液压油固体颗粒污染度检测误差分析及控制.pdf

液 压 气 动 与 密 d - ／2O l 5年 第 0 7期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 2 2 液压油 固体颗粒污染度检测误差分析及控制 曾如文， 万登攀 ， 李玉忠 中航力源液压股份有 限公司 ， 贵州 贵阳 5 5 0 0 1 8 摘要 液压油是液压系统中的重要工作介质， 液压油中的污染物统称为固体颗粒 ， 而固体颗粒是造成液压元件磨损的重要形式。在 液压油固体颗粒污染度检测中， 其误差对生产、 质量及油料产品交付的影响时有出现， 该文旨在对取样误差 、 检测误差、 仪器比对误 差 ， 结合生产实际举例分析并进行控制。 关键词 颗粒； 检测 ； 误差； 控制 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 一 o 8 1 3 2 o 1 5 0 7 0 0 6 6 0 4 、 Er r o r Ana l ys i s a n d Co n t r o l o f Hy d r a u l i c Fl u i d S o l i d Pa r t i c l e Co n t a mi n a t i o n I ns p e c t i o n Z E NG Ru we n ,W AN De n g - p a n , L 1 Y u - z h o n g A VI C L i y u a n H y d r a u C o ． ， L t d ． ， G u i y a n g 5 5 O 0 1 8 ， C h i n a ． Ab s t r a c t Hy d r a u l i c o i l i s t h e i mp o r t a n t wo r k i n g me d i u m o f t h e h y dra u l i c s ys t e m， t h e c o n t a mi n a n t i n t h e h y dra u l i c o i l i s c o l l e c t i v e l y c a l l e d s o l i d p a r t i c l e ， a n d t h e s o l i d p a r t i c l e a t t r i t i o n i s t h e ma i n f o r m o f h y dra u l i c c o mp o n e n t a t t i q t i o n ． T h e i n f e c t i o n o n ma n u f a c t u r e ， q u a l i t y a n d o i l p r o d u c t i o n d e l i v e r y i s s o me t i me s a p p e a r , d u r i n g t h e h y d r a u l i c o i l s o l i d p a r t i c l e p o l l u t i o n d e t e c t i o n ． Th e a r t i c l e c o mb i n e t h e a c t u a l p r o d u c t i o n e x a mp l e s t o a n a l y z e t h e s a mp l i n g e r r o r s ， i n s p e c t i o n e r r o r a n d i n s t r u me n t c o mp a r i s o n ， the n t a k e a c t i o n t o c o n t r o l t h e e r r o r s ． Ke y wo r ds pa rti c l e ；i ns pe c t i o n；e r r o r ； c on t r o l O 引言 在航空工业领域 ， 自油液污染度纳入颗粒度计量 管理， 大大提高了机电设备的操纵、 润滑、 动力 、 冷却等 流体控制的安全性 、 可靠性和使用寿命。