張新生，崔 勇

(大連豪森瑞德設(shè)備制造有限公司，遼寧 大連 116036)

測(cè)量系統(tǒng)分析在變速箱泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用

張新生，崔 勇

(大連豪森瑞德設(shè)備制造有限公司，遼寧 大連 116036)

依據(jù)泄漏檢測(cè)的相關(guān)理論，從“SWIPE”測(cè)量系統(tǒng)六個(gè)必要因素方面，對(duì)某變速箱總成泄漏檢測(cè)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，提出了主要問題是允許泄漏率指標(biāo)不合理，試漏儀的選型不當(dāng)，試漏過程未達(dá)到理想的平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致重復(fù)精度差，誤報(bào)率高。據(jù)此采取了合理設(shè)置允許泄漏率，預(yù)充氣，延長(zhǎng)平衡時(shí)間等措施，從而使重復(fù)精度控制在允許泄漏率的10%之內(nèi)，誤報(bào)率降為零。這也為今后類似的設(shè)備設(shè)計(jì)及選型等提供了參考。

變速箱；SWIPE；泄漏檢測(cè)

0 引言

漏與不漏是一個(gè)相對(duì)的概念, 實(shí)際上沒有絕對(duì)不漏的東西, 如果能將其量化, 只不過是漏的量差異大小而已。泄漏檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及相應(yīng)設(shè)備的出現(xiàn), 為將“漏” 與“不漏” 的準(zhǔn)確量化提供了可靠的檢測(cè)手段與評(píng)定依據(jù)。

1 變速箱泄漏檢測(cè)中出現(xiàn)的問題

在變速箱生產(chǎn)線上，為了避免變速箱出現(xiàn)漏油等問題，在變速箱裝配工藝上都安排了試漏工序，使得泄漏檢測(cè)技術(shù)逐漸成為變速箱制造的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其技術(shù)的應(yīng)用，可減少變速箱故障的發(fā)生 。由于泄漏問題的復(fù)雜性，在目前還有一些問題有待解決。如某變速箱總成其容積為6500ml，要求“充氣壓力0.4ba，測(cè)量時(shí)間8S,壓降為正負(fù)5Pa”,在實(shí)際檢測(cè)過程中出現(xiàn)了一些問題，使誤報(bào)率高達(dá)6%。

問題一：試漏機(jī)重復(fù)性差，同一臺(tái)變速箱總成在不改變狀態(tài)的情況下，短時(shí)間內(nèi)(10分鐘內(nèi))，連續(xù)在同一臺(tái)設(shè)備上重復(fù)檢測(cè)，壓差值的波動(dòng)范圍大，數(shù)據(jù)相差多達(dá)30Pa。

問題二：每天9～10時(shí)誤判超差的多。

問題三：同一臺(tái)變速箱總成在兩臺(tái)相同的設(shè)備同一時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)，其得到的數(shù)據(jù)卻不同。

問題四：返修件(主要是變殼經(jīng)過清洗并干燥)出現(xiàn)批量不合格。

2 泄漏檢測(cè)的方法

泄漏檢測(cè)的方法有數(shù)十種，在變速箱總成試漏方面，常用的有以下四種，為便于問題的分析，現(xiàn)對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

2.1 氣壓浸水試漏法

氣壓浸水試漏法, 也稱之為氣泡試漏法。氣壓浸水試漏法具有較高的靈敏度, 按有關(guān)資料 , 其靈敏度為0.079Ncc/min。。這種靈敏度是足以滿足變速箱總成試漏工藝要求的。該方法雖是一種傳統(tǒng)的方法，但它具有判斷直觀等優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)外變速箱生產(chǎn)線仍被廣泛采用。特別是用于干式檢測(cè)不合格的返修檢測(cè)上。

2.2 差壓試漏法

差壓試漏法其原理是測(cè)量差壓計(jì)兩側(cè)的壓力差。其測(cè)量信號(hào)的分辨率與測(cè)試壓力的高低無關(guān)，可在較高的測(cè)試壓力下獲得相對(duì)較高的測(cè)量精度。但測(cè)得的壓差必須是由于泄漏而造成的, 依據(jù)波意耳定津, 泄漏出的氣體量為：

