拖拉機(jī)清潔度指標(biāo)的選擇與控制研究

馮春凌

（洛陽拖拉機(jī)研究所有限公司，河南 洛陽 471039）

拖拉機(jī)整機(jī)各系統(tǒng)的清潔度已經(jīng)成為拖拉機(jī)功能、性能、可靠性、壽命的重大影響因素。目前國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)各系統(tǒng)的清潔度控制方法仍沿用稱重法。隨著國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種電液控制部件的應(yīng)用和精密元件的使用，稱重法已不能適應(yīng)系統(tǒng)清潔度控制需要，急需研究新的系統(tǒng)清潔度指標(biāo)的選擇控制方法。

1 拖拉機(jī)清潔度要求的重要性

拖拉機(jī)帶油液的系統(tǒng)主要有液壓提升系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。拖拉機(jī)制造過程的各個(gè)工序如澆鑄、加工、裝配、涂裝、試運(yùn)行等，每一工序結(jié)束都會(huì)殘留下一些固體污染物（雜質(zhì)）。這些固體污染物如果在裝配和使用前不經(jīng)過有效清理并達(dá)到各系統(tǒng)用油的清潔度限值，那么系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，固體雜質(zhì)會(huì)隨著油液侵入配合表面、運(yùn)動(dòng)副，而造成硬粒磨損、精密運(yùn)動(dòng)件的卡滯、運(yùn)動(dòng)部件損傷、密封圈漏油、濾清器堵塞等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢或釀成安全事故。清潔度限值超標(biāo)引發(fā)的主要問題有：泵的精密工作面和密封面的磨損，引起泵容積效率下降和提前失效；控制閥和比例閥的閥芯產(chǎn)生卡滯或動(dòng)作遲滯，不能按照預(yù)定要求提供及時(shí)準(zhǔn)確的工作油壓，造成被控制元件的動(dòng)作過程變形、功能失效和零件損壞；齒輪、軸承的精密表面被劃傷，引起早期磨損、定位精度下降、提前失效和損壞。因此，為了保證整機(jī)各系統(tǒng)的正常可靠工作和預(yù)期壽命，必須規(guī)定各系統(tǒng)中零件、元件、系統(tǒng)的清潔度限值。

2 拖拉機(jī)清潔度的保障現(xiàn)狀

清潔度，是指采用適當(dāng)?shù)姆治龇椒y(cè)得的元件或零件的濕表面上收集到的固體污染物（雜質(zhì)）數(shù)量或特征，或懸浮在液體工作介質(zhì)中的固體污染物的數(shù)量或特征。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了四種基本的清潔度污染物測(cè)定分析方法：稱重法、顆粒尺寸法、化學(xué)成分法和顆粒尺寸分布法。前三種分法分別檢測(cè)被測(cè)物表面搜集到的固體顆粒污染物的總質(zhì)量、顆粒最大尺寸、顆粒某種化學(xué)成分，是針對(duì)零件或元件的分析，用于監(jiān)控污染物控制過程。顆粒尺寸分布法檢測(cè)固體顆粒污染物的顆粒尺寸和數(shù)量的分布情況，常用于裝配后的系統(tǒng)和流體的最終清潔度檢查，也可作為對(duì)零件或元件表面的清潔度要求。

目前與拖拉機(jī)液壓提升系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)的清潔度標(biāo)準(zhǔn)是200 0年以前所制訂，系統(tǒng)清潔度沿用稱重法控制。系統(tǒng)清潔度規(guī)定拖拉機(jī)單位功率或箱體內(nèi)注入的潤(rùn)滑油單位體積所允許的固體污染物質(zhì)量限值（m g/k W或m g/L），用于產(chǎn)品出廠和大修后的驗(yàn)收。零件、元件清潔度，采用稱重法控制，規(guī)定單個(gè)零件的固體污染物質(zhì)量限值，用于成品出廠前的驗(yàn)收。液壓系統(tǒng)元件一般參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，而傳動(dòng)系統(tǒng)零件無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)系統(tǒng)清潔度指標(biāo)分解。采用稱重法只控制污染物總質(zhì)量，并不控制污染物的顆粒體積大小。

