挖掘機(jī)潤滑脂的性能對比與應(yīng)用研究

梁浩，林博，李志軍

(廣西柳工機(jī)械股份有限公司, 廣西 柳州 545007)

挖掘機(jī)潤滑脂的性能對比與應(yīng)用研究

梁浩，林博，李志軍

(廣西柳工機(jī)械股份有限公司, 廣西 柳州 545007)

文章對目前挖掘機(jī)常用的極壓鋰基潤滑脂與二硫化鉬潤滑脂的現(xiàn)行國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，并對市面上不同品牌潤滑脂的關(guān)鍵理化性能與行車試驗(yàn)進(jìn)行考察，進(jìn)而指出不同標(biāo)準(zhǔn)在工況適應(yīng)性上的差異，并提出今后制定工程機(jī)械用潤滑脂國家標(biāo)準(zhǔn)的必要性，同時從應(yīng)用角度對挖掘機(jī)潤滑脂的選型提出建議。

挖掘機(jī)；工程機(jī)械；二硫化鉬鋰基潤滑脂；極壓鋰基潤滑脂；抗磨性能；行車試驗(yàn)

0 引言

挖掘機(jī)潤滑脂主要用于動臂、斗桿與鏟斗鉸接部位、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、張緊裝置，主要包含鏟斗轉(zhuǎn)動、斗桿伸縮、動臂升降和系統(tǒng)回轉(zhuǎn)4個動作。由于以上部位存在載荷高、變化大，工作環(huán)境高低溫變化大，雨水塵土砂石多等特點(diǎn)[1]，對于潤滑脂的綜合性能提出了如下要求：(1)優(yōu)良的極壓抗磨性，可防止沖擊負(fù)荷，減少摩擦副磨損；(2)優(yōu)良的機(jī)械安定性和抗氧化性，滿足長時間使用要求；(3)優(yōu)良的抗水性和密封性，可抵御雨水沖刷和防止塵土砂石侵入零部件；(4)良好的高溫穩(wěn)定性和低溫流動性[2]。

目前國內(nèi)主流品牌挖掘機(jī)常用的潤滑脂為二硫化鉬鋰基潤滑脂與極壓鋰基潤滑脂。二硫化鉬加入潤滑脂中可提高潤滑脂的潤滑能力, 在潤滑脂的潤滑膜遭受短暫的沖擊負(fù)荷或高熱的情況下起減摩抗壓作用，此外，二硫化鉬可使?jié)櫥龀?，提高對流失的抵抗力、增?qiáng)密封性和防護(hù)性并提高熱安定性[3]；極壓鋰基潤滑脂是在脂中添加了極壓添加劑，使得其在高溫高負(fù)荷下在金屬表面形成化學(xué)膜而對摩擦副表面起到耐壓和耐磨的保護(hù)作用[4]。

鑒于潤滑脂對于挖掘機(jī)整機(jī)動作的重要性，有必要對不同類型潤滑脂進(jìn)行性能評價，國內(nèi)外公開的文獻(xiàn)中對于挖掘機(jī)潤滑脂工況適應(yīng)性方面無相關(guān)報道，國內(nèi)也尚無關(guān)于工程機(jī)械潤滑脂選型的參考標(biāo)準(zhǔn)。本文對二硫化鉬鋰基潤滑脂2號與極壓鋰基潤滑脂2號的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、市面產(chǎn)品的關(guān)鍵理化性能、行車試驗(yàn)進(jìn)行了評價，以期對工程機(jī)械行業(yè)潤滑脂的標(biāo)準(zhǔn)建立、質(zhì)量控制、性能評價和實(shí)際應(yīng)用提供有益的借鑒和參考。