PAt·VL=ΔP·VT

式中PAt─大氣壓

VL─泄漏的氣體體積

ΔP─壓差

VT─試驗(yàn)體積

上式也可改寫為：

ΔP=PAt·VL/VT

2.3 相對(duì)壓力壓降法

相對(duì)壓力試漏法中的壓降法(曾被錯(cuò)譯為絕對(duì)法)。顧名思義就是用相對(duì)壓力傳感器測(cè)量被測(cè)容積內(nèi)的壓降。壓降法同差壓法一樣, 也是遵循理想氣體狀態(tài)方程的。

2.4 質(zhì)量流量試漏法

質(zhì)量流量法是直接測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部由于泄漏造成的氣體流量。不需要進(jìn)行壓力-流量換算，因此分辨率不受試件容積大小的影響。

質(zhì)量流量法的特點(diǎn)是顯著地縮短了測(cè)試時(shí)間，直接測(cè)量出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量Ncc/min。特別適合大容積工件，要求測(cè)量時(shí)間短的場(chǎng)合，如變速箱總成。

3 變速箱試漏工藝分析及改善措施

泄漏檢測(cè)屬于流量計(jì)測(cè)的范疇，流量又是一種不可再現(xiàn)的過程。雖然，《MSA》手冊(cè)將計(jì)量數(shù)據(jù)的泄漏試驗(yàn)列為非重復(fù)的測(cè)量系統(tǒng)，雙R等分析并不完全適用于它。但目前還沒有更合適的理論對(duì)此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，大部分廠家還是按照《MSA》手冊(cè)對(duì)泄漏檢測(cè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

《MSA》手冊(cè)中寫到“縮寫SWIPE用來表示一個(gè)普遍化的測(cè)量系統(tǒng)為了達(dá)成被要求的目標(biāo)，有六個(gè)必要因素。SWIPE分別代表標(biāo)準(zhǔn)、工作件、儀器、人和程序及環(huán)境。可以考慮作為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)誤差模型”。我們也不妨依據(jù)泄漏檢測(cè)的相關(guān)理論按照《MSA》手冊(cè)的分析方法，對(duì)某變速箱總成泄漏檢測(cè)過程中出現(xiàn)的問題加以探討。

3.1 泄漏的標(biāo)準(zhǔn)

S作為六個(gè)必要因素中的第一要素，在測(cè)量過程中起關(guān)鍵作用。泄漏檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尤其重要。而在本文中所說的某變速箱總成，其允許泄漏率指標(biāo)作者認(rèn)為是不恰當(dāng)?shù)?，其要求是“試?yàn)壓力0.4bar，測(cè)量時(shí)間8S，壓降為正負(fù)5Pa”，5Pa的壓降其泄漏率依據(jù)波意耳定律為2.4Ncc/min(見圖1)。作為容積6500mL且有兩處用模擬半軸對(duì)差速器油封封堵的變速箱總成，這一泄漏的標(biāo)準(zhǔn)要求是過于苛刻了，它勢(shì)必是提高了成本。目前國(guó)際上這一指標(biāo)通常是“測(cè)試壓力0.1～0.3ba，允許泄漏率為5～25Ncc/min”。

圖1 泄漏率計(jì)算

3.2 泄漏檢測(cè)的工件

工件是測(cè)量系統(tǒng)中的被測(cè)要素，沒有它便無測(cè)量而言。在泄漏檢測(cè)系統(tǒng)中，被測(cè)工件起著至關(guān)重要的作用，它的狀態(tài)直接影響了測(cè)量結(jié)果。如某變速箱在泄漏測(cè)試過程中出現(xiàn)返修品(主要是變殼為返修件且經(jīng)過清洗干燥)批量不合格。分析認(rèn)為，由于水或油對(duì)微小的泄漏起到了一定的密封作用，因此，可能掩蓋存在的泄漏，而經(jīng)過清洗干燥后，則會(huì)暴露出來，所以我們要求泄漏檢測(cè)的工件必須清潔干燥。至于這批返修品是否真是不合格品，還有待于氣壓浸水試漏確定。

