唐興中， 粟滿榮， 黃福川， 藍(lán)明新，肖友程

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西石化資源加工及過程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004）

隨著我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造技術(shù)水平不斷提高，液壓技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展和日趨完善。液壓傳動(dòng)由于具有易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、功率質(zhì)量之比大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高、調(diào)速范圍大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、操作方便、自潤(rùn)滑等特點(diǎn)；因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械領(lǐng)域中。液壓傳動(dòng)是利用液體作為傳動(dòng)介質(zhì)，并利用液體壓力或動(dòng)能來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。液壓油作為其至關(guān)重要組成部分之一，在液壓系統(tǒng)中不僅起到能量傳動(dòng)、轉(zhuǎn)換與控制的作用；而且還要對(duì)其進(jìn)行冷卻、清洗、潤(rùn)滑與密封。

根據(jù)液壓油的實(shí)際使用情況分析，目前我國(guó)液壓油的綜合性能還達(dá)不到相關(guān)液壓設(shè)備的技術(shù)發(fā)展需要，液壓油的性能及標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中要求仍然比較低[1]。只要求通過Vickers104C葉片泵臺(tái)架即為合格，臺(tái)架的壓力也只有14 MPa，而目前工程機(jī)械中所使用的高壓葉片泵，其壓力卻高達(dá)30 MPa以上；此外還缺少高壓柱塞泵的試驗(yàn)要求。因此，目前普通抗磨液壓油只能基本滿足普通工業(yè)液壓設(shè)備要求，卻難以滿足現(xiàn)代工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的使用要求[2,3]。

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)發(fā)展至今已趨向高壓、高速、大功率、高性能以及系統(tǒng)控制向更復(fù)雜、更靈活的方向發(fā)展；液壓操縱、電液比例操縱和液壓伺服操縱，逐步取代了工程機(jī)械傳統(tǒng)的杠桿操縱，高新技術(shù)愈來愈多地被廣泛應(yīng)用于液壓技術(shù)中，這都對(duì)配套使用的液壓油提出了更高的綜合性能要求[4]。眾所周知，液壓系統(tǒng)能否正常可靠的工作，與液壓油的性能存在很大的關(guān)系。為了滿足工程機(jī)械液壓系統(tǒng)用油要求，適應(yīng)日趨嚴(yán)格的環(huán)保節(jié)能要求，簡(jiǎn)化后勤保障，延長(zhǎng)工程機(jī)械的使用壽命，研制專用于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的抗磨液壓油具有重要意義。

1 研制油的技術(shù)要求

由于工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)與普通工業(yè)液壓系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造精度以及工作環(huán)境等方面存在很大的差別；普通的抗磨液壓油難以滿足其使用要求。為此，結(jié)合工程機(jī)械復(fù)雜多變的工況特點(diǎn)，所研制的工程機(jī)械專用抗磨液壓油除了具有良好的粘溫性能、防銹性、抗腐蝕性、抗剪切性、抗乳化性、水解安定性、生物降解性、不可壓縮性、抗泡沫性以空氣釋放性之外；還應(yīng)滿足下列主要技術(shù)要求：

（1）良好的極壓承載、抗磨性以及潔凈度。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作壓強(qiáng)高，制造精密，公差配合??；為了保證液壓泵（包括葉片泵和柱塞泵）在高壓、高速、重載、沖擊的苛刻條件下正常工作，對(duì)研制油的潔凈度和極壓承載、抗磨性提出了更高的要求。

（2）較高的靜摩擦系數(shù)。在工程機(jī)械的轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)中，普遍采用液壓操縱的濕式轉(zhuǎn)向離合器和制動(dòng)器技術(shù)。由于濕式轉(zhuǎn)向離合器存在摩擦系數(shù)比較小，需要更大壓緊力的特點(diǎn)，以及要求抗磨液壓油具有高靜摩擦系數(shù)的液力變矩器的應(yīng)用，這些都要求研制油品必須具有更高的靜摩擦系數(shù)。

（3）優(yōu)異的熱氧化安定性。由于行走系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械中；因而液壓系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)緊湊，油箱尺寸小，液壓油加注量少，使液壓油循環(huán)使用頻率的增加；同時(shí)，在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中，沒有設(shè)置專用的冷卻器，導(dǎo)致工作時(shí)，油溫極易過高，加速油品的氧化。為此要求研制油具有更好的熱氧化安定性。

（4）良好的過濾性。工程機(jī)械長(zhǎng)期處于野外作業(yè)，工況條件復(fù)雜多變，水分、塵土以及微小雜質(zhì)顆粒很容易進(jìn)入液壓系統(tǒng)，會(huì)加速精密的葉片泵、柱塞泵及相關(guān)閥件的磨損，縮短其使用壽命；為此要求研制油品具有良好的分散、增溶和過濾性。