1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)對比

國內(nèi)極壓鋰基潤滑脂性能有統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7323-2008《極壓鋰基潤滑脂》，而二硫化鉬鋰潤滑脂未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前市面上的生產(chǎn)企業(yè)執(zhí)行自有企標(biāo)。在國際上，日本的 JCMAS P040：2004《建設(shè)機(jī)械用潤滑脂》標(biāo)準(zhǔn)為目前唯一針對工程機(jī)械用脂的國家標(biāo)準(zhǔn)；美國目前通用的潤滑脂標(biāo)準(zhǔn)為針對乘用車和卡車行業(yè)的ASTM D4950-14 《汽車用潤滑脂技術(shù)規(guī)范》， 分為底盤脂和輪轂軸承脂，其中LB級和GC級分別為這兩種脂在重載工況下的指標(biāo)要求。表1對以上四個標(biāo)準(zhǔn)中主要與挖掘機(jī)工況相關(guān)的測試項(xiàng)目進(jìn)行了對比。

表1 對比國內(nèi)外挖掘機(jī)常用潤滑脂主要指標(biāo)項(xiàng)目

通過表1得知，首先，日標(biāo)在抗磨性、機(jī)械安定性、抗水密封性、高溫穩(wěn)定性與低溫流動性上均做出了要求，相對其他標(biāo)準(zhǔn)更符合工程機(jī)械對潤滑脂的工況要求；其次，國外標(biāo)準(zhǔn)的制定僅從應(yīng)用出發(fā)，未對潤滑脂的具體組分做出要求，如“二硫化鉬”、“鋰基”等，即滿足標(biāo)準(zhǔn)性能要求的潤滑脂均可用于該工況，從而提高了用戶選擇潤滑脂的針對性和工況的適應(yīng)性；最后，目前國內(nèi)二硫化鉬鋰基潤滑脂生產(chǎn)企業(yè)均執(zhí)行企標(biāo)，各OEM在選用此種潤滑脂時通常會制定與設(shè)備使用性能相匹配的企標(biāo)或簽訂技術(shù)協(xié)議以加強(qiáng)對潤滑脂性能的管控，但也因此造成了工作量增加與可參考性不足等問題。綜合以上，有必要制定專門針對工程機(jī)械潤滑脂的國家標(biāo)準(zhǔn)，且在標(biāo)準(zhǔn)編制的過程中，也應(yīng)當(dāng)參考國外標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)工況適應(yīng)性的理念。

2 理化性能測試

對市場上購買的某品牌的二硫化鉬鋰基潤滑脂2號與其他兩個品牌的極壓鋰基潤滑脂2號進(jìn)行關(guān)鍵理化性能指標(biāo)測試，結(jié)果如表2所示。

表2 三種潤滑脂部分關(guān)鍵性能指標(biāo)測試結(jié)果

延長工作錐入度表征了潤滑脂的剪切安定性，數(shù)值越大則該性能越差，有研究表明，剪切安定性較差的潤滑脂在長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承中流失嚴(yán)重，會影響到潤滑脂的使用壽命；相似黏度反映了潤滑脂低溫流動性能，相同溫度下，黏度數(shù)值越小，則低溫性能越好；鋼網(wǎng)分油表征的是潤滑脂高溫條件下的膠體安定性能，分油的比例越高，則潤滑脂高溫下的安定性越差；腐蝕試驗(yàn)反映的是對金屬在高溫下的兼容性；水淋流失量越低則反映了潤滑脂在有水環(huán)境下不易被沖刷掉且性能明顯變化；極壓性能是潤滑脂在高負(fù)荷狀態(tài)下工作能力的參數(shù)，分別用在一定溫度、轉(zhuǎn)速下，鋼球在潤滑狀態(tài)下不發(fā)生卡咬時的負(fù)荷參數(shù)表征，數(shù)值越大則說明潤滑脂的極壓潤滑性能越好[8]。

在表2中，對于延長工作錐入度與相似黏度，三種脂的性能優(yōu)異程度為：B脂gt;C脂gt;A脂；而鋼網(wǎng)分油方面，A、B脂相當(dāng)，均優(yōu)于C脂；對于腐蝕和水淋流失，三種脂性能相當(dāng)；而極壓性能方面，B脂的最大無卡咬負(fù)荷優(yōu)于其他兩種脂，因此在剪切安定性、低溫流動性、高溫穩(wěn)定性與極壓性上，B脂具有優(yōu)勢。但通過對表2結(jié)果與GB/T 7323《極壓鋰基潤滑脂》對應(yīng)性能指標(biāo)的對比發(fā)現(xiàn)，B脂的工作錐入度結(jié)果超出了2號潤滑脂指標(biāo)范圍，復(fù)測后仍為相同結(jié)果，因此判定為不符合國標(biāo)。由以上結(jié)果表明，不同品牌的極壓鋰基潤滑脂相較二硫化鉬鋰基潤滑脂在性能上參差不齊，二硫化鉬鋰基潤滑脂也可以滿足極壓鋰基潤滑脂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時在選用時，應(yīng)加強(qiáng)對產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

