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润滑经济
王大中
中国机械工程学会摩擦学分会教育培训委员会
摘 要 ：本文从润滑的经济效益入手，从二个方面论述了润滑经济的内函、给企业带了什么和开展润滑经济所 必须克服的几个思想束缚，借鉴了国外的润滑经济的理念，阐述了我国的差距和需要更新的观念。
关键词 ：润滑经济、内涵、理念、高清洁度、新曙光、能源、高性能化、主动维护
“润滑经济”在国外是日本最先提出来的，它得益于投资回报率高达 1 ： 10 以上。润滑经济是知识经济一种，也称智力经济。其特点是，低消耗、高产出。众所周知，润滑与机械设备运转息息相关，是保证和改进机械设备高效、正常、长期运转的基本手段，是机械运转的命脉。失去了润滑就没有机械设备的存在。因此，各国都十分重视先进合理润滑技术的开发和利用。据日本有关资料介绍 1970 年日本改善润滑技术而增长经济效益 2 万亿日元。名古屋钢厂仅改善润滑技术一项，就实现增长经济效益 20 亿日元，同时机械设备故障减少了百分之九十 [1] 。
目前，全世界生产的能源，据德 国沃格莆 教授测算，约 1/3 到 1/2 消耗在摩擦、磨损上。当然摩擦、磨损一部分是不可避免的。但随着摩擦润滑科学技术进步和润滑管理水平提高，其中一部分完全可以省下来。如美国机械工程学会在《依靠摩擦润滑技术节能策略》中指出，美国每年从润滑方面获得经济效益 6000 亿美元。美国 1992 年“润滑工程”介绍美国一年花在摩擦学的经济费用高达 2400 万美元，而收益则达 1600 亿美元。加拿大的调查表明，摩擦、磨损引起的损失每年可达 50 亿加元，而通过润滑成果推广应用可以挽回三分之一的损失。英国调查报告指出，每年从润滑方面获得经济效益不少于五亿英磅。日本统计设备故障 700 例中，因润滑不良造成故障有 253 例，占 36% 以上。我国统计润滑发生故障在 55%----65% [2] 。通过改善润滑降低磨损的经济效益占全国经济总值 2% 以上。资料显示，我国每年摩擦损耗造成损失在 1000 亿人民币以上。正因为摩擦学在经济社会具有增效、节能、节材，使资源充分利用，优化环境和保障安全的作用，并能产生巨大的社会效益和经济效益。因此它必将成为我国新型工业化道路和经济可持续发展的重要方面。下面分三个方面谈一下：
1润滑经济的内涵，它给企业代了什么
1.1 在生产过程中，尽量减少能源效耗，提高资源利用率
就国内资源而言，我国石油、天然气、煤炭，可采儲量为例，仅为世界 4% 、 5% 和 57% 。能源短缺是我国经济社会软肋。更为严重的是我们资源利用率仅为 30% 。有人形容这好比是：“吃一碗、倒二碗”。我国固定资产原值达 10 多亿元，这么多设备只要一运转就有摩擦，有摩擦就有磨损，有磨损就有润滑，可谓面大，涉及到国民经济各个部门、行业。但所用润滑材料确有本质上不同。日本通过节能润滑设计和操作，以及采用节能型润滑油脂措施，使机械磨损大大降低，节能动力 10%--20% [3] 。再比如交通运输用油占石油总耗 45% ，汽车机械耗能 68% 消耗在摩擦付上，如合理润滑正确开展摩擦学设计、节约效果，将十分明显。据报道，汽车发动机磨损 60% 发生在起动初期，如使用多级油后，即可减少油料消耗 5---10% ，就是冷冻起动，也能得到良好润滑。美国 90% 以上汽油机， 60% 柴油机。日本 100% 汽油机， 52% 柴油机，均使用多级油。我国前几年报道，汽油机 13% ，柴油机 16% 。可见潜在节能效益。节能也表现在间接上，一出设备从原料生产、冶炼、轧制、铸造、机加、装配整个过程都要效耗大量能源，如果我们通过摩擦学设计以及运行中对油品维护，就可以大幅延长设备寿命，使得一台设备等几十台用。这些间接节能仅以用数字计算吗？
1.2高清洁度的油品带来了摩擦付长寿命
