甄鹏厚,王月行,安海珍,董志磊,李华君

(1.徐工集团 江苏徐州工程机械研究院,江苏 徐州 221004;2.徐工集团 高端工程机械智能制造国家重点实验室,江苏 徐州 221004)

目前,工程机械日益趋向高智能化和高节能化,大功率变速箱越来越多地应用到工程机械上,而且工程机械作为重要的施工机具,其工况往往都比较复杂和恶劣.因此,对变速箱传动油的要求也越来越高[1],如:应具有良好的氧化安定性,以免油品氧化变质;良好的摩擦特性,以利于换挡的平顺和减小振动噪声;此外,还应具有良好的高低温、极压抗磨、抗泡性能及橡胶相容性[2]等特征,是一种性能更为全面的油品[3-4],以保证变速箱能更加稳定、可靠工作.

由于国内变速箱技术比国外落后,对变速箱用油的研究进展也比较缓慢.目前,我国工程机械变速箱传动油产品仍以6号、8号传动油为主,而且一般夏季用6号,冬季用8号,换油周期通常为500 h.而国外知名工程机械制造商，如卡特、小松、沃尔沃和变速箱生产商采埃孚(ZF)、艾里逊(Allison)[5]等非常注重传动油与变速箱的匹配性,对传动油研究较早且根据自身的机械设备性能特点,相继开发了各自的专用传动油,改善了油品的性质,延长了换油周期.基于此,本文作者参考国外传动油产品规格,根据自身设备特点,研究开发了两款装载机专用长寿命传动油,并建立了相应的传动油规格,对变速箱传动油的合理选用以及提升产品品质提供了参考依据.

1 专用油简介

本文研发的两款专用油分别命名为A和B,此两款专用油采用不同的添加剂调配,分别对其进行理化实验测试、氧化实验、摩擦台架实验等.测试结果表明：两种专用油在运动黏度、剪切安定性、低温布氏黏度、四球极压性能、氧化安定性、橡胶相容性、摩擦特性等方面均优于现用的6号和8号传动油.但是,前阶段主要是在实验室内进行模拟测试,有些实验条件和工程机械实际工作条件差别较大,而且工程机械实际现场工作时,工况比较复杂和恶劣,对传动油性能要求较高,所以需要通过真实工况下的行车路试来检验开发的专用传动油的性能是否满足要求,如冬夏季能否通用,抗氧、抗磨等性能是否提升,换油周期能否延长等.所以,进行行车路试对于油品的改进及推广使用具有非常重要的意义.

2 行车路试

行车路试选取2台5 t的装载机作为实验车辆,1号车采用A传动油,2号车采用B传动油,工作场所都位于某港口内,主要的工作是装卸煤炭、铁矿粉等,每天工作强度高、时间长、工作环境比较恶劣,能很好地满足行车路试的要求.行车路试时,每隔一定时间取样检测油样的运动黏度、酸值、元素含量等,观察油样的理化性能随时间的变化.通过分析变化原因,预估变化趋势,并加以对比,从而更好地掌握实验油样的性能.

3 结果与讨论

3.1 运动黏度变化

两辆车油样的100 ℃运动黏度随行车时间的变化曲线如图1所示.通过图1可以看出,两辆车均在前600 h内100 ℃运动黏度有所减少,600 h之后运动黏度变化较小,逐渐趋于稳定.因为，前600 h内,油液在变速箱中传递动力时,会受到强烈的机械剪切力作用,使油中的黏度指数改进剂之类的高分子化合物因剪切作用而被切断[6],造成油品黏度下降;600 h后油液受机械剪切降低，黏度趋于稳定,且黏度值均高于规定的最低黏度要求,否则会导致油压下降,引起离合器打滑.同时表明两种油液的剪切安定性良好,工作稳定性高,能保证液力传动系统具有较高效率.

图1 两辆车油样100℃运动黏度变化Fig.1 The 100℃ kinematic viscosity variation of the two vehicles

3.2 酸值变化

两辆车油样的酸值随行车时间的变化曲线如图2所示.酸值变化一般取决于酸性抗氧剂的消耗和基础油的氧化.酸性抗氧剂消耗,酸值减小;基础油氧化,酸值增大.两辆车的酸值整体上都呈现稳定状态,说明油液在工作中,其酸性添加剂ZDDP(二烷基二硫代磷酸锌)性能稳定,降解较少,基础油氧化较弱,氧化安定性能优异,能有效避免氧化产生油泥、漆膜等对离合器、液压系统产生不良影响[7-8],引起摩擦性能的改变和液压元件、金属的腐蚀.

图2 两辆车油样酸值变化Fig.2 The acid value variation of the two vehicles

3.3 Fe和Cu元素含量变化

两辆车油样的Fe,Cu元素含量随行车时间的变化曲线如图3所示.油液中的磨损金属元素主要是Fe和Cu,来源于变速箱中齿轮、轴承、离合器摩擦片等的磨损.1号车Fe元素含量平均每100 h约增加4×10-6,Cu元素含量平均每100 h约增加4×10-6.2号车Fe元素含量平均每100 h约增加3×10-6,Cu元素含量平均每100 h约增加4×10-6,都处于正常磨损范围内,未见异常磨损.表明：所用油品抗磨损保护作用突出,能有效降低变速箱中的齿轮、轴套、离合器组件和传动件的磨损,摩擦耐久性良好[9-10],在变速箱工作温度范围内，摩擦材料具有良好的适应性,保持稳定的摩擦特性,同时有利于提高换挡品质,降低换挡冲击,提高设备的运转效率.

图3 两辆车油样Fe，Cu元素含量变化Fig.3 The variation in content of Fe and Cu of the two vehicles

4 结论

(1) 行车路试结果表明：研发的两种传动油具有良好的氧化安定、抗磨损及稳定可靠性能,换油周期都较6号和8号有较大延长,避免了资源浪费和环境污染,提高了油品的品质.

(2) 因本行车路试车辆较少,还需进一步开展批量、多种工程机械变速箱应用,以更好验证所研发油品的适用性,有利于油品的优化与推广.