CN113514630A - 一种齿轮油性能评价装置及齿轮油性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种齿轮油性能评价装置及齿轮油性能评价方法。该装置包括：试验油箱(1)，在其中设有加热器(2)、四个空气扩散头(3)通过油箱盖板固定在试验油箱的四个角处的；吸油泵(4)，安装在油箱盖板上，并于连接动态密度计(5)；齿轮箱(10)，其固定在试验台(11)上，动态密度计(5)依次通过出口压力调节阀(6)、压力表(7)连接至齿轮箱的进油口，齿轮箱的出油口连接试验油箱(1)；以及电机(8)，其固定在试验台(11)上，通过传动轴连接齿轮箱。该方法实现了模拟齿轮油实际工况的泡沫产生和定量检测，并可以根据不同设备的不同工况，灵活调节试验温度和机油循环量等参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮油性能评价装置及齿轮油性能方法，用于齿轮油泡沫和空气释放性性能的检测装置，属于齿轮油性能评价技术领域。
背景技术
泡沫特性(泡沫由表层泡沫和油气混合物组成)是指油品生成泡沫的趋势及泡沫的稳定性。齿轮油在实际使用中，由于受到震荡、搅拌等作用，使空气进入到齿轮油中，以致形成泡沫，尤其是当油品中含具有表面活性的添加剂时，则更容易产生泡沫，而且泡沫还不易消失。齿轮油使用中产生泡沫会使齿轮油冷却效果下降、管路产生气阻、油品供应不足、油箱溢油、破环油膜完整性，并促进齿轮油氧化变质，使摩擦面发生烧结或磨损加剧，造车严重事故。因此，对泡沫性能进行评价是非常必要的。
由于影响油品泡沫性的因素较多，涉及到基础油、添加剂、抗泡剂以及油品使用环境等，需要深入开展影响齿轮油泡沫形成和消泡机理的研究。然而，目前没有一种成熟的试验方法用于评价设备实际运行工况下齿轮油产生泡沫的性能，开发一种用于实际工况的泡沫特性的检测试验方法，在齿轮油搅拌、倾泻和卷入空气的工业设备实际工况开展泡沫特性研究，将有助于齿轮油泡沫性能的提高，充分润滑和保护设备。同时，为泡沫的形成和消泡机理研究提供一定的技术依据，故其测量结果对解决工业界大型集中润滑设备齿轮油泡沫国际难题有着重要的意义。
目前，检测油品泡沫的方法有GB/T 12579、ASTM D892、SH/T0722、ASTM D6082、DIN51566，上述方法均采用气流法向油样中通入空气，空气被吹入油样中，测量泡沫消散后的时间。上述方法评价仪器起泡方式仅仅使用气流法。而工业设备的实际情况是搅拌、倾泻和气流各种产生泡沫的方式均有，因此，现有方法不能模拟工业设备产生泡沫的实际工况，现有方法油品中仅仅通入空气评价泡沫性能，不能反应出设备运转齿轮搅动、倾泻和空气进入对产生泡沫的影响，试验结果与实际工况对应性不好，例如：现有国标评价结果的油品(泡沫少)在实际集中润滑设备使用中产生大量泡沫，引起客户投诉。因此，本检测装置模拟实际工况采用了对应的3种起泡方式，通过本方法试验结果好的油品(泡沫少)实际使用中产生泡沫少，具有很好的对应关系。解决了现行方法与实际工况一致性差的技术难题。目前，有关模拟运行设备搅拌、倾泻和气流的真实运行工况产生泡沫的泡沫特性评价试验方法，没有文献报道。在泡沫检测手段上，现有方法GB/T 12579、ASTM D892、SH/T0722、ASTMD6082、DIN51566采用体积法，本方法同时采用密度法计算卷入空气百分数和体积法2个检测手段。采用上述2种检测手段评价泡沫性能，没有文献报道。
工程中，齿轮油油品内部卷入空气形成泡沫会导致设备摩擦副表面破环油膜，导致设备异常磨损损坏。因此，采用实际工况的3种起泡方式和2种泡沫检测手段，测量油品泡沫特性可以改进油品配方，提升油品抗泡性能，具有实际指导意义。
发明内容
为了克服以上所述现有技术的不足，本发明提供一共齿轮油性能评价装置，以及一种齿轮油性能的评价方法。
第一，本发明提供了一种齿轮油性能评价装置，用于齿轮油泡沫和空气释放性能的评价，包括：
试验油箱(1)，在其中设有加热器(2)、空气扩散头(3)；空气扩散头(3)的另一端连接空气压缩机；
吸油泵(4)，安装在试验油箱的盖板上，并连接动态密度计(5)；