2000年以前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的拖拉機(jī)幾乎全部是73.5kW（100馬力）以下的中小功率拖拉機(jī)，采用機(jī)械液壓提升系統(tǒng)，帶力位調(diào)節(jié)提升器或強(qiáng)壓入土提升器，精密零件主要為齒輪泵、分配器、常規(guī)液壓閥、濾清器等；傳動(dòng)系統(tǒng)為不帶循環(huán)潤(rùn)滑的機(jī)械傳動(dòng)系，精密零件主要是軸承、齒輪等。因此通過控制固體污染物總質(zhì)量，是可以保證系統(tǒng)的正常工作的。2000年以后，功率73.5kW（100馬力）以上拖拉機(jī)開始大量生產(chǎn)。帶低壓循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)的傳動(dòng)系、帶電液控制系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系和動(dòng)力換擋傳動(dòng)系被陸續(xù)推出，電控液壓提升系統(tǒng)、閉心負(fù)荷傳感變量提升系統(tǒng)也開始采用。這些系統(tǒng)中采用了變量柱塞泵及馬達(dá)、電磁比例閥和開關(guān)閥、齒輪泵、濾清器、濕式離合器等精密元件，其較精密處的配合尺寸甚至在10μm以下，對(duì)油路中的固體污染物顆粒尺寸及數(shù)量非常敏感。一旦超過允許尺寸的固體污染物顆粒數(shù)量過多，極易造成泵失效和閥芯卡滯或動(dòng)作遲滯，引起被控制元件的動(dòng)作過程變形和零件損壞。因此，隨著拖拉機(jī)系統(tǒng)中精密元件的使用，需要對(duì)固體污染物同時(shí)進(jìn)行顆粒尺寸及數(shù)量的控制。

顆粒尺寸分布法是目前國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品、國(guó)外先進(jìn)拖拉機(jī)產(chǎn)品普遍采用的系統(tǒng)清潔度控制方法。這些產(chǎn)品的系統(tǒng)中普遍采用比例閥、開關(guān)閥、濕式離合器、齒輪泵、變量泵等精密元件。顆粒尺寸分布法系統(tǒng)清潔度規(guī)定了單位油液體積（mL）所含三種尺寸范圍（≥4μm，≥6μm，≥14μm）的顆粒數(shù)量限值，限值用油液中固體顆粒污染等級(jí)代碼表示。顆粒尺寸分布法同時(shí)控制污染物的顆粒尺寸及數(shù)量，保證了對(duì)顆粒尺寸及數(shù)量敏感的電磁閥、變量泵等元件的正常可靠工作，可以作為裝配后的系統(tǒng)和流體的最終清潔度檢查，用于產(chǎn)品出廠和大修后的驗(yàn)收。

對(duì)于零件、元件清潔度，國(guó)內(nèi)工程機(jī)械產(chǎn)品仍采用稱重法控制。而國(guó)外先進(jìn)拖拉機(jī)產(chǎn)品的零件、元件清潔度，除了采用稱重法規(guī)定單個(gè)零件的固體污染物質(zhì)量限值，有時(shí)對(duì)較重要零件也同時(shí)采用顆粒尺寸法規(guī)定污染物的最大顆粒尺寸限值。

總之，目前拖拉機(jī)行業(yè)所采用的稱重法控制系統(tǒng)清潔度，已不能滿足電控提升系統(tǒng)、負(fù)荷傳感變量提升系統(tǒng)、動(dòng)力換擋傳動(dòng)系、帶電液控制的機(jī)械換擋傳動(dòng)系的使用要求，應(yīng)采用顆粒尺寸分布法來控制系統(tǒng)清潔度。

3 拖拉機(jī)清潔度指標(biāo)的制訂原則

拖拉機(jī)各系統(tǒng)的清潔度限值指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中最精密元件對(duì)油液的固體污染物的敏感程度和系統(tǒng)控制精度的需要而定，或按照主要精密元件產(chǎn)品說明書的要求而定。在制訂特定拖拉機(jī)系統(tǒng)的清潔度限值時(shí)，應(yīng)首先分析系統(tǒng)的主要精密元件，考慮零件或元件的性能、可靠性和耐久性需要，并參考相關(guān)企業(yè)、行業(yè)、國(guó)家、國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)和參考同類零件或元件的數(shù)據(jù)。

通過研究分析，歸納出表1、表2所列幾種典型的拖拉機(jī)液壓提升系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)類型，并推薦系統(tǒng)清潔度限值。表1表2中數(shù)據(jù)參考了工程機(jī)械行業(yè)、液壓行業(yè)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)外拖拉機(jī)產(chǎn)品的有關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 液壓提升系統(tǒng)的推薦油液清潔度限值

表2 傳動(dòng)系統(tǒng)的推薦油液清潔度限值

對(duì)拖拉機(jī)如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前驅(qū)動(dòng)橋、獨(dú)立后驅(qū)動(dòng)橋等獨(dú)立用油系統(tǒng)，油液清潔度也可參考上表制訂。當(dāng)幾種系統(tǒng)共用油箱時(shí)，應(yīng)按照要求最嚴(yán)格的系統(tǒng)來確定合油系統(tǒng)的清潔度限值。

