工程機械濕式橋傳動油質(zhì)量性能

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［關(guān)鍵詞］工程機械；濕式橋傳動油；氧化安定性；摩擦特性

1國內(nèi)外濕式橋傳動油概況

傳動油產(chǎn)品規(guī)格的發(fā)展與驅(qū)動橋技術(shù)的進步密不可分，國外工程機械設(shè)備發(fā)展迅速且濕式驅(qū)動橋技術(shù)成熟，對濕式橋傳動油的研究也較早［3］。早在20世紀90年代，國外知名工程機械制造商如Caterpillar、Volvo等就非常注重傳動油與驅(qū)動橋的匹配性，并根據(jù)自身設(shè)備的性能特點制定了相關(guān)的專用傳動油產(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，其余幾個規(guī)格都為內(nèi)部使用，不對外公開。同時工程機械制造商還聯(lián)合油品公司推出不同型號和黏度級別的專用傳動油，如Caterpillar聯(lián)合美孚潤滑油推出了3個黏度級別的專用傳動油CATTDTO10W、30和50，Volvo聯(lián)合雪佛龍潤滑油推出了WB101和WB102濕式橋油。國內(nèi)目前不論是干式驅(qū)動橋還是濕式驅(qū)動橋，均使用的是市場上通用的滿足GB13895標(biāo)準(zhǔn)的GL-5系列重負荷車輛齒輪油。該標(biāo)準(zhǔn)為上世紀90年代制定，主要適用于汽車驅(qū)動橋，主要考慮高速沖擊負荷、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滑需求。在2018年對該標(biāo)準(zhǔn)進行了修訂，增加了黏度級別和剪切安定性的要求，但與國外的CaterpillarTO-4規(guī)格、Volvo的97303規(guī)格相比還是一個相對簡單的規(guī)格，沒有對橡膠相容性、濕式制動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械在工作時容易出現(xiàn)制動距離長、制動異響、制動高溫、摩擦片過早磨損等問題。

2濕式橋傳動油性能分析

本文針對國內(nèi)外濕式橋傳動油產(chǎn)品規(guī)格，結(jié)合工程機械結(jié)構(gòu)特點和工況條件，主要從理化性能、抗氧化性能、橡膠相容性、極壓抗磨性、濕式制動摩擦特性等方面對濕式橋傳動油規(guī)格進行分析。

2.1理化性能

濕式橋傳動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，也不能過低以保證有足夠的油膜厚度進行潤滑；低溫黏度應(yīng)保證低溫流動性和啟動順利性。CaterpillarTO-4的運動黏度滿足SAEJ300要求，主要是10W、30、50等黏度級別的單級油，按照不同的環(huán)境溫度選用不同的黏度等級，布氏黏度和傾點等低溫性能分不同的溫度等級有不同的要求。Volvo97303、MasseyFergusonM1145和JohnDeereJ20C只有1個黏度級別，對低溫性能也要求更高。GB13895劃分了10個黏度等級，其中多級油7個等級，單級油3個等級，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要求通過干法和濕法（加入0.1%的水）測試，其余標(biāo)準(zhǔn)為干法測試。銹蝕試驗要求差異較大，Caterpillar要求通過采用CEMSBT-9的萬國試驗箱動態(tài)潮濕腐蝕試驗，Volvo要求通過4h的蒸餾水靜態(tài)腐蝕試驗，JohnDeere要求通過內(nèi)部方法濕熱箱試驗，而GB13895要求通過DANA30驅(qū)動橋在有水和加溫條件下的L-33-1濕熱銹蝕試驗。銅片腐蝕除GB13895要求小于3級外，其余幾個規(guī)格要求較高，均要求小于1a級。

2.2抗氧化性能

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

2.3橡膠相容性

工程機械驅(qū)動橋漏油問題的關(guān)鍵是傳動油與橡膠密封材料間的相容性［6］，評估方法主要有靜態(tài)浸泡試驗法和動態(tài)旋轉(zhuǎn)油封試驗。靜態(tài)試驗通過檢測橡膠試片在油品中浸泡前后的體積、硬度、拉伸強度等性能參數(shù)的變化來評估橡膠與油品的相容性；動態(tài)試驗通過觀察高溫高速旋轉(zhuǎn)下是否漏油來評判其相容性，目前靜態(tài)浸泡試驗法應(yīng)用較多。CaterpillarTO-4的橡膠相容性試驗最為嚴格，不僅要求通過Caterpillar的2種標(biāo)準(zhǔn)橡膠測試，還要通過AllisonC4要求的9種橡膠測試；JohnDeere僅要求通過AllisonC4的橡膠測試；國內(nèi)的GB13895未對橡膠相容性做規(guī)定，是一項重要缺陷。一般橡膠與潤滑油品接觸后其體積會發(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；橡膠的硬度也會發(fā)生變化，不同的橡膠類型、不同的油品其變化趨勢不一樣；橡膠片的拉伸強度、拉斷伸長率的變化區(qū)別較大。橡膠片浸泡后的拉伸特性只是考察其機械強度的指標(biāo)，一般不作為評估密封件是否

