油液監(jiān)測取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)制定的思考

三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院 秦紅玲

武漢理工大學(xué)可靠性工程研究所 張月雷 徐春濤 王皓

在分析現(xiàn)有機(jī)械系統(tǒng)油液污染物顆粒計數(shù)分析中的取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，提出存在的問題和不足，指出取樣容器生產(chǎn)廠家、工業(yè)油品分析室、用戶聯(lián)手制定清潔度新標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性，并對新標(biāo)準(zhǔn)制定過程中遇到的問題進(jìn)行了思考。

油液監(jiān)測技術(shù)作為機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的重要技術(shù)手段之一，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中。而油液污染度的準(zhǔn)確評定是油液分析技術(shù)用于機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)趨勢分析和故障診斷的關(guān)鍵，也是減少因油液污染引發(fā)機(jī)械故障的基本保障。其中取樣瓶的清潔度是影響油液污染度準(zhǔn)確評定的主要因素之一。目前國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17484-1998《液壓油液取樣容器凈化方法的鑒定和控制》(等同采用ISO3722：1976) 只對有清潔度要求極高的液壓油在污染度檢測時規(guī)定了取樣容器的清潔度要求，其他情況下都沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可遵循。然而大部分取樣容器生產(chǎn)商也沒有提供新取樣容器的清潔度檢驗合格證書。因此，取樣器生產(chǎn)商、商業(yè)油品分析室及工業(yè)界用戶聯(lián)合制定并推廣取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)是非常必要的。

1.現(xiàn)有取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)及其不足。

（1）現(xiàn)有取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17484-1998《液壓油液取樣容器凈化方法的鑒定和控制》 (等同采用ISO3722:1976 (Hydraulic fluid power-Fluid sample containers-Qualifying and controlling cleaningmethods))給出了液壓油取樣容器清潔度測定和清洗方法檢驗規(guī)范。目前工業(yè)用取樣瓶清潔度定義主要是借鑒液壓傳動中取樣容器清洗方法的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

對于一般潤滑油，取樣容器所需的清潔度可根據(jù)樣液的污染程度而定。原則上取樣容器的清潔度一般應(yīng)比樣液的清潔度至少高2個等級。

（2）現(xiàn)有取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)不足之處。

表1 GB/T 17484-1998（ISO3722:1976）取樣容器清潔度的標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 17484-1998（等同ISO3722：1976）主要針對粒度大于10μm的顆粒。研究表明磨粒對設(shè)備的影響程度不但與其數(shù)量有關(guān)，還取決于其磨粒分布。欲使此標(biāo)準(zhǔn)的使用不產(chǎn)生過分偏離實際情況的結(jié)果，必須保證顆粒粒度分布特性和標(biāo)準(zhǔn)所假設(shè)的情況一致，即粒度分布特性要符合正態(tài)分布規(guī)律。但顆粒的粒度分布特性和顆粒產(chǎn)生的原因有關(guān)，油液中的顆粒由于機(jī)械系統(tǒng)對其碾壓及濾清器的過濾作用，會使顆粒粒度總體變小，峰值產(chǎn)生偏移，不再嚴(yán)格遵從正態(tài)分布。隨著時間的推移，將會逐漸趨近Rossin-Rammler分布，演變規(guī)律如圖1所示。

Jim Fitch在1992年時提出在進(jìn)行工業(yè)油品分析時，取樣容器清潔度的選擇應(yīng)滿足最小信噪比為5∶1。但由于油液污染度標(biāo)準(zhǔn)體系的不同，且各標(biāo)準(zhǔn)之間沒有換算的規(guī)則，取樣容器的清潔度有時很難選取。如ISO4406：99標(biāo)準(zhǔn)中，油液的顆粒度ISO 等級由顆粒尺寸范圍≥4μm，≥6μm和≥14μm來表示；NAS1638標(biāo)準(zhǔn)中，油液的顆粒度ISO等級由顆粒尺寸范圍≥5μm，≥15μm，≥25μm，≥50μm和≥100μm來表示。此時，用ISO4406:99標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注的油液如何選用以NAS1638標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注的取樣容器呢，反之存在同樣的問題。

