工程機(jī)械濕式橋傳動(dòng)油質(zhì)量性能

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［關(guān)鍵詞］工程機(jī)械；濕式橋傳動(dòng)油；氧化安定性；摩擦特性

1國(guó)內(nèi)外濕式橋傳動(dòng)油概況

傳動(dòng)油產(chǎn)品規(guī)格的發(fā)展與驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)的進(jìn)步密不可分，國(guó)外工程機(jī)械設(shè)備發(fā)展迅速且濕式驅(qū)動(dòng)橋技術(shù)成熟，對(duì)濕式橋傳動(dòng)油的研究也較早［3］。早在20世紀(jì)90年代，國(guó)外知名工程機(jī)械制造商如Caterpillar、Volvo等就非常注重傳動(dòng)油與驅(qū)動(dòng)橋的匹配性，并根據(jù)自身設(shè)備的性能特點(diǎn)制定了相關(guān)的專用傳動(dòng)油產(chǎn)品規(guī)格［2］，如Caterpillar的TO-4規(guī)格、Volvo的97303規(guī)格、ZF的TE-ML03系列規(guī)格、MasseyFerguson的M1145規(guī)格以及JohnDeere的J20C系列規(guī)格等。在行業(yè)內(nèi)影響巨大且使用最多的是CaterpillarTO-4規(guī)格，此規(guī)格為公開(kāi)，其余幾個(gè)規(guī)格都為內(nèi)部使用，不對(duì)外公開(kāi)。同時(shí)工程機(jī)械制造商還聯(lián)合油品公司推出不同型號(hào)和黏度級(jí)別的專用傳動(dòng)油，如Caterpillar聯(lián)合美孚潤(rùn)滑油推出了3個(gè)黏度級(jí)別的專用傳動(dòng)油CATTDTO10W、30和50，Volvo聯(lián)合雪佛龍潤(rùn)滑油推出了WB101和WB102濕式橋油。國(guó)內(nèi)目前不論是干式驅(qū)動(dòng)橋還是濕式驅(qū)動(dòng)橋，均使用的是市場(chǎng)上通用的滿足GB13895標(biāo)準(zhǔn)的GL-5系列重負(fù)荷車輛齒輪油。該標(biāo)準(zhǔn)為上世紀(jì)90年代制定，主要適用于汽車驅(qū)動(dòng)橋，主要考慮高速?zèng)_擊負(fù)荷、高速低扭矩和低速高扭矩的工況下應(yīng)用的雙曲面齒輪的潤(rùn)滑需求。在2018年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，增加了黏度級(jí)別和剪切安定性的要求，但與國(guó)外的CaterpillarTO-4規(guī)格、Volvo的97303規(guī)格相比還是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的規(guī)格，沒(méi)有對(duì)橡膠相容性、濕式制動(dòng)摩擦特性等重要的性能做出要求。由于缺少統(tǒng)一的用油規(guī)范，目前國(guó)內(nèi)濕式橋用油仍沿用干式橋用油要求，造成搭載濕式橋的工程機(jī)械在工作時(shí)容易出現(xiàn)制動(dòng)距離長(zhǎng)、制動(dòng)異響、制動(dòng)高溫、摩擦片過(guò)早磨損等問(wèn)題。

2濕式橋傳動(dòng)油性能分析

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外濕式橋傳動(dòng)油產(chǎn)品規(guī)格，結(jié)合工程機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工況條件，主要從理化性能、抗氧化性能、橡膠相容性、極壓抗磨性、濕式制動(dòng)摩擦特性等方面對(duì)濕式橋傳動(dòng)油規(guī)格進(jìn)行分析。

2.1理化性能

濕式橋傳動(dòng)油的理化性能主要包括高低溫性能、抗剪切性能、抗泡性能、防腐防銹性能等［4］。傳動(dòng)油應(yīng)具有優(yōu)良的高低溫性能，高溫黏度不能太高以保證傳遞效率，也不能過(guò)低以保證有足夠的油膜厚度進(jìn)行潤(rùn)滑；低溫黏度應(yīng)保證低溫流動(dòng)性和啟動(dòng)順利性。CaterpillarTO-4的運(yùn)動(dòng)黏度滿足SAEJ300要求，主要是10W、30、50等黏度級(jí)別的單級(jí)油，按照不同的環(huán)境溫度選用不同的黏度等級(jí)，布氏黏度和傾點(diǎn)等低溫性能分不同的溫度等級(jí)有不同的要求。Volvo97303、MasseyFergusonM1145和JohnDeereJ20C只有1個(gè)黏度級(jí)別，對(duì)低溫性能也要求更高。GB13895劃分了10個(gè)黏度等級(jí)，其中多級(jí)油7個(gè)等級(jí)，單級(jí)油3個(gè)等級(jí)，其黏度普遍高于其他標(biāo)準(zhǔn)。剪切安定性Caterpillar采用高溫高剪切法（HTHS），Volvo采用柴油機(jī)油普遍使用的柴油噴嘴法，而MasseyFerguson、JohnDeere和GB13895采用更為苛刻的圓錐滾子軸承剪切法（KRL）。泡沫特性Caterpillar要求通過(guò)干法和濕法（加入0.1%的水）測(cè)試，其余標(biāo)準(zhǔn)為干法測(cè)試。銹蝕試驗(yàn)要求差異較大，Caterpillar要求通過(guò)采用CEMSBT-9的萬(wàn)國(guó)試驗(yàn)箱動(dòng)態(tài)潮濕腐蝕試驗(yàn)，Volvo要求通過(guò)4h的蒸餾水靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)，JohnDeere要求通過(guò)內(nèi)部方法濕熱箱試驗(yàn)，而GB13895要求通過(guò)DANA30驅(qū)動(dòng)橋在有水和加溫條件下的L-33-1濕熱銹蝕試驗(yàn)。銅片腐蝕除GB13895要求小于3級(jí)外，其余幾個(gè)規(guī)格要求較高，均要求小于1a級(jí)。

