日本液压油管理经验与启示.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 2 ． 2 0 1 2 日本液压油管理经验与启示 程德林 大木 则男 饭野 隆 大生工业株式会社研究开发中心， 日 本枥木3 2 1 0 5 3 3 摘要 运用科学的方法管理使用 中的液压油不仅可以直接地延长液压油的使用寿命 ， 还可 以提高各种液压机械的可靠性和大幅度地 减少机械磨损 和故 障， 从而能够达到减少资源消费和降低能源消耗的 目的 ， 能起到一举 多得之效 。本文概述了当前 日本 关于液压油管 理方面的经验 和技术 。 关键词 液压油 ； 管理经验 ； 日本 ； 节能 中图分类号 V 5 1 9 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 2 0 0 8 5 0 4 E x p e r i e n c e a n d E n li g h t e n me n t o f Hy d r a u l i c Oi l Ma n a g e me n t i n J a p a n C HENG De l O KI No r io 删D a s h i R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t C e n t e r ， T a i s e i K o g y o C o ． ， L t d ． ， T o c h i g i 3 2 1 - 0 5 3 3 ， J a p a n Ab s t r a c t Ma n y b e n e fi t s s u c h a s l o n g e r o i l s e r v i c e l i f e ，h i g h e r e q u i p m e n t r e l i a b i l i t y a n d m u c h l e s s ma c h i n e f a i l u r e c a n b e o b t a i n e d b y a d o p t i n g a n e f f e c t i v e me t h o d t o ma n a g e h y d r a u l i c o i l ．T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s e x p e rie n c e a n d t e c h n o l o g y o f h y d r a u l i c o i l ma n a g e me n t i n J a p a n ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c o i l ； ma n a g e me n t e x p e ri e n c e ； J a p a n； e n e r g y s a v i n g 0 引言 2 0 0 9年 ，中国国内润滑油消费量约为 6 3 5万 t ， 中 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 1 5 作者简介 程德林 1 9 7 3 一 ， 男， 博士 ， 东京农工大学合作研究员 兼 ， 现从事 天然抗氧化剂 、 生物传感器的工业应用和润滑油检测等领域的科学研究。 - 一 一 一 一 - 十- - 4 -- 一 c o mp a r e ／ i n d e x ． h t m 【 1 2 】 B ．S i mo n ， E ．C h ri s t i n e ， G ．E d w a r d ， e t a 1 ． H y d r a u l i c Hy b rid S y s t e ms f o r C o mme r c i a l Ve h i c l e s ． S AE P a p e r 2 00 7 - 0 1 4 1 5 0 ． 2 0 0 7 【 l 3 】 J ． P a r k ， B ． R a j u ， A ． E m a d i ． E ff e c t s o f a n Ul t r a C a p a c i t o r a n d B a t t e r y E n e r gy S t o r a g e S y s t e m i n a Hy b rid E l e c t ri c Ve h i c l e ． S AE P a p e r 2 00 5 - 01 3 4 5 2 ． 