有軌電車制動系統液壓油清潔度的檢測探討

葉嘉斌，袁場

（南京中車浦鎮海泰制動設備有限公司，江蘇 南京 211800)

1 油液的清潔度概念

油液的清潔度是描述油中固體顆粒等污染物在油液中的含量或分布的一個指標，其代表了油液在生產或運營過程中清潔程度。油液中的固體顆粒等污染物主要是由液壓系統密封性差導致外界環境輸入污染物、液壓系統中元件出現磨損導致輸入污染物、油液長時間工作導致油液自身出現性能衰變、液壓系統中原來殘留的污染物等引起的。油液污染物直接影響到液壓系統的工作可靠性和元件的使用壽命，資料顯示液壓系統的故障大約70%是由油液污染物引起的。液壓系統在工作中，從外界環境不斷侵入各種污染物，并且由于元件磨損和油液衰變從內部不斷產生污染物。目前國內外用于污染物成分分析的方法主要有光譜、能譜、射線分析等方法。國內外油液清潔度檢測技術起步于上世紀中葉，從軍工、國防等逐漸擴展到了基礎工業等民用領域并普及。因此，油液清潔度的準確、快速檢測對于液壓系統來說具有十分重大的意義。

2 液壓油的常見檢測方法

（1）質量檢測法。質量檢測法是測定單位體積油液中所含固定顆粒污染物的質量，通常用mg/L或mg/100mL表示。質量檢測法利用濾膜過濾裝置過濾一定體積的樣液，將油液中的固定顆粒污染物收集在微孔濾膜上，通過稱重過濾前和過濾后的濾膜質量即可得出污染物的含量。國際標準“ISO4405”對質量檢測法檢測污染物做了具體的說明和規定。微孔濾膜直徑一般為0.8μm，分析天平精度為0.05mg，可檢測最小污染物濃度為0.2mg/L。質量檢測法所需的檢測裝置比較簡單，但操作費時，檢測結果只是油液中顆粒污染物總量，不能反映顆粒顆粒的大小和尺寸分布。目前該方法國內外使用較少，主要檢測一些清潔度要求不高的油液，一般用于實驗室檢測。

（2）顯微鏡檢測法。用光學顯微鏡測定油液中顆粒污染物的尺寸分布與濃度，是目前應用比較普遍的一種方法，其主要方法如下：用微孔濾膜過濾一定體積的樣液，將樣液中的顆粒污染物全部收集在濾膜表面，然后在顯微鏡下測定顆粒的大小并按要求的尺寸范圍計數。濾膜孔徑一般為0.8μm或1.2μm。顯微鏡的組合放大倍數通常為100～400倍。最小可檢測的顆粒尺寸為5μm。顆粒的尺寸大小利用目鏡中的測微尺測定。顯微鏡檢測設備比較簡單，可以直觀地觀察到顆粒污染物的形貌和大小，并可以大致判斷出污染顆粒的種類。但此方法計數需要的時間長，計數的準確性較差，很大程度上與操作員的經驗有很大關系。經驗表明，顯微鏡檢測法的結果一般有30%的偏差。顯微鏡檢測法目前使用比較廣泛，具體操作可參照標準ISO4407或相關行業標準。

（3）自動顆粒檢測法。目前在油液污染分析中已廣泛采用自動顆粒計數器，其具有計數快、準確度高和操作簡便等特點。按照工作原理，自動顆粒計數器有遮光型、光散射型和電阻型等幾種類型。在油液污染分析中目前廣泛采用的是遮光型自動顆粒計數器。遮光型顆粒計數檢測法的主要特點是利用光電傳感器采集型號，直接測試油液中顆粒污染物的大小和數目，繼而判定油液的清潔度等級和精度。但在測定的過程中容易受到油液中的水汽、水珠等的干擾。一般情況下，測定污染嚴重的油液時必須對顆粒密度過大、透光性差的油液進行稀釋。光散射型顆粒計數檢測法應用于夫瑯和費衍射理論及邁爾理論對接收的信號進行分析計算，以得到顆粒的尺寸和分布。電阻型顆粒計數器可以提供顆粒參數的所有測量數據，但此類儀器僅適用于水基工作液。隨著現代科學技術的不斷發展，自動顆粒檢測法將是以后常見的液壓油清潔度檢測手段。

3 液壓油清潔度等級判定

（1）判定標準。有3個標準對液體中的顆粒濃度進行了規定，分別是ISO4406、SAEAS4059F和NAS1638（表1列出了各標準的部分要求）。應使用ISO4406和SAEAS4059F標準來評估液壓設備和系統的清潔度。標準NAS1638自2001年5月20日起不再有效，并用標準SAEAS4059F替換。但由于應用廣泛，標準NAS1638仍然在使用。

表1 各標準不同時期對顆粒度數量范圍的要求對照

根據標準ISO4406給出的數據，清潔度數據包含3個值，使用所有＞4μm/6μm/14μm的顆粒數量來確定清潔度等級。NAS1638不能直接與SAEAS4059F或ISO4406進行對照。因為其顆粒度的評級只在＞5μm時開始，而且其只指定了與具有最大顆粒數量的范圍相關的特征值，并且SAEAS4059F也只有一個特征值。在表2中針對不同標準的清潔度等級做了對應。例如，符合ISO4406的清潔度等級18/16/13相當于符合SAEAS4059F的純凈度等級8或符合NAS1638的純凈度等級7。

表2 各標準之間的清潔度對應關系

（2）加油和使用過程中的清潔度等級要求。表3中分別給出了按照3個標準規定的清潔度等級要求（制造商提供的油往往不能滿足投入運行或換油的純凈度要求，該油必須通過過濾才能滿足條件）。

（3）過濾精度。為了確保試驗過程中產品中油的清潔度，試驗臺中必須裝配一個過濾效率βx≥75的3～5μm過濾器，用以進行連續旁路的過濾。達到純凈度等級所需的過濾器精度見表4。

表3 允許的清潔度等級

表4 純凈度等級與過濾精度的對應關系

4 結語

綜上所述，清潔度檢測是油液使用和控制的重要內容，對于提高設備和油系統的可靠性和使用壽命至關重要。近年來，隨著各類液壓系統對于清潔度的要求越來越高，對清潔度檢測標準的理解和清潔度檢測手段的掌握顯得尤為重要。