近年来陆续有报导，由于油品污染造成的损失数目惊人。如某矿山新油运到矿井地面，其污染度已达到 NASIO 级。某矿务局从国外引进综采机组由于油液污染严重，短短的几个月时间内，就有数十台液夜泵和液压马达损坏，造成直接经济损失几十美元。某筑路单位从国外购买卡特公司各种工程机械达几百万元，由于使用时不懂维护，短短的几年造成液压阀组卡咬，动作失效，换成国产阀组至今处于出工不出力状态。国内外资料表明，液压元件失效 70---85% ，归因于油品污染，变质。这其中除了管理上问题外，还由于近年来液压润滑元件精密程度越来越高，运动间隙变小，对超细微粒越来越敏感所致，加之一些用油单位不认识，又没有检测手段造成事故频繁。通过国内外大量实际研究证实了油品本身质量外，常与管理维护不当使油污染有关，要在油品高清洁度上下功夫，必须有一个与使用设备相适应的高效润滑过滤系统，把污染物及时分离出来。
SKF 轴承制造商是世界最负有盛名的公司，它们通过大量试验，深入研究了负荷、油液粘度、颗粒污染物等各种因素对轴承寿命的影响并得出结论：即清除润滑油中 2---5 微米固体颗粒，滚动轴承疲劳寿命可延长到原来的 10---50 倍。根据发动机综合研究理论，使用改良后的清洁型机器润滑油将发动机寿命延长 8 倍。 1997 年 BHP （澳大利亚墨尔本大学维护技术研究院）钢铁维修委员会在日本 BHP 钢铁公司两大轧钢厂中，通过运行中润滑问题的研究，在 1975 年 ----1985 年间 NSC 钢厂设备故障率由每年 342 起减少至 85 起。设备故障率减少 87% 。又在此期间通过在全厂范围内实行润滑污染预防控制工艺，取得了显著效益。全厂范围内轴承购买率减少 5% ，液压泵更新率减少 80% ，润滑油消耗减少 83% ，润滑故障频率减少 90% [4] 。我国天津港务局是外贸主要港口之一，现有 66 个泊位，各类机械 2272 台（套），船舶 44 艘，设备固定资产总值达 17 亿元，该局从 20 世纪 90 年代开始抓油液净化工作，使得各种发动机，铲车、吊车、装载车故障明显下降。停机维修损失大为减少，每年节约油料和维修成本高达 500 万元。当前，已有单位，甚至将新进油品（当然不是高清洁度油）先过滤达到污染度等级再用，针对这一全球技术课题，美国一公司提出了“全面清洁度控制”（ TCC ）的理念，旨在从单个零件的生产系统开始运行及今后的工作寿命的整个生产过程中，降低污染物发生率及其影响与全面质量管理（ TQC ）相似， TCC 也需要“全过程、全系统、全体人员”参加，特别是液压系统，其失效除了系统本身质量不合格外，往往与系统管理工作不落实有效规章制度，规范，未能实施有关。因此，要想真正落实 TCC ，必须做到“三全”管理才行。目前我国高清洁度油生产不多，就是生产多，在运行过程中，也必须在线过滤才算最好。因为将油中颗粒物分离出去，会使轴承疲劳寿命提高 10----50 倍。这种易于得到巨大效益，何人不要呢！一台滤油机过滤装置有几万元就可买到，显然投资是很少的。关键是认识问题。
1.3对换下来的油品进行回收，变废为宝
所谓废油是指各种润滑油在不同机械设备使用过程中，因受到污染，氧化等因素，改变了原来的各项性能指标，不能继续用而换下来的油，这些废油如内燃机油，在工作时，活塞顶部温度可达 300℃ 以上，部分烃类反应成了 3.4 —苯并芘等多环芳烃化合物，它们一部分随废油排入大气，一部分留在油中，随废油排出。因此矿油不降解，倒入土壤中，导致植物死亡，进入水源，则污染饮用水。而且 3.4 —苯并芘在水中溶解度很小，但可溶解许多有机溶剂中，它通过人体和动物的表皮渗透到血液中，并在体内积累，导致各种细胞丧失功能，是当今由各种渠道排放到环境中多环芳烃成为对人类威胁的最大致癌物。全世界每年排放的 3.4 —苯并芘高达 5000 多吨，给环境造成极大影响。为了减少废油在土壤和水中积累， 1991 年欧盟要求用于公共土木工程机械和液压设备一率用可降解液压油。瑞士立法禁止在森林、水源、耕地使用非生物降解润滑油。如果我们将这些废油通过符合环保的办法，如无酸化废油再生技术，就可使一些废油变废为宝。但必须禁止那些仍沿用对环境造成危害的硫酸 / 白土老工艺处理废油。现在一些单为处理废油一是倒掉，二是卖给二道贩子。很少自己回收。我国是润滑油生产和消费大国，每年生产和消费得 400 万吨，只废油回收每年就达 100 万吨。如果处理好，是一笔很大财富。 60 年代美国废油再生处理产量相当新油 18% 。润滑油在原油提炼过程中，仅很小比例。而且非任何原油均可提炼。废油回收工艺简单，投资少，收效快。