2 0 0 5 【 l 4 】 王成。 电动汽车发展对能源与环境影响研究[ D I ． 吉林大学硕 士学位论文 ． 2 0 0 7 1 0 ～ 1 8 ． 【 1 5 】 马全丽， 尹术 飞． 我国汽车产品生命周期全过程 的污染 物控 制『 J 1 ． 汽车工业研究． 2 0 0 2 2 ． 【 l 6 】 刘涛 ， 姜继海 ， 孙 辉， 赵立 军． 静液传 动混合动 力汽车的研 究 与进展[ J 1 ． 汽车工程． 2 0 0 9 7 ． [ 1 7 】 刘 涛， 伊永亮 ， 姜继 海， 孙 辉． 浅谈 静液传动混合 动力车辆 的 原理及应用[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 9 2 ． 【 1 8 】 赵春涛， 姜继海等． 新型二次调节静液汽 车传动 系统[ J ] ． 汽车 技术 ， 2 0 0 1 1 1 ． 国润滑油市场已经成为全球第二大润滑油市场 。中国 能耗 比率是 日本 的 9 ． 3倍 ，欧盟的 4 ． 6倍 ，美国的 3 ． 4 倍 ， 而因润滑问题所导致的能源消耗尤为严重 。 润滑油 利用效率甚至远远低于世界平均水平 ，润滑油管理知 识的普及和润滑油管理技术的推广已经到 了刻不容缓 的地步。日本能源资源贫乏， 早在 2 0世纪 7 O年代初期 【 1 9 】 姜继海， 王碧 泉． 二次调节静液驱动转速 P I D控制及其 试验 研究[ J 】 ． 工程机械， 1 9 9 7 1 1 ． 【 2 0 ] 姜继海． 二次调节静液传动技术【 J ] ． 液压气动与密封， 2 0 o 0 6 ． 【 2 1 】 姜继海． 二次调节静液传动 闭环 位置系统和 P I D控制【 J 】 ． 工 程机械 ， 2 0 0 0 5 ． [ 2 2 】 姜继海， 徐志进． 二次调节静液传动位置系统 的模糊控 制和 试验研究[ J ] ． 哈尔滨工业大学学报 ， 1 9 9 8 6 ． 【 2 3 ] H e w k o L ．O ．，We b e r T ．R ．H y d r a u l i c e n e r g y s t o r a g e b a s e d h y b rid p rop u l s i o n s y s t e m for a t e r r e s t ri a l v e h i c l e ． P r o c e e d i n g s o f t h e I n t e r s o c i e t y E n e r gy C o n v e r s i o n E n g i n e e ri n g C o n f e r e n c e ．1 9 9 0 ， 4 9 9 - 1 0 5 ． 【 2 4 】 I n s t i t u t e f o r t h e A n a l y s i s o f G l o b a l S e c u ri t y ． E P A Di s p l a y t h e F i rst Ad v a n t e d Hy d r a u l i c Hy b ri d Ve h i c l e [ E B ／ O L ] ． 2 0 0 4 0 3 3 1 [ 2 0 0 8 - 0 6 - 2 4 ] ．h t t p ／ ／ w w w ． i a g s o r g ／ n 0 3 3 1 04 t 3 ． h t m1 ． 【 2 5 】 G r e e n C a r C o n g r e s s E P A． E a t o n a n d P a r t n e r s De v e l o p i n g F u l l Di e s e l - Hy d r a u l i c S e rie s Hy b rid f o r U P S [ E B ／ O L ] ． 2 005 - 0 2 - 1 0 [ 2 0 0 8 - 0 6 - 2 4 ] ． 8 5 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 2年 第 2期 就开始重视以液压油为主要管理对象的润滑管理并且 带来了巨大的经济效益 ， 有不少经验值得 中国借鉴。 1 日本式液压油管理 1 ． 1 液压油管理的目的和意义 液压油好 比是机器的血液 ，是机械液压系统能够 正常运作所不可缺少的重要组成部分。