適用于中國(guó)非公路設(shè)備發(fā)展的液力傳動(dòng)油技術(shù)

黃東升++趙治宇++徐晶晶++崔海濤

摘要：文章介紹了中國(guó)非公路機(jī)械近年的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)中國(guó)市場(chǎng)多種液力傳動(dòng)油產(chǎn)品的性能特點(diǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)合國(guó)際液力傳動(dòng)油規(guī)格和國(guó)內(nèi)多種傳動(dòng)設(shè)備的實(shí)際工況，提出了國(guó)內(nèi)液力傳動(dòng)油技術(shù)在抗氧化、抗磨、防腐蝕性和摩擦特性等多項(xiàng)性能的要求，為產(chǎn)品開發(fā)提出了有益的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：液力傳動(dòng)油；防腐蝕；抗氧化

中圖分類號(hào)：TE626.38文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Hydraulic Transmission Oil Technology to Match Developing

China Off-road Vehicle

HUANG Dong-sheng， ZHAO Zhi-yu， XU Jing-jing， CUI Hai-tao

（PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute， Dalian 116032， China）

Abstract：In this paper， the development status of China off-road vehicle in recent years and the analysis on the performance characteristics of multiple hydraulic transmission oils in Chinese market were introduced. According to the international specifications of hydraulic transmission oil and the actual conditions of domestic multiple transmission equipments， the requests of oxidation resistance， abrasion resistance， corrosion resistance and frictional characteristic were put forward for domestic hydraulic transmission oil in order to provide a useful guidance for product development.

Key words：hydraulic transmission oil； corrosion resistance； oxidation resistance

0引言

非公路設(shè)備行業(yè)現(xiàn)已成為一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。2006-2014年，我國(guó)工程機(jī)械市場(chǎng)一直保持了快速增長(zhǎng)。我國(guó)工程機(jī)械企業(yè)數(shù)量多，規(guī)模大，2015 全球工程機(jī)械50強(qiáng)中中國(guó)企業(yè)占據(jù)了八席。

2015年以來，隨著市場(chǎng)飽和，行業(yè)發(fā)展問題開始凸顯，市場(chǎng)同質(zhì)化嚴(yán)重，產(chǎn)能過剩。與2014年相比，整體市場(chǎng)銷售收縮，如挖掘機(jī)銷量同比下降377%，裝載機(jī)銷量下降511%，其他品種也有不同程度的下滑。

有實(shí)力的企業(yè)開始市場(chǎng)困局中尋求突破，技術(shù)創(chuàng)新是最有效的道路。零部件是主機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)和核心要素。工程機(jī)械整機(jī)每推出一項(xiàng)新技術(shù)或新產(chǎn)品，都與零部件密切相關(guān)。變速箱是非道路行駛設(shè)備中重要零部件之一，在中國(guó)市場(chǎng)具有低端技術(shù)非常成熟、高端技術(shù)發(fā)展遲緩的特點(diǎn)。這也造成我國(guó)非公路設(shè)備用液力傳動(dòng)油品種多樣，市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品是6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油，高端進(jìn)口設(shè)備多使用滿足Caterpillar TO-4規(guī)格、Alison C-4規(guī)格的液力傳動(dòng)油或ATF品種。

非公路設(shè)備行業(yè)的技術(shù)發(fā)展對(duì)市場(chǎng)占有率最大的6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油產(chǎn)品的抗氧化性能、高溫防腐蝕性能、抗剪切性和低溫啟動(dòng)等多項(xiàng)性能也提出了新的要求。

1非公路設(shè)備傳動(dòng)設(shè)備現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外非公路設(shè)備使用的變速箱均是采用液壓多片式離合器動(dòng)力換擋，按照結(jié)構(gòu)可分為行星式和定軸式兩類。

行星式變速箱輸入軸與輸出軸同軸布置由行星齒輪排傳遞動(dòng)力，傳動(dòng)齒輪為直齒齒輪，模數(shù)比定軸式小，傳動(dòng)效率比定軸式低，常用于推土機(jī)、裝載機(jī)等。定軸式各傳動(dòng)軸平行布置，傳動(dòng)齒輪為直齒或斜齒，齒輪模數(shù)較大，傳動(dòng)效率高，常用于裝載機(jī)、叉車、平地機(jī)和壓路機(jī)等。

我國(guó)行星式液力變速箱技術(shù)成熟，在輪式裝載機(jī)上的應(yīng)用最為廣泛，如柳工、臨工、廈工等諸多個(gè)主機(jī)廠均有自主生產(chǎn)能力。

