌和尺寸 并能大致判断污染物的种 类 此外 显微镜法不受油样中不溶小液滴 气泡等 的影响 然而 显微镜法人工计数需要的时间长 计 数的准确性很大程度上取决于操作人员的经验和主观 性 图像分析仪虽然可以解决人工计数存在的问题 但设备却比较昂贵 113 自动颗粒计数法 自动颗粒计数仪主要有遮光型 光散射型和电阻 型等几种 其中以遮光型最为普遍 它主要是通过遮 光传感器接受被颗粒遮挡后的光通量 并将之转换成 电信号 经前置放大器传输到计数器进行计数 我国 军用标准GJB 38014A22004规定了用 自动颗粒计数 法测定航空工作液的固体颗粒污染度 5 对于 15 航空液压油和RP4350合成烃航空耐燃液压油均采用 该方法进行固体颗粒污染度测定 自动颗粒计数法方便 快捷 减少了主观误差 但是也存在一定的问题 通常每次测量所需油样为 10 mL 然后所得结果乘以10来表征100 mL油液中 的颗粒数 对于清洁度非常高的油 如果因为取样 容器等任何一个环节出现疏漏引入了些许颗粒污染物 引入的颗粒数都将以10倍放大 而实际过程中 由于 环境 天气等因素的影响 引入外来污染物难以绝对 避免 因此测试结果可能比实际值更为苛刻 另一方 面 自动颗粒计数仪无法将油样中的不溶小液滴 气 泡等与固体颗粒加以区别 因此容易引入误差 2 航空液压油清洁度的评定标准 目前 国际上航空液压油清洁度的评定主要采用 2种标准 美国国家航天标准NAS 1638 6 见表 1 和ISO 11218 SAE AS4059A 我国结合自身的现状 和发展趋势 以ISO 11218 SAE AS4059A 为技术 依据 建立了飞机液压系统用油液固体污染度分级国 家军用标准GJB 420A296 7 见表 2 俄罗斯因历史 原因 其标准自成体系 多年以来所采用的是俄国工 作液清洁度分级标准 OCT 17216271 该标准于2001 年升级为 OCT 1721622001 8 见表 3 表1 NAS 1638油液清洁度等级 Table 1 Cleanliness classes of aircraft hydraulic fluids forNAS 1638 criterion 清洁度等级 100 mL油液所含颗粒数 微粒尺寸 m 5 1515 2525 5050 100 100 0012522410 025044820 1500891631 21 0001783261 32 00035663112 44 000712126224 58 0001 425253458 616 0002 8505069016 732 0005 7001 01218032 864 00011 4002 02536064 9128 00022 8004 050720128 10256 00045 6008 1001 440256 11512 00091 20016 2002 880512 121 024 000182 40032 4005 7601 024 表2 GJB 420A296飞机液压系统用油液固体污染度分级 Table 2 The grade of solid contamination level of aircraft hydraulic fluids for GJB 420A296 criterion 污染度等级 100 mL油液所含颗粒数 微粒尺寸 m 2 5 15 25 50 000164761431 003281522751 065630454102 11 310609109204 22 6201 220217397 35 2502 4304327613 410 5004 86086415226 521 0009 7301 73030653 642 00019 5003 460612106 783 90038 9006 9201 220212 8168 00077 90013 9002 450424 9336 000156 00027 7004 900848 10671 000311 00055 4009 8001 700 111 340 000623 000111 00019 6003 390 122 690 0001 250 000222 00039 2006 780 08润滑与密封第33卷 表3 俄国 OCT 1721622001污染物粒子数与液体清洁度的关系 Table 3 The relation of contamination particle number and cleanliness classes for OCT 1721622001 criterion 211 GJB 420A296与NAS 1638的对比 从表1和表2对比可以看出 1 NAS 1638采 用的是分布计数法 而GJB 420A296采用的是累计计 数法 即大于某粒径的颗粒数总量 对各个尺寸段的 