液压油管理是 通过维持液压油的“ 健康” 状态以达到防止机械 的异常 和故障的目的而实施的管理方法。同时， 防止液压油的 劣化变质，延长换油的间隔时间也是液压油管理的另 一 个 目的。 机械设备如果不加以适 当的管理就会过早的出现 故障甚至报废 。已故麻 省理工学 院著名摩擦 学教授 E r n e s t R a b i n o w i c z 认 为 表 面 分解 是 7 0 ％的 工 业 机 械 报废的原 因，远远高于设备陈旧与设备事故所造成 的 报废 比率 ； 而磨粒 、 疲劳 、 粘着等和润滑相关 的机械磨 损又 占了其 中的绝大部分 见图 1 。 通过改善润滑效果 来延长机械设备 的寿命和减少故障是一个很有效的途 径 ，而改善润滑效果的关键就是科学有效的润滑油管 理方 法 厂 而 l 机械报废 I 鲴 麴豳 麴 圜 圉囱囱 图 1机 械 报废 的原 因 随着科学技术的进步，液压机械的高速化与 自动 化也在快速地发展 ，由于液压油管理不 当所引起 的设 备的突发故障会引起莫大的经济损失。直接的方面， 比 如停产会降低生产效率 ， 动辄几万 、 几十万甚至上百万 元 的修理费用会使生产成本上升 ； 间接的方面 ， 还会导 致延误交货期限并造成产 品质量的下降，从而严重地 损害生产厂家的信誉。因此 ． 液压油管理是各种液压机 械管理必不可少的一部分。 有这么一个例子 ， 1 9 8 0年新 13本制铁株式会社因 机械磨损所造成 的故障 占全体故障的 4 2 ％．而该公司 经过 5年对液压油中的污染杂物的严格管理 ，将磨损 由来 的故障降低了 9 0 ％以上 见图 2 。 由此可见只要能 够用正确的管理方法来处理润滑问题 ．一定能取得显 著的效益 。 8 6 1 O 0 8 0 糕6 O 4 0 2 0 o 1 9 8 0 1 9 8 5 要 设备 故障 图 2 新 日本 制铁株式会社通过液压油管理所带来的效果 1 ． 2液压油的劣化变质和液压油管理 液压油在使用过程中不仅会不断地吸收机械润滑 部位所产生的热量 、 另外还会和空气中的氧气 、 金属 、 水分等接触 ， 性状 、 性能会逐渐发生变化 ， 液压油所应 具备的功能也渐渐丧失 ，从而导致液压油使用寿命的 结束 ， 这就是液压油的劣化变质。液压油的劣化变质包 括液压油本身的化学变化和外部因素 例如灰尘 、 水 分 、 磨损颗粒等 所引起 的劣化 。前者主要是基础油氧 化变质和添加剂的消耗及变质 ． 而后者则属于污染。图 3比较全面地概括了液压油劣化变质的各种因素。 l 蹇 垫 孽 霞 先 成 l 隔 性 能 的 低 下 H I 堡 矬 鬯 氧 化 I 1 誉 ⋯ 1 。 2 隧 增鬟莉的机械 剪切 Z n D T P 的分解 抗氧化剂的消耗 极压剂的水解 l 固相的影响l 物质的增加I 金属磨损麒粒 圈 ／，．1 润滑油的劣化变质 卜＼l遥醴鹱壁挂茧 ， ， 一 嚣 异种油的混入 圈 3导 致 液 压 油 劣化 变 质 的各 种 因素 继续使用劣化变质了的液压油会导致机械设备发 生故 障，因此尽量防止液压油的劣化变质和尽早地发 现液压油的劣化变质并采取适当的措施是液压油管理 的关键所在。 13本 的很 多企业特别是大型企业不仅拥有检测液 压油的仪器 ， 往往还有一个相对独立的专门技术团队从 事机械设备的液压油的管理。 不少与液压油管理相关的 学会发表和技术讲座 的演讲者往往不是大学和研究所 的专家学者而是来 自企业的从事液压管理的技术人员 。 从这些在液压油管理第一线的技术人员 的各种发表中 可以看出在 日本液压油管理的普及程度非常高。 日本企业 的液压油管理模式虽然 因行业 的不同会 有所变化 ，但总体来说一般是以液压油的定期检测为 Hy d r a ul i c s Pn e u ma t i cs S ea l s ， N0． 2 ． 201 2 基础而形成的 P D C A P l a n D o C h e c k A c t i o n 循环来进 行机械设备的润滑管理 见图 4 。 图 4 日本企业液压油管理的模式 例 这里的 P l a n 计划 是指根据 以往 的管理经验制定 各项管理计划 ，同时有计划地对从业人员进行最新的 专业知识的教育和技术培训 ，使从业人员能不断地提 高专业技能。 所谓的 D o 执行 是指定期进行液压油 的状态分 析。