文 / 美孚工業(yè)潤(rùn)滑油

保持“最佳粘度”，激發(fā)液壓效能！
——論液壓油的“自我修養(yǎng)”

文 / 美孚工業(yè)潤(rùn)滑油

面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)需要不斷挖掘設(shè)備的潛能。因?yàn)閷?duì)于企業(yè)而言，即使是獲得微小的性能提升，也可能存在盈利與虧損的天壤之別。因而，在實(shí)際工業(yè)和工程機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用中，減少液壓系統(tǒng)中的能量損失，促進(jìn)設(shè)備的節(jié)能和增效成為各企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

近20多年來(lái)世界范圍內(nèi)的研究調(diào)查顯示，70-85%的液壓系統(tǒng)故障失效與液壓油有關(guān) 。因此，要想激發(fā)液壓系統(tǒng)更高的性能和能效，液壓油的選擇至關(guān)重要。能在較廣泛的工作溫度范圍中保持最佳粘度，這是一款科學(xué)配方的優(yōu)質(zhì)液壓油必須具備的“自我修養(yǎng)”！

保持“最佳粘度”，想說(shuō)愛(ài)你不容易！

液壓泵將電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油缸/馬達(dá)）再將液壓能轉(zhuǎn)換為輸出的機(jī)械能。在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，液壓泵的效能無(wú)法達(dá)到100%。常見(jiàn)的齒輪泵在這一過(guò)程中的能效僅為60-80%，柱塞泵也僅為75-90% 。

能量損失有兩種主要形式：機(jī)械損失（能量在摩擦中損失）和容積損失（液體在泵內(nèi)泄漏（損耗）造成的能量損失）。泵內(nèi)機(jī)械和容積損失的量取決于液壓油的粘度和潤(rùn)滑性：液壓油粘度越高，機(jī)械損失越高；而液壓油粘度越低，容積損失則越高（見(jiàn)圖1）。因此，要想獲得最理想的液壓效率，必須在最大程度上使運(yùn)行過(guò)程中的液壓油處于最佳的粘度范圍。

圖1

然而，要將液壓油的粘度保持在最佳效率的范圍并非易事。由于液壓油的粘度會(huì)隨溫度的變化而變化，溫度升高，粘度降低，而溫度降低時(shí)，粘度升高。因此，往往通過(guò)加入特殊的、增強(qiáng)粘度的添加劑來(lái)增強(qiáng)高溫和低溫狀態(tài)下的液壓油粘度測(cè)定結(jié)果；但在使用過(guò)程中，這些添加劑往往會(huì)受制于剪切力造成的負(fù)作用，令實(shí)際效果大打折扣。因此，只有采用能同時(shí)解決以上兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的科學(xué)配方才能造就真正優(yōu)質(zhì)的液壓油。

粘度VS溫度，高VI當(dāng)仁不讓！

為了確保系統(tǒng)的效率，液壓油在低溫時(shí)應(yīng)具有良好的泵送性能，而在高溫時(shí)則應(yīng)具有足夠的油膜厚度。粘度與溫度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系也稱為流體的粘度指數(shù)(VI)，相比粘度指數(shù)(VI)較低的液壓油，具有較高粘度指數(shù)(VI)的液壓油，其粘度隨溫度變化的速度較慢。為了增強(qiáng)液壓油的粘度指數(shù)（VI），往往在配方中使用特殊的粘度指數(shù)改進(jìn)劑，這些由高分子聚合物構(gòu)成的添加劑能夠較好地降低溫度對(duì)粘度的影響，VI改進(jìn)劑隨溫度升高而膨脹，抵消了基質(zhì)液壓油粘度降低的影響；而在低溫狀態(tài)下，VI改進(jìn)劑收縮，此時(shí)液壓油的基礎(chǔ)油特性將成為影響液壓油粘度的主要因素。（見(jiàn)圖2）。