2.2抗氧化性能

潤(rùn)滑油的抗氧化性能是反映油品在實(shí)際使用、貯存和運(yùn)輸過(guò)程中老化傾向的重要指標(biāo)，油品氧化變質(zhì)會(huì)生成酸性物質(zhì)腐蝕設(shè)備和使添加劑發(fā)生裂解失效［5］。目前傳動(dòng)油常用的抗氧化性能評(píng)價(jià)方法主要為THOT、ABOT、DKA和ISOT等。THOT與ABOT提出較早，在北美地區(qū)的潤(rùn)滑油公司及汽車零部件生產(chǎn)商中廣泛使用，但實(shí)驗(yàn)成本較高，周期較長(zhǎng)。DKA在歐洲地區(qū)應(yīng)用較廣，主要應(yīng)用于評(píng)價(jià)雙離合變速器油的氧化安定性。ISOT源于日本，其測(cè)試方法簡(jiǎn)單快捷，在亞洲地區(qū)廣泛使用。Caterpillar規(guī)格使用的THOT氧化安定性試驗(yàn)方法需用到GM公司專門的變速箱臺(tái)架，不易實(shí)現(xiàn)。GB13895使用用于評(píng)定手動(dòng)變速箱和驅(qū)動(dòng)后橋用油熱氧化安定性的齒輪試驗(yàn)箱L-60-1方法，試驗(yàn)結(jié)束后需對(duì)齒輪進(jìn)行拆解和評(píng)價(jià)，試驗(yàn)成本較高。Volvo和MasseyFerguson規(guī)格使用的DKA氧化試驗(yàn)設(shè)備較為簡(jiǎn)單，容易在實(shí)驗(yàn)室搭建，且對(duì)傳動(dòng)油有良好的區(qū)分性，被添加劑公司如路博潤(rùn)、雅富頓和OEM如ZF公司等廣泛用于評(píng)定傳動(dòng)油的抗氧化性能。

2.3橡膠相容性

工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)橋漏油問(wèn)題的關(guān)鍵是傳動(dòng)油與橡膠密封材料間的相容性［6］，評(píng)估方法主要有靜態(tài)浸泡試驗(yàn)法和動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)油封試驗(yàn)。靜態(tài)試驗(yàn)通過(guò)檢測(cè)橡膠試片在油品中浸泡前后的體積、硬度、拉伸強(qiáng)度等性能參數(shù)的變化來(lái)評(píng)估橡膠與油品的相容性；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)通過(guò)觀察高溫高速旋轉(zhuǎn)下是否漏油來(lái)評(píng)判其相容性，目前靜態(tài)浸泡試驗(yàn)法應(yīng)用較多。CaterpillarTO-4的橡膠相容性試驗(yàn)最為嚴(yán)格，不僅要求通過(guò)Caterpillar的2種標(biāo)準(zhǔn)橡膠測(cè)試，還要通過(guò)AllisonC4要求的9種橡膠測(cè)試；JohnDeere僅要求通過(guò)AllisonC4的橡膠測(cè)試；國(guó)內(nèi)的GB13895未對(duì)橡膠相容性做規(guī)定，是一項(xiàng)重要缺陷。一般橡膠與潤(rùn)滑油品接觸后其體積會(huì)發(fā)生變化，允許橡膠密封件的體積有微小的膨脹但不能有收縮；橡膠的硬度也會(huì)發(fā)生變化，不同的橡膠類型、不同的油品其變化趨勢(shì)不一樣；橡膠片的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率的變化區(qū)別較大。橡膠片浸泡后的拉伸特性只是考察其機(jī)械強(qiáng)度的指標(biāo)，一般不作為評(píng)估密封件是否

