一种测试燃料润滑性的创新仪器:气缸上球润滑评估器(BOCLE)

在使用润滑剂时，看起来所有的油和燃料润滑剂都是一样的，但不同的油有不同的润滑性能，会随着时间和使用而变化。汽车发动机需要适当的润滑油来润滑。例如，在许多汽车发动机中，接触部件之间的距离或公差可以在0.0001到0.00022英寸[1]左右。由于如此高的公差和高速下的持续运动，尽可能保持这些零件的润滑是很重要的，因为如果润滑不当，随着时间的推移，零件表面会开始磨损，导致过热和磨损，最终导致发动机损坏或过早故障[2]。同样的想法也适用于喷气发动机和其他金属间不断运动接触的地方。防止过度磨损和过热的一种方法是使用润滑油或燃料。在工业应用中使用之前，了解油或燃料的特性是很重要的，因为它允许在预定条件下，包括高速或高压环境下，对机械的专门部件进行充分的润滑。全面了解各种燃料润滑剂的适用性和有效性，除了减少诊断和更换成本外，最终还可以延长机械的使用寿命。

当汽车发动机没有适当润滑时，金属对金属接触面将开始相互刮擦，导致零件磨损和研磨，导致接触点加热，导致过热问题[7]。汽车发动机中常见的一个突出问题是轴承旋转。这里引用的轴承是连杆轴承。这个轴承是用来转移能量从活塞到曲轴[8]。当轴承旋转时，这是没有适当润滑的直接结果。当润滑不当时，连杆轴承、活塞杆和曲轴都开始相互磨擦。当这种情况发生时，轴承将开始磨损。这将导致损坏曲轴和可能的连杆断裂。如果没有妥善处理，发动机的主孔可能也会损坏，这可能意味着发动机可能不得不被送去加工[7]。当发动机缸体的任何部分发生磨损时，发动机的寿命就会严重缩短，修复这些问题的成本也会非常昂贵，在某些情况下还必须更换发动机。
这个问题不仅存在于汽车发动机中。这个问题存在于其他发动机中，或者存在于需要润滑的部件持续运动的区域中。对于这些区域，润滑脂并不是润滑剂的最佳选择，所以用油或燃料来润滑。例如，高速和高温应用，通常需要油或燃料润滑超过润滑脂的使用。在这些应用中，摩擦产生的热量必须从表面转移，否则将导致磨损。当发动机运转时，油被泵过发动机。除了润滑发动机之外，机油还会从摩擦中吸收热量，从而冷却高摩擦区域。与润滑脂相比，使用油的另一个优点是，它可以捕获进入机器的污染物，并将它们转移到过滤器中过滤掉。考虑油超过润滑脂的一个原因是润滑脂非常粘性，所以它会停留在它所应用的环境中。此外，如果环境很可能有热量积累或污染物积累，润滑脂将无法将其从环境中移走，因为润滑脂停留在其应用的位置。 With this information, there are a few advantages of using oil and fuel over grease in some lubrication cases. Both properties of oil can change with the different oils available on the market. Studying the different types of oils available on the market can help increase the lifespan of the engine.
市场上有各种类型的油和燃料可供选择，每一种都有不同的性质和适用范围。当发动机运行多个循环或当油加热到工作温度时，这些特性随时间而变化。在某些情况下，润滑性能可以变好或变坏。如果不提前注意到，劣质润滑油可能会对发动机产生负面影响。这就会导致发动机中的零件打磨和过热，导致发动机寿命的降低。当设计一台新发动机或试图寻找一种新的润滑油时，在发动机使用之前考虑这些因素是很重要的。还有一点需要考虑的是，随着世界逐渐不再使用石油作为燃料来源，生物燃料将被用作一种新的润滑燃料。有许多方法来测试相关的油和燃料润滑剂的性能。通常用于测试航空燃料润滑性能的测试方法之一是按ASTM D5001标准制定的球上气缸润滑评估器(BOCLE)。
该测试由一个固定的钢球和一个旋转的金属圆筒组成，圆柱体浸在样品油或燃料中。试验用的球是由一种铬合金钢组成，是AISI的标准钢号。E-52100，直径12.7毫米。金属气缸由SAE 8720钢组成。在测试中，钢球被压在一个金属圆筒上，施加的载荷为1000 g，在整个测试[3]中保持恒定。金属圆筒安装在电机上，电机以每分钟240转(RPM)的固定速度旋转金属圆筒30分钟。该仪器基本上是模拟金属-金属接触来评估样品油或燃料润滑剂的效果。球上的磨损疤痕使研究人员和现场专家能够评估在控制速度和接触载荷下的润滑性能。测试完成后，将仪器拆卸，将球置于100倍放大的显微镜下，检查操作过程中形成的磨损疤痕深度。图2显示了在BOCLE测试仪器上进行测试后磨损金属表面的扫描电子显微镜(SEM)成像。
为了量化试验结果，磨损疤痕直径(WSD)计算如下[3]:

WSD = m + n
2
M和N是球上伤痕的长度在球的长轴和小轴上。M项定义为瘢痕的长轴，N项定义为显微镜下观察结果的小轴。检测的精度应与多个不同实验室的检测结果进行比较。这种测试方法产生超出预期结果的可重复性和再现性是每20次测试中的一次。测试的结果是深入了解燃料在移动金属对金属表面的润滑性能。
2002年，Dordrecht实验室间研究所对喷气燃料的BOCLE测试方法进行了熟练度评估。在评估中，15个不同的实验室参与了对BOCLE方法的熟练程度的评估。具体来说，从当地一家精炼厂购买了10升航空燃料，然后进行了均质处理。然后测量燃料的密度，并将其分成不同的瓶子，送往每个测试地点。每个实验室以240转/分钟的环速进行BOCLE方法，持续30分钟，使用了大约50毫升的燃料。报告中的Z评分项用于评估所有参与实验室的结果。Z分数的计算方法是这样的:

目标=个人成绩-能力测试的平均值
目标标准偏差

测试的目标标准偏差为2.8，并且发现ZTarget对于进行BOCLE测试的每个实验室都小于2。组织者的结论是，测试符合标准，因为ZTarget小于1个证明结果良好，ZTarget小于2个证明结果令人满意。当然，为了更好地测量可重复性[5]，还需要更多实验室参与的进一步评估。
科勒仪器公司生产的K94190润滑试验台(BOCLE)是市场上为数不多的能执行这种测试方法[4]的仪器之一。该仪器提供执行测试所需的一切以及附加功能。其中一些功能包括能够控制测试室的湿度，PC控制电机转速和电机转速的数据记录，空气和油的温度，以及运行实验时的测试湿度。一旦测试完成，K94190配有100倍光学变焦的数码显微镜，可以连接到内置软件的特征图像采集软件，测量磨损疤痕的大小
测试[4]。
总之，了解油或燃料的润滑特性的重要性会对发动机的寿命产生影响。目前在市场上，可以用于润滑的燃料有很多种。像BOCLE这样的测试方法将帮助研究人员和现场专家更好地理解在某些应用中考虑使用的油的特性。该测试可以提供的信息是，如果石油在受控环境中表现不佳，那么在存在众多其他不可控变量的工业环境中，它很可能表现同样糟糕，甚至更糟。提前了解这些信息可以通过尽可能延长发动机或运动中的部件的寿命来节省维护和修理费用。

参考文献

[1] Ramsey, P.“紧凑的发动机公差改变润滑需求。”,https://www.machinerylubrication.com/Read/365/a-tight-squeeze。
[2] Armstrong, H.， Jordan H.， Stenhouse, K.和Donev, J.， 2018，“润滑油”，能源
教育,https://energyeducation.ca/encyclopedia/Lubricating_oil。
航空涡轮燃料润滑性测量的标准试验方法
钢球气缸润滑评估器(BOCLE)”，ASTM，代号D5001-10。
[4]“自动化BOCLE测试数据表”，克勒仪器有限公司，K94190。
林志强，2002，“航空燃油水平测试结果”
2002年，“Dordrecht实验室间研究所，https://www.iisnl.com/pdf/IIS02J03.PDF。”
[6]《自动BOCLE测试仪，安全、安装、操作和维护使用说明书》，克勒仪器公司，K94190。
[7] Underhood Service Staff Writers, 2020年，“旋转轴承上的旋转”，https://www.underhoodservice.com/the-spin-on-spun-bearings/。
[8] Kopeliovich, D, 2014，“发动机轴承及其工作原理”，King发动机轴承专家，https://www.kingbearings.com/wp-content/uploads/2014/10/Engine-Bearings-and-how-they-work.pdf。
[9] Fitch, J, 2006，“持久的油脂vs.石油辩论”，https://www.machinerylubrication.com/Read/923/grease-oil。
[10] Santora, M.， 2015，“轴承润滑:油与润滑脂”，https://www.bearingtips.com/bearing-lubrication-oil-vs-grease/。

数据列表

图1。底层服务工作人员作家，2020年，“旋转轴承上的旋转”，
https://www.underhoodservice.com/the-spin-on-spun-bearings/。
图2。《自动BOCLE测试仪，安全、安装、操作和维护使用说明书》，克勒仪器有限公司
图3。自动化BOCLE测试仪数据表，克勒仪器有限公司。