1.4设备润滑机理革命代来了用油高性能化
当今机械设备发展的趋势，正向着重量轻、体积小、负荷大、效益高、长寿命发展。润滑油必须更新换代，来适应设备向高参数发展，首先油中加了高效添加剂，形成了吸附膜层，称吸附膜边界润滑，对负荷低转数，低滑动速度，摩擦部件上比流体润滑膜更为稳定和可靠的润滑作用。一般情况下，边界吸附膜厚度约 0.1----1nm 。吸附膜油膜强度优于流体润滑，但在更高温度和负荷下也会失效。油中加有硫、磷、氯等极性物质，通过与金属表面反应形成的化学反应膜进行润滑，极压反应膜适用于高温和重载时等苛刻条件下润滑。由于润滑机理发生变化，传统靠油的粘度选油，已不在是唯一条件了，油品的高性能化带了可观的效益，如将钙基脂改用相同稠度的锂基脂，换油期可提高 6 倍， 1ig 可当 6ig 用，将普通 HL 液压油改用相同粘度抗磨液压油 HM 。泵的寿命可提高 10 倍， 1 台泵等 10 台泵用。对于这种变化意味着这里蕴藏巨大经济效益。实际上也就是换一换油，没有更大投资，悬殊的投入与产出的比例，是任何从机械和备件上下功夫的人想向不到的。
1.5为工矿企业提供了安全保障
生产必须安全，安全为了生产。润滑油的改革升级解决不少企业安全隐患。如汽车制动液是制动系统中传递压力制止车轮转动的液体，其质量好坏，直接关系到行车安全。目前市场上制动液比较混乱。 1998 年国家技术监督局公布显示，我国汽车制动液合格率当时仅为 41.7% 。最近江西质量监督局又公布了检查结果，近六成刹车液安全不达标。如运动粘度不达标，流动润滑性能差，冬季出现制动滞后现象，制动液易汽化产生气阻，导致制动疲软。就制动液而言分醇型，矿油型和合成型三类。醇型制动液价格低，高低温性能差。我国 90 年 5 月已淘汰。但至今市场应有生产和出售。矿油型加了增粘剂，抗氧剂，防锈剂调和而成，适应性比醇型好，但对天然橡胶有溶胀作用，使用时，应将皮碗软管换成耐油橡胶制品。合成型通常以乙二醇醚，二乙二醇醚、硅油等加入添加剂组成，适应工作温度宽，粘温性好，对橡胶相溶性好，适合高速、大功率、重负荷频繁制动，是目前使用最多的一种。
再比如，工矿使用钢丝绳，笔者下现场看到有些用量较大的单位，更换下来钢丝绳堆积如山，钢丝绳作为提升、拉拔、牵引的载体，由于在使用时受到拉拔，扭转、负载突变，时断时续，风吹日晒，雨淋，工况十分恶劣，特别是室外，出厂时，钢绳中间有油芯，可储油进行钢丝之间润滑，但实际效果并不理想，出现断丝、锈丝、乃至突断，造成恶性安全事故。现在由于研究出可渗透性钢索油，不但解决了钢丝之间润滑，同时使钢丝表面与导轮间润滑也得到解决。大连北良港用进口可渗透钢索油，取得满意效果。
再比如，我们用量较大往复空压机油，过去用 13# 、 19# ，由于积炭重，常出安全事故。现在生产的 DAA 、 DAB 、 DAC 空压机油比 13# 、 19# 积炭减少 4/5 。大大减少因积炭过多，造成爆炸事故。
1.6 变被动维修为主动维护
维修第一。在我国多年每个企业都有一批维修人员和库有备件。一但出现故障就抢修，似乎成为我国部分企业的维修模式。但先进的主动维护方式的出现，将对传统模式一大冲击。主动维护是对导致设备损坏根源性参数进行监测并控制，延迟失效发生，把故障的苗头消灭在萌芽之中。最大限度减少停机，达到相对成本低的一种维护方式。一些发达国家，就已开始使设备周期费用达到最经济。就设备来讲，从事后维修、定期维修，到预防维修，发展到维护型，适应性维护，其核心是把设备周期费用降到最低。润滑技术的发展适应了这一形势。润滑剂使用不当，造成摩擦付过度磨损，装配精度破坏、升温、振动、噪音接钟而来。最后导致无形磨损和突发事故。当今机械化自动化程度越来越高，许多设备维修工所能做的就是“换一换油”，像过去那样大拆大卸已不可能。
