適用于中國非公路設備發展的液力傳動油技術

黃東升++趙治宇++徐晶晶++崔海濤

摘要：文章介紹了中國非公路機械近年的發展現狀，對中國市場多種液力傳動油產品的性能特點進行了分析，結合國際液力傳動油規格和國內多種傳動設備的實際工況，提出了國內液力傳動油技術在抗氧化、抗磨、防腐蝕性和摩擦特性等多項性能的要求，為產品開發提出了有益的指導。

關鍵詞：液力傳動油；防腐蝕；抗氧化

中圖分類號：TE626.38文獻標識碼：A

Hydraulic Transmission Oil Technology to Match Developing

China Off-road Vehicle

HUANG Dong-sheng， ZHAO Zhi-yu， XU Jing-jing， CUI Hai-tao

（PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute， Dalian 116032， China）

Abstract：In this paper， the development status of China off-road vehicle in recent years and the analysis on the performance characteristics of multiple hydraulic transmission oils in Chinese market were introduced. According to the international specifications of hydraulic transmission oil and the actual conditions of domestic multiple transmission equipments， the requests of oxidation resistance， abrasion resistance， corrosion resistance and frictional characteristic were put forward for domestic hydraulic transmission oil in order to provide a useful guidance for product development.

Key words：hydraulic transmission oil； corrosion resistance； oxidation resistance

0引言

非公路設備行業現已成為一個國家的基礎支柱產業，在國民經濟中占有重要的地位。2006-2014年，我國工程機械市場一直保持了快速增長。我國工程機械企業數量多，規模大，2015 全球工程機械50強中中國企業占據了八席。

2015年以來，隨著市場飽和，行業發展問題開始凸顯，市場同質化嚴重，產能過剩。與2014年相比，整體市場銷售收縮，如挖掘機銷量同比下降377%，裝載機銷量下降511%，其他品種也有不同程度的下滑。

有實力的企業開始市場困局中尋求突破，技術創新是最有效的道路。零部件是主機發展的基礎和核心要素。工程機械整機每推出一項新技術或新產品，都與零部件密切相關。變速箱是非道路行駛設備中重要零部件之一，在中國市場具有低端技術非常成熟、高端技術發展遲緩的特點。這也造成我國非公路設備用液力傳動油品種多樣，市場應用最廣泛的產品是6號液力傳動油和8號液力傳動油，高端進口設備多使用滿足Caterpillar TO-4規格、Alison C-4規格的液力傳動油或ATF品種。

非公路設備行業的技術發展對市場占有率最大的6號液力傳動油和8號液力傳動油產品的抗氧化性能、高溫防腐蝕性能、抗剪切性和低溫啟動等多項性能也提出了新的要求。

1非公路設備傳動設備現狀

目前國內外非公路設備使用的變速箱均是采用液壓多片式離合器動力換擋，按照結構可分為行星式和定軸式兩類。

行星式變速箱輸入軸與輸出軸同軸布置由行星齒輪排傳遞動力，傳動齒輪為直齒齒輪，模數比定軸式小，傳動效率比定軸式低，常用于推土機、裝載機等。定軸式各傳動軸平行布置，傳動齒輪為直齒或斜齒，齒輪模數較大，傳動效率高，常用于裝載機、叉車、平地機和壓路機等。

我國行星式液力變速箱技術成熟，在輪式裝載機上的應用最為廣泛，如柳工、臨工、廈工等諸多個主機廠均有自主生產能力。

國內定軸式變速箱技術則是在ZF公司的WG系列上引進消化吸收發展起來，代表廠家為柳州ZF和杭州前進齒輪箱集團。由于其性能可靠，故障率低，國內高檔的產品多使用這種變速箱。

進口的非公路設備或國內重型設備多使用進口變速箱，主要來自卡特彼勒、艾利遜和采埃孚。

2液力傳動油規格

目前國際具有影響力的非公路設備液力傳動油規格主要有卡特彼勒公司Caterpillar TO-4規格和艾利遜公司的 TES 439規格，兩者均為OEM規格。除此之外，滿足自動傳動液Dexron Ⅲ規格的油品也常被應用在非公路設備中。