2 基礎(chǔ)油的篩選

由于占潤(rùn)滑油 80%以上的基礎(chǔ)油是影響潤(rùn)滑油整體性能的決定性因素；因此選取具有良好特性的基礎(chǔ)油成為研制油的關(guān)鍵之一。經(jīng)過實(shí)際調(diào)研分析可知：以單一種類的動(dòng)植物油、礦物油或合成油作為基礎(chǔ)油的抗磨液壓油，應(yīng)用于工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)中，很容易出現(xiàn)如液壓泵磨損，油溫過高，閥件、密封件損壞嚴(yán)重以及液壓系統(tǒng)動(dòng)作無力、行動(dòng)遲緩、發(fā)熱、產(chǎn)生噪音等故障。為此，針對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)要求和使用工況特點(diǎn)，提出采用兩種或多種基礎(chǔ)油復(fù)合使用，以充分利用各自的優(yōu)點(diǎn)，并彌補(bǔ)各自的不足。在充分考慮潤(rùn)滑油品經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，改善油品的其他相關(guān)性能，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，有針對(duì)性的對(duì)多種基礎(chǔ)油進(jìn)行篩選和預(yù)測(cè)；最終選擇具有較好極壓抗磨、抗高溫氧化、添加劑溶解性能的烷基萘、蓖麻基癸二酸二辛酯與高粘度指數(shù)聚α-烯烴復(fù)合的合成油作為基礎(chǔ)油，經(jīng)綜合理化指標(biāo)測(cè)試與臺(tái)架模擬證明，是完全可行性的。

選擇蓖麻基癸二酸二辛酯作為工程機(jī)械專用抗磨液壓油的基礎(chǔ)油組分之一，是因?yàn)槠渚哂袃A點(diǎn)低、粘度指數(shù)高、使用溫度范圍寬、蒸發(fā)損失小、結(jié)焦少；具有良好的高低溫性能、潤(rùn)滑性能以及添加劑感受性，優(yōu)異的熱氧化安定性能和抗剪切能力，出色的防腐蝕性能以及抗乳化性能。此外，癸二酸二辛酯是由蓖麻經(jīng)過一系列加工、反應(yīng)而得到的產(chǎn)物，其原料來源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉，并具有很好的可降解性和油溶性[5]。其典型理化指標(biāo)見表1。

表1 癸二酸二辛酯的典型理化指標(biāo)Table 1 The typical physical and chemical properties of dioctyl sebacate

烷基萘主要是由線性α-烯烴與萘，在特定催化劑作用下合成得到，屬于API的V類基礎(chǔ)油，其核心萘環(huán)上的烷基鍵長(zhǎng)度與烷基基團(tuán)的數(shù)目直接影響化合物的理化性能，包括傾點(diǎn)、揮發(fā)性等物理特性[6]。同時(shí)，由于其自身的芳香環(huán)框架結(jié)構(gòu)和烷基基團(tuán)，賦予了其作為液體潤(rùn)滑劑兼?zhèn)淞撕芏鄡?yōu)良性質(zhì)。比如：①良好的氧化安定性，由于烷基萘中含有可以吸收氧的富電子萘環(huán)，可有效阻止了氧化的發(fā)生；②優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，烷基萘僅由C-C和C-H共價(jià)鍵構(gòu)成，需要很高的離解能；③良好的溶解性和分散性，對(duì)非極性烴類油和極性基礎(chǔ)油或添加劑具有較高的溶解分散能力以及可使沉積物溶解分散在油相中；④突出的水解安定性，其不存在易受水分子攻擊的官能團(tuán)；⑤優(yōu)異的抗磨承載性能、沉積物控制能力以及抗密封件溶脹性。其典型理化性能見表2。

所采用的高粘度指數(shù)聚α-烯烴有別于常規(guī)的聚α-烯烴，其除了具有常規(guī)聚α-烯烴的諸多特性之外；還有許多更優(yōu)異的性質(zhì)，特別是粘度指數(shù)極高，極高的粘度指數(shù)使其在低溫下具有較好的流動(dòng)性；在高溫下容易獲得具有較高彈性流體的潤(rùn)滑油膜厚度；特別適用于對(duì)抗磨性要求較高的工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中。高粘度指數(shù)聚α-烯烴的典型理化性 能見表2。

表2 烷基萘(AN)與高粘度指數(shù)聚α-烯烴(PAO)的典型理化指標(biāo)Table 2 The typical physical and chemical properties of alkyl naphthalene (AN)and high viscosity index of thepoly-alpha-olefin (PAO)