3 行車試驗(yàn)

為了評估潤滑脂在整車工況下的抗磨性能，分別在同一臺挖掘機(jī)上加注以上三種脂，并對工作裝置銷軸和軸套進(jìn)行尺寸測試，以達(dá)到評估三者抗磨性的目的。測試工況為松軟黏土，每天工作時間約10 h，環(huán)境溫度為22～17 ℃。

具體試驗(yàn)方案：在挖掘機(jī)鏟斗鉸接點(diǎn)(C1，C2)、動臂后支座鉸接點(diǎn)(H1)每隔8 h加注一次同種潤滑脂，進(jìn)行約100 h行車測試，完成后拆解并檢查鏟斗鉸接點(diǎn)和動臂后支座鉸接點(diǎn)銷軸和襯套磨損情況，三種脂均進(jìn)行以上測試，對比測試前后的磨損數(shù)據(jù)。挖掘機(jī)測試鉸接點(diǎn)如圖1所示，拆解過程如圖2所示。

圖1 挖掘機(jī)測試鉸接點(diǎn)示意：鏟斗鉸接點(diǎn)(C1,C2) 動臂后支座鉸接點(diǎn)(H1)

圖2 拆解過程示意

首先對三種脂各個測試點(diǎn)位拆解下來的銷軸和軸套進(jìn)行目測，發(fā)現(xiàn)均無明顯磨痕，動臂后支座為銅套，表面無變色、發(fā)黑現(xiàn)象，說明三者對銅無腐蝕效應(yīng)。

隨后對上述每個鉸接點(diǎn)的銷軸和軸套進(jìn)行磨損量評價，測試方法為：測量部位如圖3所示，每個鉸接點(diǎn)有兩個軸套和一根銷軸，測試前將部件均清洗干凈，使用內(nèi)徑百分表測量左右軸套內(nèi)外側(cè)部位的內(nèi)徑尺寸，且各側(cè)選取四個不同點(diǎn)位進(jìn)行測量之后平均作為該側(cè)的測試前內(nèi)徑，使用外徑千分尺測量銷軸上與左右軸套接觸部位的外徑尺寸，且各側(cè)選取三個不同點(diǎn)位進(jìn)行測量之后平均作為該側(cè)的測試前外徑；整車測試結(jié)束后，再次按照以上方法對相同部位進(jìn)行測量，作為測試后結(jié)果。上述鉸接點(diǎn)銷軸與軸套的行車試驗(yàn)?zāi)p情況如表3所示。

圖3 軸套和銷軸測量部位示意

表3 行車試驗(yàn)鉸接點(diǎn)銷軸與軸套磨損情況

注：①100 h磨損量=(測試后尺寸-測試前尺寸)/實(shí)際工作小時數(shù)*100。
②C1、C2處的銷軸與軸套材質(zhì)均為鋼；H1處銷軸材質(zhì)為鋼，軸套材質(zhì)為銅。
③對于軸套，磨損量的正值表示內(nèi)徑增大，表明磨損嚴(yán)重，而負(fù)值為內(nèi)徑減小；對于銷軸，磨損量負(fù)值表示外徑減小，表明磨損嚴(yán)重，而磨損量的正值表示外徑增大。