齿轮箱(10)，其固定在试验台(11)上，动态密度计(5)依次通过出口压力调节阀(6)、压力表(7)连接至齿轮箱的进油口，齿轮箱的出油口连接试验油箱(1)；以及
电机(8)，其固定在试验台(11)上，通过传动轴连接齿轮箱。
优选的，本发明提供的齿轮油性能评价装置，其中：该装置还包括泡沫测试设备，其为带刻度的观察窗，由油箱侧盖、石英玻璃、密封垫片和刻度尺组成，其中，刻度尺安装在石英玻璃中间处，石英玻璃安装在油箱侧盖上，石英玻璃和侧盖的边缘用密封垫片进行密封。
优选的，本发明提供的齿轮油性能评价装置，其中：该装置还包括油样温度控制测量设备，由热电偶、信号线及测量系统组成；其中，热电偶插入油箱液位下三分之一处，通过信号线将测量温度信号传输到测量系统，测量系统根据实际测量温度进行加热器的输出，以实现温度控制。
优选的，本发明提供的齿轮油性能评价装置，其中：该装置还包括空气流量设备，由空气流量计、空气流量控制器和空气压缩机组成；其中，空气流量计的一端通过空气流量控制器连接空气扩散头，另一端连接空气压缩机。
本发明还提供了一种用于齿轮油性能的评价方法，其是在上述的齿轮油性能评价装置上实施，其步骤如下：
步骤一：将齿轮安装在齿轮箱内，确保所有间隙都在正确的工作位置。
步骤二：试验油样的泡沫测量：将试验油箱中试验油温度控制在试验温度；设定电机转速、空气流量、试验油流量，油温达到后，开启空气压缩机、空气流量控制器、启动吸油泵、启动电机、启动动态密度计；试验机运转一段时间后停机，并记录停机前1min表层泡沫和油气混合物体积百分数，试验机停止运转后，静置一段时间，观察并记录刚停机时、停机一段时间后试验油箱中试验油样温度和表层泡沫和油气混合物体积百分数；通过玻璃观察窗观察泡沫液面时，目光平视泡沫液面凹面底部，读取刻度上相应的数值，精确到1％；
步骤三：试验油样的老化和泡沫测量：将试验油箱中试验油温度加热至老化温度后，启动空气压缩机、空气流量控制器、启动吸油泵、启动电机，运转规定时间；停机前1分钟记录表层表层泡沫和油气混合物体积百分数；试验机停机后，待油箱中试验油样温度降至室温，重复步骤一和步骤二；
步骤四：试验期间通过动态密度计测量并记录试验油样密度，可通过密度计算出对应的空气卷入百分含量，计算公式如下：
OA＝(ρB–ρS)/(ρS–ρA)....................................(1)
式中：
OA——空气百分含量，单位为百分数；
ρB——动态密度计测量未通空气和未开启齿轮机的初始密度；
ρS——动态密度计测量；
ρA——空气密度。
本发明提供的一种用于齿轮油性能的评价方法，其中，优选的是，步骤二中所述停机时间为40min，所述静置时间为60min，所述停机一段时间为停机后1min、3min、5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min。
本发明还可以详细陈述如下：
一种评定齿轮油泡沫和空气释放性的试验方法，技术原理为：在设定温度下，由恒定转速电机驱动的一副固定载荷齿轮在规定时间内搅拌试验油样、油样在油箱和齿轮箱间通过机油循环系统进行循环(齿轮箱中油样倾泻到油箱中)、温度控制系统控制油箱内油样温度、油箱内通入固定流量的空气，试验一定时间，达到试验时间时停止试验。记录停机前1min表层泡沫和油气混合物体积百分数。试验机停止运转后，静置60min，观察并记录停机(运转40min)、停机1min、停机3min、停机5min、停机10min、停机15min、停机20min、停机30min、停机45min、停机60min时试验油箱中试验油样温度、表层泡沫和油气混合物体积百分数。表层泡沫、油气混合物体和卷入空气的百分数大小表明齿轮油的泡沫性能好坏。
一种用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，包括试验油箱、加热器、空气扩散头、吸油泵、动态密度测量装置、出口压力调节阀、压力表、泡沫测量设备、油温测量控制设备、空气流量控制设备、电机、传动轴、齿轮箱和试验台；由试验油箱、加热器、空气扩散头、吸油泵、动态密度测量装置、出口压力调节阀、压力表、泡沫测量设备、油温测量控制设备、空气流量控制设备、电机、传动轴、齿轮箱和试验台组成。加热器固定在油箱中部，四个空气扩散头通过油箱盖板固定在油箱的四个角处，吸油泵安装在油箱盖板上方；吸油泵连接动态密度计，动态密度计连接压力表，压力调节阀连接压力表，压力表连接齿轮箱进油口；电机连接传动轴，传动轴连接齿轮箱，电机和齿轮箱固定在试验台上。
