譯 / 常儷

海外視角

運(yùn)轉(zhuǎn)正常的機(jī)械

譯 / 常儷

作為機(jī)械設(shè)備運(yùn)作必需的物質(zhì)，潤滑劑以及指導(dǎo)和測量其工作效率的標(biāo)準(zhǔn)，支持著全球的機(jī)械化需求。

發(fā)動機(jī)、渦輪機(jī)和很多其他類型的機(jī)械設(shè)備，離開潤滑油將無法運(yùn)轉(zhuǎn)——最嚴(yán)重的情況是，轉(zhuǎn)動部件之間的摩擦和產(chǎn)生的熱量會使部件停止工作，甚至導(dǎo)致其互相分離。

保護(hù)機(jī)械設(shè)備免受摩擦和其產(chǎn)生熱量損害的需求，使全球潤滑劑產(chǎn)品市場在2015年達(dá)到大約1160億美元的規(guī)模。由相關(guān)研究者和實踐者組成的全球性工作團(tuán)隊，致力于通過改進(jìn)潤滑劑提升機(jī)械設(shè)備的可靠性和工作效率、降低其運(yùn)行成本。ASTM一直處在為潤滑劑制造商、測試者和使用者制定標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的最前沿。從1904年至今，石油制品、液體燃料和潤滑油委員會（D02）制定了220項潤滑油方面的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和測試方法。

盡管該委員會將潤滑油定義為“加在或涂抹在兩個表面上、用于減少摩擦的物質(zhì)”，傳統(tǒng)油品和油脂獲得的關(guān)注仍是最多。但是與D02在燃料方面的標(biāo)準(zhǔn)一樣，與潤滑油有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也發(fā)揮著重要作用。為確保潤滑油產(chǎn)品完美地發(fā)揮其效用，產(chǎn)品在投入使用之前，要經(jīng)過無數(shù)次的研究和測試。

汽車工業(yè)：關(guān)鍵驅(qū)動力

也許，沒有哪個行業(yè)比全球汽車工業(yè)，與提升潤滑油技術(shù)的聯(lián)系更加緊密了。發(fā)動機(jī)油是汽車制造商提升燃料效率而考慮改進(jìn)的首要目標(biāo)。例如，新發(fā)動機(jī)的設(shè)計，將需要黏稠度更低的油品。但是，汽車制造商們必須首先確保這些油品，在運(yùn)行中發(fā)揮與被替代油品等同的功效。

他們必須降低摩擦和減少對轉(zhuǎn)動物體的緩沖部件、冷卻軸承和其他發(fā)動機(jī)部件的磨損，防止生銹與腐蝕，還要通過分解和消散損耗物質(zhì)保持相關(guān)部件表面清潔。ASTM國際測試監(jiān)控中心監(jiān)控測試潤滑油嚴(yán)格程度、精確度和標(biāo)準(zhǔn)化方面的特性。該中心負(fù)責(zé)人Frank Farber認(rèn)為，“這里沒有小任務(wù)”。

Farber強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前ASTM負(fù)責(zé)汽車潤滑油方面工作的分委會（D02.B），正在進(jìn)行一項重要周期性測試，旨在解決制造商的客車發(fā)動機(jī)油類潤滑油需求。

針對2018年的汽車型號，該新分類將被用于評估一系列的低濃稠度油品，如0W-16——一種很輕的，已經(jīng)被一些亞洲汽車制造商使用但未被美國汽車使用的產(chǎn)品。因此，位于賓夕法尼亞州匹茲堡市的測試監(jiān)控中心，正在積極支持分布于各地的約30個測試。Farber指出：“測試結(jié)果將用來確定每個研發(fā)出來的產(chǎn)品的效用?！?/p>

更好的燃油經(jīng)濟(jì)性可以通過使用輕型油品實現(xiàn)，因為它們流動起來更容易，還能夠減少轉(zhuǎn)動部件的阻力。例如，與普通的楓糖漿狀的10W-30型油相比，0W-16型油的黏稠度更似食用油，F(xiàn)arber講道。他還補(bǔ)充說，黏稠度更低的油品，如0W-12和0W-8可用于無線電探測器。