對表3進(jìn)行分析可知，A脂在C1、C2處對軸套的保護(hù)優(yōu)于B、C，但對于該兩處的銷軸略有磨損，而在H1處的銅質(zhì)軸套上的磨損較嚴(yán)重；C脂對銷軸的保護(hù)優(yōu)于A脂，但對于各點(diǎn)軸套的磨損保護(hù)為三者最差，尤其是銅套處也出現(xiàn)與A相同的磨損嚴(yán)重的問題；B脂在整體抗磨表現(xiàn)上優(yōu)于A、C，且對銅套具有較好的保護(hù)作用。通過以上數(shù)據(jù)分析可看出，極壓鋰基潤滑脂B在總體抗磨性表現(xiàn)上最優(yōu)，因此選擇B脂為挖掘機(jī)的專用脂，后續(xù)將對裝載機(jī)等其他工程機(jī)械的潤滑脂進(jìn)行選型。

由于目前行業(yè)內(nèi)無評價潤滑脂磨損情況行車試驗(yàn)的通用標(biāo)準(zhǔn)，因此上述試驗(yàn)方法如標(biāo)準(zhǔn)化仍有可提升的空間。首先，由于各點(diǎn)位前后測量位隨機(jī)選取、軸套和銷軸加工精度和測量誤差的影響，造成了部分點(diǎn)位出現(xiàn)了測試后磨損情況減輕的數(shù)據(jù)，因此為確保數(shù)據(jù)有效性，應(yīng)對測試前后的測量點(diǎn)位一致性、軸套和銷軸內(nèi)外表面粗糙度一致性進(jìn)行統(tǒng)一，并對測量誤差進(jìn)行考察后對測量結(jié)果進(jìn)行校正。其次，本次測試只在一臺整機(jī)上測試了約100 h，已從趨勢上說明磨損程度，可增加測試樣本量與時間，考察長期磨損情況。

從本次試驗(yàn)中也可得出，潤滑脂對于銅套與鋼套的磨損表現(xiàn)不完全相同，而目前挖掘機(jī)上與潤滑脂接觸的零部件包括銅基鑲嵌石墨、40Cr鋼、42CrMo鋼、20#鋼等不同材料，因此建議在未來工程機(jī)械用潤滑脂國家標(biāo)準(zhǔn)的制定中，可考慮潤滑脂對不同金屬材料磨損性能的影響。

4 結(jié)論

(1)在質(zhì)量控制指標(biāo)上，極壓鋰基潤滑脂國標(biāo)相較二硫化鉬鋰基潤滑脂某企標(biāo)而言能夠更好地適應(yīng)挖掘機(jī)工況，但相較國際標(biāo)準(zhǔn)而言，我國有制定工程機(jī)械用潤滑脂的必要性，應(yīng)更多考察潤滑脂的工況適應(yīng)性，同時建議可加入潤滑脂對不同金屬材料磨損性能影響的評價指標(biāo)。

(2)通過對市場上不同品牌的極壓鋰基潤滑脂與二硫化鉬潤滑脂理化性能的評價發(fā)現(xiàn)，不同品牌間的性能參差不齊，且部分品牌的性能指標(biāo)不符合國標(biāo)，因此在選用時應(yīng)更多關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)行車試驗(yàn)表明，在本次測試中，極壓鋰基潤滑脂B在總體抗磨表現(xiàn)上優(yōu)于極壓鋰基潤滑脂A與二硫化鉬脂C，因此柳工將其選為挖掘機(jī)專用脂。在后續(xù)其他工程機(jī)械潤滑脂的選型中，仍將從應(yīng)用上進(jìn)行考察。

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Performance Comparison and Application Research on Grease for Excavator

LIANG Hao, LIN Bo, LI Zhi-jun

(Guangxi Liugong Machinery Co., Ltd., Liuzhou 545007, China)

This paper compares domestic and international standards of excavator' s currently used extreme pressure lithium base grease and molybdenum disulfide lithium base grease, and studies chemical/physical properties and field tests for different brands of grease in market. Then it points out differences in adaptability of different standards and puts forward the necessity to develop national standard of grease special for construction machinery. Suggestions of selecting excavator grease in point of application are also given.

excavator; construction machinery; molybdenum disulfide lithium base grease; extreme pressure lithium base grease; abrasion resistance; field test

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.06.003

1002-3119(2017)06-0014-05

TE626.4

A

2017-07-05。

梁浩，碩士，工程師，2013年畢業(yè)于美國南加州大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，從事設(shè)備潤滑與診斷方面的研究。E-mail：ha?oliang@liugong.com