國(guó)內(nèi)定軸式變速箱技術(shù)則是在ZF公司的WG系列上引進(jìn)消化吸收發(fā)展起來，代表廠家為柳州ZF和杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)。由于其性能可靠，故障率低，國(guó)內(nèi)高檔的產(chǎn)品多使用這種變速箱。

進(jìn)口的非公路設(shè)備或國(guó)內(nèi)重型設(shè)備多使用進(jìn)口變速箱，主要來自卡特彼勒、艾利遜和采埃孚。

2液力傳動(dòng)油規(guī)格

目前國(guó)際具有影響力的非公路設(shè)備液力傳動(dòng)油規(guī)格主要有卡特彼勒公司Caterpillar TO-4規(guī)格和艾利遜公司的 TES 439規(guī)格，兩者均為OEM規(guī)格。除此之外，滿足自動(dòng)傳動(dòng)液Dexron Ⅲ規(guī)格的油品也常被應(yīng)用在非公路設(shè)備中。

國(guó)內(nèi)液力傳動(dòng)油標(biāo)準(zhǔn)一直以油品公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主，2015年中國(guó)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)頒布了國(guó)內(nèi)首個(gè)液力傳動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12194-2015，規(guī)定了液力傳動(dòng)油的黏溫、抗剪切、抗腐蝕等多項(xiàng)性能。

表1比較了這四個(gè)規(guī)格中對(duì)油品關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的要求。潤(rùn)滑油2016年第31卷

第5期黃東升等.適用于中國(guó)非公路設(shè)備發(fā)展的液力傳動(dòng)油技術(shù)

OIL RESEARCH & APPLICATION油品研究與應(yīng)用

由表1可以看出，與Allison TES 439規(guī)格、Caterpillar TO-4規(guī)格和Dexron Ⅲ規(guī)格相比，JB/T 12194-2015液力傳動(dòng)油還是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的規(guī)格，對(duì)油品的黏溫性能、低溫性能、抗磨和防腐蝕性能做出了關(guān)鍵性要求，但沒有抗氧化和摩擦特性要求。

Allison TES 439和Caterpillar TO-4按照SAE J300要求分黏度級(jí)別，JB/T 12194-2015液力傳動(dòng)油只則規(guī)定了一個(gè)黏度級(jí)別的油品。

3國(guó)內(nèi)非公路行業(yè)發(fā)展對(duì)液力傳動(dòng)油技術(shù)需求

2015年以來我國(guó)工程機(jī)械市場(chǎng)有所下滑給新技術(shù)發(fā)展帶來了契機(jī)，但國(guó)內(nèi)行星齒輪變速箱成熟的技術(shù)和龐大的保有量均表明，未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油仍將是占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)的品種。滿足Allison TES 439規(guī)格和Caterpillar TO-4規(guī)格的液力傳動(dòng)油則占據(jù)高端市場(chǎng)。

但是，企業(yè)出于加強(qiáng)對(duì)工程機(jī)械潤(rùn)滑油的管理，改善工程機(jī)械的潤(rùn)滑條件、延長(zhǎng)工程機(jī)械使用壽命、提升工程機(jī)械作業(yè)效率考慮，對(duì)目前在用的6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油提出了新的技術(shù)要求。

中國(guó)非公路設(shè)備發(fā)展的道路決定了國(guó)內(nèi)的液力傳動(dòng)油升級(jí)也將具備自身的特點(diǎn)。因此，需要真正引起重視，根據(jù)中國(guó)非公路設(shè)備變速箱發(fā)展的性能要求，合理開展油品研究工作。將液力傳動(dòng)油的具體性能要求進(jìn)行分析。

3.1黏溫特性

選用不同黏度的潤(rùn)滑油非常重要。如果潤(rùn)滑油黏度不高，容易導(dǎo)致降低油膜的厚度，影響其承載能力，不能發(fā)揮密封作用。而機(jī)油如果黏度過大，會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于低溫狀態(tài)，難以啟動(dòng)，甚至造成較大的功率損失，影響清洗與冷卻。這樣既增加了運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，還浪費(fèi)動(dòng)力，讓機(jī)械出現(xiàn)更嚴(yán)重的磨損，降低運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性、靈活性及準(zhǔn)確性。此外，油品黏度不高，可能會(huì)導(dǎo)致密封系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏，產(chǎn)生故障，在潤(rùn)滑不良的條件下降低機(jī)械的功率。

