(1.空軍勤務學院 研究生大隊， 江蘇 徐州 221000；2.空軍勤務學院 航空軍需與燃料系, 江蘇 徐州 221000； 3.空軍95788部隊, 四川 成都 610000)

引言

液壓油常被比喻為液壓系統(tǒng)的血液，在液壓系統(tǒng)中液壓油起著傳遞能量、潤滑、密封、冷卻等關(guān)鍵作用[1]。有統(tǒng)計表明液壓系統(tǒng)的故障約有70%都與液壓油有關(guān)，適時合理的更換液壓油，有利于延長液壓設備的使用壽命，減少維護費用，提高經(jīng)濟效益。

1 地面裝備液壓油換油方式研究

不同的地面裝備更換液壓油的方式不同，一般來說，地面液壓油的換油包括3種方式：按時換油、按經(jīng)驗換油和按質(zhì)換油[2-4]。

按時換油，即油品使用達到某一確定的換油周期，就更換油品。一般液壓油的換油周期是由液壓設備廠商或者液壓油生產(chǎn)廠商提供。按時換油的優(yōu)點是簡單方便，沒有繁瑣的檢測；缺點是不考慮液壓設備具體的工作狀況，當工作情況惡劣時，按時換油可能對設備造成更嚴重的損害，工作狀況良好時，則可能產(chǎn)生浪費。田鐵軍等[5]分析了沃爾沃裝載機液壓油使用周期縮短的原因，提出要按特定換油周期換油。

按經(jīng)驗換油，主要是根據(jù)實際工作中的經(jīng)驗，對液壓油顏色、氣味以及液壓設備的聲音等現(xiàn)象進行判斷，以把握換油時機。按經(jīng)驗換油能夠克服按時換油的不足，且簡便易行，可操作性強；不足之處在于對人員的依賴性較大，容易受到人員主觀判斷的影響。張合林[6]根據(jù)多年實踐總結(jié)出的經(jīng)驗，介紹了5種鑒定液壓汽車起重機液壓油的簡易方法，按照經(jīng)驗對液壓油進行更換。羅洪波[7]研究集裝箱場地搬運設備液壓油更換標準問題時，指出應當依據(jù)經(jīng)驗判斷油品質(zhì)量變化情況，并結(jié)合定量的化驗手段，確定不同環(huán)境下的液壓油更換標準和更換時間。

按質(zhì)換油即依據(jù)其換油指標，檢測相關(guān)性能指標，當單個指標超過標準的限值時，即更換油品。按質(zhì)換油的優(yōu)點是能夠準確的判定油品質(zhì)量是否變質(zhì)，可以避免油品的浪費；缺點是對換油指標依賴性較大，換油指標不適合液壓設備時，則判斷不準確，并且檢測繁瑣費時。3種換油方式的對比如表1所示。

表1 液壓油換油方式對比

2 國內(nèi)外現(xiàn)有地面裝備液壓油換油標準

目前，國內(nèi)外均制定了液壓油換油標準。我國液壓油換油標準是非強制性石化行業(yè)標準，包括SH/T 0476-1992(2003)《L-HL液壓油換油指標》、NB/SH/T 0599-2013《L-HM液壓油換油指標》。

SH/T 0476-1992(2003)《L-HL液壓油換油指標》[8]規(guī)定了L-HL液壓油在使用過程中的換油指標，適用于一般機床的主軸箱、液壓箱和齒輪箱或類似的機械設備循環(huán)系統(tǒng)潤滑的L-HL液壓油在使用過程中的質(zhì)量監(jiān)控。當使用中的L-HL液壓油有一項指標達到換油指標時應更換新油，其指標如表2所示。

表2 SH/T 0476-1992(2003)《L-HL液壓油換油指標》

NB/SH/T 0599-2013《L-HM液壓油換油指標》[9]規(guī)定了L-HM液壓油在使用過程中的換油指標，適用于L-HM液壓油在使用過程中的質(zhì)量監(jiān)控，同時還規(guī)定40 ℃運動黏度、水分、色度、酸值、清潔度每月測試一次，正戊烷不溶物、銅片腐蝕和泡沫特性每季度測一次，當有一項指標達到換油指標時，應當采取維護措施或更換新油。