同時，根據(jù)Farber的觀點(diǎn)，輕型油品也面臨一些挑戰(zhàn)，比如降低了轉(zhuǎn)動物表面之間油膜厚度，甚至是發(fā)動機(jī)的爆震表現(xiàn)。為了評估這些問題，分委會正在研究幾種新的測試方法，包括由福特公司贊助的低速預(yù)點(diǎn)火測試，該方法是為了解決輕型油品，因其在四沖程循環(huán)中存在，潛在地引發(fā)過早點(diǎn)火而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)爆震的問題。

該測試非常重要。Farber講道：“制造商們正傾向于直噴發(fā)動機(jī)，因為渦輪增壓發(fā)動機(jī)不能像自然吸氣式發(fā)動機(jī)和低壓縮發(fā)動機(jī)一樣，可以在同一溫度和壓力下運(yùn)作?，F(xiàn)在即便是福特F150皮卡車也是采用渦輪增壓發(fā)動機(jī)，所有這些是導(dǎo)致不同潤滑油產(chǎn)品需求產(chǎn)生的原因。”

重負(fù)荷需求的影響

道路車輛潤滑油的發(fā)展可能會帶動相關(guān)方面的發(fā)展，講到潤滑油最終功效特性，其他行業(yè)需求可能也將產(chǎn)生如此多的影響。

例如，根據(jù)來自伊利諾伊州皮奧里亞負(fù)責(zé)D02相關(guān)工作的委員會的官員、Caterpillar公司的流體工程學(xué)技術(shù)專家Hind Abi-Akar的說法，ASTM的重負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)是為所有發(fā)動機(jī)制定的。這些標(biāo)準(zhǔn)對重負(fù)荷非道路產(chǎn)品也非常重要，Caterpillar公司制造如推土機(jī)、挖掘機(jī)等重型機(jī)械。

重負(fù)荷型機(jī)械的潤滑油需求特殊。“在應(yīng)用中，典型的是用低速發(fā)動機(jī)配高負(fù)重發(fā)動機(jī)”，Abi-Akar說：“試想，一輛礦用卡車將350噸或400噸貨物運(yùn)出煤礦，潤滑油必須支撐如此大的負(fù)重。無論潤滑油用在吊環(huán)、活塞還是其他主要承重部位，潤滑油都被擠壓成非常薄的膜，保持金屬與觸面的直接接觸，同時使設(shè)備完成負(fù)重任務(wù)。這對潤滑油黏稠度和穩(wěn)定性的要求都遠(yuǎn)高于汽車用潤滑油。”

Abi-Akar強(qiáng)調(diào)，ASTM在美國石油學(xué)會（American Petroleum Institute）、美國發(fā)動機(jī)制造商協(xié)會（Engine Manufacturers Association）以及其他組織共同制定的技術(shù)規(guī)范的支持下，制定了潤滑油標(biāo)準(zhǔn)。她說：“說到重負(fù)荷非道路柴油機(jī)械，Caterpillar公司在確保其產(chǎn)品滿足相關(guān)要求方面有很強(qiáng)的發(fā)言權(quán)。該技術(shù)規(guī)范必須覆蓋所有非道路和道路機(jī)械的需求，因為顧客不能有多種油品去滿足他們可能用到的機(jī)械的不同需求?！?/p>

隨著對效率效益的考慮，道路車輛和重負(fù)荷機(jī)械領(lǐng)域?qū)Φ宛こ矶扔推返男枨笠膊粩嘣鲩L。Abi-Akar認(rèn)為，“近期開發(fā)出的兩種重負(fù)荷柴油發(fā)動機(jī)油第一次對道路車輛和非道路機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了區(qū)分”。她還補(bǔ)充，Caterpillar公司“還沒有推薦新的、低濃稠度的、高溫、高剪切力的油品，比如API FA-4，用于他們自己的產(chǎn)品?！?/p>

應(yīng)對計算非道路機(jī)械效率方面的挑戰(zhàn)，還有很多事情要做。道路車輛的工作負(fù)荷和運(yùn)作周期是相對一致的，但是計算非道路機(jī)械設(shè)備的效率更加困難，這需要以一定的工作數(shù)據(jù)，被運(yùn)送物質(zhì)的數(shù)量或類似因素為基礎(chǔ)。”她講道：“僅測量發(fā)動機(jī)效率會產(chǎn)生錯誤的機(jī)械總體最佳效率?！?/p>

