地面装备液压油换油指标研究综述

(1.空军勤务学院 研究生大队， 江苏 徐州 221000；2.空军勤务学院 航空军需与燃料系, 江苏 徐州 221000； 3.空军95788部队, 四川 成都 610000)

引言

液压油常被比喻为液压系统的血液，在液压系统中液压油起着传递能量、润滑、密封、冷却等关键作用[1]。有统计表明液压系统的故障约有70%都与液压油有关，适时合理的更换液压油，有利于延长液压设备的使用寿命，减少维护费用，提高经济效益。

1 地面装备液压油换油方式研究

不同的地面装备更换液压油的方式不同，一般来说，地面液压油的换油包括3种方式：按时换油、按经验换油和按质换油[2-4]。

按时换油，即油品使用达到某一确定的换油周期，就更换油品。一般液压油的换油周期是由液压设备厂商或者液压油生产厂商提供。按时换油的优点是简单方便，没有繁琐的检测；缺点是不考虑液压设备具体的工作状况，当工作情况恶劣时，按时换油可能对设备造成更严重的损害，工作状况良好时，则可能产生浪费。田铁军等[5]分析了沃尔沃装载机液压油使用周期缩短的原因，提出要按特定换油周期换油。

按经验换油，主要是根据实际工作中的经验，对液压油颜色、气味以及液压设备的声音等现象进行判断，以把握换油时机。按经验换油能够克服按时换油的不足，且简便易行，可操作性强；不足之处在于对人员的依赖性较大，容易受到人员主观判断的影响。张合林[6]根据多年实践总结出的经验，介绍了5种鉴定液压汽车起重机液压油的简易方法，按照经验对液压油进行更换。罗洪波[7]研究集装箱场地搬运设备液压油更换标准问题时，指出应当依据经验判断油品质量变化情况，并结合定量的化验手段，确定不同环境下的液压油更换标准和更换时间。

按质换油即依据其换油指标，检测相关性能指标，当单个指标超过标准的限值时，即更换油品。按质换油的优点是能够准确的判定油品质量是否变质，可以避免油品的浪费；缺点是对换油指标依赖性较大，换油指标不适合液压设备时，则判断不准确，并且检测繁琐费时。3种换油方式的对比如表1所示。

表1 液压油换油方式对比

2 国内外现有地面装备液压油换油标准

目前，国内外均制定了液压油换油标准。我国液压油换油标准是非强制性石化行业标准，包括SH/T 0476-1992(2003)《L-HL液压油换油指标》、NB/SH/T 0599-2013《L-HM液压油换油指标》。

SH/T 0476-1992(2003)《L-HL液压油换油指标》[8]规定了L-HL液压油在使用过程中的换油指标，适用于一般机床的主轴箱、液压箱和齿轮箱或类似的机械设备循环系统润滑的L-HL液压油在使用过程中的质量监控。当使用中的L-HL液压油有一项指标达到换油指标时应更换新油，其指标如表2所示。

表2 SH/T 0476-1992(2003)《L-HL液压油换油指标》

NB/SH/T 0599-2013《L-HM液压油换油指标》[9]规定了L-HM液压油在使用过程中的换油指标，适用于L-HM液压油在使用过程中的质量监控，同时还规定40 ℃运动黏度、水分、色度、酸值、清洁度每月测试一次，正戊烷不溶物、铜片腐蚀和泡沫特性每季度测一次，当有一项指标达到换油指标时，应当采取维护措施或更换新油。

表3 NB/SH/T 0599-2013《L-HM 液压油换油指标》

美国试验与材料协会(ASTM)提出了ASTM D6224-2009《辅助动力装置的润滑油的使用监测实施规范》[10]，规定了液压油在用油的监测警戒线项目及指标要求, 见表4。由表可知，NB/SH/T 0599-2013的换油指标与ASTM D6224-2009规定的检测项目基本相同，但各个项目要求比NB/SH/T 0599更高，同时还增加了抗氧剂含量的要求。

表4 ASTM D6224-2009对液压油在用油的监测警戒线项目及指标要求

除此之外，国外部分石油公司也推荐了液压油的换油标准，如表5[11]所示，不同的石油公司推荐的换油标准中，测试的项目有所差异，其限值也有所不同。因此，不同的液压油、不同的装备，在考虑换油问题时，应当结合具体的情况展开研究，制定符合本装备的换油标准，不能全部照搬已有的换油标准。

3 地面装备液压油油样制备方法研究

地面装备液压油油样的制备是研究其换油指标的先决条件。油样制备方法的不同，其确定的换油指标的使用范围就不同。油样制备方法主要包括3种：实机试验、台架试验和实验室模拟试验。