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用烷基萘與蓖麻基癸二酸二辛酯復(fù)合的合成油作為基礎(chǔ)油，雖然改進(jìn)了基礎(chǔ)油的抗磨性能以及承載能力，以及了基礎(chǔ)油對(duì)添加劑的溶解能力，但還存在某些不足。為了提高基礎(chǔ)油的綜合性能，將高粘度指數(shù)聚α-烯烴復(fù)合到基礎(chǔ)油中，可獲得較高性價(jià)比的基礎(chǔ)油；高粘度指數(shù)聚α-烯烴的使用，一方面彌補(bǔ)了癸二酸二辛酯存在丁腈橡膠發(fā)脹變硬的不足；另一方面提高了基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)，使研制油在更寬溫度范圍內(nèi)保持有效粘度，從而起到節(jié)能效果[7]。同時(shí)，烷基萘、蓖麻基癸二酸二辛酯與高粘度指數(shù)聚α-烯烴復(fù)合，可充當(dāng)良好密封件膨脹劑，對(duì)閥件、密封件有很好的相容性，有利于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的密封，以避免液壓系統(tǒng)油的油液跑、冒、滴、漏。

3 添加劑

目前，由于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)技術(shù)水平的提高，對(duì)其所用的抗磨液壓油性能要求越來越高，僅僅依靠基礎(chǔ)油所具有的特性，已難以滿足工程機(jī)械液壓系統(tǒng)在日益苛刻的條件下使用；因此，通過對(duì)添加劑的篩選，并考察了添加劑的感受性和協(xié)同性，采用多種功能添加劑進(jìn)行復(fù)合，以賦予抗磨液壓油某些特殊功能和提高油品的極壓抗磨性、熱氧化安定性、防腐蝕性、抗泡沫性以及抗乳化能力等性能[8,9]；以滿足工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求。

3.1 抗氧劑的選擇

由于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)要長(zhǎng)時(shí)間處于高溫、高速、粉塵、潮濕以及氣候多變的工況條件下運(yùn)行；液壓油循環(huán)頻率高，很容易與外界的水氣、雜質(zhì)接觸發(fā)生氧化，形成聚合物，而促使油品變質(zhì)。液壓油氧化生成的酸性物質(zhì)，會(huì)造成液壓系統(tǒng)中金屬的嚴(yán)重腐蝕；液壓油容易乳化和隨帶氣泡會(huì)造成液壓系統(tǒng)動(dòng)作遲緩、發(fā)熱、振動(dòng)、產(chǎn)生噪音，生成的油泥與積炭也會(huì)堵塞過濾器和液壓系統(tǒng)中其他間隙，進(jìn)而導(dǎo)致油溫進(jìn)一步升高，易使密封失效。為了延緩研制油的氧化速度，提高研制油的熱氧化安定性；實(shí)驗(yàn)室采用旋轉(zhuǎn)氧彈實(shí)驗(yàn)方法對(duì)抗氧劑進(jìn)行了考察，并綜合平衡了各因素，最終確定采用烷基二苯胺與2,6-二叔丁基酚復(fù)合作為抗氧劑。

3.2 極壓抗磨劑的選擇

隨著液壓系統(tǒng)趨向高壓、高速、大功率、小體積以及高性能方向發(fā)展，對(duì)研制油的極壓抗磨性能提出了更高要求。為了保證液壓元件得到良好潤(rùn)滑，減少部件之間的摩擦與磨損，提高系統(tǒng)工作效率，延長(zhǎng)液壓元件使用壽命。因此，研制油需要添加極壓抗磨劑以提高其抗磨、極壓性能。鑒于液壓系統(tǒng)大量使用有色金屬合金元件，限制了ZDDP的使用；因而采用芳基磷酸酯與硫化異丁烯復(fù)合作為極壓抗磨劑。通過四球試驗(yàn)機(jī)及齒輪試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)配效果進(jìn)行了試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。

表3 極壓抗磨劑的復(fù)配效果Table 3 The synergistic effect of extreme pressure anti-wear agent

3.3 清凈分散劑的選擇

液壓油在工作過程中，由于塵土與自身氧化或水解產(chǎn)生的酸性物質(zhì)混合在一起，就會(huì)逐漸產(chǎn)生油泥、漆膜、積炭等物質(zhì)；從而導(dǎo)致油品變質(zhì)，腐蝕加重，使柱塞環(huán)粘結(jié)，油路、閥件和過濾器堵塞等。為了保證研制油具有良好的過濾性、流動(dòng)性以及潔凈度，采用高堿值合成磺酸鈣與高堿值烷基水楊酸鈣復(fù)合作為清凈劑。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合清凈劑對(duì)提高研制油的水解安定性和熱穩(wěn)定性也有較好的效果。另外，采用高分子丁二酰亞胺（低氮）與單丁二酰亞胺（高氮）復(fù)合作為分散劑，以使油泥、積炭等物質(zhì)溶解在油相中便于過濾去除，提高了研制油的使用壽命，降低了液壓系統(tǒng)的磨損。