我們將這批返修品進(jìn)行了氣壓浸水試漏，試漏過程中均未有連續(xù)的大氣泡，按現(xiàn)行的水試標(biāo)準(zhǔn)判定為合格件。參見文獻(xiàn)[1] 的論述“漏氣, 但卻不一定漏水”，當(dāng)然一些小的氣泡的漏氣，肯定不會(huì)導(dǎo)致粘度較大的機(jī)油的泄漏，這也已被實(shí)踐驗(yàn)證。從這也證明了本案例干式試漏“泄漏的標(biāo)準(zhǔn)要求是過于苛刻了”。

3.3 用于泄漏檢測(cè)的設(shè)備

測(cè)量設(shè)備是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的基本元素，泄漏檢測(cè)系統(tǒng)也是如此。帶有計(jì)量數(shù)據(jù)的試漏機(jī)主要有兩大部分組成，一是用于封堵被測(cè)工件的密封夾具，二是測(cè)量介質(zhì)壓力或流量的試漏儀。針對(duì)本案例，我們分析了密封夾具的結(jié)構(gòu)，初步斷定其結(jié)構(gòu)是合理的，而采用相對(duì)壓力法則是不恰當(dāng)?shù)?。相?duì)壓力壓降法原理的試漏儀機(jī)構(gòu)緊湊，自身容積較小，從而獲得較高的工作可靠性，并具有較大的量程。但其精度低，通常為滿量程的1.5%，這很難滿足本案的需求。采用相對(duì)壓力壓降法原理上需要測(cè)試氣體達(dá)到相對(duì)平衡，這需要時(shí)間。從問題一的具體數(shù)據(jù)上分析，我們初步斷定測(cè)量過程未達(dá)到平衡，因此產(chǎn)生了較大的測(cè)量誤差。根據(jù)這一判斷，我們用標(biāo)準(zhǔn)箱進(jìn)行了驗(yàn)證，將平衡時(shí)間由35s延長(zhǎng)到120s，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 平衡時(shí)間120s標(biāo)準(zhǔn)箱測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表1平衡時(shí)間延長(zhǎng)后，連續(xù)測(cè)試得到的最大壓力降為0.8Pa最小為0.3 Pa差值僅為0.5Pa，這樣利用了試漏儀重復(fù)精度高的特點(diǎn)，單從精度上可滿足測(cè)試要求，也驗(yàn)證了密封夾具的結(jié)構(gòu)是合理的。但是僅平衡時(shí)間就是120s，本案例節(jié)拍為45s，雖然采用了兩臺(tái)試漏機(jī)但若要滿足測(cè)量需求，則將無法滿足節(jié)拍要求。

為了既滿足節(jié)拍又滿足測(cè)量需求，我們?cè)噲D用差壓法，將一臺(tái)現(xiàn)有的差壓試漏儀進(jìn)行了改裝，將儀器內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)容積去掉，改用工件作標(biāo)準(zhǔn)容積并將管路布置的與被測(cè)工件側(cè)一致，設(shè)想這樣會(huì)使差壓計(jì)兩側(cè)快速平衡，然而試驗(yàn)證明并非如此。分析認(rèn)為，差壓試漏和相對(duì)壓力試漏法中的平衡是指氣體分子運(yùn)動(dòng)趨于平穩(wěn)的過程，并不是單純的壓力平衡。正像文獻(xiàn)[1] 所論述的“采用差壓試漏法進(jìn)行測(cè)量必須在同溫的條件下進(jìn)行”，而要達(dá)到同溫的條件，必須經(jīng)過一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的平衡時(shí)間，顯然差壓試漏法也無法滿足本案的節(jié)拍要求。

我們?cè)谠撟兯傧渥冃萎a(chǎn)品的另一條裝配線上，采用了質(zhì)量流量法，在測(cè)試條件不變的情況下，誤報(bào)率幾乎為零。

3.4 人和程序在泄漏檢測(cè)中的作用

P代表著人和程序，在測(cè)量系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。以本案為例，從問題一的具體數(shù)據(jù)上分析，我們初步斷定測(cè)量過程未達(dá)到平衡，因此產(chǎn)生了較大的測(cè)量誤差。若設(shè)備無法改變，那就只能靠修改程序來滿足測(cè)量要求。如延長(zhǎng)平衡時(shí)間，選擇合適的充氣壓力及時(shí)間。也可適當(dāng)縮短測(cè)量時(shí)間，這樣可以降低外界環(huán)境溫度等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