3.1 实机试验

实机试验，即通过相应的设备连续运行，定期获取油样。这种方法获取的液压油是实际工况中的油样，具有很强的分析价值，其结果具有很强的说服力。但这是一个漫长的过程，需要长期的工作以及较大的经济投入。

张维群等[12]阐述了L-HM液压油换油指标的研究过程。该研究主要是通过13台设备(车辆)共运行78152 h，对其跟踪监测，间隔一段时间抽取油样。颜贤忠[11]将两种高黏度等级抗磨液压油分别加入综合采煤机中分别运行143天、278天，定期取样，以研究液压油在采煤机上的使用寿命。张林[13]研究全液压系统吊车液压油的使用寿命时， 通过3种设备的连续运行2567 h，每隔150～200 h抽样检测。当检测异常时，缩短间隔时间抽样。

表5 国外部分石油公司推荐的液压油换油标准

3.2 台架试验

台架试验是一种模拟试运行试验，较为接近实际工况，是一种很好的液压油性能评定方法，同时其制备的油样也具备较强的说服力。

王泽恩[14]系统的介绍了液压油评定试验台架，并分析了Vickers 104C叶片泵试验台架、Denison HF-0 高压泵试验台架、Vickers 35VQ25 叶片泵试验台架、JDQ-84 Sundstrand液压泵试验台架、Denison T6C叶片泵试验台架、Vickers 20VQ5试验台架等主要台架的特点。

部分研究者还通过研究建立了试验台架，对液压油性能进行评定。黄胜军等[15-17]为考察液压油的湿相性能和缩短实验时间，建立了Denison T 6C006高压叶片泵试验台架，以模拟Denison T 6C020台架；针对液压油的氧化耐久性，研究建立了Vickers 20VQ5高压叶片泵台架系统及液压油氧化耐久性评定方法。还按照日本建筑工程液压油JCMAS HK规格P044方法要求，建立了Komatsu HPV35+35柱塞泵台架。梁德君等[18]严格按照ASTM D7043建立新Vickers104C试验台架，并验证了其重复性和区分性，可用于评定液压油的性能。

郑东东等[19]利用A2F-10柱塞泵台架试验对工程机械上应用的各种液压油进行综合性能评价。王月行等[20]为了评价工程机械液压油的氧化耐久性，也运用A2F10柱塞泵试验台架，模拟工程机械高温、高压等工况条件，使液压油在台架中进行连续运行试验，定期取样分析，证实该柱塞泵台架可用于液压油寿命的评定。黄胜军等[21]使用T6H20C泵试验对几种液压油进行分析，验证其增加了对油品湿相抗磨性和过滤性考察，使油品评定更接近实际工况条件。

3.3 实验室模拟试验

实验室模拟试验是通过在实验室中设计与液压油实际工况相似的条件进行试验，可以人为调整试验条件，达到加速试验的目的。相对而言，实验室模拟试验的花费最少，还可以缩短试验时间。

实验室模拟试验，一般参考其他相关试验方法设计试验，以考察液压油的性能。吴瑾等[22]基于液压油热稳定性测定法(SH/T 0209)设计了液压油寿命试验，在不同的时间取样,测定油品的主要元素含量,用各种元素消耗来判断油品的寿命。杜雪岭等[23]则借助润滑油氧化安定性测定仪，制备油样，评价液压油的抗老化性能，以评估液压油的使用寿命。

除此之外，还可以通过人为改变条件，加速试验。RASKIN等[24]研究了不同溶解水含量的磷酸酯液压油酸值变化的热稳定性，发现温度高于100 ℃，溶解水含量高于0.5%时会导致该液压油的使用寿命缩短。该方法可以作为一种加速实验方法，以预测磷酸酯液压油的预期使用寿命。

实验室模拟试验存在的不足是，模拟条件与实际工况有一定差距，其制备的油样说服力不够强，一般用于性能变化的理论研究。若需要实际应用，则需要进一步研究其与实际工况的相关性。

4 地面装备液压油换油指标研究

4.1 地面装备液压油性能指标研究

地面装备液压油的性能可分为理化性能和使用性能。常规理化性能指标主要有颜色、黏度、水分、酸值和颗粒污染度。NEWELL[25]认为液压油的主要污染物是颗粒污染物和水分，水分严重影响润滑性，在高温下，黏度和总酸值能衡量腐蚀金属和产生污泥的可能性。在这些理化指标中，JAKOBY等[26]、AGOSTON等[27]、HAIDEN等[28]认为液压油的黏度与机械杂质(即颗粒污染度)是表征液压系统的正常工作的指标。PHILLIPS[29]提出应当重点考察表添加剂含量、运动黏度和污染度。