表3 NB/SH/T 0599-2013《L-HM 液壓油換油指標》

美國試驗與材料協(xié)會(ASTM)提出了ASTM D6224-2009《輔助動力裝置的潤滑油的使用監(jiān)測實施規(guī)范》[10]，規(guī)定了液壓油在用油的監(jiān)測警戒線項目及指標要求, 見表4。由表可知，NB/SH/T 0599-2013的換油指標與ASTM D6224-2009規(guī)定的檢測項目基本相同，但各個項目要求比NB/SH/T 0599更高，同時還增加了抗氧劑含量的要求。

表4 ASTM D6224-2009對液壓油在用油的監(jiān)測警戒線項目及指標要求

除此之外，國外部分石油公司也推薦了液壓油的換油標準，如表5[11]所示，不同的石油公司推薦的換油標準中，測試的項目有所差異，其限值也有所不同。因此，不同的液壓油、不同的裝備，在考慮換油問題時，應當結(jié)合具體的情況展開研究，制定符合本裝備的換油標準，不能全部照搬已有的換油標準。

3 地面裝備液壓油油樣制備方法研究

地面裝備液壓油油樣的制備是研究其換油指標的先決條件。油樣制備方法的不同，其確定的換油指標的使用范圍就不同。油樣制備方法主要包括3種：實機試驗、臺架試驗和實驗室模擬試驗。

3.1 實機試驗

實機試驗，即通過相應的設備連續(xù)運行，定期獲取油樣。這種方法獲取的液壓油是實際工況中的油樣，具有很強的分析價值，其結(jié)果具有很強的說服力。但這是一個漫長的過程，需要長期的工作以及較大的經(jīng)濟投入。

張維群等[12]闡述了L-HM液壓油換油指標的研究過程。該研究主要是通過13臺設備(車輛)共運行78152 h，對其跟蹤監(jiān)測，間隔一段時間抽取油樣。顏賢忠[11]將兩種高黏度等級抗磨液壓油分別加入綜合采煤機中分別運行143天、278天，定期取樣，以研究液壓油在采煤機上的使用壽命。張林[13]研究全液壓系統(tǒng)吊車液壓油的使用壽命時， 通過3種設備的連續(xù)運行2567 h，每隔150～200 h抽樣檢測。當檢測異常時，縮短間隔時間抽樣。

表5 國外部分石油公司推薦的液壓油換油標準

3.2 臺架試驗

臺架試驗是一種模擬試運行試驗，較為接近實際工況，是一種很好的液壓油性能評定方法，同時其制備的油樣也具備較強的說服力。

王澤恩[14]系統(tǒng)的介紹了液壓油評定試驗臺架，并分析了Vickers 104C葉片泵試驗臺架、Denison HF-0 高壓泵試驗臺架、Vickers 35VQ25 葉片泵試驗臺架、JDQ-84 Sundstrand液壓泵試驗臺架、Denison T6C葉片泵試驗臺架、Vickers 20VQ5試驗臺架等主要臺架的特點。

部分研究者還通過研究建立了試驗臺架，對液壓油性能進行評定。黃勝軍等[15-17]為考察液壓油的濕相性能和縮短實驗時間，建立了Denison T 6C006高壓葉片泵試驗臺架，以模擬Denison T 6C020臺架；針對液壓油的氧化耐久性，研究建立了Vickers 20VQ5高壓葉片泵臺架系統(tǒng)及液壓油氧化耐久性評定方法。還按照日本建筑工程液壓油JCMAS HK規(guī)格P044方法要求，建立了Komatsu HPV35+35柱塞泵臺架。梁德君等[18]嚴格按照ASTM D7043建立新Vickers104C試驗臺架，并驗證了其重復性和區(qū)分性，可用于評定液壓油的性能。

鄭東東等[19]利用A2F-10柱塞泵臺架試驗對工程機械上應用的各種液壓油進行綜合性能評價。王月行等[20]為了評價工程機械液壓油的氧化耐久性，也運用A2F10柱塞泵試驗臺架，模擬工程機械高溫、高壓等工況條件，使液壓油在臺架中進行連續(xù)運行試驗，定期取樣分析，證實該柱塞泵臺架可用于液壓油壽命的評定。黃勝軍等[21]使用T6H20C泵試驗對幾種液壓油進行分析，驗證其增加了對油品濕相抗磨性和過濾性考察，使油品評定更接近實際工況條件。

