農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備傳動系統(tǒng)用潤滑油傳動效率性能比較

文彥龍

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

機(jī)械傳動能量的消耗主要由發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)這兩個系統(tǒng)的損耗為主。其中，機(jī)械傳動系統(tǒng)的功率損失占汽車行駛過程中功率總消耗的比例比較大，約40%～60%，因此傳動系統(tǒng)性能的好壞就顯得十分重要。潤滑油是機(jī)械行業(yè)中使用最為廣泛的潤滑劑，對發(fā)動機(jī)、變速箱以及驅(qū)動橋等部件起著潤滑、冷卻、清潔以及密封等作用。潤滑油的選用直接影響傳動效率。不同條件及工況下使用的潤滑油均不相同，不同的潤滑油對于機(jī)械的影響也不盡相同。

農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備由于傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，潤滑油使用品種多，且不統(tǒng)一。為了直觀對比農(nóng)業(yè)機(jī)械傳動系統(tǒng)所用潤滑油產(chǎn)品的燃油經(jīng)濟(jì)性，本文選取了液壓傳動制動三用油、液壓傳動兩用油和液壓油這3種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備傳動系統(tǒng)使用頻次較多的潤滑油產(chǎn)品，通過一系列模擬臺架試驗驗證，分析了不同潤滑油對傳動效率的影響[1]。

試驗部分

試驗油樣理化性能

本研究所選用中石化的液壓傳動制動三用油（1052）、液壓傳動兩用油（1051）和46號抗磨液壓油（1050），油品理化數(shù)據(jù)見表1。

表1 試驗油品的理化性能數(shù)據(jù)

試驗儀器

EHL油膜厚度儀

EHL油膜厚度儀（圖1）是在彈性流體動壓潤滑下，由電腦控制儀器測定油膜厚度。

MTM牽引力系數(shù)儀

MTM牽引力系數(shù)儀（圖2）是一款可靈活用于測量寬范圍滾動和滑動條件下，潤滑和未潤滑接觸面摩擦性能的通用設(shè)備，通過鋼球加載在鋼盤的表面，球和盤的獨(dú)立驅(qū)動形成了滾動/滑動相混合的接觸。設(shè)備可通過壓力傳感器測量鋼球和鋼盤間的摩擦力。試樣的標(biāo)準(zhǔn)配置是一個直徑為19.05 mm(3/4英寸)的鋼球和一個直徑為46 mm的鋼盤。

FZG效率試驗儀

FZG效率試驗儀（圖3）是通過在FZG齒輪承載性能臺架上加裝扭矩傳感器，通過調(diào)節(jié)不同轉(zhuǎn)速、載荷級別來直接表征不同潤滑油品及不同潤滑模式下的扭矩?fù)p失。

圖1 EHL油膜厚度儀

結(jié)果與討論

一般情況下，齒輪傳動所產(chǎn)生的扭矩?fù)p失主要由兩部分組成，一個是非負(fù)荷情況下的攪油損失，另一個是負(fù)荷情況下的摩擦損失。在非負(fù)荷條件下，油品處于彈性流體潤滑狀態(tài)，因此，油品的壓黏性能決定了非負(fù)荷條件下扭矩?fù)p失的大小，而油品的壓黏性能主要由油品的油膜厚度和牽引力系數(shù)所決定；在負(fù)荷條件下，油品大多數(shù)處于混合或邊界潤滑狀態(tài)，因此，油品的添加劑的減摩特性決定了其扭矩?fù)p失。

圖2 MTM牽引力系數(shù)儀

圖3 FZG效率試驗儀

油膜厚度分析

采用EHL油膜厚度儀測定了3種油品在不同溫度下的油膜厚度，結(jié)果分別見圖4～圖6。

對比表1中3種油品的理化數(shù)據(jù)，可以看出，油膜厚度的大小與油品的黏度數(shù)據(jù)有相關(guān)性，黏度越大，其油膜厚度越大。從圖4～圖6中40 ℃、60 ℃和80 ℃的油膜厚度數(shù)據(jù)看出，液壓傳動兩用油的黏度最大，其次是液壓傳動制動三用油，最后是HM46抗磨液壓油。

MTM牽引力系數(shù)分析

采用MTM牽引力系數(shù)儀測定了3種油品在一定滾動/滑動比、負(fù)荷條件下，不同溫度下的牽引力系數(shù)。結(jié)果分別見圖7～圖9。

牽引力系數(shù)主要表征了油品的摩擦系數(shù)。從圖7～圖9可以看出：

◇在低速情況下，油品處于邊界潤滑狀態(tài)，此時，牽引力系數(shù)主要由油品的添加劑組分所決定。液壓傳動兩用油和液壓傳動制動三用油在低速時的牽引力系數(shù)較46號抗磨液壓油較低，因此，在邊界潤滑條件下，雖然46號抗磨液壓油黏度較低，但由于其添加劑組分缺少減摩劑，無法提升整個系統(tǒng)的傳動效率。

◇在高速情況下，油品處于混合潤滑或彈性流體潤滑狀態(tài)，此時的牽引力系數(shù)主要由油品的內(nèi)摩擦力所影響，即與基礎(chǔ)油的類型和黏度指數(shù)改進(jìn)劑有較大關(guān)系。高速時，液壓傳動兩用油的牽引力系數(shù)最大，其次是46號抗磨液壓油，最后是液壓傳動制動三用油。這主要是因為在配方上，液壓傳動兩用油選用API I類基礎(chǔ)油，而46號抗磨液壓油和液壓傳動制動三用油則選用API II類或III類基礎(chǔ)油（一般情況下，API I類基礎(chǔ)油的牽引力系數(shù)最大，其次是API II類和III類基礎(chǔ)油）；同時，液壓傳動制動三用油添加了部分黏度指數(shù)改進(jìn)劑，使其具有最低的牽引力系數(shù)。

圖4 40 ℃時3種油品的油膜厚度曲線

圖5 60 ℃時3種油品的油膜厚度曲線

圖6 80 ℃時3種油品的油膜厚度曲線

圖7 40 ℃時3種油品的牽引力系數(shù)

圖8 60 ℃時3種油品的牽引力系數(shù)

圖9 80 ℃時3種油品的牽引力系數(shù)

圖10 30 ℃時3種油品的傳動效率

圖11 60 ℃時3種油品的傳動效率

FZG傳動效率分析

EHL油膜厚度和MTM牽引力系數(shù)測定結(jié)果顯示，液壓傳動制動三用油油膜厚度和牽引力系數(shù)都較低，因此，理論上其具有優(yōu)異的提升傳動效率的性能。為此選用FZG臺架試驗?zāi)M實際工況進(jìn)行驗證，考察了3種油品的傳動效率，結(jié)果見圖10、圖11。

從圖10、圖11可以看出，在相同的輸入扭矩下，液壓傳動制動三用油的扭矩?fù)p失最低， 46號抗磨液壓油居中，液壓傳動兩用油最高，這與之前EHL油膜厚度及MTM牽引力系數(shù)的測定結(jié)果相當(dāng)。

結(jié)論

影響機(jī)械傳動效率的因素很多，不同潤滑油由于所選基礎(chǔ)油種類以及添加劑的不同，其對于傳動效率的影響也不盡相同，單純的追求通過低黏度油品來提升傳動效率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。液壓傳動制動三用油由于選用了合適的基礎(chǔ)油和優(yōu)異的添加劑，雖然其黏度比46號抗磨液壓油較高，但其牽引力系數(shù)較低，使得其具有了優(yōu)異的提升傳動效率的性能。