部分学者重点考察了某个指标，以确定其换油时机。SHINDE等[30]基于油品的黏度，提出了一种分析黏度、电导率和透射率的方法来描述油品的质量，以预测油品的剩余寿命。TRAMMEL[31]以总碱值(TBN)为变量，建立了其运行参数与总碱值之间的模型，以优化换油时间间隔。

污染度，即固体颗粒污染物(机械杂质)的含量，能够反映出油品的污染情况和液压设备的磨损情况。MCHAL等[32]认为污染度是油品中最重要的特征之一。张甲敏[33]、MAJDAN等[34]、李健生等[35]都强调当颗粒污染度不合格时需立即换油。王海军[36]、程俊[37]、江平等[38]都将颗粒污染度作为控制液压油质量的关键指标，并为之研制了一种监测装置。周涛等[39]则建立了液压油污染的在线监测模型，以实时监测液压油质量变化情况，降低企业的维修成本。MUTHUVEL等[40]开发并测试了一种结合磁与电容的新型的、低成本、高灵敏传感器，可以检测液压油中杂质。朱江涛[41]将固体颗粒污染物作为换油标准，通过数据采集，分析液压油的污染度等级，预测液压元件的实时磨损情况，预测最佳换油时机。

除了污染度，还有学者从金属元素含量角度出发，考察液压设备的磨损情况。NG等[42]从固体颗粒污染度的角度出发，不仅考察固体颗粒数，还分析了元素含量的变化趋势以及来源，以考察液压设备的磨损情况，以确定换油周期。吴福丽等[43]研究L-HV 46/D高压抗磨液压油的使用性能时，也考察了在用油的元素含量的变化，以检测设备的磨损情况，以确定油品质量情况。郑东东等[19]利用A2F-10柱塞泵台架试验评价液压油寿命时，将金属元素含量作为其中一个重要指标。KUMBR等[44]、JURAJ等[45]通过分析金属元素含量来诊断液压设备的磨损情况。ZHENG等[46]运用原子光谱法分析油品中纳米级元素的浓度，并通过模拟基于正漂移的维纳过程的随机微分方程，研究元素的增长趋势，以优化换油间隔。

部分学者考察了多个性能指标，将其共同作为换油时机的判断依据。颜贤忠[11]研究高黏度等级抗磨液压油L-HM 100液压油与50号采煤机油在综合采煤机上的应用情况，测试了油样的颜色、黏度、水分、酸值、铜片腐蚀和正戊烷不溶物，依据SH/T0599-94《L-HM液压油换油指标》评价油品的性能变化情况。刘峰璧[47]则基于标准SH/T0599-94《L-HM液压油换油指标》,建立了陶瓷压砖机换油周期和红外油液监测指标界限值的线性回归模型,并给出了模型的检验方法。盛锋等[48]分析了军用工程机械液压系统传统换油时机的不足后，提出应当结合油液污染度分析与理化分析，以确定液压系统换油时机。KOSIBA等[49]分析了液压油黏度、水分、倾点、金属元素含量，以监测油品质量的变化。冯栋梁等[50]结合了某车油气弹簧寒区工作特点，依据寒区用油性能需求，分析了对其所用的10号航空液压油的黏度、闪点、凝点、水分、酸值、剪切安定性等理化指标和元素含量等参数。KARANOVIC等[51]结合装备的实际工作环境，考察了液压油的四个参数：40 ℃运动黏度、水分含量、颗粒数、总碱值(总酸值)，分析其质量变化情况，确定沥青路面铺装机的换油时机。

理化性能与使用性能之间具有一定的联系，但是理化性能并不能完全反映使用性能。薛建平等[52]在进行长城牌抗磨液压油换油周期试验研究时，发现液压油的理化性能指标合格时，使用性能不一定合格。他认为应当进一步检测添加剂含量、油样成分和抗磨性能，才能评价液压油的综合性能。MAUNTZ等[53]介绍了一种在线诊断传感器系统，可以利用介电常数的变化测量含水量以及添加剂的降解情况，来分析液压油质量的变化，把握换油时机。ANDREWS等[54]采用荧光激发-发射矩阵(EEM)光谱法对油品的抗氧剂进行了表征。KUCERA等[55]提出了液压油耐久性和氧化安定性的测试方法，可用于预测液压油的剩余使用寿命，准确判断换油时机。