首先是相关性状劣化的测定 ， 根据不同的机械设备 对 可能引起故障的根本原因的指标 如清洁度 、 水分 、 酸值 等 进 行 定期 监 测 ，这是 主动 维 修 P r o a c t i v e Ma i n t e n a n c e 然后是通过污染颗粒 的分析尽早地检查 出 初 期 润 滑 问 题 ， 这 是 预 测 维 修 P r e d i c t i v e Ma i n t e n a n c e 还有通过铁谱分析判断设备磨损状况并 预 报零 部 件 的失 效 。这 是 事 后 维 修 B r e a k D o w n Ma i n t e n a n c e 。将主动维修 、 预测维修和事后维修有机 地结合起来 ，通过监测液压油可以及时地发现润滑问 题更有助于尽快地解决这些问题 。 而 C h e c k 检查 是检验液压油管理的效果 ， 对于发生 的故障进行彻底地分析并不断总结经验改进管理方法。 A c t i o n 行动 是对出现的问题进行处理 ， 采取相应 的对策和有效的措施 ， 保证机械设备的正常运行 。 在液压油管理的 P D C A循环里 ，特别重视成功经 验的总结和推广并将之标准化 ，在 P D C A循环不断运 转 的过程 中使适合各个机械设备的液压油管理的模式 日趋完善 ．对于保证各个机械设备 的长期正常运行是 非常有效的。 2 日本关 于液压油管理 的技术 2 ． 1 简易检测技术 即使在 日本对于中小型的企业来说购置成套价格 不菲的液压油分析仪器也是不太现实的 。 因此 ， 一些简 易 的检测仪器也很有市场。这些检测仪器主要是用来 测 定液压油的酸值 、 黏度 、 水分 、 颗粒污染物等一般性 指标的价格相对低廉 的小型仪器和设备。下面是一些 简易检测仪器的例子。 1 酸值。一定量的液压油里加入溶剂和指示药再 用碱性标准溶液滴定 ，根据变色时的滴定量来算 出酸 值 ； 或者 ， 在一定量的液压油里加入试药 ， 根据充分混合 后的透明分离层的颜色来判定大致的酸值。 相关的产品 如出光式酸值简易检测盒和三美式酸值简易检测盒。 2 黏度 。利用音叉共振的原理 ， 根据为 了保持振 幅一致所需要 的驱动力 的大小来算出液压油的粘度 ， 如音叉振动式黏度计 ； 将杯状容器里盛满液压油 ， 从容 器提起的瞬间开始计时 ， 以液压油漏完时间计算黏度 ， 如岩田黏度杯。 3 水分 。向液压油里加入和水反应的的试药 ， 根 据化学反应 由来 的气体生成量或者气体压力来推算水 份含量 ， 如携带式水分计 ； 将液压油滴到 高温热皿上 ， 根据水的蒸发和发泡状态推测水分 ．如 日本油化工业 株式会社的 P a c h i P a c h i K u n 。 4 颗粒污染物。利用光遮蔽原理评定液压油污染 度， 如 I n t e r c h n o J a p a n的携带式油 中微粒计数器。 另外 ， 还有一些复合型简易检测仪器 ， 比如 J F E机 械株式会社的润滑油 自动分析装置 P t e r J r ，仅需 1 0毫 升的油样就可以测出液压油的水分 、 酸值和污染杂物。 2 ． 2 净 油技 术 液压油劣化变质并引起机械故障的最主要的原 因 是异物污染 、 水分和氧化 ． 在 日本以降低这些不利影响 为 目的的净油技术被广泛地应用到各种机械的液压油 管理之 中。下面介绍一些常用的净油方法。 1 静电净油法。在滤油器的特殊滤芯上附加正负 静电压 ，可以去除带电荷的杂物特别是氧化变质由来 的污染物。有节省电力的特点 ， 但不适用于水分含量较 高的液压油 。 2 多层过滤净 油法 。滤油器滤芯 由污染物 吸附 层 、 氧化物吸附层 、 水分吸附层和表面吸附层构成 ， 可 以去除 9 9 ％以上的对润滑产生不 良影响的颗粒和去除 一 般滤油器所不能处理 的浮游和溶解水分 ，还可以去 除氧化变质物 。 使酸值维持在正常范围。 3 磁石净油法。将用特殊的方法制成的具有强磁 场的永久磁石安装到油箱底部 。可 以除去油里 的磨耗 铁粉等磁性杂物并促进液压油中的微小污染物凝集和 沉淀。因为是永久磁石， 不需要其他的运转费用。 4 美水石净油法。利用 日本 甲信越地方 的石墨片 岩 天然矿石1 所具有的特殊功能延长液压油的使用寿 命 。可以防止液压油的氧化变质 ， 吸附液压油中的高分 子有机物 ， 还有类似活性炭的去除异味的功能。 5 肾元原理净油法。根据肾脏的基本单位一 肾元 的原理 ，利用滤芯的层与层 的空隙去除液压油中 1 微 8 7 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 2期 米以上的异物。 