液压油是液 压系统中的重要工作介质 ， 它在对负载作功过程 中， 特 别是一些重要附件的配合表 面的金属零件 ， 具有很高 的配合精度和表面光洁度 ， 对污染颗粒的尺寸和数量 均有严格 的规定 。液压元件生产过程 中对油液的污染 控制 ， 特别是测试结果准确性的判定尤为重要 ， 早期油 液污染度等级检测结果误差较大， 这与我国2 0 世纪8 0 年代从美国太平洋公司引进的颗粒污染度检测仪器不 够先进 ， 相关标 准不够健全有关。随着我 国科技发展 及颗粒污染控制技术不断完善， 等级误差也越来越小 ， 测试结果准确性越来越被人们所重视。 1 液压油固体颗粒污染度检测原理 随着科技进步 ， 对 比法 、 显微镜计数法 由于结果误 差大 、 测试时间长等缺点， 逐渐离开人们的视线 ， 遮光 型自动颗粒计数器检测原理先进性越来越被人们所接 受 ， 其检测原理如下 遮光型 自动颗粒计数器 的特点是利用颗粒的遮光 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 2 4 作者简介 曾如文 1 9 5 3 一 ， 男 ， 贵州大方人 ， 高级工程师， 本科 ， 从事油 料 、 涂料等非金属技术工作 。 6 6 性能对油液中的颗粒进行直接检测。其原理如图 1 所 示 。油液中的悬浮颗粒随油液一 同流经一个细小透明 通道 ， 一束与油液流动方向垂直 ， 经过精密光学系统调 理过 的平行激光束照射在透 明通道上形成一个窗 口。 透明通道以及激光束中没有颗粒时， 激光接收器将接 受到通过 窗 口的全部激光 ； 而 当有颗粒流经遮光窗 口 时 ， 一部分激光将被 颗粒遮挡或 因散射 、 反射等 而减 少 ， 这样到达激光接收器 的激光将减少 。激光的衰减 量与颗粒的尺寸即处在激光束 中颗粒的投影面积成正 比。激光接收器收到的激光经过光电转换， 信号放大 等环节后进人自动颗粒计数器主机进一步处理。 通道 坡器 传感器 湿示信号标定曲线 图 1遮光型 自动颗粒计 数器检测 原理 2 取样误差分析及控制 取样误差来 源于样 品的采集 、 保存及制备各个环 节所 引起 的误差 ； 样品的代表性差是引起取样误差的 主要原因。此外 ， 由于取样不规范 、 样品制备和保存不 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 7 ． 2 0 1 5 当， 造成样品污染和成分改变也是取样误差的直接来 源 ， 在分析质量控制 中 ， 样 品的采集 、 保存及制备既是 第一道关卡 ， 也是最重要和影响最大 的一个环节 ， 它对 分析结果的可靠性起决定性作用； 如果取样误差大， 对 以后的分析无实际意义。在一般情况下 ， 你所得到的 检测报告中都会有一条 ， 本检测结果仅对所送样品负 责 ， 这说 明所取样 品的代表性是有一定差异的 。但 我 们的检测结果不仅要对样品负责 ， 还要对本批或本系 统油料负责。所 以取样 的代表性是必须 的， 这就对 我 们如何最大限度地的减少取样误差提出了要求。例 如 我公 司长期从事工程液压元件 的生产 ， 出于管理的 需要 ， 不论是设计 、 工艺 、 生产 、 质量管 理等都是分开 的 ， 互不影响。2 0 1 1 年 ， 公 司购进道达尔牌 6 8 液压油 2 0 桶 3 6 0 0 k g ， 民品液压泵试车部 门验收时 ， 污染度等级 测试结果 为“ G J B 4 2 0 A” 的 1 1 级 ， 而道达尔液压油生产 厂家出厂前检测结果为 7 级 ， 生产厂家和验收厂家各持 己 见 ， 均 不 认 可 对 方 的检 测 结 果 。为 此 ， 提 出用 “ P A MA S ” 型号的污染度检测仪器测试 ， 当测试技术人 员了解情况后， 亲 自到现场取样。取样方法为 ①用石 油醚清洗取样工具玻璃管 内径 1 0 ～1 5 m m 。②清洗 方法是用一根 比玻璃管长 的铁丝 O ． 5 ～西 0 ． 7 m m ， 铁 丝 的一端 固定少许脱脂棉并蘸少许石油醚 ， 从一端进 另一端出， 起到擦洗玻璃管内壁污染物的作用。③第 一 次擦洗很脏， 弃掉擦脏后的脱脂棉； 再按上述清洗方 法第二次擦洗较脏 ， 第三次擦洗基本干净 ， 第 四次擦洗 确定干净后， 最后擦洗玻璃管外壁。④室温下 1 2 m in 玻璃管干燥后 ， 即可从 1 8 0 k g 的油桶中取样。