4.2 地面装备液压油综合指标研究

随着现代分析理论的发展，发现单独的各个理化指标不能够完全准确的反映出液压油的质量情况，按照单个指标的变化来更换油品，有很大的局限性，很多研究者便基于数学分析方法，提出了一些评判模型、综合指标，综合评价液压油的性能，以确定换油时机。常见的分析理论有灰色系统理论、层次分析法、模糊综合评价法等。

灰色系统理论(Grey System Theory)是对于信息不全的小样本、少信息的不确定性系统,用数据生成的方法，利用已知信息确定未知信息的理论[56]。马力等[57]基于灰色系统理论，利用灰色关联分析法，将液压油的性能指标与标准进行“整体比较”，建立综合评价模型，得到综合评价结果。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process)是一种结合定性分析与定量分析，有效解决多因素、多准则决策问题的分析理论，可以将复杂问题中的多个因素分层级，并通过数学方法计算相对重要性权重并排序。该方法在多个领域都有着广泛的应用，但在液压油性能研究方面，报道较少。程安国等[58]运用层次分析法综合分析注塑机液压油的黏温性能、抗乳化性能、抗氧化性能、抗磨性能和空气释放值，以评价液压油的性能变化。层次分析法只是比较出了各性能指标的重要性，并不能完全的评价液压油的性能。

模糊综合评价(Fuzzy Comprehensive Evaluation)是在模糊不确定的环境中,综合考虑多种因素的影响，运用模糊数学工具对评价对象作出综合评价的方法[59-60]，众多研究者都采用模糊综合评价对液压油的性能展开了研究。涂群章等[61]使用模糊综合评价方法对油质状态进行分析,将SH/T 0599-94《L-HM液压油换油指标》中的6个换油指标化为1个，归一化综合指标,并根据该综合指标的值将油液状态划分为正常、轻度劣化、重度劣化和失效4个级别。涂群章等[62]还建立了模糊综合评判模型，综合运动黏度、污染度、闪点、凝点等性能指标，结合实际情况中各因素的权重，得出综合评价指标，提出了换油基准的综合指数法。王晓昱等[63]建立了模糊综合评价数学模型，对我军装甲车辆液压油性能黏度、酸值、机械杂质含量和含水量，进行了综合评价，形成综合性能评价指标，将油液质量划分为好、中、差3个等级。WANG等[64]利用多水平模糊综合评价方法将液压油13个指标分为理化指标、模拟指标和性能试验指标，最后归一化为综合指标，对液压油的性能进行全面评估，将液压油划分为优秀、良好、中等和差4个级别。黄红等[65]研究高压抗磨液压油抗磨性能时，则将模糊综合评价法与层次分析法结合，更加客观的确定各指标的权重，以更好的评价液压油的综合性能。刘锋等[66]在分析液压油变质原因的基础上，提出了二级模糊综合评判在该领域的应用方法，并利用检测数据，对油液质量进行综合分析评价，为换油时机的确定提供一定的理论依据。余良武等[67]在评价液压油颗粒污染度时，将熵权法与模糊综合评价模型结合，以“正常”、“警告”、“异常”的形式输出结果，既考虑到了具体系统对颗粒尺寸的敏感度，又简洁明了。由此可见，模糊综合评价法在将多指标归一化为综合指标时，其各指标权重的确定都具有一定的主观性，受人为因素影响较大，但是与层次分析法等其他方法综合使用时，便能够更加客观合理的评价液压油的质量。

现代分析理论能够将液压油的多个性能指标归一化为综合评价指标，对液压油的质量做出综合评价，尤其是多种分析理论方法结合，能够更为客观的评价油品质量，更科学的指导换油，具有广泛的发展前景。

5 结论

对比地面液压油3种换油方式的优缺点，可以发现按质换油能够使效益最大化，既不浪费油品，又能够保证设备的正常运转。按质换油的依据是适宜的换油标准，但国内外没有统一的换油标准，说明不同的液压油、不同的装备的换油指标是不同的。因此要结合实际的情况，对不同装备的换油指标展开研究，才能使效益最大化。

研究地面装备液压油换油指标时，制备油样的方法主要包括实机试验、台架试验和实验室模拟试验。研究者对台架试验开展了大量的研究，使其更加接近实际工况，但是又比实机试验简单；实验室模拟试验主要是用于理论上的探究。确定地面装备液压油的换油指标时，可以从性能指标入手，也可以通过数学方法，建立综合指标，评定液压油的综合性能。性能指标中，国内外学者主要是研究了黏度、水分、酸值和颗粒污染度，尤其是针对污染度开展了大量的研究。综合指标可以很好的反映油品的综合性能，但是确定过程较为繁琐，有待进一步优化。