在用油測試對很多行業(yè)至關(guān)重要

實踐性高、用戶驅(qū)動的機(jī)械測試方法，涉及在用潤滑油測試實踐，該領(lǐng)域有ASTM標(biāo)準(zhǔn)的支持。D02覆蓋了很多潤滑油在用測試方法，所有這些方法都是被用來幫助用戶了解適合使用什么特性的油品。比如，負(fù)責(zé)重負(fù)荷發(fā)動機(jī)油品相關(guān)工作的分委會（D02.B0.02），專注于測試為評估用于高負(fù)荷油品提供方法的標(biāo)準(zhǔn)。

“潤滑劑是礦井里的金絲雀”，Abi-Akar講道：“例如，如果潤滑油中的金屬磨屑或廢物增多，就意味著發(fā)動機(jī)或部件有問題，需要解決?！倍ㄆ诘脑谟糜蜏y試有助于工作人員發(fā)現(xiàn)油品特性的變化，如果需要，要采取措施將油品質(zhì)量維持在預(yù)期水平。

有時需要換潤滑油。有時可采取“排放—灌入”措施，即將在用油排干凈，換上新的油品。

另外，為避免與潤滑油相關(guān)的錯誤發(fā)生，在用油測試有助于延長機(jī)械的運(yùn)行時間，避免或延遲某些維護(hù)任務(wù)；對于某些重負(fù)荷機(jī)械設(shè)備，還可以改善設(shè)備的耐久性能，和最大化地提升設(shè)備的再出售價值。

在用油測試正在被廣泛地應(yīng)用于其他行業(yè)。

在某些重要領(lǐng)域，如對于發(fā)電設(shè)備，在用油測試發(fā)揮著尤其重要的作用。在亞利桑那州的Palo Verde核電站，可靠性測試工程師Bryan Johnson監(jiān)測所有設(shè)備，特別是渦輪發(fā)動機(jī)的潤滑油工作狀況。他稱ASTM為“該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者——將該領(lǐng)域的其他組織遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在后面?！币运麄兊脑O(shè)備設(shè)施為基礎(chǔ)的現(xiàn)場實驗室，借助于ASTM標(biāo)準(zhǔn)和參與該領(lǐng)域相關(guān)新標(biāo)準(zhǔn)的制定，來幫助他們的工作。

“我們在很多年前建立的實驗室非常有用，”ASTM負(fù)責(zé)制定在用潤滑油測試和工作狀況監(jiān)測服務(wù)分委會（D02.96）的負(fù)責(zé)人Johnson講道：“事實上，我在ASTM就是這樣工作的”。在他職業(yè)生涯的早期，他負(fù)責(zé)一個建立監(jiān)測潤滑油狀態(tài)的實驗室項目，但是當(dāng)時他找不到指導(dǎo)測試的標(biāo)準(zhǔn)。

“我發(fā)現(xiàn)只有非常少的商業(yè)測試實踐是標(biāo)準(zhǔn)化的，”他解釋道：“那時候，多數(shù)潤滑油標(biāo)準(zhǔn)都是關(guān)注質(zhì)量控制、市場和幫助將信息傳遞給消費(fèi)者的技術(shù)規(guī)范。這種測試方法，與解決正被用在設(shè)備上的潤滑油的測試問題的在用油測試非常不一樣”，他補(bǔ)充道：“在設(shè)備按預(yù)期性能運(yùn)作且以可接受的方式工作，在用潤滑油測試需要數(shù)據(jù)來確定這些油是如何消耗的。”

1999年，Johnson與同事發(fā)起成立了D02.96，并在狀態(tài)監(jiān)控領(lǐng)域發(fā)揮了非常重要的作用，為數(shù)據(jù)質(zhì)量提供了基礎(chǔ)。該分委會幫助Johnson和其他人從在用潤滑油測試中獲得了更多更重要的數(shù)據(jù)。

例如：在用潤滑油測試，不僅可以為設(shè)備的潛在問題提供提示（像磨屑），它還能顯示潤滑油開始使用后的壽命狀態(tài)——添加劑的消耗情況和黏稠度的變化情況。這些信息可以提供工作趨勢線索，也可與設(shè)定使用情境下的維護(hù)要求進(jìn)行比較。