圖1 大顆粒經(jīng)研磨及過濾后的粒度特性分布規(guī)律變化圖

另外，大部分商用取樣容器的清潔度沒有達(dá)到它所標(biāo)注的清潔度等級。標(biāo)注的清潔度只是簡單引用了標(biāo)準(zhǔn)。這種清潔度水平很難滿足清潔度要求高的系統(tǒng)油品顆粒計數(shù)分析要求。而且，這種狀況使得取樣瓶的清潔度選擇與標(biāo)準(zhǔn)失去了直接的對應(yīng)關(guān)系。

最后，清潔度等級是根據(jù)樣本集的算術(shù)平均值來確定的。可假定樣本顆粒粒度特性分布符合正態(tài)分布，從而計算實際清潔度處于某個值的置信區(qū)間。但這個假定有時是不成立的。因為只有在生產(chǎn)過程完全處于控制中時，粒度特性分布才可能是正態(tài)分布的。但是取樣瓶清潔度之間差異的存在卻完全是由隨機(jī)因素引起的，沒有特定的原因。如此一來，取樣瓶的標(biāo)注清潔度可能與實際清潔度存在較大的差異。

2.制定取樣容器清潔度新標(biāo)準(zhǔn)的必要性。

如前所述，現(xiàn)有的取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)存在諸多不足，不便于在實際生產(chǎn)中使用，迫切需要制定新的取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)。從設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性角度來看，制定新的取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)也非常必要。

從某種意義上說，取樣容器污染造成的損失有可能遠(yuǎn)大于報廢一個取樣瓶。報廢一個取樣瓶花費(fèi)大概在幾塊到幾百塊之間。但如果用戶使用受取樣瓶污染干擾的油液分析結(jié)果來制定設(shè)備維修決策，帶來的損失有可能非常大。因為受污染的取樣容器可能使油品分析結(jié)果提高1到2個ISO等級甚至更多，從而引發(fā)錯誤的故障預(yù)警，迫使決策者組織人力、物力進(jìn)行事故原因調(diào)查分析。期間，可能需要另外取樣進(jìn)行油液分析，以進(jìn)一步確定故障程度，從而浪費(fèi)人力、物力、時間。如果取樣瓶的清潔度不在控制范圍之內(nèi)，即便第二次取樣，數(shù)據(jù)也不一定比第一次更可靠。錯誤的故障預(yù)警最終可能引發(fā)濾清器升級、換油甚至大修等一系列錯誤的維修決策，不但增加設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，還降低系統(tǒng)的可靠性。

取樣容器污染同樣會導(dǎo)致負(fù)誤識，導(dǎo)致決策者錯失某些機(jī)會。取樣瓶污染物多為灰塵，是非鐵磁性顆粒，會導(dǎo)致油液分析結(jié)果中鐵磁性顆粒含量降低，從而使決策者不能意識到故障的產(chǎn)生或其嚴(yán)重程度，導(dǎo)致預(yù)防性維修短路。

另外，ISO3722是最先建立取樣容器清潔度分級標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，但太過粗略。而且適合研究工作室用的清潔方法，有可能不適合于工業(yè)上大范圍商用。取樣瓶數(shù)量大，其清潔度控制需從生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)著手。由此，即便是做常規(guī)分析，成本也非常高。

因此，有必要制定工業(yè)用的油液分析顆粒計數(shù)取樣容器清潔度分級標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該具有較強(qiáng)的魯棒性，且對顆粒的粒度分布特性具有較強(qiáng)的敏感性，適用范圍廣。對用戶來說，它應(yīng)該非常的清晰明了，知道在各種特定的場合中該如何選用取樣容器。

