挖掘機引導(dǎo)輪專用齒輪油的加壓模擬試驗

林國就 盧少華 揭斌華

1 中國石化潤滑油有限公司

2 中國石化潤滑油有限公司茂名分公司

作為挖掘機重要組成部分，履帶行走裝置在工作過程中起到支撐整機重量和工作載荷的作用，同時，也完成直線行走、轉(zhuǎn)彎、爬坡等動作[1]。履帶行走裝置由行走架、引導(dǎo)輪、履帶張緊裝置、托鏈輪、支重輪、履帶以及驅(qū)動輪等組成（如圖1所示），其中導(dǎo)向輪的作用是引導(dǎo)履帶行走裝置的運行方向，緩和履帶前進時受到的沖擊，是履帶行走裝置的重要部件之一。由于挖掘機經(jīng)常行駛在礦山、野外、建筑工地等地形復(fù)雜、工況苛刻的場合，如潤滑不當(dāng)，致使引導(dǎo)輪的凸緣和溝槽造成磨損，而磨損嚴重時發(fā)生“履帶脫軌”、“ 啃軌” 現(xiàn)象[2]。因此，選擇合適的潤滑油，對延長引導(dǎo)輪的使用壽命、降低維修費用、提高工作效率有著重要的意義。

圖1 履帶式挖掘機中的行走裝置

引導(dǎo)輪是由輪軸（鑄鋼件）和軸套（含銅80%、錫10%及鉛10%）組成（如圖2所示）。引導(dǎo)輪對所使用的潤滑油產(chǎn)品，要求具有以下性能：

圖2 引導(dǎo)輪外觀及內(nèi)結(jié)構(gòu)

◇較好的極壓抗磨性能；

◇對鋼、銅、密封材料等具有較好防護；

◇因引導(dǎo)輪軸和軸套間隙內(nèi)的潤滑油因沒有油道而不能將軸承工作產(chǎn)生的熱量及時帶走，致使軸承的工作溫度升高，潤滑油黏度下降，潤滑油膜厚度減小，所以要求潤滑油具有較好的黏溫性能。

2020年5月，某挖掘機制造公司反映其挖掘機引導(dǎo)輪輪軸潤滑部件，使用某品牌重負荷齒輪油在較短的使用時間內(nèi)因磨損而造成油品外觀不透明，發(fā)黑發(fā)臭。經(jīng)現(xiàn)場考察勘察及油品分析發(fā)現(xiàn)，某品牌重負荷齒輪油在較短期內(nèi)因磨損發(fā)黑的主要原因是該齒輪油中含有較大量的硫和含活性硫的化合物，與輪軸銅套發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成黑色的硫化銅。

為協(xié)助某挖掘機制造公司生產(chǎn)的引導(dǎo)輪匹配最合適的齒輪油，選取了中國石化潤滑油有限公司茂名分公司生產(chǎn)的3款齒輪油，開展引導(dǎo)輪加壓運轉(zhuǎn)模擬對比試驗，并對樣品進行采樣分析，為引導(dǎo)輪的專用油的選擇提供依據(jù)。

齒輪油的理化性能分析

分別對試驗選用3款齒輪油產(chǎn)品開展理化性能開展對比分析，結(jié)果見表1。

表1 產(chǎn)品理化性能分析

從表1可以看出，3款齒輪油產(chǎn)品的理化性能各有不同，這是由于它們所添加的功能添加劑不同。

引導(dǎo)輪加壓模擬試驗

試驗前徹底清除引導(dǎo)輪油腔內(nèi)部的雜質(zhì)顆粒，然后將齒輪油注入21T引導(dǎo)輪，在生產(chǎn)線上的跑合設(shè)備開展64 h加壓5 MPa運轉(zhuǎn)模擬試驗。試驗過程中的前8 h，間隔30 min對試驗引導(dǎo)輪的輪軸和輪體的溫度進行監(jiān)測，并填寫記錄。