个数不再细分 2 虽然计数方法不同 但在相同 尺寸范围内 即5 15 m 15 25 m 25 50 m 同样的污染度等级下 所要求的颗粒数是一样的 3 GJB 420296要比NAS 1638多出一个污染度等级 000级 4 从标准数据上看 GJB 420A296比NAS 1638多考察了2 5 m范围内颗粒污染物 但根据 GJB 420A296污染等级确定原则 污染度等级按所测 得的大于5 m颗粒数对应的等级表示 若委托方要 求 也可用大于2 m的颗粒数或大于15 m的颗粒 数对应的等级表示 212 GJB 420A296与 1721622001的对比 从表2和表3对比可以看出 中俄两国的标准存 在着一定的区别 1 从内容上看 172162 2001是一个通用型标准 它适用于所有机械设备 零件的各种工作液 润滑油 液体燃料和溶剂等 其 中包含飞机液压系统用油 而GJB 420A296是专门针 对于飞机液压系统制定的 2 1721622001对 于工作液中的纤维有了一定的要求 并且对于杂质的 质量分数也作了相应的规定 3 1721622001 采用的是分布计数法 GJB 420A296采用的是累计计 数法 4 从粒径范围上看 1721622001的粒 径范围为015 200 m GJB 420A296的粒径范围为 2 m以上 对于2 m以下的小颗粒 俄罗斯标准似 乎比我国的标准要求得更细一些 但从相关资料来 看 俄罗斯对飞机液压系统及其零部件的污染度大多 控制在 1721622001中规定的3 8级 9 即对5 m以下的颗粒也未作规定 因此 实际上就飞机液 压系统 两国标准对于粒径尺寸要求相当 5 通 过2个标准的对比可以发现 大体上 同一等级的颗 粒数量中 1721622001要比 下转第90页 182008年第10期阎 欢等 航空液压油固体颗粒污染度的测定与分级 明显加剧 这主要是因为当纤维总量过大时 其与 基体间的粘结力下降 纤维更加容易被剥离 拉拔 摩擦力矩下降从而导致摩擦因数的降低 磨损加剧 采用扫描电镜 型号为JEOL2JXA2840A 观察 了试样在不同温度下的表面形貌 图2为纤维质量分 数为29 的摩擦材料在降温后表面显微形貌照片 从图中可以看出纤维均匀地分布于表面上 有些纤维 的外形发生了改变 形成了涂抹的条块状 起到了承 受载荷的作用 如图2 b 所示 从图2 b 还可 以看到从表面脱落的颗粒暴露于磨损表面 纤维有明 显的磨损痕迹 从图2 a 可以明显看出有颗粒剥 落后形成的麻点和沿摩擦方向出现的比较明显的沟 槽 摩擦材料内部含纤维和硬颗粒 其中硬质点作为 磨屑可导致磨粒磨损 并在摩擦材料表面形成犁沟 使得摩擦因数和磨损率都变大 3 结论 利用芳纶浆粕 玻璃纤维 硅灰石纤维和钛酸钾 晶须混杂增强制备了汽车制动器摩擦材料 该摩擦材 料具有优良的摩擦磨损性能和足够的强度 可作为中 重型车制动器的摩擦材料组分 分析了纤维含量对摩 擦磨损性能的影响 表明混杂纤维的质量分数为 29 时 材料摩擦磨损性能最佳 参考文献 1 徐仁泉 胡庆 冷压盘式刹车片摩擦磨损性能的研究 J 摩擦学学报 1998 18 3 259 262 Xu Renquan Hu Qing Study on the Friction and Wear of Cold Pressed Disk Brake Pad J Tribology 1998 18 3 259 262 2 张明喆 刘勇兵 杨晓红 车用摩擦材料的摩擦学研究进 展 J 摩擦学学报 1999 19 4 379 384 ZHANGMingzhe LI U Yongbing YANG Xiaohong The Pro2 gress in the Tribologial Investigation ofAutomotive FrictionMa2 terials J Tribology 1999 19 4 379 384 3 A E Anderson Friction and wear of automotive brakes M S D Henry AS M Handbook AS M International 1992 18 569 577 上接第81页 GJB 420A296优于3级 根据相关部 门的试验结果分析 这是由于俄罗斯测试仪器分辨率 低而造成的 对于大于25 m的颗粒 两国所使用 的仪器颗粒计数基本一致 而对于小于25 m颗粒 俄罗斯所使用的仪器要比我国所使用的仪器计数少许 多 9 因此两国标准中的颗粒数是不能对应的 通过以上分析可以看出 虽然3个标准有所不 同 但针对航空液压系统 污染度的要求基本相当 3 结论 介绍了航空液压油固体颗粒污染度的测定方法及 分级标准 指出各标准之间虽然存在一定的差异 但 针对于航空液压系统 要求基本相当 参考文献 1 冯雷星 杨钰 卢大鹏 飞机液压系