收集國(guó)內(nèi)最具有影響力的兩個(gè)品牌6號(hào)液力傳動(dòng)油（A-6和B-6）和8號(hào)液力傳動(dòng)油（A-8和B-8）進(jìn)行了分析，評(píng)價(jià)了其黏溫性能、抗磨性能和剪切性能。

由表3分析的數(shù)據(jù)可以看出，6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油除了100 ℃黏度差別外，8號(hào)液力傳動(dòng)油的黏度指數(shù)高于6號(hào)液力傳動(dòng)油，低溫性能稍優(yōu)，但剪切性能更差，甚至不能滿足JB/T 12194-2015的技術(shù)要求。這可能是8號(hào)液力傳動(dòng)油中使用了更多的黏度指數(shù)改進(jìn)劑。

對(duì)四個(gè)油品的抗磨性進(jìn)行了分析，F(xiàn)ZG齒輪機(jī)試驗(yàn)和液壓泵試驗(yàn)結(jié)果顯示這四種油品抗磨性能基本相當(dāng)，黏度降低并沒有影響6號(hào)液力傳動(dòng)油的抗磨性能。

在實(shí)際使用過程中，有許多工程機(jī)械用戶在選擇6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油上出現(xiàn)疑惑。結(jié)合表2國(guó)際最具有影響力的兩個(gè)規(guī)格液力傳動(dòng)油的黏度劃分，6號(hào)液力傳動(dòng)油的黏度級(jí)別接近10W黏度要求，適合春秋兩季選用，但其低溫啟動(dòng)性能可能不能滿足冬季需求。8號(hào)液力傳動(dòng)油適合在夏季選用，但較差的剪切安定性使其在夏季的優(yōu)勢(shì)并不明顯。實(shí)際上，已經(jīng)有南方用戶將6號(hào)液力傳動(dòng)油作為全季度品種使用。

JB/T 12194-2015液力傳動(dòng)油中則只規(guī)定了一種黏度的液力傳動(dòng)油，要求100 ℃的運(yùn)動(dòng)黏度不小于70 mm2/s，并且規(guī)定了剪切性能和低溫性能，彌補(bǔ)了以上兩個(gè)品種的各自缺陷。

Caterpillar TO-4 規(guī)格中對(duì)于黏度的設(shè)計(jì)也非常適合未來國(guó)內(nèi)液力傳動(dòng)油的市場(chǎng)，10W和30兩個(gè)單級(jí)油可以覆蓋中國(guó)絕大部分地區(qū)使用，減少黏度指數(shù)改進(jìn)劑的加量使油品的黏溫性能更加穩(wěn)定。

3.2氧化安定性

工程機(jī)械價(jià)格昂貴，備用品很少，并長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)檢修工程機(jī)械和換油都很不方便，會(huì)受到各種因素的阻礙。同時(shí)出于節(jié)能環(huán)保和控制成本的考慮，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)液力傳動(dòng)油的換油周期有了更高的需要。為了讓工程機(jī)械的這些要求得到真正滿足，選擇的潤(rùn)滑油要有較好的氧化安定性。

從市場(chǎng)購(gòu)置了滿足Caterpillar TO-4 （10W黏度）液力傳動(dòng)油（以下稱C-10W），與A-6、B-6、A-8和C-8四個(gè)油品進(jìn)行了氧化安定性評(píng)價(jià)。

采用NB/SH/T 0904液力傳動(dòng)油氧化評(píng)定方法（反應(yīng)溫度165 ℃，銅片和鋼片催化，氧化時(shí)間196 h）評(píng)價(jià)了五個(gè)油品，分析試驗(yàn)后油品黏度和酸值變化，同時(shí)評(píng)價(jià)銅片顏色等級(jí)。見表4。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)可以看出，國(guó)內(nèi)6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油四個(gè)油品抗氧化性試驗(yàn)結(jié)果均要差于C-10W許多，試驗(yàn)結(jié)束后產(chǎn)生油泥現(xiàn)象明顯，對(duì)銅片的腐蝕性更大。

目前國(guó)內(nèi)6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油換油周期在500～750 h，將換油周期延長(zhǎng)到1000 h以上是市場(chǎng)普遍需求，提高油品的氧化安定性是未來液力傳動(dòng)油急需提高的性能。

JB/T 12194-2015液力傳動(dòng)油標(biāo)準(zhǔn)中沒有氧化安定性技術(shù)指標(biāo)要求，是一項(xiàng)重要缺陷。