⑤手持玻 璃管上端并用大拇指堵住管 口， 将玻璃管下端伸人到 油桶中上层 、 中层 、 下层各取约 1 0 0 m L ， 直到油液体积 约3 0 0 m L 为止。取样结束， 将油样按“ G J B 3 8 0 ． 4 2 0 0 4 ” 进行测试 ， 结果为“ G J B 4 2 0 A” 的6 级 ， 与道达尔液压油 生产厂家检测结果误差 1 级 ， 属正常误差范围。上述实 例说 明， 油液污染度检测结果为 1 1 级 的应是玻璃管没 有清洗干净 ， 取样时导致油液二次污染 ， 结果误差 4 级 ， 而用清洗干净的玻璃管及取样瓶取样 ， 结果误差为 1 级 。在这里虽然不能说道达尔液压油生产厂家检测结 果是正确的而以其为标准进行比对 ， 但取样工具没有 清洗及取样方法不对应是无疑 的。 根据上述检测结果误差分析及采取的措施 ， 取样 误差的控制， 主要是取样工具或容器必须清洗干净， 而 清洗剂应采用 0 ． 0 2 2 1 x m微孔滤膜过滤 的污染度小于 3 级 的石油 醚 。其 次 取 样 时油 桶 上 、 中 、 下 层各 取 约 1 0 0 m L ， 直至油液体积约 3 0 0 m L 为止 ， 这样所取的油样 才具有代表性。 3 检测误差分析及控制 通 常检测结果 与真值之间往往存在差值 ， 这种 差 值通常称为检测误差。任何检测误差的出现都必须有 原因和规律 ， 但由于人们对复杂客观事物的认识有限， 对于未能掌握的部分就只能归之于偶然 。一旦掌握 了 某一部分 随机误差 的原 因和规律 ， 这 一部分误差就成 为一种系统误差。反之 ， 某些误差 ， 虽 已掌握其原因和 规律， 但由于中问掺杂着某些难以控制的偶然因素， 以 致误差的具体数值也呈现出一定的随机性。在我国航 空系统 ， 凡是使用航空液压油或喷气燃料 的公司 ， 均有 污染度分析仪器 ， 大部分公司使用进目仪器， 个别公司 使用国产仪器， 但不论是进口的还是国产的， 使用过程 中出现检测误差也不少。例如 某一检测人员 ， 检测航 空液压油污染度时 ， 3 次测得 1 0 0 m L油样 中 5 m的颗 粒数分别为 4 3 5 4 0 、 3 0 6 8 0 、 6 2 3 6 0 个 ， 按要求对检测数 据的有效性验证不合格 ， 所测数据是无效数据 ； 也就是 说 ， 按 3次 所 测 的 平 均 值 为 4 5 5 2 7个 其 结 论 为 “ G J B 4 2 0 A ” 的8 级是不对的。此时 ， 应对所测颗粒数不 正常进行分析 。出现这种现象 可能有两种情况 ， 一是 传感器激光区域可能有纤维， 二是所分析的液压油中 可能有微量水分 ， 前者 因纤维通过传感器激光 区域对 计数有所影响， 当纤维以“ 横” 的状态通过传感器时， 可 能只计一个数 ， 当以“ 竖 ” 的状态通过传感器时 ， 可能计 数无数个 ， 这种误差较大 ； 后者 由于水分存在油中分布 的不均匀性 ， 其水分 以游离状态或以溶解状态存在 ， 通 过传感器时将作为固体颗粒计数 ， 从而引起误差。一 般情况下要知 固体颗 粒在油中分布均匀 与否 ， 应对其 检测数据进行有效性验证 ， 验证方法如下 按公式 1 计算所测颗粒 尺寸累计 计数值 的差值 百分率 D C 一 i X x 1 0 0 ％ 1 式中 D 。 所测颗粒尺寸累计计数值的差值百分率 ； 所测颗粒尺寸累计计数值的最大值， 单 位为个每一百毫升 个／ l O O mL ； 所测颗粒尺寸累计计数值的最小值， 单 位为个每一百毫升 个／ 1 0 0 mL ； 卜所测颗粒尺寸累计计数值的算数平均值 其结果应保留 1 位小数 ， 单位为个每一百毫升 个／ 1 0 0 m L ； 1 当X 1 0 0 0 0 时 ， D ≤1 5 ％， 测试数据有效 ， 否 则， 测试数据无效， 应重新进行测试。 2 当X 1 00 0 0 时 ， D ≤3 0 ％， 测试数据有效 ， 否则 ， 测试数据无效 ， 应重新进行测试。 液 压 气 动 与 密 t l ／2 0 1 5年 第 0 7期 如果验证结果数据仍然无效 ， 此时应重新按相关 规范取样 ； 如果重新取样仍然 出现颗粒分布不均匀 的 现象， 应对传感器加强清洗。清洗方法是将石油醚用 0 ． 