測量系統(tǒng)分析在變速箱泄漏檢測中的應用

張新生，崔 勇

(大連豪森瑞德設備制造有限公司，遼寧 大連 116036)

測量系統(tǒng)分析在變速箱泄漏檢測中的應用

張新生，崔 勇

(大連豪森瑞德設備制造有限公司，遼寧 大連 116036)

依據(jù)泄漏檢測的相關理論，從“SWIPE”測量系統(tǒng)六個必要因素方面，對某變速箱總成泄漏檢測中出現(xiàn)的問題進行了分析，提出了主要問題是允許泄漏率指標不合理，試漏儀的選型不當，試漏過程未達到理想的平衡狀態(tài)，從而導致重復精度差，誤報率高。據(jù)此采取了合理設置允許泄漏率，預充氣，延長平衡時間等措施，從而使重復精度控制在允許泄漏率的10%之內(nèi)，誤報率降為零。這也為今后類似的設備設計及選型等提供了參考。

變速箱；SWIPE；泄漏檢測

0 引言

漏與不漏是一個相對的概念, 實際上沒有絕對不漏的東西, 如果能將其量化, 只不過是漏的量差異大小而已。泄漏檢測技術的發(fā)展及相應設備的出現(xiàn), 為將“漏” 與“不漏” 的準確量化提供了可靠的檢測手段與評定依據(jù)。

1 變速箱泄漏檢測中出現(xiàn)的問題

在變速箱生產(chǎn)線上，為了避免變速箱出現(xiàn)漏油等問題，在變速箱裝配工藝上都安排了試漏工序，使得泄漏檢測技術逐漸成為變速箱制造的一項關鍵技術。其技術的應用，可減少變速箱故障的發(fā)生 。由于泄漏問題的復雜性，在目前還有一些問題有待解決。如某變速箱總成其容積為6500ml，要求“充氣壓力0.4ba，測量時間8S,壓降為正負5Pa”,在實際檢測過程中出現(xiàn)了一些問題，使誤報率高達6%。

問題一：試漏機重復性差，同一臺變速箱總成在不改變狀態(tài)的情況下，短時間內(nèi)(10分鐘內(nèi))，連續(xù)在同一臺設備上重復檢測，壓差值的波動范圍大，數(shù)據(jù)相差多達30Pa。

問題二：每天9～10時誤判超差的多。

問題三：同一臺變速箱總成在兩臺相同的設備同一時間段內(nèi)檢測，其得到的數(shù)據(jù)卻不同。

問題四：返修件(主要是變殼經(jīng)過清洗并干燥)出現(xiàn)批量不合格。

2 泄漏檢測的方法

泄漏檢測的方法有數(shù)十種，在變速箱總成試漏方面，常用的有以下四種，為便于問題的分析，現(xiàn)對它們進行簡單的介紹。

2.1 氣壓浸水試漏法

氣壓浸水試漏法, 也稱之為氣泡試漏法。氣壓浸水試漏法具有較高的靈敏度, 按有關資料 , 其靈敏度為0.079Ncc/min。。這種靈敏度是足以滿足變速箱總成試漏工藝要求的。該方法雖是一種傳統(tǒng)的方法，但它具有判斷直觀等優(yōu)點，目前在國內(nèi)外變速箱生產(chǎn)線仍被廣泛采用。特別是用于干式檢測不合格的返修檢測上。

2.2 差壓試漏法

差壓試漏法其原理是測量差壓計兩側(cè)的壓力差。其測量信號的分辨率與測試壓力的高低無關，可在較高的測試壓力下獲得相對較高的測量精度。但測得的壓差必須是由于泄漏而造成的, 依據(jù)波意耳定津, 泄漏出的氣體量為：

PAt·VL=ΔP·VT

式中PAt─大氣壓

VL─泄漏的氣體體積

ΔP─壓差

VT─試驗體積

上式也可改寫為：

ΔP=PAt·VL/VT

2.3 相對壓力壓降法

相對壓力試漏法中的壓降法(曾被錯譯為絕對法)。顧名思義就是用相對壓力傳感器測量被測容積內(nèi)的壓降。壓降法同差壓法一樣, 也是遵循理想氣體狀態(tài)方程的。

2.4 質(zhì)量流量試漏法

質(zhì)量流量法是直接測量系統(tǒng)內(nèi)部由于泄漏造成的氣體流量。不需要進行壓力-流量換算，因此分辨率不受試件容積大小的影響。

質(zhì)量流量法的特點是顯著地縮短了測試時間，直接測量出標準狀態(tài)下的流量Ncc/min。特別適合大容積工件，要求測量時間短的場合，如變速箱總成。

3 變速箱試漏工藝分析及改善措施

泄漏檢測屬于流量計測的范疇，流量又是一種不可再現(xiàn)的過程。雖然，《MSA》手冊將計量數(shù)據(jù)的泄漏試驗列為非重復的測量系統(tǒng)，雙R等分析并不完全適用于它。但目前還沒有更合適的理論對此進行統(tǒng)計分析，大部分廠家還是按照《MSA》手冊對泄漏檢測進行統(tǒng)計分析。