圖2

高VI下的隱憂，剪切穩(wěn)定性！

然而，即使獲得了高VI的液壓油，也不能高枕無(wú)憂。VI改進(jìn)劑受到剪切的長(zhǎng)久影響會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。剪切力增強(qiáng)會(huì)降低液壓油的粘度和耐高溫特性，液壓油的工作穩(wěn)定范圍(TOW：最高和最低的工作溫度范圍)會(huì)隨之減小，粘度損耗很可能造成設(shè)備在高溫操作環(huán)境中磨損，并導(dǎo)致故障產(chǎn)生。

在完全一致的試驗(yàn)環(huán)境下對(duì)兩種高VI液壓油進(jìn)行測(cè)試，剪切不穩(wěn)定的液壓油的粘度在設(shè)備運(yùn)行后很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)大幅下降，甚至無(wú)法達(dá)到ISO粘度級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)；而能保證剪切穩(wěn)定的液壓油，其粘度能在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持一致；這兩種不同的液壓油對(duì)液壓系統(tǒng)的潤(rùn)滑和運(yùn)行會(huì)帶來(lái)截然不同的效果（見(jiàn)圖3）。

圖3

因此，在選用高VI液壓油之前判斷他們的剪切穩(wěn)定性也同樣格外重要。通常采用的方法有三種：

DIN 51382-Bosch: 噴射器試驗(yàn)是三種方法中被認(rèn)為要求最低的一種。試驗(yàn)液壓油在2550psi的壓力狀態(tài)下運(yùn)行250周然后測(cè)量其粘度的變化情況。

ASTM D5621: 音速剪切法的操作如下：將液壓油式樣放入音速振蕩器中40分鐘并剪切，測(cè)量其粘度的變化。美國(guó)的一些原始設(shè)備制造商非常推崇這種試驗(yàn)，但該試驗(yàn)?zāi)壳罢谥鸩奖籆EC L45-A-99 KRL圓錐滾柱軸承試驗(yàn)所取代。

CEC L45-A-99:目前，KRL圓錐滾柱軸承試驗(yàn)日益成為世界各地原廠制造商進(jìn)行試驗(yàn)的首選方法。這種試驗(yàn)被認(rèn)為是要求最為嚴(yán)格，也最為接近實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)性能關(guān)系的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)油料在裝配好的圓錐滾柱軸承內(nèi)流動(dòng)（設(shè)計(jì)載荷條件下）20小時(shí)。通過(guò)測(cè)量測(cè)試前后的不同粘度值，進(jìn)行粘度損失的百分比對(duì)比。（圖4顯示了在KRL圓錐滾柱軸承試驗(yàn)中，相較于剪切不穩(wěn)定的潤(rùn)滑油，剪切穩(wěn)定潤(rùn)滑油其粘度損失降低了12.6%）

圖4

美孚DTE 10超凡TM系列是美孚工業(yè)潤(rùn)滑油研發(fā)的專門用來(lái)抵抗高速剪切的領(lǐng)先的液壓油。其優(yōu)秀的剪切穩(wěn)定性可以從受控的臺(tái)架測(cè)試中一目了然。相關(guān)測(cè)試在模擬2,000psi和52C嚴(yán)苛工作條件下運(yùn)行的葉片泵上進(jìn)行，在測(cè)試期間，美孚DTE 10超凡TM系列在剪切力作用下始終保持著較高的粘度；與之相對(duì)應(yīng)的，參加測(cè)試的礦物潤(rùn)滑油產(chǎn)品則在短短一天之內(nèi)就由于剪切作用的影響而導(dǎo)致粘度超出了控制范圍。

圖5

綜上所述，剪切穩(wěn)定、粘度指數(shù)高是評(píng)價(jià)液壓油的重要前提，只有具備這樣的“自我修養(yǎng)”，才可以在較廣泛的工作溫度范圍中保持液壓油的最佳粘度，提供卓越的設(shè)備保護(hù)，并激發(fā)液壓系統(tǒng)的效率！