費(fèi)城Chemtura集團(tuán)是潤滑劑添加劑和該領(lǐng)域相關(guān)液體的供應(yīng)商。其工業(yè)和發(fā)電原始設(shè)備制造商聯(lián)絡(luò)員Salvatore Rea認(rèn)同Johnson的說法。

“潤滑油一旦被用在機(jī)器上，就開始發(fā)生變化，就不再是同一種液體了，”他講道：“‘新鮮’液體這個概念就成為過去時了。” 液體從新鮮到在用的轉(zhuǎn)變，使“整個行業(yè)進(jìn)入了狀態(tài)監(jiān)控和維護(hù)。”

制定ASTM渦輪機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)的分委會（D02.C）負(fù)責(zé)人Rea認(rèn)為在用油測試對發(fā)電廠的渦輪機(jī)很重要，“這是由于渦輪機(jī)的運(yùn)作溫度遠(yuǎn)高于汽車發(fā)動機(jī)的等原因，”他講道。

“對于渦輪機(jī)，潤滑油可保護(hù)其軸類部件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)和高溫情況下的耐受力。因為我們生活在一個有氧和水的星球上，”他補(bǔ)充道：“這些侵入性的成分有它們進(jìn)入的方式。所以渦輪機(jī)油必須有良好的抗氧化和抗水解性?！彼鼈儽仨毷翘厥馀浞?，以使其他污染物的降解作用最小。

他補(bǔ)充說：“問題是，如何添加正確的添加劑來提升穩(wěn)定性，提升原始油對抗降解的影響?！?/p>

D02.96專注于解決這方面的問題，帶動ASTM其他重要標(biāo)準(zhǔn)的制定。包括測量在用渦輪機(jī)潤滑油生成不可消退色油體的方法標(biāo)準(zhǔn)（D7843），和測量蒸汽渦輪機(jī)油氧化穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)（D2272）。該分委會的工作是制定和更新風(fēng)力渦輪機(jī)、柴油和壓縮機(jī)油方面的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。

明顯地，D02.96也致力于在用油脂測量方法方面的工作?！坝|提試驗是最重要的油脂測量方法之一，可以測量油脂的穩(wěn)定性，”Johnson講道：“該測試方法的問題是它需要體積為網(wǎng)球大小的量的油脂，我們的設(shè)備很少能滿足在運(yùn)作中有這么大量的油脂?！彼a(bǔ)充道：“當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用在用油脂狀態(tài)監(jiān)控領(lǐng)域的適用范圍是有限的，所以我們正在做這方面的努力?！?/p>

保持在最前沿

終端用戶對成熟狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)的興趣不斷增長，毫無疑問，ASTM成員期望在這一領(lǐng)域獲得更大進(jìn)展?！拔覀兘?jīng)常發(fā)現(xiàn)在潤滑油領(lǐng)域改進(jìn)測試方法和標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)與機(jī)會，” Rea認(rèn)為：“我們期待新的測試方法和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生。”

他談到標(biāo)準(zhǔn)D1401涉及的有關(guān)工作，是測試石油油料或脫水合成流體的性能，也就是油水抗乳化作用，對多數(shù)工業(yè)油品來講，這是一項重要的性能?！拔覀冇幸粋€工作組致力于探討，如何將流體測試的最終表現(xiàn)特征化并以報告的形式呈現(xiàn)，”他講道：“這項工作是復(fù)雜的，因為在油品脫水階段，有時無法做到徹底分離，最終的結(jié)果會截然不同。所以我們通過對不同類型乳化劑的分級和說明提供指南，來改進(jìn)當(dāng)前的測試方法?！?/p>

其他在檢查中的測試包括D665，測量銹（在用油品的另一種不受歡迎的成分）的量，它生成于暴露在油水混合物中的鋼拉桿。改善此狀況的一項提議是采用光學(xué)方法確定銹的累積，而不是僅依靠眼睛。

世界需要各種不同形態(tài)的潤滑劑，ASTM標(biāo)準(zhǔn)及測試方法將指導(dǎo)潤滑劑的應(yīng)用。

（原文標(biāo)題：Well-Oiled Machines,作者：RICK CARTER，譯自ASTM官網(wǎng)）