對(duì)于零件、元件的清潔度限值選擇，推薦仍然采用稱重法，規(guī)定單個(gè)零件的固體污染物質(zhì)量限值。各零件的清潔度限值應(yīng)根據(jù)滿足系統(tǒng)清潔度的需要進(jìn)行分解，并根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行驗(yàn)證的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)零件可按現(xiàn)行的液壓行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂，但精密系統(tǒng)中零件、元件的固體污染物質(zhì)量限值應(yīng)相應(yīng)減小。

4 拖拉機(jī)清潔度指標(biāo)控制方法

對(duì)于拖拉機(jī)各系統(tǒng)的清潔度控制，應(yīng)根據(jù)引起系統(tǒng)清潔度超標(biāo)的固體污染物（雜質(zhì)）來源，采取針對(duì)性的有效措施。系統(tǒng)的固體污染物（雜質(zhì)）主要來源有：鑄鍛造零件殘留在表面的型砂顆粒及粉末、飛邊毛刺；零件在加工、貯藏、運(yùn)輸過程中，殘留的切屑、毛刺、焊渣、油漆、防腐劑、氧化物、灰塵等雜質(zhì)碎末；裝配過程中混入的工具碎屑、密封膠、非金屬雜物、灰塵；運(yùn)轉(zhuǎn)清洗過程中脫落的箱體內(nèi)壁防銹油漆、鑄造砂粒，運(yùn)動(dòng)件表面磨屑；加入清潔度限值超標(biāo)的液壓油時(shí)，油液中含有的過量固體雜質(zhì)；油液超長(zhǎng)時(shí)間使用后，變質(zhì)產(chǎn)生的油泥雜質(zhì)。由于污染物來源復(fù)雜，因此要有效控制系統(tǒng)清潔度，需要從設(shè)計(jì)、制造和裝配、使用等多個(gè)環(huán)節(jié)著手進(jìn)行。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照系統(tǒng)的類型合理選擇系統(tǒng)清潔度限值和零件、元件的清潔度限值，并明確寫入產(chǎn)品技術(shù)文件和圖紙中，作為成品的驗(yàn)收檢查依據(jù)。為保證關(guān)鍵元件正常工作，應(yīng)根據(jù)需要在吸油管路、回油管路和關(guān)鍵元件之前設(shè)計(jì)安裝不同性能的過濾器，盡可能濾除固體污染物。系統(tǒng)的通氣塞等要有過濾裝置以防止外部污染物進(jìn)入。在零件設(shè)計(jì)時(shí)，合理選擇運(yùn)動(dòng)副表面的加工處理方法，提高配合表面的粗糙度、硬度、表面質(zhì)量，增加銳角倒棱等。

制造過程中，應(yīng)按照零件清潔度要求編制合理的去毛刺、清潔清洗工藝并嚴(yán)格保證零部件成品的清潔度限值；所有接觸油的零件表面選擇合適的防銹油和防銹油漆。裝配過程應(yīng)在清潔的環(huán)境中進(jìn)行并注意防塵；系統(tǒng)組裝后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行足夠時(shí)間的循環(huán)沖洗和過濾凈化，濾除產(chǎn)生的污染顆粒并達(dá)到系統(tǒng)清潔度限值；系統(tǒng)的油液應(yīng)過濾后加注并防止臟油污染。

使用過程中，根據(jù)使用環(huán)境選擇合適的潤(rùn)滑油，并控制工作時(shí)油溫防止高溫使油液老化和析出污染物，必要時(shí)增加潤(rùn)滑油散熱器。應(yīng)按照使用說明書要求，定期檢查和及時(shí)更換濾芯，除非濾芯上有明確說明，否則濾芯不可沖洗后重復(fù)使用。定期檢查和及時(shí)更換油液，更換油液時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗，并杜絕臟油污染。

［1］GB/T20110-2006，液壓傳動(dòng)零件和元件的清潔度與污染物的收集、分析和數(shù)據(jù)報(bào)告相關(guān)的檢驗(yàn)文件和準(zhǔn)則［S］.

［2］NJ402-1986，拖拉機(jī)清潔度限值［S］.

［3］GB6231-1986，拖拉機(jī)清潔度測(cè)定方法［S］.

［4］JB/T7929-1999，齒輪傳動(dòng)裝置清潔度［S］.

［5］JB/NQ217.1-1990，農(nóng)用輪式拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量分等質(zhì)量等級(jí)［S］.

［6］JB/T7858-2006，液壓元件清潔度評(píng)定方法及液壓元件清潔度指標(biāo)［S］.

［7］JB/T5998-2007，拖拉機(jī)液壓提升器技術(shù)條件［S］.

［8］GB/T14039-2002，液壓傳動(dòng)油液固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)［S］.