《MSA》手冊中寫到“縮寫SWIPE用來表示一個普遍化的測量系統(tǒng)為了達成被要求的目標，有六個必要因素。SWIPE分別代表標準、工作件、儀器、人和程序及環(huán)境?？梢钥紤]作為整個測量系統(tǒng)的一個誤差模型”。我們也不妨依據(jù)泄漏檢測的相關理論按照《MSA》手冊的分析方法，對某變速箱總成泄漏檢測過程中出現(xiàn)的問題加以探討。

3.1 泄漏的標準

S作為六個必要因素中的第一要素，在測量過程中起關鍵作用。泄漏檢測標準尤其重要。而在本文中所說的某變速箱總成，其允許泄漏率指標作者認為是不恰當?shù)?，其要求是“試驗壓?.4bar，測量時間8S，壓降為正負5Pa”，5Pa的壓降其泄漏率依據(jù)波意耳定律為2.4Ncc/min(見圖1)。作為容積6500mL且有兩處用模擬半軸對差速器油封封堵的變速箱總成，這一泄漏的標準要求是過于苛刻了，它勢必是提高了成本。目前國際上這一指標通常是“測試壓力0.1～0.3ba，允許泄漏率為5～25Ncc/min”。

圖1 泄漏率計算

3.2 泄漏檢測的工件

工件是測量系統(tǒng)中的被測要素，沒有它便無測量而言。在泄漏檢測系統(tǒng)中，被測工件起著至關重要的作用，它的狀態(tài)直接影響了測量結(jié)果。如某變速箱在泄漏測試過程中出現(xiàn)返修品(主要是變殼為返修件且經(jīng)過清洗干燥)批量不合格。分析認為，由于水或油對微小的泄漏起到了一定的密封作用，因此，可能掩蓋存在的泄漏，而經(jīng)過清洗干燥后，則會暴露出來，所以我們要求泄漏檢測的工件必須清潔干燥。至于這批返修品是否真是不合格品，還有待于氣壓浸水試漏確定。

我們將這批返修品進行了氣壓浸水試漏，試漏過程中均未有連續(xù)的大氣泡，按現(xiàn)行的水試標準判定為合格件。參見文獻[1] 的論述“漏氣, 但卻不一定漏水”，當然一些小的氣泡的漏氣，肯定不會導致粘度較大的機油的泄漏，這也已被實踐驗證。從這也證明了本案例干式試漏“泄漏的標準要求是過于苛刻了”。

3.3 用于泄漏檢測的設備

測量設備是整個測量系統(tǒng)中的基本元素，泄漏檢測系統(tǒng)也是如此。帶有計量數(shù)據(jù)的試漏機主要有兩大部分組成，一是用于封堵被測工件的密封夾具，二是測量介質(zhì)壓力或流量的試漏儀。針對本案例，我們分析了密封夾具的結(jié)構(gòu)，初步斷定其結(jié)構(gòu)是合理的，而采用相對壓力法則是不恰當?shù)?。相對壓力壓降法原理的試漏儀機構(gòu)緊湊，自身容積較小，從而獲得較高的工作可靠性，并具有較大的量程。但其精度低，通常為滿量程的1.5%，這很難滿足本案的需求。采用相對壓力壓降法原理上需要測試氣體達到相對平衡，這需要時間。從問題一的具體數(shù)據(jù)上分析，我們初步斷定測量過程未達到平衡，因此產(chǎn)生了較大的測量誤差。根據(jù)這一判斷，我們用標準箱進行了驗證，將平衡時間由35s延長到120s，測試結(jié)果見表1。

表1 平衡時間120s標準箱測試結(jié)果

根據(jù)表1平衡時間延長后，連續(xù)測試得到的最大壓力降為0.8Pa最小為0.3 Pa差值僅為0.5Pa，這樣利用了試漏儀重復精度高的特點，單從精度上可滿足測試要求，也驗證了密封夾具的結(jié)構(gòu)是合理的。但是僅平衡時間就是120s，本案例節(jié)拍為45s，雖然采用了兩臺試漏機但若要滿足測量需求，則將無法滿足節(jié)拍要求。

