港口机械发动机润滑油红外光谱指标界限值的分析与应用

吴凤明

(天津港(集团)有限公司 天津300456)

港口机械润滑油衰变状态的判定主要以常规理化指标来确定，但理化指标分析耗时长，试验费用高。随着红外光谱监测技术的发展，应用红外光谱油品分析技术，能定性、定量分析润滑油在用油中的氧化物、硝化物、硫化物、添加剂降解产物以及其他污染物，实现对润滑油快速、准确、全面监测，特别适用于港口机械润滑油的监测。

1 目的和方法

1.1 研究目的

对试验车辆发动机润滑油的各项指标进行跟踪监测，根据油样监测结果，分析发动机润滑油在试验过程中的理化性能衰变情况。利用红外光谱仪测定试验车辆润滑油中的水分、燃油泄露、积炭、氧化硝化、添加剂消耗等指标，利用数理统计分析方法，参考国标柴油机润滑油换油标准，确定港口机械按质换油的极限指标。

1.2 试验结果

1.2.1 试验油品及试验车辆

试验选用长城尊龙T400机油(SAE15W/40、API CH级)。主要指标见表1。

表1 试验油品指标Tab.1 Test oil index

表2 试验车辆情况Tab.2 Test equipment data

试验车辆选用正常生产作业的不同型号、车况较好的吊车、拖车、叉车、装载机、挖掘机，具体情况见表2。

1.2.2 发动机油更换参考控制指标

为研究港口机械润滑油红外光谱监测各指标换油的控制值，参考GB/T 7607—2010换油控制指标，形成发动机润滑油更换控制指标见表3。

表3 发动机润滑油更换控制指标参考(GB/T 7607—2010)Tab.3 Engine oil replacement control reference index

1.2.3 试验结果分析

为研究不同类型港口机械润滑油油质变化规律，对表2所列车辆发动机润滑油红外光谱及相关数据进行了跟踪，共测得各项数据 1008个，对发动机机油常规指标(黏度、闪点、污染度指数)、元素变化指标和红外光谱峰面积指标(水分、燃油泄漏、积碳、氧化硝化、添加剂消耗)取样化验，并对取得的数据进行分析。对每台跟踪试验车辆所测得的数据，参考发动机润滑油换油标准(GB/T 7607—2010)进行对比，当其中一项数据超过或接近换油指标时，提取油样编号的红外光谱数据指标，对各跟踪试验车辆提取的油样编号红外光谱数据进行汇总，根据发动机润滑油换油标准，取编号中红外光谱各数据指标的最大值作为港口机械发动机润滑油红外光谱检测指标换油的极限值。试验结果见表4。

表4 提取试验车辆红外光谱数据汇总表Tab.4 Extracting infrared spectrum data of test equipment(laboratory results)

2 更换润滑油指标值界定分析

2.1 水分和燃油(柴油)

从试验结果表4可以看出，水分和燃油(柴油)这两项指标变化不大，与机车的运行台时没有相关关系，只是机车发生故障时可以看出变化，对于正常作业的港口机械发动机不作为其更换润滑油的主要参考指标。为确定其极限值，我们以人为进行混油试验，模拟机车发动机润滑油加入一定比例的燃油，用红外光谱测试黏度、闪点的关系，见表5。

表5 燃油稀释浓度与油品闪点及黏度变化的关系Tab.5 Relationship between fuel dilution concentration and oil flash point and viscosity change

通过试验，当润滑油中柴油含量达到 6%时，虽然闪点变化不大，但 100℃黏度变化率达-18.3%，接近机油更换控制指标参考(GB/T 7607—2010)规定的20%变化率，而柴油含量达到 10%时，100℃黏度变化率达-27.5%，远超出发动机润滑油更换控制指标参考规定的 20%变化率，达到更换润滑油指标。故燃油稀释润滑油，更换润滑油控制指标参考的界限控制在7%以内较为合理。

2.2 氧化

从表4可以看出，油品的氧化值随着油品使用台时的增加而逐渐增加，说明油品逐渐老化。因此，氧化极限值可控制在16 Abs/0.1mm。

2.3 硝化

硝化是高温缺氧条件下发生的，我们在对机车发动机跟踪过程中发现，当硝化值达到8Abs/0.1mm以上时，空气滤清器的真空度基本超标，空滤的粉尘也较多，说明空滤已出现堵塞，这时应及时清洁空滤。

2.4 积碳和污染度指数

积碳随着运行时数的增加而增加，但不同车型发动机增长速率不同，这可能与车况及发动机设计有关。本次试验中，装载机和挖掘机积炭增长速度较慢，而轮胎吊发动机积碳的增长速度较快。污染度指数也反映出油品的综合衰变情况(如氧化度、生成的酸性物质、产生的金属磨粒等)，如果污染度指数变大，说明润滑油质劣化，润滑性能下降，各磨擦副磨损加快。从表4中提取污染度指数(介电常数)见表6。

表6 积炭与介电常数之间的关系表Tab.6 Relationship between carbon deposition and dielectric constant

根据以往我们以对油品衰变的研究结果:当污染度指数(介电常数)超过4.0时油质必须更换。试验结果显示铁的含量均偏高，实际也证明了积碳极限值控制在2.0%以内是合理科学的。

2.5 抗磨添加剂含量变化

随着使用时间延长，抗添加剂逐渐变小，说明抗磨添加剂逐渐消耗。通过对发动机润滑油含铁量测定，可评定润滑油的抗磨性能，若含铁量超过某一限度，即表明有关机件磨损严重或发生异常磨损。

3 结 论

综合以上分析，我们得出更换发动机润滑油各项红外光谱监测指标，其合理的极限控制值见表7。

通过应用红外光谱监测技术，对港口机械发动机润滑油品进行衰变研究，掌握油质变化规律，实现发动机润滑油按质更换，延长了发动机润滑油的使用寿命，可带来一定的经济利益和社会效益，具有普及推广应用前景。

表7 红外光谱各项换油指标控制值Tab.7 Infrared spectrum oil change index control value