第35卷，第4期 2015年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 35 ,No. 4 -pp987-991
April:2015
基于光谱分析的重载车辆变速箱可靠性评估方法研究
鲍珂，张忠，曹元福：陈轶杰
中国北方车辆研究所，北京100072
摘要润滑油光谱分析是变速箱磨损状态监测的重要手段。以某重载车辆变速箱台架试验中润滑油原子发射光谱分析得到的元系成分含量检测数据为基础，通过相关性分析和磨损机理分析确定广能够反映整机磨损状态和失效特点的金属元素，并对补油、换油后的光谱检测数据进行了修正，将变速箱试验过程中特征金属元素的含量随试验时间的变化规律表示为线性函数的形式。然后，综合考虑检测数据的时序规律与离散性，利用不同时刻光谱检测数据的正态分布均值和标准差进行变速箱可靠性评估，进一步讨论了失效阅值对可靠性评估结果的影响。研究表明，重载车辆变速箱润滑油中的Cu元系浓度与其他金属元素浓度的相关性较高、绝对值较大，既能够反映变速箱整体磨损状态，又便于检测，利用多个试验样本的润滑油Cu元素浓度光谱检测时序数据，可以对重载车辆变速箱进行可靠性评估；若失效阅值取定值，则失效阅值越大，同一时刻变速箱的可靠度越高；若失效阔值取随机分布，则失效阅值的离散度越大，可靠度随时间延长而降低的趋势越缓慢。当可靠度R大于0.9时，失效阅值的均值对可靠性评估结果的影响十分显著，同一时刻变速箱的可靠度随失效阔值标准差的增大而降低。将光谱分析与概率统计学结合进行变速箱可靠性评估方法
研究，扩展了光谱分析技术的应用范围，具有创新性。关键词光谱分析；变速箱；磨损；可靠性评估
中图分类号，TH132
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964/j. issn. 1000-0593 (2015 )04-0987-05
的金属元素浓度时序变化规律研究、故障诊断技术研究[]、试验设计与优化技术研究7]等。但是利用润滑油光谱分析技术对变速箱等复杂机械产品进行可靠性评估仍是
变速箱是重载车辆的核心部件，其可靠性评估一直是个工程难题。主要原因是：重载车辆变速箱单位时间的台架试验费用较高，不允许开展大样本、长时间的台架试验，而此类复杂机械又具有典型的耗损特性，即随着试验时间的增加，各部位磨损逐步加剧，可靠度逐渐降低，传统的基于故障统计数据和寿命指数分布的可靠性评估方法并不适用。
光谱分析技术可以测定润滑油中各元素的含量，获得变速箱磨损相关信息。对变速箱台架试验过程中的润滑油光谱分析时序数据进行处理，构建磨损特征参数随时间变化的函数，进一步与各试验样本的随机性相结合，即可进行可靠性评估。变速箱正常使用过程中的磨损速率较稳定，因此可以利用较短时间内的台架试验光谱分析数据对其全寿命周期可靠性进行评估。这种可靠性评估方法符合重载车辆变速箱磨损型失效的本质，具有较好的经济性和工程实用性
近年来，润滑油光谱分析技术已被广泛用于动力传动装置的磨损状态监控中1-4]，研究方向主要包括基于光谱分析收稿日期：2014-04-13，修订日期：2014-07-15
基金项目：国家自然科学基金项目（51405455，51305410)资助
作者简介：鲍珂，1982年生，中国北方车辆研究所工程师
个新兴的研究方向。本研究以某重载车辆变速箱4台试验样本在165小时台架试验中的润滑油光谱分析时序数据为基础，探明了基于光谱分析的变速箱可靠性评估方法，并讨论了失效阅值离散性等因素对可靠性评估结果的影响。
变速箱润滑油光谱分析 1.1润滑油光谱检测原始数据
变速箱台架试验使用一台柴油机作为动力源，一台测功
机提供试验负载。4台变速箱试验样本采用相同的试验部面，换挡时机与各挡位试验时间一致。在换挡控制阀精滤上游油路设置取油口，每隔一定时间取一次油样。取油时变速箱应处于热机状态，且各试验样本取油时刻相同。利用 MOA-Ⅱ型原子发射光谱仪，对油样进行光谱分析，测定六种主要元素成分的时序浓度值。以样本1为例，检测数据如表1所示。
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