為了既滿足節(jié)拍又滿足測量需求，我們試圖用差壓法，將一臺現(xiàn)有的差壓試漏儀進行了改裝，將儀器內(nèi)置的標準容積去掉，改用工件作標準容積并將管路布置的與被測工件側(cè)一致，設想這樣會使差壓計兩側(cè)快速平衡，然而試驗證明并非如此。分析認為，差壓試漏和相對壓力試漏法中的平衡是指氣體分子運動趨于平穩(wěn)的過程，并不是單純的壓力平衡。正像文獻[1] 所論述的“采用差壓試漏法進行測量必須在同溫的條件下進行”，而要達到同溫的條件，必須經(jīng)過一個相對較長的平衡時間，顯然差壓試漏法也無法滿足本案的節(jié)拍要求。

我們在該變速箱變形產(chǎn)品的另一條裝配線上，采用了質(zhì)量流量法，在測試條件不變的情況下，誤報率幾乎為零。

3.4 人和程序在泄漏檢測中的作用

P代表著人和程序，在測量系統(tǒng)中起著關鍵作用。以本案為例，從問題一的具體數(shù)據(jù)上分析，我們初步斷定測量過程未達到平衡，因此產(chǎn)生了較大的測量誤差。若設備無法改變，那就只能靠修改程序來滿足測量要求。如延長平衡時間，選擇合適的充氣壓力及時間。也可適當縮短測量時間，這樣可以降低外界環(huán)境溫度等因素對測量結(jié)果的影響。

3.5 環(huán)境對泄漏檢測結(jié)果的影響

環(huán)境通常對測量系統(tǒng)的測量結(jié)果會有影響，而在以氣體為介質(zhì)的干式泄漏檢測中則影響更大。如前述某變速箱總成泄漏檢測中出現(xiàn)的問題二，可判定為環(huán)境變化造成的。測量期間溫度變化導致被測腔內(nèi)壓力變化，溫度變化可對測量結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，通常，溫度變化會加劇泄漏。也就是說，測量值高于實際值。原因在于, 通過被測腔的表面會很快將工件熱量傳遞給測試空氣。濕度對測量結(jié)果也有影響，通常會補償泄漏. 也就是說，泄漏率變小甚至成為負值。這一點很關鍵，因為它會將一個不合格件判為合格件。因此我們要求被測工件保持干燥。建議，根據(jù)不同的溫度、濕度設置不同的測量程序。

4 結(jié)束語

依據(jù)泄漏檢測的相關理論，采用《MSA》手冊的分析方法，對某變速箱總成泄漏檢測中出現(xiàn)的問題進行了分析，提出了主要問題是泄漏率指標不合理，試漏儀的選型不當，試漏過程未達到理想的平衡狀態(tài)，從而導致重復精度差，誤報率高。為了降低誤報率又不至于增加費用，我們依據(jù)上述分析結(jié)合氣壓浸水試漏的結(jié)果首先將允許泄漏率指標由2.4Ncc/min降到3.8Ncc/min，為了使試漏過程快速平衡，在預擋料位設置了預充氣，使測試氣體提前與被測工件進行冷熱交換，又將平衡時間由35s延到60s，使試漏過程接近理想的平衡狀態(tài)，試驗結(jié)果非常理想。重復精度控制在允許泄漏率的10%之內(nèi)，誤報率降為零。通過這一系列的研究也為今后類似的設備設計及選型等提供了參考。

[1] 張新生. 泄漏理論及其在發(fā)動機零件試漏工藝中的應用[J].組合機床與自動化加工技術,1994(7):20-30.

[2] 遲家欣,張淑云，姜仁明.密封性及泄漏的自動檢測技術[J].組合機床與自動化加工技術,1999(10):34-38.

[3] 王克成.在線試漏技術的再探討[J].組合機床與自動化加工技術，2000(10)：6-9.

[4] 李耀江,杜世昌.測量系統(tǒng)分析在品質(zhì)控制中的運用[J].機械制造與自動化，2010(3)：54-55.

(編輯 李秀敏)

The Application of Testing System in Gearbox Leakage Detection

ZHANG Xin-sheng，CUI Yong

(Haosen Co.,Ltd, Dalian Liaoning 116036,China )

According to relevant theory, and from the six necessary factors of SWIPE in testing systems, for the problems in the leakage detection in a gearbox assembly, the unreasonable leakage factors were pointed out. The misuse of testing machine, and the imbalanced situation of testing machine resulted in errors. Therefore, solutions e.g. reasonable leakage allowance, pre-pressurize, the lengthened of balance time were taken to limit the depressure within 10%; and the error rate to 0%. This could be a reference for future relevant testing.

gearbox; SWIPE；leakage detection

1001-2265(2014)07-0112-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.07.032

2013-10-22；

2013-11-19

張新生(1955—)，男，遼寧旅順人，大連豪森瑞德設備制造有限公司工程師，主要從事組合機床設計工作，(E-mail)zhangxinsheng@haosen.com.cn。

TH122;TG65

A