文彥龍

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司北京研究院

機(jī)械傳動(dòng)能量的消耗主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)這兩個(gè)系統(tǒng)的損耗為主。其中，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的功率損失占汽車(chē)行駛過(guò)程中功率總消耗的比例比較大，約40%～60%，因此傳動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞就顯得十分重要。潤(rùn)滑油是機(jī)械行業(yè)中使用最為廣泛的潤(rùn)滑劑，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱以及驅(qū)動(dòng)橋等部件起著潤(rùn)滑、冷卻、清潔以及密封等作用。潤(rùn)滑油的選用直接影響傳動(dòng)效率。不同條件及工況下使用的潤(rùn)滑油均不相同，不同的潤(rùn)滑油對(duì)于機(jī)械的影響也不盡相同。

農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備由于傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，潤(rùn)滑油使用品種多，且不統(tǒng)一。為了直觀對(duì)比農(nóng)業(yè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)所用潤(rùn)滑油產(chǎn)品的燃油經(jīng)濟(jì)性，本文選取了液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油、液壓傳動(dòng)兩用油和液壓油這3種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)使用頻次較多的潤(rùn)滑油產(chǎn)品，通過(guò)一系列模擬臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，分析了不同潤(rùn)滑油對(duì)傳動(dòng)效率的影響[1]。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)油樣理化性能

本研究所選用中石化的液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油（1052）、液壓傳動(dòng)兩用油（1051）和46號(hào)抗磨液壓油（1050），油品理化數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)油品的理化性能數(shù)據(jù)

試驗(yàn)儀器

EHL油膜厚度儀

EHL油膜厚度儀（圖1）是在彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑下，由電腦控制儀器測(cè)定油膜厚度。

MTM牽引力系數(shù)儀

MTM牽引力系數(shù)儀（圖2）是一款可靈活用于測(cè)量寬范圍滾動(dòng)和滑動(dòng)條件下，潤(rùn)滑和未潤(rùn)滑接觸面摩擦性能的通用設(shè)備，通過(guò)鋼球加載在鋼盤(pán)的表面，球和盤(pán)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)形成了滾動(dòng)/滑動(dòng)相混合的接觸。設(shè)備可通過(guò)壓力傳感器測(cè)量鋼球和鋼盤(pán)間的摩擦力。試樣的標(biāo)準(zhǔn)配置是一個(gè)直徑為19.05 mm(3/4英寸)的鋼球和一個(gè)直徑為46 mm的鋼盤(pán)。

FZG效率試驗(yàn)儀

FZG效率試驗(yàn)儀（圖3）是通過(guò)在FZG齒輪承載性能臺(tái)架上加裝扭矩傳感器，通過(guò)調(diào)節(jié)不同轉(zhuǎn)速、載荷級(jí)別來(lái)直接表征不同潤(rùn)滑油品及不同潤(rùn)滑模式下的扭矩?fù)p失。

圖1 EHL油膜厚度儀

結(jié)果與討論

一般情況下，齒輪傳動(dòng)所產(chǎn)生的扭矩?fù)p失主要由兩部分組成，一個(gè)是非負(fù)荷情況下的攪油損失，另一個(gè)是負(fù)荷情況下的摩擦損失。在非負(fù)荷條件下，油品處于彈性流體潤(rùn)滑狀態(tài)，因此，油品的壓黏性能決定了非負(fù)荷條件下扭矩?fù)p失的大小，而油品的壓黏性能主要由油品的油膜厚度和牽引力系數(shù)所決定；在負(fù)荷條件下，油品大多數(shù)處于混合或邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，因此，油品的添加劑的減摩特性決定了其扭矩?fù)p失。

圖2 MTM牽引力系數(shù)儀

圖3 FZG效率試驗(yàn)儀

油膜厚度分析

采用EHL油膜厚度儀測(cè)定了3種油品在不同溫度下的油膜厚度，結(jié)果分別見(jiàn)圖4～圖6。

對(duì)比表1中3種油品的理化數(shù)據(jù)，可以看出，油膜厚度的大小與油品的黏度數(shù)據(jù)有相關(guān)性，黏度越大，其油膜厚度越大。從圖4～圖6中40 ℃、60 ℃和80 ℃的油膜厚度數(shù)據(jù)看出，液壓傳動(dòng)兩用油的黏度最大，其次是液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油，最后是HM46抗磨液壓油。

