液壓傳動兩用油在拖拉機(jī)臺架上的試驗

朱寶利

中國石化潤滑油有限公司西北分公司

拖拉機(jī)是重要的農(nóng)業(yè)機(jī)械，其配合農(nóng)機(jī)具在農(nóng)耕中可完成旋、犁、收、采、植保等操作，大大提升了農(nóng)業(yè)耕作效率。同時其具有功率大、啟動快、可靠性好、地域適應(yīng)性好等特點，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷深入，人們對拖拉機(jī)的需求更加多樣化、復(fù)雜化，在短期內(nèi)其作為農(nóng)業(yè)機(jī)械主要動力是無可取代的。

隨著拖拉機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，拖拉機(jī)底盤需潤滑的部位逐步增加，從過去單獨的機(jī)械傳動系統(tǒng)，增加了液壓系統(tǒng)、濕式制動器，所用油品也從單獨的車輛齒輪油，增加了液壓油、剎車油，使得終端用戶油品管理難度和誤用風(fēng)險加大；為解決該問題，采用多功能、通用型油品，即一種油品可同時滿足兩個或多個潤滑部件的要求，將成為拖拉機(jī)用油的趨勢，隨著市面上液壓傳動兩用油、多功能傳動系統(tǒng)用油等產(chǎn)品的出現(xiàn)，大大降低了用油風(fēng)險。

液壓傳動兩用油具有車輛齒輪油和液壓油性能，能同時應(yīng)用于除濕式離合器和濕式制動器以外的拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)[1]，因該油品的多用途性，其在產(chǎn)品設(shè)計上有其特殊性，與普通的車輛齒輪油和液壓油不同。國內(nèi)某大型農(nóng)業(yè)裝備公司的拖拉機(jī)采用液壓系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)共用油箱的設(shè)計，針對該公司拖拉機(jī)的特點及客戶的特殊要求，2018年中國石化潤滑油公司研發(fā)了專用的液壓傳動兩用油，即100號拖拉機(jī)液壓傳動兩用油，并進(jìn)行了拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)耐久臺架試驗。

試驗部分

試驗用油

試驗用油系中國石化潤滑油公司生產(chǎn)的100號拖拉機(jī)液壓傳動兩用油，其典型數(shù)據(jù)見表1。

表1 100號拖拉機(jī)液壓傳動兩用油典型數(shù)據(jù)

臺架信息

拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)耐久臺架是進(jìn)行拖拉機(jī)傳動系快速耐久試驗的裝置。它通過在特定試驗條件下對拖拉機(jī)傳動系測試，評價傳動系統(tǒng)的耐久性，測試過程可通過計算機(jī)程序控制試驗加載系統(tǒng)，使試驗的載荷接近田間實際工況，該傳動系耐久性試驗小時數(shù)與田間試驗小時數(shù)的當(dāng)量系數(shù)為3.3[2]。

試驗臺架由3臺電動機(jī)和TR2104傳動系統(tǒng)組成。其中一臺220 kW電機(jī)作為主動力系統(tǒng)，模擬拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)；其他兩臺85 kW輪邊電機(jī)模擬車輪系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)采用該企業(yè)TR2104機(jī)型傳動系統(tǒng)，具體情況如下：

臺架：底盤配置 TR2104；

試驗周期：400 h，采用24 h全天不間斷連續(xù)試驗；

加油量：100 L；

油溫控制：80～90 ℃，采用外置水冷裝置；

檔位情況：每個檔位分配時間、負(fù)載由拖拉機(jī)公司自行設(shè)計；

加油液面位置：達(dá)到主傳動軸傘型齒輪2/3左右，有液位指示桿。

中國石化潤滑油公司針對國內(nèi)某大型農(nóng)機(jī)設(shè)備公司拖拉機(jī)研發(fā)了專用的液壓傳動兩用油。本文采用研發(fā)油品在其拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)耐久臺架上進(jìn)行400 h試驗。試驗結(jié)果表明，該油品可以滿足雙方約定的試驗要求，油品具有良好的抗氧化性、抗磨損性能，能為拖拉機(jī)提供良好的潤滑保護(hù)。

清洗、采樣及油品分析

試驗采用全新齒輪部件，試驗初期對試驗臺架進(jìn)行50 h磨合，磨合油與試驗油品相同，磨合后放盡油品，補加新油后進(jìn)行臺架試驗。

臺架試驗進(jìn)行400 h，經(jīng)雙方協(xié)商，按1 h、200 h、400 h時間點進(jìn)行采樣，監(jiān)測油品性能變化情況。

由于目前沒有專門針對拖拉機(jī)液壓傳動兩用油的換油標(biāo)準(zhǔn)，考慮拖拉機(jī)傳動特點和具體使用要求，參考GB/T 30034—2013《重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）換油指標(biāo)》和JB/T 7282—2016 《拖拉機(jī)用潤滑油品種、規(guī)格的選用》要求，經(jīng)雙方協(xié)商，按照如下要求對油品使用情況進(jìn)行判斷，具體見表2。

表2 100號液壓傳動兩用油換油要求

結(jié)果與討論

運動黏度

運動黏度變化可反映液壓傳動兩用油使用過程中的油品氧化變質(zhì)程度、熱分解程度以及黏度指數(shù)改進(jìn)劑等的變化情況，可以比較綜合地反映油品質(zhì)量的變化。黏度的過快增長標(biāo)志著油品過度氧化衰變，添加劑逐步失效，從而影響潤滑造成事故；黏度的下降則往往是黏度指數(shù)改進(jìn)劑、降凝劑等大分子物質(zhì)受剪切后長鏈斷裂所致，其會造成齒輪摩擦副間油膜變薄，潤滑性能下降，機(jī)件磨損加大，黏度的大幅下降往往會造成齒輪的膠合[3]。