6 远心分离净油法。利用远心分离的原理去除液 压油中的较大的颗粒和水分 ，配套的高性能滤芯还可 以去除微小颗粒 ，快速高效是远心分离净油法的特点 见 图 5 、 图 6 。 图 5 我司的产 品 远心分离式净油机 F P ～ 1 5 0 0 S 一 1 0 1 0 图 6远 心 分 离 式 净 油 机 的净 油 性 能 3 我司的相关产品和业务 我司是生产液压油的滤油器和热交换器的企业 ． 五 十五年来在 日本形成 了很高的知名度和良好的信誉 ， 这 两个系列的产品在 日本分别拥有三分之二和二分之一 以上的市场。 滤油器和热交换器都是液压油管理中不可 缺少 的元件 ，滤油器的用途是除去液压油 中的污染异 物 ， 使液压油保持清洁的状态 ； 热交换器可将机械润滑 部所产生的热量通过冷媒介质传递到机器外部 ， 使液压 油保持适中的温度 ， 避免由于油温的异常上升所引起的 液压油的劣化变质和各种机械设备 的故障。 另外 ，我司润滑油分析中心还承担液压油检测 的 业务 ，有多位拥有 日本和国际润滑油分析资格 的专业 人员在为 日本 、东南 亚和中国的客户提供液压油检测 服务 。 我司在不断地改进现有产品的同时还在开发和液 压油管理相关的其他新产品。例如防止液压油氧化变 质 、延长液压油使用寿命并且具有防腐蚀作用 的天然 抗氧化剂和利用生物反应通过测定液压油劣化变质生 成物来判定液压油劣化变质程度的生物传感器 见 图 7 。有机会在以后 的文章里再向大家具体介绍。 88 国匝 固 润滑油变质劣化生物材料酶 将反应转换成信号 由来生成物 椭 圆 图 7 生物传感器判定液压 油劣化变质的原理 劣化变质 程度判定 4 结束语 “ 润滑经济” 是 日本最先提 出的一种智力经济 ， 投 资回报率远远高于 1 1 0 。中国的经济发展模式是一种 粗放 、 低效型的发展模式 ， 如果在中国全面推广 日本等 先进 国家的液压油管理技术 ， 不仅能减少资源的浪费， 而且可以有效地降低能耗 ，毫无疑问能够产生巨大的 “ 润滑经济” 效应。中国也有很多优秀的液压油管理方 面的专家学者 ，但是为什么液压油管理技术还是得不 到普及呢 归根结底还是人们意识上的问题 。 要想推广 液压油管理技术 ，最重要的是首先要解决意识上的问 题 ， 让所有的人 从企业高层管理人员到一线 的工作人 员 充分认识到液压油管理 的重要性。另外 ， 还可以多 树立一些通过 实施液压油管理 而带来 经济效益 的典 型，让这些典型变成可以看得见摸得着的有力证明和 最有说服力的榜样 ．从而使越来越多的企业能够心悦 诚服地重视液压油管理。 由于推广包括液压油管理在 内的润滑管理技术 ， 日本在 2 0世纪七八 十年代虽然是经济高度发展阶段 ， 但却取得了 1 9 8 2年比 1 9 7 9年的总能耗不仅没有上升 反而下降 1 0 ％的巨大节能效果。可 以推测， 如果中国的 企业能够真正重视包括液压油管理在内的各种润滑油 的管理并用 5 0年 的时间逐步达到甚 至超过 日本现在 的管理水准 ，以中国现在的能源和润滑油的消费量完 全能够满足 5 0年后的经济发展所需 。我们非常愿意和 中国同行一道为实现这一 目标尽一份微薄之力 。 参 考 文 献 [ 1 】 戴兰， 梅秀忍． 我 国能源 开发中的 的问题 及对策研 究【 中小 企业管理 与科技 2 0 0 9 3 3 ． 『 2 ] 日本 彳 口 一学会编． 二 ／ 于于 、／灭 _彳水 口 一 【 M] ． 养贤堂， 2 0 0 6 ． 【 3 ]3 R a b i n o w i c z E ． ． F r i c t i o n a n d We a r o f M a t e r i a l s【 M】 ， S e c o n d E d i t i o n 。J o h n Wi l e y S o n s Ne w Yo r k ， 1 9 9 5 ． f 4 ] 四阿佳昭， 小野总． 裂铁 所 c 二 拈 c 于为j 、／夕 三十 、／ ’／ 口-J HJ ] ． 润滑经济， 1 9 9 2 1 0 ． 【 5 】 日本 水 口 一学会编． 水口 一， 、 ’／ y 夕 【 M】 ． 养贤堂， 2 0 0 1 ． f 6 】 四阿佳昭． 最新保 全技 衍研究会第一期鞭告 害【 M】 ． 日本70 ’／ 、／于4 - ’／灭协会， 2 0 0 6 ． 【 7 】 程德林， 等． 米糠 由来天然酸化 防止 添 加 忙土为涸滑油 通用『 J ] ． 润滑经济， 2 0 1 o 2 ．