MTM牽引力系數(shù)分析

采用MTM牽引力系數(shù)儀測(cè)定了3種油品在一定滾動(dòng)/滑動(dòng)比、負(fù)荷條件下，不同溫度下的牽引力系數(shù)。結(jié)果分別見(jiàn)圖7～圖9。

牽引力系數(shù)主要表征了油品的摩擦系數(shù)。從圖7～圖9可以看出：

◇在低速情況下，油品處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，此時(shí)，牽引力系數(shù)主要由油品的添加劑組分所決定。液壓傳動(dòng)兩用油和液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油在低速時(shí)的牽引力系數(shù)較46號(hào)抗磨液壓油較低，因此，在邊界潤(rùn)滑條件下，雖然46號(hào)抗磨液壓油黏度較低，但由于其添加劑組分缺少減摩劑，無(wú)法提升整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率。

◇在高速情況下，油品處于混合潤(rùn)滑或彈性流體潤(rùn)滑狀態(tài)，此時(shí)的牽引力系數(shù)主要由油品的內(nèi)摩擦力所影響，即與基礎(chǔ)油的類型和黏度指數(shù)改進(jìn)劑有較大關(guān)系。高速時(shí)，液壓傳動(dòng)兩用油的牽引力系數(shù)最大，其次是46號(hào)抗磨液壓油，最后是液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油。這主要是因?yàn)樵谂浞缴希簤簜鲃?dòng)兩用油選用API I類基礎(chǔ)油，而46號(hào)抗磨液壓油和液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油則選用API II類或III類基礎(chǔ)油（一般情況下，API I類基礎(chǔ)油的牽引力系數(shù)最大，其次是API II類和III類基礎(chǔ)油）；同時(shí)，液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油添加了部分黏度指數(shù)改進(jìn)劑，使其具有最低的牽引力系數(shù)。

圖4 40 ℃時(shí)3種油品的油膜厚度曲線

圖5 60 ℃時(shí)3種油品的油膜厚度曲線

圖6 80 ℃時(shí)3種油品的油膜厚度曲線

圖7 40 ℃時(shí)3種油品的牽引力系數(shù)

圖8 60 ℃時(shí)3種油品的牽引力系數(shù)

圖9 80 ℃時(shí)3種油品的牽引力系數(shù)

圖10 30 ℃時(shí)3種油品的傳動(dòng)效率

圖11 60 ℃時(shí)3種油品的傳動(dòng)效率

FZG傳動(dòng)效率分析

EHL油膜厚度和MTM牽引力系數(shù)測(cè)定結(jié)果顯示，液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油油膜厚度和牽引力系數(shù)都較低，因此，理論上其具有優(yōu)異的提升傳動(dòng)效率的性能。為此選用FZG臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際工況進(jìn)行驗(yàn)證，考察了3種油品的傳動(dòng)效率，結(jié)果見(jiàn)圖10、圖11。

從圖10、圖11可以看出，在相同的輸入扭矩下，液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油的扭矩?fù)p失最低， 46號(hào)抗磨液壓油居中，液壓傳動(dòng)兩用油最高，這與之前EHL油膜厚度及MTM牽引力系數(shù)的測(cè)定結(jié)果相當(dāng)。

結(jié)論

影響機(jī)械傳動(dòng)效率的因素很多，不同潤(rùn)滑油由于所選基礎(chǔ)油種類以及添加劑的不同，其對(duì)于傳動(dòng)效率的影響也不盡相同，單純的追求通過(guò)低黏度油品來(lái)提升傳動(dòng)效率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。液壓傳動(dòng)制動(dòng)三用油由于選用了合適的基礎(chǔ)油和優(yōu)異的添加劑，雖然其黏度比46號(hào)抗磨液壓油較高，但其牽引力系數(shù)較低，使得其具有了優(yōu)異的提升傳動(dòng)效率的性能。