試驗油品運動黏度隨試驗時間變化的曲線見圖1、圖2。

從圖1可以看出，試驗油品40 ℃運動黏度隨著試驗時間的增加而降低，主要是油品中黏度指數(shù)改進(jìn)劑剪切后所致，其變化可以滿足雙方約定要求，滿足90～110 mm2/s范圍要求，且從整個臺架來看，設(shè)備未出現(xiàn)異常情況。

圖1 試驗油品40 ℃運動黏度隨時間的變化

從圖2可以看出，試驗油品100 ℃運動黏度隨著試驗時間的增加而降低，主要原因同上。其變化程度雙方未做約定，從整個臺架來看，設(shè)備未出現(xiàn)異常情況[金屬元素分析結(jié)果（見下文）也表明，該降低并沒有造成磨損加劇，油品保持了良好的潤滑性能]，其最終黏度值為10.06 mm2/s，亦可滿足多功能傳動系用油“柴油噴嘴剪切試驗后100 ℃運動黏度≥7.1 mm2/s”要求[3]。

圖2 試驗油品100 ℃運動黏度隨時間的變化

酸值變化

酸值變化表示了油品中酸性添加劑消耗和氧化變質(zhì)程度。油品在使用過程中受溫度、水分等因素的影響，造成酸性添加劑消耗，進(jìn)而導(dǎo)致酸值降低；另外油品逐漸老化變質(zhì)，會造成酸值升高?？傮w來說，隨著油品老化程度增加，油品酸值增加，油品中會有較多的酸性物質(zhì)；較大量的酸性物質(zhì)對設(shè)備造成一定程度的腐蝕，并在金屬的催化作用下繼續(xù)加速油品的老化狀態(tài)，影響工作部件的正常運行[4]。

試驗油品酸值隨試驗時間變化的曲線見圖3。

由圖3可以看出，在整個臺架試驗過程中，油品酸值與新油相比無明顯變化，且遠(yuǎn)未達(dá)到換油指標(biāo)要求，也表明該油品具有良好的抗氧化性能。

圖3 試驗油品酸值隨時間的變化

鐵含量

油品中金屬含量表示了機(jī)件的磨損程度。通過檢測油中金屬元素的含量，可以判斷機(jī)件的磨損程度及油品的潤滑保護(hù)能力的強弱，其測試結(jié)果越大，代表機(jī)件磨損越嚴(yán)重，油品的潤滑保護(hù)能力越弱，傳動系統(tǒng)中所包含的金屬元素主要為鐵和銅。鐵元素主要來自于齒輪、連接等部件。

試驗油品中鐵含量隨試驗時間變化的曲線見圖4。

從圖4可以看出，試驗油品中鐵含量隨臺架試驗時間的增加而增加，但鐵含量遠(yuǎn)未達(dá)到換油指標(biāo)要求，表明機(jī)件沒有出現(xiàn)明顯的磨損，也說明試驗油品具有良好的抗磨損性能、潤滑保護(hù)性能。

圖4 試驗油品鐵含量隨時間的變化

銅含量

銅元素主要來源于變速箱同步器、后橋差速器減磨墊片等部件。

試驗油品中銅含量隨試驗時間變化的曲線見圖5。

從圖5可以看出，試驗油品銅含量隨臺架試驗時間的逐漸增加，400 h時增加趨于平緩，其銅含量遠(yuǎn)小于換油指標(biāo)要求，表明機(jī)件沒有出現(xiàn)明顯的磨損，也說明試驗油品具有良好的抗磨損性能、潤滑保護(hù)性能。

圖5 試驗油品銅含量隨時間的變化

正戊烷不溶物

正戊烷不溶物表示油品中氧化不溶物和機(jī)械類雜質(zhì)的多少。其一方面反映油品氧化衰變的程度，即形成不溶于正戊烷的膠質(zhì)情況，另一方面也反映了油液中非油溶性固體污染（如塵土、沙粒）以及磨損顆粒等含量。在用油正戊烷不溶物含量達(dá)到一定值后，油品黏度增大，流動性變差，油品中的不溶物聚集成團(tuán)，造成潤滑不良等嚴(yán)重后果[3]。

試驗油品正戊烷不溶物含量隨試驗時間變化的曲線見圖6。

從圖6可以看出，試驗油品正戊烷不溶物含量逐漸增加，但遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)的要求，說明試驗油品中不溶性膠質(zhì)和非油溶性污染物較低，也表明了試驗油品氧化和受污染程度較低。

圖6 試驗油品正戊烷不溶物含量隨時間的變化

水分

水分表示了油品中含水量的多少。油品中水分多為外來引入，如水冷裝置泄漏、油箱密封不足等。油品中含水，會造成油品乳化變質(zhì)，并造成齒輪傳動零部件表面的銹蝕、腐蝕[3]。

在本次臺架試驗過程中，3次取樣的水分含量均為“痕跡”（指試樣中水含量小于0.03%），說明整個試驗過程中對外來因素控制較好，沒有水冷裝置泄漏等外部情況發(fā)生。

結(jié)論

中國石化潤滑油公司生產(chǎn)的100號液壓傳動兩用油經(jīng)過400 h臺架試驗，經(jīng)檢測各項數(shù)據(jù)能夠滿足國內(nèi)某大型農(nóng)業(yè)裝備公司拖拉機(jī)傳動-液壓系統(tǒng)的潤滑需求，得到了該公司技術(shù)部門認(rèn)可。目前，該油品已經(jīng)作為裝填用油在其拖拉機(jī)上使用，并得到終端用戶的認(rèn)可。