2.4極壓抗磨性

工程機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中有各種齒輪、軸承、摩擦片，又長(zhǎng)期處于低速重載工況，需要良好的極壓承載和抗磨保護(hù)［7］。傳動(dòng)油的極壓抗磨性能初期評(píng)價(jià)可用四球摩擦試驗(yàn)機(jī)和環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行篩選，后期考察主要使用FZG齒輪試驗(yàn)機(jī)，包括抗擦傷試驗(yàn)（ASTMD5182）和低速磨損試驗(yàn)（ASTMD4998）2個(gè)方面?？共羵话阋笫У燃?jí)不小于11級(jí)，低速磨損試驗(yàn)?zāi)p量越小越好。TO-4規(guī)定單次磨損量不大于150mg，但四球、環(huán)塊試驗(yàn)結(jié)果與FZG試驗(yàn)結(jié)果并沒(méi)有良好的相關(guān)性。液壓泵試驗(yàn)主要使用Vickers葉片泵，一般使用Vickers104C泵進(jìn)行評(píng)價(jià)，而TO-4規(guī)格使用壓力更高、試驗(yàn)條件更苛刻的Vickers35VQ25A進(jìn)行評(píng)價(jià)。M1145和J20C均要求通過(guò)JohnDeere的GDQ95抗磨測(cè)試。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T13895要求通過(guò)L-37承載能力和L-42抗沖擊試驗(yàn)。

2.5摩擦特性

摩擦特性是濕式橋傳動(dòng)油性能中最重要也最難達(dá)到的性能，它是制動(dòng)負(fù)荷、動(dòng)力矩特性和摩擦耐久性的綜合平衡性能［8］。濕式橋傳動(dòng)油應(yīng)具有較高的動(dòng)摩擦系數(shù)以縮短摩擦片滑動(dòng)時(shí)間，提高制動(dòng)靈敏性，還應(yīng)具有較低的靜動(dòng)比以降低制動(dòng)噪音。CaterpillarTO-4規(guī)格中使用LinkVC70摩擦試驗(yàn)機(jī)考察油品的摩擦特性。獲得TO-4規(guī)格認(rèn)證的油品需要通過(guò)6種摩擦材料、7種摩擦試驗(yàn)程序（6種能量遞增試驗(yàn)程序和1種耐久試驗(yàn)程序），考察參數(shù)為平均動(dòng)摩擦系數(shù)、結(jié)合終點(diǎn)靜摩擦系數(shù)和磨損量，當(dāng)扭矩曲線出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)認(rèn)為未通過(guò)該能量等級(jí)。滿足TO-4規(guī)格的傳動(dòng)油應(yīng)能夠使燒結(jié)青銅摩擦材料和紙基摩擦材料的失效能量密度在0.077kJ/cm2以上。銅基摩擦材料的耐久試驗(yàn)?zāi)芰棵芏葹?.040kJ/cm2，經(jīng)過(guò)25000次結(jié)合后觀察動(dòng)、靜摩擦系數(shù)變化和摩擦片的磨損量，考察油品對(duì)銅基摩擦材料的抗磨保護(hù)。另外，評(píng)價(jià)傳動(dòng)油摩擦特性的試驗(yàn)方法還有使用SAE2號(hào)試驗(yàn)機(jī)的日本JASOM348方法、SAEJ2487功率遞增試驗(yàn)、SAEJ2489耐久試驗(yàn)和SAEJ2490μPVT試驗(yàn)方法。ZF公司對(duì)實(shí)際的驅(qū)動(dòng)橋工作參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使用SAE2號(hào)摩擦試驗(yàn)機(jī)考察傳動(dòng)油的摩擦特性；Volvo使用制動(dòng)器試驗(yàn)和齒輪試驗(yàn)評(píng)定摩擦特性，JohnDeere使用GDQ96-Brake和GDQ94-SB進(jìn)行評(píng)定。

3結(jié)束語(yǔ)

（1）工程機(jī)械濕式橋傳動(dòng)油無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要以O(shè)EM規(guī)格如Caterpil-larTO-4為主。國(guó)內(nèi)雖制定了重負(fù)荷車輛齒輪油標(biāo)準(zhǔn)，但未考慮濕式制動(dòng)摩擦特性，用于濕式橋存在風(fēng)險(xiǎn)。（2）工程機(jī)械濕式橋傳動(dòng)油應(yīng)具有優(yōu)良的高低溫性能、抗氧抗磨性能、橡膠相容性及濕式制動(dòng)摩擦特性，以保證工程機(jī)械濕式橋?qū)鲃?dòng)油制動(dòng)性能和延長(zhǎng)換油周期的需求。

［參考文獻(xiàn)］

［1］程安國(guó)，徐靜茹，杜雪嶺，等.裝載機(jī)濕式制動(dòng)技術(shù)分析及用油測(cè)試［J］.汽車零部件，2018，9：53-56.

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［3］徐伶俐.工程機(jī)械濕式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋常見(jiàn)故障及分析處理［J］.建筑機(jī)械，2010，（19）：120-121，128.

作者：安海珍 王月行 甄鵬厚 董志磊 單位：江蘇徐州工程機(jī)械研究 徐工集團(tuán)高端工程機(jī)械智能制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室