一种用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，泡沫和油气混合物的测量设备其特征在于：由带刻度的观察窗油箱侧盖、石英玻璃、密封垫片和刻度尺组成。石英玻璃安装在油箱侧面、石英玻璃和侧盖边缘安装垫片、刻度尺安装在石英玻璃中间处。
一种用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，油样温度控制测量设备其特征在于：温度测量由热电偶和信号线组成。信号线连接热电偶，热电偶插入油箱液位下三分之一处，将测量温度信号传输到测量记录系统，测量系统根据实际测量温度进行加热器的输出，以便实现温度控制。
一种用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，空气流量控制设备其特征在于：空气流量控制由空气流量计、空气流量控制器和空气压缩机组成。空气扩散头连接空气流量控制器，空气流量控制器连接空气流量计，空气流量计连接空气压缩机。
一种用于齿轮油泡沫和空气释放性能的测量方法，其步骤如下：
步骤一：试验开始前，将齿轮安装在齿轮箱内，确保所有间隙都在正确的工作位置。
步骤二：新试验油样的泡沫测量：将试验油箱中试验油温度控制在试验温度；设定电机转速、空气流量、试验油流量，油温达到后，开启空气压缩机、空气流量控制器、启动吸油泵、启动电机、启动动态密度计。试验机运转40min，记录停机前1min表层泡沫和油气混合物体积百分数。试验机停止运转后，静置60min，观察并记录停机(运转40min)、停机1min、停机3min、停机5min、停机10min、停机15min、停机20min、停机30min、停机45min、停机60min时试验油箱中试验油样温度和表层泡沫和油气混合物体积百分数；通过玻璃观察窗观察泡沫液面时，目光平视泡沫液面凹面底部，读取刻度上相应的数值，精确到1％。
步骤三：试验油样的老化和泡沫测量:将试验油箱中试验油温度加热至老化温度后，启动空气压缩机、空气流量控制器、启动吸油泵、启动电机，运转规定时间。停机前1分钟记录表层表层泡沫和油气混合物体积百分数；试验机停机后，待油箱中试验油样温度降至室温。重复步骤一和步骤二。停机。
步骤四：试验期间通过动态密度计测量并记录试验油样密度，可通过密度计算出对应的空气卷入百分含量。机油中空气百分含量计算：
OA＝(ρB–ρS)/(ρS–ρA).....................(1)
式中：
OA——空气百分含量，单位为百分数；
ρB——动态密度计测量未通空气和未开启齿轮机的初始密度；
ρS——动态密度计测量；
ρA——空气密度。
步骤五：试验结束后，放出试验油样，清洗试验机。
本发明优点：
(1)由于评定泡沫测量方法采用上述技术方案，本测量装置和方法模拟工业设备搅拌、倾泻和气流3种起泡方式的产生泡沫的实际工况。通过本方法试验结果好的油品(泡沫少)实际使用中产生泡沫少，具有很好的对应关系。解决了现行方法与实际工况一致性差的技术难题。
(2)现有检测装置采用体积法一种检测手段，本方法同时采用密度法计算获得卷入空气的百分数和体积法检测手段。采用密度计测量机油密度可以精确计算出油品内部的卷入空气百分含量，而现有方法只能测出油品液面以上的泡沫量。在实际润滑中，油品内部卷入空气形成泡沫会导致设备摩擦副表面破环油膜，导致设备异常磨损损坏。因此，测量油品内部的空气百分含量可以改进油品配方。
(3)齿轮油在实际使用中，由于受到震荡、搅拌等作用，使空气进入到齿轮油中，以致形成气泡，尤其是当油品中含有具有表面活性的添加剂时，则更容易产生泡沫，而且泡沫不易消失。齿轮油使用中产生泡沫会使油膜破坏，使摩擦面发生烧结或增加磨损，造成设备损坏。通过该方法试验的齿轮油在集中润滑大型设备的实际使用中油品产生泡沫少，避免设备摩擦副表面因泡沫导致的油膜破环，满足客户要求。因此，本方法模拟实际工况检测齿轮油泡沫性能更有实际指导意义。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中油箱装置的结构示意图。