3.3 實驗室模擬試驗

實驗室模擬試驗是通過在實驗室中設計與液壓油實際工況相似的條件進行試驗，可以人為調(diào)整試驗條件，達到加速試驗的目的。相對而言，實驗室模擬試驗的花費最少，還可以縮短試驗時間。

實驗室模擬試驗，一般參考其他相關(guān)試驗方法設計試驗，以考察液壓油的性能。吳瑾等[22]基于液壓油熱穩(wěn)定性測定法(SH/T 0209)設計了液壓油壽命試驗，在不同的時間取樣,測定油品的主要元素含量,用各種元素消耗來判斷油品的壽命。杜雪嶺等[23]則借助潤滑油氧化安定性測定儀，制備油樣，評價液壓油的抗老化性能，以評估液壓油的使用壽命。

除此之外，還可以通過人為改變條件，加速試驗。RASKIN等[24]研究了不同溶解水含量的磷酸酯液壓油酸值變化的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)溫度高于100 ℃，溶解水含量高于0.5%時會導致該液壓油的使用壽命縮短。該方法可以作為一種加速實驗方法，以預測磷酸酯液壓油的預期使用壽命。

實驗室模擬試驗存在的不足是，模擬條件與實際工況有一定差距，其制備的油樣說服力不夠強，一般用于性能變化的理論研究。若需要實際應用，則需要進一步研究其與實際工況的相關(guān)性。

4 地面裝備液壓油換油指標研究

4.1 地面裝備液壓油性能指標研究

地面裝備液壓油的性能可分為理化性能和使用性能。常規(guī)理化性能指標主要有顏色、黏度、水分、酸值和顆粒污染度。NEWELL[25]認為液壓油的主要污染物是顆粒污染物和水分，水分嚴重影響潤滑性，在高溫下，黏度和總酸值能衡量腐蝕金屬和產(chǎn)生污泥的可能性。在這些理化指標中，JAKOBY等[26]、AGOSTON等[27]、HAIDEN等[28]認為液壓油的黏度與機械雜質(zhì)(即顆粒污染度)是表征液壓系統(tǒng)的正常工作的指標。PHILLIPS[29]提出應當重點考察表添加劑含量、運動黏度和污染度。

部分學者重點考察了某個指標，以確定其換油時機。SHINDE等[30]基于油品的黏度，提出了一種分析黏度、電導率和透射率的方法來描述油品的質(zhì)量，以預測油品的剩余壽命。TRAMMEL[31]以總堿值(TBN)為變量，建立了其運行參數(shù)與總堿值之間的模型，以優(yōu)化換油時間間隔。

污染度，即固體顆粒污染物(機械雜質(zhì))的含量，能夠反映出油品的污染情況和液壓設備的磨損情況。MCHAL等[32]認為污染度是油品中最重要的特征之一。張甲敏[33]、MAJDAN等[34]、李健生等[35]都強調(diào)當顆粒污染度不合格時需立即換油。王海軍[36]、程俊[37]、江平等[38]都將顆粒污染度作為控制液壓油質(zhì)量的關(guān)鍵指標，并為之研制了一種監(jiān)測裝置。周濤等[39]則建立了液壓油污染的在線監(jiān)測模型，以實時監(jiān)測液壓油質(zhì)量變化情況，降低企業(yè)的維修成本。MUTHUVEL等[40]開發(fā)并測試了一種結(jié)合磁與電容的新型的、低成本、高靈敏傳感器，可以檢測液壓油中雜質(zhì)。朱江濤[41]將固體顆粒污染物作為換油標準，通過數(shù)據(jù)采集，分析液壓油的污染度等級，預測液壓元件的實時磨損情況，預測最佳換油時機。

除了污染度，還有學者從金屬元素含量角度出發(fā)，考察液壓設備的磨損情況。NG等[42]從固體顆粒污染度的角度出發(fā)，不僅考察固體顆粒數(shù)，還分析了元素含量的變化趨勢以及來源，以考察液壓設備的磨損情況，以確定換油周期。吳福麗等[43]研究L-HV 46/D高壓抗磨液壓油的使用性能時，也考察了在用油的元素含量的變化，以檢測設備的磨損情況，以確定油品質(zhì)量情況。鄭東東等[19]利用A2F-10柱塞泵臺架試驗評價液壓油壽命時，將金屬元素含量作為其中一個重要指標。KUMBR等[44]、JURAJ等[45]通過分析金屬元素含量來診斷液壓設備的磨損情況。ZHENG等[46]運用原子光譜法分析油品中納米級元素的濃度，并通過模擬基于正漂移的維納過程的隨機微分方程，研究元素的增長趨勢，以優(yōu)化換油間隔。