国外已有 LCC 周期达到不解体大修。这里关键在维护。正确选油变成十分重要。运行中的油品监测、净化、过滤变成日常工作。实为液体维护技术，这些都是提前进行的。如我国青岛港务局前港公司 CAT 装载机不解体维修超过 15000 运行台时，佳友 DC---25 轮胎起重机不解体维修达 35000 台时。就是在润滑剂上先下了功夫。当然主动维护虽然成本低，也需要时间和资金的投入，但忽视所带来的将是更大的资金和时间的投入。有人估计主动维护所产生的综合经济效益所谓投入与产出之比大于 10 ，但从国外一些资料看，远远超出比数。未雨绸缪，事半功倍。
1.7 润滑技术发展带来了新曙光
1.7.1 纳米材料
随着时代的发展、技术的进步，润滑油性能必须随之改善和提高。其中包括对传统润滑油抗磨进行改进，并开发新的抗磨剂来满足，降低硫、磷含量又能提高其性能。纳米金属抗磨剂，纳米金属修复剂，出现了无机油运行，据最近报道有一种叫路邦纳米抗磨剂有 5000 公里 无机油运行记录。为什么有这么神奇效能。综合各种学说，大致有纳米粒子与摩擦表面起到类似滚珠的作用，叫“共晶滚球膜”，将滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低摩擦系数。还有认为纳米粒子与摩擦表面生成化学反应膜适应高温、重载、低速等工况。纳米润滑油抗磨剂比微米级抗磨、减磨效果更好。有人认为，应用纳米材料制备的添加剂。可以解决常规载荷添加剂无法解决的问题。
1.7.2 金属磨损再生技术
目前以“ ART ”和“摩圣”为代表的金属磨损自修复材料，经过多年广泛试用，取得比较令人满意效果。金属磨损自修复材料不同加在润滑油中改性添加剂，又是以润滑油为载体，也不是生成滚球减磨层，据推广单位介绍是直接在摩擦能转换成热能的部位上生化学置换反应，生成金属陶瓷层，经过这样处理后的金属表面有极高显微硬度和极低表面粗糙度，抗腐、抗磨大幅延长装备使用寿命，节约能源，还能修复长期运转中的机械零件磨损表面。这种表面处理方法是目前各种类型油料添加剂无法做到的。
1.7.3 氟特加氟碳表面改性涂层材料
是前苏联根据航天器在太空恶劣环境下要求摩擦材料必须达到无固体颗粒，不改变机械公差，化学稳定性和热稳定性高，减摩抗磨效果好，综合性能持续时间长，而开发一种新的涂层材料，据说在涂到固体表面时形成一薄层（ 4---8 纳米）分子膜，但不是化学反应膜。这种膜的消失只在两种情况下出现：一是工作温度持续超过 450℃ ，二是随着基础材料流失而流失。处理后的表面耐压及承载力达到 3000 兆牛 / 平方毫米。 P B 值由 94kg 提高到 114kg ，降低摩擦系数 75—90% 。膜层自修复，而成膜速度快，仅需 10 分钟。高速机械 1000 小时膜持久存在，而且不同于一般在于它对工业橡胶制品经氟特加处理后工作寿命（抗老化和耐磨），经处理过的塑料制品（如聚四氟乙烯塑料）可明显提高耐摩擦、耐油、耐老化特性。因此，此种涂料对改善机器、机床、工艺装备，金属材料、切削工具、发动机、压缩机、发电机、船舶、车辆均有实效。 [5]
2、企业要实施，必须突破几个传统理念束缚
2.1 必须突破部分企业领导、管理人员对润滑偏见
