工程機械濕式橋傳動油質量性能
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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)展與驅動橋技術的進步密不可分，國外工程機械設備發(fā)展迅速且濕式驅動橋技術成熟，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動橋的匹配性，并根據(jù)自身設備的性能特點制定了相關的專用傳動油產(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)目前不論是干式驅動橋還是濕式驅動橋，均使用的是市場上通用的滿足GB13895標準的GL-5系列重負荷車輛齒輪油。該標準為上世紀90年代制定，主要適用于汽車驅動橋，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用的雙曲面齒輪的潤滑需求。在2018年對該標準進行了修訂，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，結合工程機械結構特點和工況條件，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準。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，其余標準為干法測試。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，油品氧化變質會生成酸性物質腐蝕設備和使添加劑發(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)應用較廣，主要應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
工程機械驅動橋漏油問題的關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下是否漏油來評判其相容性，目前靜態(tài)浸泡試驗法應用較多。CaterpillarTO-4的橡膠相容性試驗最為嚴格，不僅要求通過Caterpillar的2種標準橡膠測試，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，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。抗擦傷一般要求失效等級不小于11級，低速磨損試驗磨損量越小越好。TO-4規(guī)定單次磨損量不大于150mg，但四球、環(huán)塊試驗結果與FZG試驗結果并沒有良好的相關性。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)標準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)、結合終點靜摩擦系數(shù)和磨損量，當扭矩曲線出現(xiàn)異常波動時認為未通過該能量等級。滿足TO-4規(guī)格的傳動油應能夠使燒結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能量密度為0.040kJ/cm2，經(jīng)過25000次結合后觀察動、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公司對實際的驅動橋工作參數(shù)進行轉換，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結束語
（1）工程機械濕式橋傳動油無統(tǒng)一的國際標準和國家標準，主要以OEM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準，但未考慮濕式制動摩擦特性，用于濕式橋存在風險。（2）工程機械濕式橋傳動油應具有優(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對傳動油制動性能和延長換油周期的需求。
［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用［J］.石油商技，2012，10（5）：134-137.
［3］徐伶俐.工程機械濕式制動驅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