3.3防銹和防腐蝕性能

大部分工程機(jī)械在室外作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的氣體有較強(qiáng)的腐蝕性，或者是煙塵較重，這樣在雨水、濕氣的侵襲下，以及腐蝕性氣體與煙塵的侵蝕下，導(dǎo)致工程機(jī)械出現(xiàn)磨損與銹蝕情況。在潤(rùn)滑油高溫氧化過程中會(huì)產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)，容易對(duì)變速箱內(nèi)銅基離合器片產(chǎn)生腐蝕。國(guó)內(nèi)行星齒輪變速箱在夏季油溫有時(shí)能達(dá)到120～130 ℃，這對(duì)液力傳動(dòng)油的高溫防腐蝕性能提出更高的要求。

根據(jù)JB/T 12194-2015液力傳動(dòng)油標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)國(guó)內(nèi)幾種油品進(jìn)行了分析，具體見表5。

TES 439規(guī)格和Caterpillar TO-4 規(guī)格在防銹蝕性能中都要求通過潮濕箱試驗(yàn)。

JB/T 12194-2015 規(guī)格中要求的銅片腐蝕試驗(yàn)（150 ℃，3 h）和液相銹蝕已經(jīng)可以基本滿足國(guó)內(nèi)非公路設(shè)備應(yīng)對(duì)環(huán)境的基本需求，保證油品在雨水或濕氣中的正常工作能力是值得關(guān)注的性能。

3.4摩擦特性

摩擦特性是液力傳動(dòng)油最重要的性能之一。TES 439規(guī)格、Caterpillar TO-4 規(guī)格和Dexron Ⅲ規(guī)格均有自己的摩擦臺(tái)架要求，并且是規(guī)格中核心技術(shù)指標(biāo)。國(guó)內(nèi)JB/T 12194-2015規(guī)格中并沒有摩擦臺(tái)架技術(shù)要求。

用國(guó)內(nèi)8號(hào)液力傳動(dòng)油在SAE NO2試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行過多種方法的摩擦性能的評(píng)價(jià)，但從沒有得到過滿意的結(jié)果。圖1顯示了采用Dexron Ⅲ規(guī)格要求摩擦方法評(píng)定A-8液力傳動(dòng)油的數(shù)據(jù)。

還進(jìn)行了A-6、B-6和B-8在SAE NO2摩擦臺(tái)架的測(cè)試，結(jié)果與圖1顯示結(jié)果近似，四種均沒有顯示出好的摩擦特性。

但對(duì)于國(guó)內(nèi)非公路設(shè)備選用的銅粉末冶金摩擦片的變速箱來說，與國(guó)際三種最具有影響力的液力傳動(dòng)油規(guī)格各自開發(fā)的摩擦特性評(píng)定方法并沒有必然的關(guān)聯(lián)性。6號(hào)液力傳動(dòng)油或8號(hào)液力傳動(dòng)油在實(shí)際使用過程中與國(guó)內(nèi)行星齒輪變速箱摩擦特性匹配良好。杭齒和柳工在開發(fā)的定軸式變速箱說明書中，也明確推薦使用8號(hào)液力傳動(dòng)油。

這說明國(guó)內(nèi)6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油在摩擦臺(tái)架評(píng)價(jià)結(jié)果雖然較差，但對(duì)其改進(jìn)并不是十分必要。摩擦特性作為液力傳動(dòng)油的最重要的性能之一，由于國(guó)內(nèi)變速箱零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，成為了最容易滿足的性能。

4結(jié)論

我國(guó)非公路設(shè)備用液力傳動(dòng)油的技術(shù)新要求與變速箱零部件的產(chǎn)業(yè)發(fā)展息息相關(guān)。市場(chǎng)需要滿足TES 439規(guī)格和Caterpillar TO-4規(guī)格的高端液力傳動(dòng)油，但同時(shí)需要對(duì)于應(yīng)用最廣泛的6號(hào)液力傳動(dòng)油和8號(hào)液力傳動(dòng)油進(jìn)行精細(xì)化改進(jìn)，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展需求。

向市場(chǎng)推出更合理的黏度級(jí)別和黏溫性能的液力傳動(dòng)油品種，提高液力傳動(dòng)油的氧化安定性和清凈性，維持液力傳動(dòng)油在潮濕環(huán)境中的工作能力，是未來一段時(shí)間內(nèi)在技術(shù)上提高液力傳動(dòng)油產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效方式。收稿日期：2016-07-25。