图3为本发明中泡沫和油气混合物的测量放大图。
图4为本发明中油样温度热电偶和信号线示意图。
图5为本发明中空气流量控制设备示意图。
图6为本发明中齿轮箱的俯视图。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图标记说明
1—试验油箱；2—加热器；3—空气扩散头；4—吸油泵；5—动态密度计；6—出口压力调节阀；7—压力表；8—电机；9—传动轴；10—齿轮箱；11—试验台；12—试验台泡沫测量设备；13—油温测量控制设备、14—空气流量控制设备。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明提供的用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，包括控制台、试验箱、试验齿轮机和机油循环系统。
本发明用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，包括试验油箱1、加热器2、空气扩散头3、吸油泵4、动态密度计5、出口压力调节阀6、压力表7、电机8、传动轴9、齿轮箱10、试验台11、泡沫测量设备12、油温测量控制设备13和空气流量控制设备14组成。加热器2固定在油箱1中部，四个空气扩散头3通过油箱盖板固定在油箱1的四个角处，吸油泵4安装在油箱1盖板上方；吸油泵4连接动态密度计5，动态密度计5连接压力表6，压力调节阀6连接出口压力表7，出口压力表7连接齿轮箱10进油口；电机8连接传动轴9，传动轴9连接齿轮箱10，电机7和齿轮箱10固定在试验台11上。
本发明用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，泡沫和油气混合物的测量设备12：由带刻度的观察窗油箱侧盖12a、石英玻璃12b、密封垫片12c和刻度尺12d组成。石英玻璃12b安装在油箱1侧面、石英玻璃12b和侧盖边缘安装垫片12c、刻度尺12d安装在石英玻璃12b中间处。
本发明用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，油样温度控制测量设备13：由热电偶13a和信号线13b组成。信号线13b连接热电偶13a，热电偶插入13a油箱1液位下三分之一处，将测量温度信号传输到测量记录系统，测量系统根据实际测量温度进行加热器的输出，以便实现温度控制。
本发明用于齿轮油泡沫和空气释放性能检测装置，空气流量控制设备14：空气流量控制由空气流量计14a、空气流量控制器14b和空气压缩机14c组成。空气扩散头3连接空气流量控制器14b，空气流量控制器14b连接空气流量计14a，空气流量计14a连接空气压缩机14c。
本发明用于齿轮油泡沫和空气释放性能的测量方法，具体实施如下步骤：
步骤一：试验开始前，将齿轮安装在齿轮箱10内，确保所有间隙都在正确的工作位置。
步骤二：新试验油样的泡沫测量：将试验油箱1中试验油温度控制在试验温度；设定电机8转速、空气流量计14a流量、试验油流量，油温达到后，开启空气压缩机14c、空气流量控制器14b、启动吸油泵4、启动电机8、启动动态密度计5。试验机运转40min，记录停机前1min表层泡沫和油气混合物体积百分数。试验机停止运转后，静置60min，观察并记录停机(运转40min)、停机1min、停机3min、停机5min、停机10min、停机15min、停机20min、停机30min、停机45min、停机60min时试验油箱1中试验油样温度和表层泡沫和油气混合物体积百分数；通过泡沫和油气混合物的测量设备12观察泡沫液面时目光平视泡沫液面凹面底部，读取刻度上相应的数值，精确到1％。