2.4極壓抗磨性

工程機械傳動系統(tǒng)中有各種齒輪、軸承、摩擦片，又長期處于低速重載工況，需要良好的極壓承載和抗磨保護［7］。傳動油的極壓抗磨性能初期評價可用四球摩擦試驗機和環(huán)塊試驗機進行篩選，后期考察主要使用FZG齒輪試驗機，包括抗擦傷試驗（ASTMD5182）和低速磨損試驗（ASTMD4998）2個方面?？共羵话阋笫У燃壊恍∮?1級，低速磨損試驗?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)塊試驗結(jié)果與FZG試驗結(jié)果并沒有良好的相關(guān)性。液壓泵試驗主要使用Vickers葉片泵，一般使用Vickers104C泵進行評價，而TO-4規(guī)格使用壓力更高、試驗條件更苛刻的Vickers35VQ25A進行評價。M1145和J20C均要求通過JohnDeere的GDQ95抗磨測試。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)JB/T13895要求通過L-37承載能力和L-42抗沖擊試驗。

2.5摩擦特性

摩擦特性是濕式橋傳動油性能中最重要也最難達到的性能，它是制動負荷、動力矩特性和摩擦耐久性的綜合平衡性能［8］。濕式橋傳動油應(yīng)具有較高的動摩擦系數(shù)以縮短摩擦片滑動時間，提高制動靈敏性，還應(yīng)具有較低的靜動比以降低制動噪音。CaterpillarTO-4規(guī)格中使用LinkVC70摩擦試驗機考察油品的摩擦特性。獲得TO-4規(guī)格認證的油品需要通過6種摩擦材料、7種摩擦試驗程序（6種能量遞增試驗程序和1種耐久試驗程序），考察參數(shù)為平均動摩擦系數(shù)、結(jié)合終點靜摩擦系數(shù)和磨損量，當(dāng)扭矩曲線出現(xiàn)異常波動時認為未通過該能量等級。滿足TO-4規(guī)格的傳動油應(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?zāi)芰棵芏葹?.040kJ/cm2，經(jīng)過25000次結(jié)合后觀察動、靜摩擦系數(shù)變化和摩擦片的磨損量，考察油品對銅基摩擦材料的抗磨保護。另外，評價傳動油摩擦特性的試驗方法還有使用SAE2號試驗機的日本JASOM348方法、SAEJ2487功率遞增試驗、SAEJ2489耐久試驗和SAEJ2490μPVT試驗方法。ZF公司對實際的驅(qū)動橋工作參數(shù)進行轉(zhuǎn)換，使用SAE2號摩擦試驗機考察傳動油的摩擦特性；Volvo使用制動器試驗和齒輪試驗評定摩擦特性，JohnDeere使用GDQ96-Brake和GDQ94-SB進行評定。

3結(jié)束語

（1）工程機械濕式橋傳動油無統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，主要以O(shè)EM規(guī)格如Caterpil-larTO-4為主。國內(nèi)雖制定了重負荷車輛齒輪油標(biāo)準(zhǔn)，但未考慮濕式制動摩擦特性，用于濕式橋存在風(fēng)險。（2）工程機械濕式橋傳動油應(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摩擦特性，以保證工程機械濕式橋?qū)鲃佑椭苿有阅芎脱娱L換油周期的需求。

［參考文獻］

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

［2］湯濤，陳慧卿，申寶武.TO-4重負荷車輛自動傳動液的性能特點和應(yīng)用［J］.石油商技，2012，10（5）：134-137.

［3］徐伶俐.工程機械濕式制動驅(qū)動橋常見故障及分析處理［J］.建筑機械，2010，（19）：120-121，128.

作者：安海珍 王月行 甄鵬厚 董志磊 單位：江蘇徐州工程機械研究 徐工集團高端工程機械智能制造國家重點實驗室