0 2 2 p , m的微孔滤膜过滤 ， 过滤后的石油醚污染度在 3 级以下， 当石油醚清洗传感器后， 即可对重新取样的油 液检测。如果对重新取样的油液检测结果仍然说明颗 粒分布不均匀 ， 就应该考虑油液 中水分含量可能超标 须进行脱水处理。这也是人们有时看上去认为油液是 清洁的， 而测试污染度等级较高的原因之一。况且 ， 人 的肉眼只能看得见 4 0 1 x m以上 的颗粒 。在液压系统金 属精密元件之中， 有些配合间隙精度只有 1 0 ～ 2 0 tx m， 质量要求可想而知。 根据上述试验分析 ， 检测误差的控制 ， 首先应对检 测数据有效性确定 ， 其次是加强对仪器传感器通道 的 清洗 ， 防止纤维污染物堵塞仅有宽度 5 0 tx m的传感器通 道 ， 使传感 器激光 区域正常工作 。另外应具备一定 的 理论知识和实践经验 ， 即污染度核心元件传感器基本 结构和工作原理 ， 以及检测过程中航 空液压油是否有 水分或纤维的定性判断。 4 仪器 比对误差分析及控制 人们在生产实际 中， 对仪器产生 的误差 了解或关 注不 是很多 ， 因为 只有一 台仪器 ， 测试结果好坏 都是 它 ， 一个试验室同时有两台仪器的少之又少 ， 可 比性 自 然就少 。当人们得到的测试结果对仪器有异议 时 ， 只 有 到兄弟厂家进行 比对试验 ， 这种情 况在购买仪器时 较为普遍 。例如某公司准备购买一台台式污染度检测 仪器 ， 经商家介绍仪器的性能、 指标和特点后， 即可进 行 比对试验 。但在 比对试验 时 ， 如果 买的仪器是德 国 或美 国制造的 ， 可以相互进行 比对 ； 如果买的是俄罗斯 制造的， 要与德国或美国制造的仪器比对， 就要慎之又 慎 。因为俄罗斯 执行F O C T 1 7 2 1 6 7 1 “ 工作 液污 染分 级” 标准 ， 而我 国与德 国或美 国执行 的标准基本 等同。 俄 罗斯 的F O C T 1 7 2 1 6 7 1 “ 工作液污染分级 ” 标准与我 国G J B 4 2 0 A “ 飞机液压系统用油液固体污染度分级” 标 准 ， 是 中俄两 国根据各 自国家 当时油液污染检测和控 制技术水平现状而编制的， 这是两国不同年代 ， 不同技 术水准的标准。他们在检测颗粒粒径范围、 使用原则 上存在不同， 因此使用中不能根据测试颗粒数量的多 少来评价污染度等级的高低 ， 更不可在油液污染度等 级评定时 ， 机械地按照两个标准中颗粒相差的数量而 对照污染度等级互换使用， 如不可认为“ F O C T 1 7 2 1 6 7 l ” 的 8 级 等于 “ G J B 4 2 0 A 一 9 6 ” 的 5 级 参 见表 1 及表 2 。但是根据相关资料报道 ， 按照我国“ G J B 4 2 0 A 一 9 6 ” 6 8 规定测得 的5 、 6 、 7 、 8 、 9 级 ， 与按“ F O C T 1 7 2 1 6 7 1 ” 标准 及使用俄罗斯生产的污染度检测仪器或有关技术文件 规定的俄式测量方法测得 的F O C T 1 7 2 1 6 7 1 的5 、 6 、 7 、 8 、 9 级可以相互对应转换 。 表 1 F OC T 1 7 2 1 6 - 7 1 工作液污染度分级 表2 G J B 4 2 0 A - 9 6 油液污染度分级 测试手段不 同， 测试结果误差 自然不 同， 虽然专业 人员知道污染度测试仪器台式的比便携式的好， 便携 式的比显微镜计数法好 ， 显微镜计数法比对比法好 ， 但 不 同型号或不 同测试手段 ’狈 0 试结果误差依然存在 ， 上 述几种测试手段共 同存在的误差均与取样误差有关。 仪器比对误差的控制 ， 对同一型号或不同型号的 两 个 台式污染度 仪器 比对 测试结果误差 应是 同一 等 级 ， 台式与便携式仪器 比对测试结果误差应是正负一 个 级差 。显微镜计数 由于人 为因素较大 ， 在此不作说 明。比对方法是将洁净 的取样瓶 ， 取 3 0 0 mL 油样 ， 在本 公司用台式或便携式污染度仪器测试后 ， 将剩余油料 再送到另一兄弟厂家比对测试即可。 5结语 综上所述 ， 取样误差与取样工具或容器不干净有 关 ， 检测误差与数据有效性有关， 仪器比对误差与标准 有关。因此， 在检测工作， 取样时应将工具或容器清洗 干净 ， 避免不必要的误差； 发现检测数据不符合标准要 求 ， 应对其有效性进行验证并符合要求； 仪器比对时 ， 严格执行有关标准， 使误差控制在有效范围。 