部分學者考察了多個性能指標，將其共同作為換油時機的判斷依據(jù)。顏賢忠[11]研究高黏度等級抗磨液壓油L-HM 100液壓油與50號采煤機油在綜合采煤機上的應用情況，測試了油樣的顏色、黏度、水分、酸值、銅片腐蝕和正戊烷不溶物，依據(jù)SH/T0599-94《L-HM液壓油換油指標》評價油品的性能變化情況。劉峰璧[47]則基于標準SH/T0599-94《L-HM液壓油換油指標》,建立了陶瓷壓磚機換油周期和紅外油液監(jiān)測指標界限值的線性回歸模型,并給出了模型的檢驗方法。盛鋒等[48]分析了軍用工程機械液壓系統(tǒng)傳統(tǒng)換油時機的不足后，提出應當結(jié)合油液污染度分析與理化分析，以確定液壓系統(tǒng)換油時機。KOSIBA等[49]分析了液壓油黏度、水分、傾點、金屬元素含量，以監(jiān)測油品質(zhì)量的變化。馮棟梁等[50]結(jié)合了某車油氣彈簧寒區(qū)工作特點，依據(jù)寒區(qū)用油性能需求，分析了對其所用的10號航空液壓油的黏度、閃點、凝點、水分、酸值、剪切安定性等理化指標和元素含量等參數(shù)。KARANOVIC等[51]結(jié)合裝備的實際工作環(huán)境，考察了液壓油的四個參數(shù)：40 ℃運動黏度、水分含量、顆粒數(shù)、總堿值(總酸值)，分析其質(zhì)量變化情況，確定瀝青路面鋪裝機的換油時機。

理化性能與使用性能之間具有一定的聯(lián)系，但是理化性能并不能完全反映使用性能。薛建平等[52]在進行長城牌抗磨液壓油換油周期試驗研究時，發(fā)現(xiàn)液壓油的理化性能指標合格時，使用性能不一定合格。他認為應當進一步檢測添加劑含量、油樣成分和抗磨性能，才能評價液壓油的綜合性能。MAUNTZ等[53]介紹了一種在線診斷傳感器系統(tǒng)，可以利用介電常數(shù)的變化測量含水量以及添加劑的降解情況，來分析液壓油質(zhì)量的變化，把握換油時機。ANDREWS等[54]采用熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣(EEM)光譜法對油品的抗氧劑進行了表征。KUCERA等[55]提出了液壓油耐久性和氧化安定性的測試方法，可用于預測液壓油的剩余使用壽命，準確判斷換油時機。

4.2 地面裝備液壓油綜合指標研究

隨著現(xiàn)代分析理論的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)單獨的各個理化指標不能夠完全準確的反映出液壓油的質(zhì)量情況，按照單個指標的變化來更換油品，有很大的局限性，很多研究者便基于數(shù)學分析方法，提出了一些評判模型、綜合指標，綜合評價液壓油的性能，以確定換油時機。常見的分析理論有灰色系統(tǒng)理論、層次分析法、模糊綜合評價法等。

灰色系統(tǒng)理論(Grey System Theory)是對于信息不全的小樣本、少信息的不確定性系統(tǒng),用數(shù)據(jù)生成的方法，利用已知信息確定未知信息的理論[56]。馬力等[57]基于灰色系統(tǒng)理論，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法，將液壓油的性能指標與標準進行“整體比較”，建立綜合評價模型，得到綜合評價結(jié)果。

層次分析法(Analytic Hierarchy Process)是一種結(jié)合定性分析與定量分析，有效解決多因素、多準則決策問題的分析理論，可以將復雜問題中的多個因素分層級，并通過數(shù)學方法計算相對重要性權(quán)重并排序。該方法在多個領(lǐng)域都有著廣泛的應用，但在液壓油性能研究方面，報道較少。程安國等[58]運用層次分析法綜合分析注塑機液壓油的黏溫性能、抗乳化性能、抗氧化性能、抗磨性能和空氣釋放值，以評價液壓油的性能變化。層次分析法只是比較出了各性能指標的重要性，并不能完全的評價液壓油的性能。

