行車路試的工程機械液力傳動油長壽命周期

甄鵬厚,王月行,安海珍,董志磊,李華君

(1.徐工集團 江蘇徐州工程機械研究院,江蘇 徐州 221004;2.徐工集團 高端工程機械智能制造國家重點實驗室,江蘇 徐州 221004)

目前,工程機械日益趨向高智能化和高節(jié)能化,大功率變速箱越來越多地應用到工程機械上,而且工程機械作為重要的施工機具,其工況往往都比較復雜和惡劣.因此,對變速箱傳動油的要求也越來越高[1],如:應具有良好的氧化安定性,以免油品氧化變質;良好的摩擦特性,以利于換擋的平順和減小振動噪聲;此外,還應具有良好的高低溫、極壓抗磨、抗泡性能及橡膠相容性[2]等特征,是一種性能更為全面的油品[3-4],以保證變速箱能更加穩(wěn)定、可靠工作.

由于國內變速箱技術比國外落后,對變速箱用油的研究進展也比較緩慢.目前,我國工程機械變速箱傳動油產品仍以6號、8號傳動油為主,而且一般夏季用6號,冬季用8號,換油周期通常為500 h.而國外知名工程機械制造商，如卡特、小松、沃爾沃和變速箱生產商采埃孚(ZF)、艾里遜(Allison)[5]等非常注重傳動油與變速箱的匹配性,對傳動油研究較早且根據自身的機械設備性能特點,相繼開發(fā)了各自的專用傳動油,改善了油品的性質,延長了換油周期.基于此,本文作者參考國外傳動油產品規(guī)格,根據自身設備特點,研究開發(fā)了兩款裝載機專用長壽命傳動油,并建立了相應的傳動油規(guī)格,對變速箱傳動油的合理選用以及提升產品品質提供了參考依據.

1 專用油簡介

本文研發(fā)的兩款專用油分別命名為A和B,此兩款專用油采用不同的添加劑調配,分別對其進行理化實驗測試、氧化實驗、摩擦臺架實驗等.測試結果表明：兩種專用油在運動黏度、剪切安定性、低溫布氏黏度、四球極壓性能、氧化安定性、橡膠相容性、摩擦特性等方面均優(yōu)于現用的6號和8號傳動油.但是,前階段主要是在實驗室內進行模擬測試,有些實驗條件和工程機械實際工作條件差別較大,而且工程機械實際現場工作時,工況比較復雜和惡劣,對傳動油性能要求較高,所以需要通過真實工況下的行車路試來檢驗開發(fā)的專用傳動油的性能是否滿足要求,如冬夏季能否通用,抗氧、抗磨等性能是否提升,換油周期能否延長等.所以,進行行車路試對于油品的改進及推廣使用具有非常重要的意義.

2 行車路試

行車路試選取2臺5 t的裝載機作為實驗車輛,1號車采用A傳動油,2號車采用B傳動油,工作場所都位于某港口內,主要的工作是裝卸煤炭、鐵礦粉等,每天工作強度高、時間長、工作環(huán)境比較惡劣,能很好地滿足行車路試的要求.行車路試時,每隔一定時間取樣檢測油樣的運動黏度、酸值、元素含量等,觀察油樣的理化性能隨時間的變化.通過分析變化原因,預估變化趨勢,并加以對比,從而更好地掌握實驗油樣的性能.

3 結果與討論

3.1 運動黏度變化

兩輛車油樣的100 ℃運動黏度隨行車時間的變化曲線如圖1所示.通過圖1可以看出,兩輛車均在前600 h內100 ℃運動黏度有所減少,600 h之后運動黏度變化較小,逐漸趨于穩(wěn)定.因為，前600 h內,油液在變速箱中傳遞動力時,會受到強烈的機械剪切力作用,使油中的黏度指數改進劑之類的高分子化合物因剪切作用而被切斷[6],造成油品黏度下降;600 h后油液受機械剪切降低，黏度趨于穩(wěn)定,且黏度值均高于規(guī)定的最低黏度要求,否則會導致油壓下降,引起離合器打滑.同時表明兩種油液的剪切安定性良好,工作穩(wěn)定性高,能保證液力傳動系統(tǒng)具有較高效率.

圖1 兩輛車油樣100℃運動黏度變化Fig.1 The 100℃ kinematic viscosity variation of the two vehicles

3.2 酸值變化

兩輛車油樣的酸值隨行車時間的變化曲線如圖2所示.酸值變化一般取決于酸性抗氧劑的消耗和基礎油的氧化.酸性抗氧劑消耗,酸值減小;基礎油氧化,酸值增大.兩輛車的酸值整體上都呈現穩(wěn)定狀態(tài),說明油液在工作中,其酸性添加劑ZDDP(二烷基二硫代磷酸鋅)性能穩(wěn)定,降解較少,基礎油氧化較弱,氧化安定性能優(yōu)異,能有效避免氧化產生油泥、漆膜等對離合器、液壓系統(tǒng)產生不良影響[7-8],引起摩擦性能的改變和液壓元件、金屬的腐蝕.

圖2 兩輛車油樣酸值變化Fig.2 The acid value variation of the two vehicles

3.3 Fe和Cu元素含量變化

兩輛車油樣的Fe,Cu元素含量隨行車時間的變化曲線如圖3所示.油液中的磨損金屬元素主要是Fe和Cu,來源于變速箱中齒輪、軸承、離合器摩擦片等的磨損.1號車Fe元素含量平均每100 h約增加4×10-6,Cu元素含量平均每100 h約增加4×10-6.2號車Fe元素含量平均每100 h約增加3×10-6,Cu元素含量平均每100 h約增加4×10-6,都處于正常磨損范圍內,未見異常磨損.表明：所用油品抗磨損保護作用突出,能有效降低變速箱中的齒輪、軸套、離合器組件和傳動件的磨損,摩擦耐久性良好[9-10],在變速箱工作溫度范圍內，摩擦材料具有良好的適應性,保持穩(wěn)定的摩擦特性,同時有利于提高換擋品質,降低換擋沖擊,提高設備的運轉效率.

圖3 兩輛車油樣Fe，Cu元素含量變化Fig.3 The variation in content of Fe and Cu of the two vehicles

4 結論

(1) 行車路試結果表明：研發(fā)的兩種傳動油具有良好的氧化安定、抗磨損及穩(wěn)定可靠性能,換油周期都較6號和8號有較大延長,避免了資源浪費和環(huán)境污染,提高了油品的品質.

(2) 因本行車路試車輛較少,還需進一步開展批量、多種工程機械變速箱應用,以更好驗證所研發(fā)油品的適用性,有利于油品的優(yōu)化與推廣.