参考文献 【 1 ] G J B 3 8 0 ． 4 - 2 0 0 4 ， 航空工作液污染度测试[ s 】 ． [ 2 】 G J B 4 2 0 A 一 1 9 9 7 ， 飞机液压系统用油液固体污染度分级[ s 】 ． Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 7 ． 2 01 5 d o i l O ．3 9 6 9 4 ． is s n 。 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ．0 7 ．0 2 3 航空柱塞泵系统建模与仿真研究 陈 龙 ， 常真卫 ， 翟 江 ， 苟小华 ， 孙 凯 1 ． 中航力源液压股份有限公司， 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 0 ；2 ． 力源液压 苏州 技术研究院， 江苏 苏州 2 1 5 0 0 0 摘 要 航空柱塞泵作为飞机液压系统的心脏 ， 其工作性能将直接关系到飞机控制系统的安全性与可靠性。根据某航空泵的结构与工 作原理 ， 以AME S i m软件为仿真平台， 建立了航空柱塞泵主要元件仿真模型， 并进一步搭建了整泵系统仿真模型。仿真过程中柱塞泵 的斜盘预置夹角以及斜盘转轴偏心参数的引入 ， 使得系统仿真更符合实际情况 。通过仿真研究为后续泵 的参数优化提供了理论指 导 ， 并建立了航空液压柱塞泵系统仿真的原准机模型。 关键词 航空柱塞泵 ； A ME S i m； 仿真模型； 斜盘预置夹角 中图分 类号 T H1 3 7 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 0 7 0 0 6 9 0 4 Re s e a r c h o n S y s t e m M o d e l i n g a n d S i mu l a t i o n o f Ai r P i s t o n P u mp C HEN L o n g 。 。 CHANG Z h e n ． we i ’ ， Z HA I J i a n g , GOUXi a o h u a ，SUN Kai 1 ． A VI C L i y u a n H y d r a u l i c C o ． ， L t d ． ， G u i y a n g 5 5 0 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． L i y u a n H y d r a u l i c S u z h o u R＆D C e n t e r , S u z h o u 2 1 5 0 0 0 ． C h i n a Ab s t r a c t Ai r P i s t o n P u mp ， a s t h e p o we r s o u r c e o f m a i n h y d r a u l i c s y s t e m f o r a i r c r a f t ， i t s p e r f o r ma n c e d i r e c t l y r e l a t e s t o t h e s a f e t y a n d r e l i a b i l i ty o f t h e fli g h t c o n t r o l s y s t e m． Ac c o r d i n g t o the s t r u c t u r e a n d wo r k i n g p r i n c i p l e o f a c e r t a i n t y p e o f a i r p u mp ， the s i mu l a t i o n mo d e l s o f ma i n c ompon e nt s ofAi r Pi s t o n Pu mp a r e de ve l o pe d， ba s e d o n th e AM ESi m s i mul a t i on s o f t ware p l a t f or