现在的润滑已跳出原来的纯技术，进入到设备管理、生产管理，直接进入到企业管理行列中。它已涉及到增效、节能、环保和安全诸项企业管理大项。因此企业中高层决策者必须首先接受培训，转变观念，提高认识，特别国家调整产业结构上，节约能源是一种无可选择的选择，科学用能，才能完成“十一五”，比“十五”能耗下降 20% 的硬指标。在当前情况下，国人必须重新认识“润滑”，并给以恰当的定位。当今设备正趋向体积小、功率大、寿命长、自动化程度高，各项指标向高参数发展，润滑肩负的使命更为突出。如高性能添加剂，纳米添加剂，金属自修复材料以及氟特加涂层，这些加在油里后，使摩擦付形成各种“膜”、“层”、几倍、十几倍提高了摩擦付的承载耐磨能力及其他功效。这显然是原设备设计者，维修工作者及设备管理人员无法想象的。也是从事机械工作的同仁们单纯从材料、热处理、加工上仍沿传统从机械上再想办法也难以达到的。这就是当今不断发展的润滑。它正在以更小的投资走一条捷径来满足设备不断更新发展的需要。
2.2 必须突破目前企业管理者只认购廉价油
一些单位购油只看单价成本，不看企业总成本降低观念，而不注重购买适合本工况高性能油。
2.3 突破目前企业一出现故障只备件上找原因
不少领导一出故障只从材质、材料、加工精度、和热处理上找原因，而不从占事故 60% 以上是由选油和维护油不当造成的观念。随这企业的发展，操作技术含量逐渐下降，维护的技术含量不断上升。最终作到设备维护在一个相当长阶段保持正常运转，尽可能避免检修和维修，追求周期费用最经济。显而易见，未来的维修所从事的工作，面对机电液一体化现代化设备只能是换一换油，只要把润滑剂维护好，就会使摩擦付磨损降到最低。国外已有整个 LCC 不解体大修范例，关键在维护。最近茂名石化乙烯报道已安全运行 79 个月的佳绩。目前乙烯国际平均运行水平为 54 个月，改变可以往一年一小修，两年一大修思维管理模式。据统计少一次大修，其效益接近 2 亿元，就是强化了对关键机组维护保养和状态监测，从定期检修变为预知检修。 [6]
2.4 必须突破现下企业无岗、人事无编、学校无专业的“三无”现象
油品应用，同油品炼制一样，是一个学科。因为它有广大的工矿企业市场，必须培养一些即懂油，又懂设备的专业技术人员上岗，把应当建立和配套设施健全起来。
润滑在我国已明显落后，在油品应用方面，我们不但落后台湾、东南亚，甚至落后印度和巴基斯坦。不难看出为什么同样的设备，国外运行 6000 小时，而我们 1500 小时就要进修配厂。关键在选油及油品的维护保养上。有资料显示，我们如果能达到日本的节能水平，那么我国能源需求量今后 60 年不必增加，日本 70% 能源依靠进口，尤其 99% 以上石油依靠进口。他们重点抓了节能技术和节能润滑油脂开发， 1980 年增加了低粘度油和稠化多级油，如省能内燃机油省燃料 5—10% 。省能液压油省电 3—7% 。日本 1973 年 ----1982 年间，取得了每年国民经济总值增张了 3.8% 。而能源消耗确每年下降 2 。 0----2.9% 。产值能耗单耗每年下降 3.6% ， 1982 比 1979 年总能耗取得下降 10% 的巨大节能效果，资源贫乏的日本，其能源储备远远不及我国，为什么经济总量始终坐稳第二把交椅， GDP 四倍于中国，它们早在 70 年代就开展了润滑现代化工作，设立了专门机构，积极推行润滑现代化，普及到各个行业，甚至家喻户晓。在科学界形成了一门新兴学科“摩润学” [7] 。我国为加强合理润滑技术，国家技术监督局 93 年公布了“合理润滑技术通则”，内容十分丰富，至今翻看仍然新颖。遗憾的是，未能引起人们更多重视。人们的观念必须更新，润滑是一座“金山”，它以巨大的效益展现在我们面前。在当前能源十分紧张、材料上涨、成本上升情况下，各个企业都把润滑经济开展起来，是一条康庄大道。
参考文献：
欧风 . 合理润滑技术手册 . 石油工业出版社
润滑管理经济效益分析 . 中国润滑管理网 .2004,09
润滑技术与节能 . 工业润滑油网
朱均 . 润滑研究进展与润滑维护 . 西安交通大学润滑理论研究所
唐峯 . 氟碳表面改性涂层材料 . 上海氟碳表面改性涂层处理中心
蔡湛等 . 长周期是最有效的挖潜手段 . 中国石化新闻网 .2005,11.17.
欧风 . 合理润滑技术手册 . 石油工业出版社
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