3.4 防銹劑的選擇

液壓系統(tǒng)的元件在野外施工過程中，極易與空氣、水分以及腐蝕介質(zhì)接觸而發(fā)生銹蝕；致使液壓元件精度下降，銹蝕顆粒也會(huì)進(jìn)一步造成部件的腐蝕磨損。這就要求研制油具有較強(qiáng)的防銹抗蝕能力。因此，在研制油中，采用烯基丁二酸半酯與苯并三氮唑復(fù)合作為防銹劑，以抑制銹蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時(shí)，采用GB/T11143銹蝕試驗(yàn)方法和GB/T5095銅片試驗(yàn)方法對(duì)防銹劑的協(xié)合效應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 防銹劑協(xié)合效應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The test results of synergistic effect of corrosion inhibitor

3.5 抗泡劑與抗乳化劑的選擇

在液壓系統(tǒng)中，液壓油主要起到傳遞能量的作用。因此，抗泡沫性與空氣釋放性是液壓油重要的使用性能指標(biāo)之一。由于水分、空氣的混入，添加劑的存在，在高壓、高速流動(dòng)的液壓油很容易產(chǎn)生泡沫，導(dǎo)致油品的潤(rùn)滑條件惡化，系統(tǒng)工作效率下降，傳動(dòng)反應(yīng)慢，動(dòng)作無力，甚至可能產(chǎn)生異常的噪聲、振動(dòng)、氣穴腐蝕現(xiàn)象。為此，在研制油中采用聚丙烯酸酯作為抗泡劑(注意了含硅抗泡劑對(duì)空氣釋放值的影響)，以抑制抗磨液壓油的起泡性。

由于工程機(jī)械的特殊的工況特點(diǎn)，液壓油在使用過程中，大氣中的水分很容易滲入油相中，形成穩(wěn)定乳化液；從而加速了油品的變質(zhì)，降低了油品潤(rùn)滑性能，加劇了液壓元件的腐蝕磨損。因此，在油品的研制過程中，采用胺與環(huán)氧化合物縮合物和聚醚類高分子化合物復(fù)合作為抗乳化劑，以提高液壓油的抗乳化性能。

4 研制油理化性能評(píng)定與實(shí)際使用

采用烷基萘、蓖麻基癸二酸二辛酯與高粘度指數(shù)聚α-烯烴復(fù)合的合成油作為基礎(chǔ)油，并添加多種功能添加劑（不含ZDDP），研制出一種工程機(jī)械專用抗磨液壓油。經(jīng)過多次臺(tái)架試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，研制油能很好地滿足工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的使用。其典型理化指標(biāo)見表5。

4.1 水解安定性評(píng)定

研制油與普通礦物型抗磨液壓油存在很大差別，是由于研制油中含有線性結(jié)構(gòu)的癸二酸二辛酯，其在高溫潮濕的工況條件下，會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生游離脂肪酸，從而導(dǎo)致油品酸值上升，性能下降。在油品研制過程中，采用 SH/T0301方法對(duì)研制油水解安定性能進(jìn)行了測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果見表5。

表5 研制油的典型理化指標(biāo)Table 5 The typical physical and chemical properties of the developed oil

4.2 研制油的實(shí)際使用

為了更好的了解研制油在實(shí)際使用效果，將所研制油品應(yīng)用于某公司的3臺(tái)TY320型推土機(jī)和3臺(tái)SY335C-8型挖掘機(jī)上進(jìn)行共計(jì)1200h的實(shí)際使用試驗(yàn)。經(jīng)過一個(gè)周期的使用試驗(yàn)后，其結(jié)果顯示，不僅液壓元件均未產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，液壓缸體表面光潔、無磨痕；而且液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)、動(dòng)作準(zhǔn)確、無明顯抖動(dòng)以及過熱情況發(fā)生，很好的滿足了工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的使用要求。

5 結(jié) 論

（1）采用烷基萘、蓖麻基癸二酸二辛酯與高粘度指數(shù)聚α-烯烴復(fù)合的合成油作為基礎(chǔ)油，添加多種功能添加劑（不含ZDDP），研制出一種工程機(jī)械專用抗磨液壓油。經(jīng)過潤(rùn)滑油各項(xiàng)模擬評(píng)定和臺(tái)架試驗(yàn)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足使用要求，并可達(dá)Denison HF-0質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）研制油的各項(xiàng)性能優(yōu)異，具有明顯的節(jié)能效果，不僅提高了工程機(jī)械液壓系統(tǒng)工作效率，延長(zhǎng)了其使用壽命和換油期；而且還可以適用于礦山機(jī)械和其他機(jī)械的液壓系統(tǒng)。

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