試驗溫度監(jiān)測情況

齒輪油1～3分別在引導(dǎo)輪加壓模擬試驗過程中的輪軸和輪體的溫度記錄情況如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，齒輪油1在試驗過程中引導(dǎo)輪的輪軸、輪體溫度較高，且波動較大；齒輪油2在試驗過程中引導(dǎo)輪的輪軸溫度略有波動，輪體溫度隨著試驗時間緩慢增加；齒輪油3在試驗過程中引導(dǎo)輪的輪軸、輪體溫度均保持在較低的水平，且相對平穩(wěn)，說明齒輪油3對引導(dǎo)輪的潤滑防護效果最好，在試驗過程中未發(fā)生異常磨損，確保引導(dǎo)輪在試驗過程中均處于良好的運行狀態(tài)。

圖3 引導(dǎo)輪輪軸溫度記錄情況

圖4 引導(dǎo)輪輪體溫度記錄情況

試驗油品的分析

經(jīng)過64 h的加油模擬試驗后，對引導(dǎo)輪進行拆解，檢查輪軸和銅套磨損情況，并對試驗前后油樣的常規(guī)理化性能和磨損情況進行分析。

齒輪油1的分析

試驗結(jié)束后，齒輪油1的外觀如圖5所示，油品外觀呈灰黑色，并且油品中含有大量金屬粉末。鋼軸磨損情況如圖6所示，鋼軸上有明顯的磨損痕跡。油品的理化性能分析結(jié)果見表2。

圖5 齒輪油1試驗前后的外觀

圖6 齒輪油1試驗后的鋼軸外觀

從表2可知，雖然齒輪油1在試驗前后運動黏度、硫含量變化不大，但油品中有大量的金屬磨損元素，金屬元素銅（Cu）、 鉛(Pb）、錫（Sn）含量嚴重偏高，說明試驗過程中銅套部件存在異常磨損，金屬元素鐵（Fe）含量也偏高，說明鋼軸也存在一定的磨損。

表2 齒輪油1理化性能跟蹤分析

通過鐵譜分析（結(jié)果如圖7所示），可明顯發(fā)現(xiàn)試驗油樣中含有黃色銅合金，表明銅合金軸套已出現(xiàn)較大的磨損，這是由于齒輪油1中含有多硫磷型極壓抗磨劑，而硫磷型極壓抗磨劑可能促進銅合金的磨損。

圖7 齒輪油1的鐵譜分析

齒輪油2的分析

齒輪油2試驗后的油品外觀如圖8所示，試驗后油品呈灰色，油品中含有一定量的金屬物，油品的理化性能分析結(jié)果見表3。

圖8 齒輪油2試驗前后的外觀

從表3可以看出，齒輪油2在試驗前后運動黏度、硫含量變化不大，但油品中含有較大量的金屬磨損元素，金屬元素銅（Cu）、鉛(Pb）、錫（Sn）、元素鐵（Fe）含量偏高，但磨損情況優(yōu)于齒輪油1，這是可能是由于齒輪油2硫含量較低，減緩對銅合金軸套的磨損。

表3 齒輪油2理化性能跟蹤分析

齒輪油3的分析

齒輪油3試驗后的油品外觀如圖9所示，試驗后油品較試驗前顏色略變深，但外觀依然保持透明。試驗后的銅合金軸套無明顯的磨損痕跡（圖10），說明試驗過程中銅合金軸套無異常磨損情況。試驗前后油品的理化分析結(jié)果見表4。

表4 齒輪油3理化性能跟蹤分析

圖9 試驗前后齒輪油3的外觀

圖10 試驗后的銅合金軸套

從表4可以看出，齒輪油3試驗前后運動黏度、硫含量變化不大，說明試驗過程中中油品無異常氧化變質(zhì)現(xiàn)象；同時，金屬元素銅（Cu）、鉛(Pb）、錫（Sn）、元素鐵（Fe）含量非常低，說明齒輪油3對引導(dǎo)輪的鋼軸、銅合金軸套的潤滑防護效果最佳，在試驗過程中無異常磨損。

結(jié)論

經(jīng)64 h引導(dǎo)輪加壓5 MPa運轉(zhuǎn)模擬試驗表明，齒輪油3試驗過程中對引導(dǎo)輪的鋼軸、銅合金軸套的磨損少，油品外觀依然保持透明，最適合用于引導(dǎo)輪的潤滑防護。