3.取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)制定的建議與思考。

要生產(chǎn)出符合清潔度標(biāo)準(zhǔn)的取樣容器，生產(chǎn)商必須投入更多資金提高生產(chǎn)質(zhì)量，在取樣容器生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都例行清潔度檢查。這樣必定大幅增加生產(chǎn)成本，從而使其價格遠(yuǎn)高于目前市場上取樣容器的售價。如果用戶因價格因素不選用符合清潔度標(biāo)準(zhǔn)的取樣容器，必將影響生產(chǎn)商執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的積極性。因此，需要油液分析機(jī)構(gòu)、研究所與取樣容器生產(chǎn)企業(yè)三方共同努力，讓用戶明白使用符合標(biāo)準(zhǔn)的取樣容器的優(yōu)勢，讓他們意識到只有購買和使用這種符合標(biāo)準(zhǔn)的取樣容器才能受益。這樣才能形成用戶和企業(yè)雙贏的局面，才有利于標(biāo)準(zhǔn)的貫徹與執(zhí)行。

目前油液污染度分析主要采用ISO4406：99標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)界用戶主要關(guān)心依據(jù)ISO4406：99規(guī)定的允許的顆粒數(shù)。那么，取樣瓶的清潔度按≥4μm，≥6μm和≥14μm三個尺寸范圍來標(biāo)定，才能和ISO4406：99標(biāo)準(zhǔn)一致，且比僅在10μm處標(biāo)注更合理。

在取樣容器的生產(chǎn)過程中，還必須控制以下因素。

（1）在一定的范圍內(nèi)可以接受的清潔度水平。

（2）常用的信噪比。

（3）信噪比一般多大。

（4）適合什么層次的用戶使用。

其他應(yīng)考慮的問題包括：生產(chǎn)中每一步可能產(chǎn)生的次品是多少；生產(chǎn)過程失去控制時，取樣瓶的質(zhì)量如何。研究表明，即使采用較高清潔度的生產(chǎn)線，次品率仍然高于基于正態(tài)分布計算的結(jié)果，且次品率不是固定不變的。

綜上所述，估算一批商用取樣容器中清潔度較低的次品數(shù)是可能的。而且這個工作很重要，如果大多數(shù)取樣瓶都很清潔，在控制的信噪比范圍內(nèi)，將不會導(dǎo)致錯誤的故障預(yù)警。

在次品率很高的情況下，即使是多次檢驗，也容易得出錯誤的結(jié)果。那么，取樣瓶清潔度最大偏移值應(yīng)該如何定義；允許錯誤的故障預(yù)警率應(yīng)該多大；針對不同的用戶，是否應(yīng)該制定不同的標(biāo)準(zhǔn)。這些都是應(yīng)該考慮的問題。

另外，清潔度的分級定義能不能讓商家在成本提高不大的情況下提高質(zhì)量；能不能讓用戶根據(jù)需要選用相對較便宜的產(chǎn)品。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，取樣瓶清潔度置信區(qū)間越大，檢查過程就會越復(fù)雜，成本就會越高。性價比是一個需要很好權(quán)衡的因素，不需要一個勉強(qiáng)及格的嘗試。生產(chǎn)過程的每個環(huán)節(jié)最好可以調(diào)節(jié)，一方面便于監(jiān)測產(chǎn)品清潔度，另一方面也便于根據(jù)實際需要調(diào)整生產(chǎn)線上產(chǎn)品的清潔度控制水平。

4.結(jié)語

以上介紹了取樣容器清潔度現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的不足之處進(jìn)行了分析，分析表明取樣容器清潔度新標(biāo)準(zhǔn)的制定具有緊迫性和必要性。最后提出了新標(biāo)準(zhǔn)制定過程中應(yīng)思考的問題，并為新標(biāo)準(zhǔn)的順利執(zhí)行提供了參考意見。

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