模糊綜合評價(Fuzzy Comprehensive Evaluation)是在模糊不確定的環(huán)境中,綜合考慮多種因素的影響，運用模糊數(shù)學工具對評價對象作出綜合評價的方法[59-60]，眾多研究者都采用模糊綜合評價對液壓油的性能展開了研究。涂群章等[61]使用模糊綜合評價方法對油質(zhì)狀態(tài)進行分析,將SH/T 0599-94《L-HM液壓油換油指標》中的6個換油指標化為1個，歸一化綜合指標,并根據(jù)該綜合指標的值將油液狀態(tài)劃分為正常、輕度劣化、重度劣化和失效4個級別。涂群章等[62]還建立了模糊綜合評判模型，綜合運動黏度、污染度、閃點、凝點等性能指標，結(jié)合實際情況中各因素的權(quán)重，得出綜合評價指標，提出了換油基準的綜合指數(shù)法。王曉昱等[63]建立了模糊綜合評價數(shù)學模型，對我軍裝甲車輛液壓油性能黏度、酸值、機械雜質(zhì)含量和含水量，進行了綜合評價，形成綜合性能評價指標，將油液質(zhì)量劃分為好、中、差3個等級。WANG等[64]利用多水平模糊綜合評價方法將液壓油13個指標分為理化指標、模擬指標和性能試驗指標，最后歸一化為綜合指標，對液壓油的性能進行全面評估，將液壓油劃分為優(yōu)秀、良好、中等和差4個級別。黃紅等[65]研究高壓抗磨液壓油抗磨性能時，則將模糊綜合評價法與層次分析法結(jié)合，更加客觀的確定各指標的權(quán)重，以更好的評價液壓油的綜合性能。劉鋒等[66]在分析液壓油變質(zhì)原因的基礎(chǔ)上，提出了二級模糊綜合評判在該領(lǐng)域的應用方法，并利用檢測數(shù)據(jù)，對油液質(zhì)量進行綜合分析評價，為換油時機的確定提供一定的理論依據(jù)。余良武等[67]在評價液壓油顆粒污染度時，將熵權(quán)法與模糊綜合評價模型結(jié)合，以“正?！薄ⅰ熬妗?、“異常”的形式輸出結(jié)果，既考慮到了具體系統(tǒng)對顆粒尺寸的敏感度，又簡潔明了。由此可見，模糊綜合評價法在將多指標歸一化為綜合指標時，其各指標權(quán)重的確定都具有一定的主觀性，受人為因素影響較大，但是與層次分析法等其他方法綜合使用時，便能夠更加客觀合理的評價液壓油的質(zhì)量。

現(xiàn)代分析理論能夠?qū)⒁簤河偷亩鄠€性能指標歸一化為綜合評價指標，對液壓油的質(zhì)量做出綜合評價，尤其是多種分析理論方法結(jié)合，能夠更為客觀的評價油品質(zhì)量，更科學的指導換油，具有廣泛的發(fā)展前景。

5 結(jié)論

對比地面液壓油3種換油方式的優(yōu)缺點，可以發(fā)現(xiàn)按質(zhì)換油能夠使效益最大化，既不浪費油品，又能夠保證設備的正常運轉(zhuǎn)。按質(zhì)換油的依據(jù)是適宜的換油標準，但國內(nèi)外沒有統(tǒng)一的換油標準，說明不同的液壓油、不同的裝備的換油指標是不同的。因此要結(jié)合實際的情況，對不同裝備的換油指標展開研究，才能使效益最大化。

研究地面裝備液壓油換油指標時，制備油樣的方法主要包括實機試驗、臺架試驗和實驗室模擬試驗。研究者對臺架試驗開展了大量的研究，使其更加接近實際工況，但是又比實機試驗簡單；實驗室模擬試驗主要是用于理論上的探究。確定地面裝備液壓油的換油指標時，可以從性能指標入手，也可以通過數(shù)學方法，建立綜合指標，評定液壓油的綜合性能。性能指標中，國內(nèi)外學者主要是研究了黏度、水分、酸值和顆粒污染度，尤其是針對污染度開展了大量的研究。綜合指標可以很好的反映油品的綜合性能，但是確定過程較為繁瑣，有待進一步優(yōu)化。