3.5 環(huán)境對(duì)泄漏檢測(cè)結(jié)果的影響

環(huán)境通常對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果會(huì)有影響，而在以氣體為介質(zhì)的干式泄漏檢測(cè)中則影響更大。如前述某變速箱總成泄漏檢測(cè)中出現(xiàn)的問題二，可判定為環(huán)境變化造成的。測(cè)量期間溫度變化導(dǎo)致被測(cè)腔內(nèi)壓力變化，溫度變化可對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，通常，溫度變化會(huì)加劇泄漏。也就是說，測(cè)量值高于實(shí)際值。原因在于, 通過被測(cè)腔的表面會(huì)很快將工件熱量傳遞給測(cè)試空氣。濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果也有影響，通常會(huì)補(bǔ)償泄漏. 也就是說，泄漏率變小甚至成為負(fù)值。這一點(diǎn)很關(guān)鍵，因?yàn)樗鼤?huì)將一個(gè)不合格件判為合格件。因此我們要求被測(cè)工件保持干燥。建議，根據(jù)不同的溫度、濕度設(shè)置不同的測(cè)量程序。

4 結(jié)束語

依據(jù)泄漏檢測(cè)的相關(guān)理論，采用《MSA》手冊(cè)的分析方法，對(duì)某變速箱總成泄漏檢測(cè)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，提出了主要問題是泄漏率指標(biāo)不合理，試漏儀的選型不當(dāng)，試漏過程未達(dá)到理想的平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致重復(fù)精度差，誤報(bào)率高。為了降低誤報(bào)率又不至于增加費(fèi)用，我們依據(jù)上述分析結(jié)合氣壓浸水試漏的結(jié)果首先將允許泄漏率指標(biāo)由2.4Ncc/min降到3.8Ncc/min，為了使試漏過程快速平衡，在預(yù)擋料位設(shè)置了預(yù)充氣，使測(cè)試氣體提前與被測(cè)工件進(jìn)行冷熱交換，又將平衡時(shí)間由35s延到60s，使試漏過程接近理想的平衡狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果非常理想。重復(fù)精度控制在允許泄漏率的10%之內(nèi)，誤報(bào)率降為零。通過這一系列的研究也為今后類似的設(shè)備設(shè)計(jì)及選型等提供了參考。

[1] 張新生. 泄漏理論及其在發(fā)動(dòng)機(jī)零件試漏工藝中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),1994(7):20-30.

[2] 遲家欣,張淑云，姜仁明.密封性及泄漏的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),1999(10):34-38.

[3] 王克成.在線試漏技術(shù)的再探討[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2000(10)：6-9.

[4] 李耀江,杜世昌.測(cè)量系統(tǒng)分析在品質(zhì)控制中的運(yùn)用[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010(3)：54-55.

(編輯 李秀敏)

The Application of Testing System in Gearbox Leakage Detection

ZHANG Xin-sheng，CUI Yong

(Haosen Co.,Ltd, Dalian Liaoning 116036,China )

According to relevant theory, and from the six necessary factors of SWIPE in testing systems, for the problems in the leakage detection in a gearbox assembly, the unreasonable leakage factors were pointed out. The misuse of testing machine, and the imbalanced situation of testing machine resulted in errors. Therefore, solutions e.g. reasonable leakage allowance, pre-pressurize, the lengthened of balance time were taken to limit the depressure within 10%; and the error rate to 0%. This could be a reference for future relevant testing.

gearbox; SWIPE；leakage detection

1001-2265(2014)07-0112-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.07.032

2013-10-22；

2013-11-19

張新生(1955—)，男，遼寧旅順人，大連豪森瑞德設(shè)備制造有限公司工程師，主要從事組合機(jī)床設(shè)計(jì)工作，(E-mail)zhangxinsheng@haosen.com.cn。

TH122;TG65

A