步骤三：试验油样的老化和泡沫测量:将试验油箱1中试验油温度加热至老化温度后，启动空气压缩机14c、空气流量控制器14b、启动吸油泵4、启动电机8，运转规定时间。停机前1分钟记录表层表层泡沫和油气混合物体积百分数；试验机停机后，待油箱1中试验油样温度降至室温。重复步骤一和步骤二。停机。
步骤四：试验期间通过动态密度计5测量并记录试验油样密度，可通过密度计算出对应的空气卷入百分含量。机油中空气百分含量计算：
OA＝(ρB–ρS)/(ρS–ρA).....................(1)
式中：
OA——空气百分含量，单位为百分数；
ρB——动态密度计测量未通空气和未开启齿轮机的初始密度；
ρS——动态密度计测量；
ρA——空气密度。
步骤五：试验结束后，放出试验油样，清洗试验机。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种齿轮油性能评价装置，用于齿轮油泡沫和空气释放性能的评价，其特征在于，包括：
试验油箱(1)，在其中设有加热器(2)、空气扩散头(3)；空气扩散头(3)的另一端连接空气压缩机；
吸油泵(4)，安装在试验油箱的盖板上，并连接动态密度计(5)；
齿轮箱(10)，其固定在试验台(11)上，动态密度计(5)依次通过出口压力调节阀(6)、压力表(7)连接至齿轮箱的进油口，齿轮箱的出油口连接试验油箱(1)；以及
电机(8)，其固定在试验台(11)上，通过传动轴连接齿轮箱。
2.如权利要求1所述的齿轮油性能评价装置，其特征在于，还包括泡沫测试设备，其为带刻度的观察窗，由油箱侧盖、石英玻璃、密封垫片和刻度尺组成，其中，刻度尺安装在石英玻璃中间处，石英玻璃安装在油箱侧盖上，石英玻璃和侧盖的边缘用密封垫片进行密封。
3.如权利要求1所述的齿轮油性能评价装置，其特征在于，还包括油样温度控制测量设备，由热电偶、信号线及测量系统组成；其中，热电偶插入油箱液位下三分之一处，通过信号线将测量温度信号传输到测量系统，测量系统根据实际测量温度进行加热器的输出，以实现温度控制。
4.如权利要求1所述的齿轮油性能评价装置，其特征在于，还包括空气流量设备，由空气流量计、空气流量控制器和空气压缩机组成；其中，空气流量计的一端通过空气流量控制器连接空气扩散头，另一端连接空气压缩机。
5.一种用于齿轮油性能的评价方法，其特征在于，其是在权利要求1-4中任一项所述的齿轮油性能评价装置上实施，其步骤如下：
步骤一：将齿轮安装在齿轮箱内，确保所有间隙都在正确的工作位置。
步骤二：试验油样的泡沫测量：将试验油箱中试验油温度控制在试验温度；设定电机转速、空气流量、试验油流量，油温达到后，开启空气压缩机、空气流量控制器、启动吸油泵、启动电机、启动动态密度计；试验机运转一段时间后停机，并记录停机前1min表层泡沫和油气混合物体积百分数，试验机停止运转后，静置一段时间，观察并记录刚停机时、停机一段时间后试验油箱中试验油样温度和表层泡沫和油气混合物体积百分数；通过玻璃观察窗观察泡沫液面时，目光平视泡沫液面凹面底部，读取刻度上相应的数值，精确到1％；
步骤三：试验油样的老化和泡沫测量：将试验油箱中试验油温度加热至老化温度后，启动空气压缩机、空气流量控制器、启动吸油泵、启动电机，运转规定时间；停机前1分钟记录表层表层泡沫和油气混合物体积百分数；试验机停机后，待油箱中试验油样温度降至室温，重复步骤一和步骤二；
步骤四：试验期间通过动态密度计测量并记录试验油样密度，可通过密度计算出对应的空气卷入百分含量，计算公式如下：
OA＝(ρB–ρS)/(ρS–ρA)....................................(1)
式中：
OA——空气百分含量，单位为百分数；
ρB——动态密度计测量未通空气和未开启齿轮机的初始密度；
ρS——动态密度计测量；
ρA——空气密度。
6.如权利要求5所述的用于齿轮油性能的评价方法，其特征在于，步骤二中所述停机时间为40min，所述静置时间为60min，所述停机一段时间为停机后1min、3min、5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min。
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