m，whi c h f u r t h e r b ui l ds a s i mul a t i o n mo d e l f o r the e n t i r e p u mp s y s t e m． T h e i n p u t s o f s wa s h p l a t e p r e - t i l t ang l e a n d h i n g e e c c e n t r i c i ty ma k e Ai r P i s t o n P u mp s y s t e m s i mu l a t i o n mo r e r e a l i s t i c ． T h r o u g h s t u d i e s o f s u c h s i mu l a t i o n ， the th e o r e t i c a l g u i d a n c e i s p r o v i d e d f o r t h e f o l l o w u p p u mp p ara m e t e r s o p t i mi z a t i o n a n d t h e s t a n d a r d s i mu l a t i o n mo d e l fo r Ai r P i s t o n P u mp s y s t e m i s s e t u p ． Ke y wo r d s a i r p i s t o n p ump ； AM ES i m ； s i mu l a t i o n mo d e l ； s wa s h p l ate p r e - t i l t an g l e O 引言 航空柱塞泵作为飞机液压系统中的动力源 ， 主要 用于向机载作动系统等提供所需液压力 ， 保证飞机的 正常起降与飞行。 目前飞机上普遍采用 的恒压变量泵u ， 是典型的斜 盘式高速轴向柱塞泵， 具有额定压力高、 功率密度大、 变量调节方便等优点 。 航 空柱塞泵作 为液压 系统的心脏 ， 对于保证飞机 的安全操纵起着至关重要的作用。作者借助A M E S i m 仿真平台， 通过对某航空柱塞泵的原理与结构分析， 建 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 2 4 作者简介 陈龙 1 9 8 8 一 ， 男 ， 江苏南京人， 工程师， 硕士， 研究方向 液压 作动系统。 立其 主要 元件 的AME S i m结构模 型 ， 并 在此基础上搭 建了整泵的系统仿真模型。对根据航标要求的内场试 验其进行了全动态仿真模拟， 为泵的后续优化设计提 供 了理论指导。同时 由于斜盘预置夹角与斜盘转轴偏 心参数被引入到仿真中 ， 使得仿真结果更符合实际 工况。 1工作原理 斜盘式轴 向柱塞泵的工作原理 图如图 1 所示 。当 转子带动柱塞旋转时 ， 由于斜盘平面相对转子平面存 在一倾斜角 ， 迫使柱塞在转子柱塞腔内做往复直线运 动。柱塞在其 自下而上的半 圆周 内旋转时逐渐 向外伸 出， 柱塞腔容积不断增大， 产生局部真空， 从而将油液 经配流盘 的吸油窗 口a 吸人 ； 柱塞在 自上而下的半圆周 【 3 】 F O C TI 7 2 1 6 - 1 9 7 1 ， 工作液污染度分级【 s 】 ． [ 4 】 何大均． 液压油的污染控制【 M】 ． 重庆 科学技术文献出版社 重庆分社， 1 9 8 9 4 0 4 1 ． 【 5 】 张贤明． 油液 的污染度评价及其测试技术[ J 】 ． 汽轮机技术， 2 0 0 7 ， 1 ． [ 6 】 杨明． 油液污染度测定颗粒计数法与 自动颗粒计数器[ J ] ． 液 压气动与密封， 2 0 1 1 ， 4 ． 【 7 】 张海平． 测试是液压的灵魂【 J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 0 ， 6 ． [ 8 ] 益美容， 彭伟． 添加剂对液压油污染度等级的影响[ J ] ． 石油商 报， 2 0 0 2 ， 2 0 2 ． [ 9 】 阎欢， 梁宇翔， 贺景坚， 尹开吉． 航空液压油固体颗粒污染度 的测定与分级[ J 】 ． 润滑与密封， 2 0 0 8 ， 3 3 1 0 ． 6 9