國內液力傳動油標準一直以油品公司企業標準為主，2015年中國機械工業協會頒布了國內首個液力傳動行業標準JB/T 12194-2015，規定了液力傳動油的黏溫、抗剪切、抗腐蝕等多項性能。

表1比較了這四個規格中對油品關鍵技術指標的要求。潤滑油2016年第31卷

第5期黃東升等.適用于中國非公路設備發展的液力傳動油技術

OIL RESEARCH & APPLICATION油品研究與應用

由表1可以看出，與Allison TES 439規格、Caterpillar TO-4規格和Dexron Ⅲ規格相比，JB/T 12194-2015液力傳動油還是一個相對簡單的規格，對油品的黏溫性能、低溫性能、抗磨和防腐蝕性能做出了關鍵性要求，但沒有抗氧化和摩擦特性要求。

Allison TES 439和Caterpillar TO-4按照SAE J300要求分黏度級別，JB/T 12194-2015液力傳動油只則規定了一個黏度級別的油品。

3國內非公路行業發展對液力傳動油技術需求

2015年以來我國工程機械市場有所下滑給新技術發展帶來了契機，但國內行星齒輪變速箱成熟的技術和龐大的保有量均表明，未來相當長的一段時間6號液力傳動油和8號液力傳動油仍將是占據市場主導的品種。滿足Allison TES 439規格和Caterpillar TO-4規格的液力傳動油則占據高端市場。

但是，企業出于加強對工程機械潤滑油的管理，改善工程機械的潤滑條件、延長工程機械使用壽命、提升工程機械作業效率考慮，對目前在用的6號液力傳動油和8號液力傳動油提出了新的技術要求。

中國非公路設備發展的道路決定了國內的液力傳動油升級也將具備自身的特點。因此，需要真正引起重視，根據中國非公路設備變速箱發展的性能要求，合理開展油品研究工作。將液力傳動油的具體性能要求進行分析。

3.1黏溫特性

選用不同黏度的潤滑油非常重要。如果潤滑油黏度不高，容易導致降低油膜的厚度，影響其承載能力，不能發揮密封作用。而機油如果黏度過大，會讓發動機長時間處于低溫狀態，難以啟動，甚至造成較大的功率損失，影響清洗與冷卻。這樣既增加了運轉阻力，還浪費動力，讓機械出現更嚴重的磨損，降低運轉的可靠性、靈活性及準確性。此外，油品黏度不高，可能會導致密封系統出現泄漏，產生故障，在潤滑不良的條件下降低機械的功率。

收集國內最具有影響力的兩個品牌6號液力傳動油（A-6和B-6）和8號液力傳動油（A-8和B-8）進行了分析，評價了其黏溫性能、抗磨性能和剪切性能。

由表3分析的數據可以看出，6號液力傳動油和8號液力傳動油除了100 ℃黏度差別外，8號液力傳動油的黏度指數高于6號液力傳動油，低溫性能稍優，但剪切性能更差，甚至不能滿足JB/T 12194-2015的技術要求。這可能是8號液力傳動油中使用了更多的黏度指數改進劑。

對四個油品的抗磨性進行了分析，FZG齒輪機試驗和液壓泵試驗結果顯示這四種油品抗磨性能基本相當，黏度降低并沒有影響6號液力傳動油的抗磨性能。

在實際使用過程中，有許多工程機械用戶在選擇6號液力傳動油和8號液力傳動油上出現疑惑。結合表2國際最具有影響力的兩個規格液力傳動油的黏度劃分，6號液力傳動油的黏度級別接近10W黏度要求，適合春秋兩季選用，但其低溫啟動性能可能不能滿足冬季需求。8號液力傳動油適合在夏季選用，但較差的剪切安定性使其在夏季的優勢并不明顯。實際上，已經有南方用戶將6號液力傳動油作為全季度品種使用。

JB/T 12194-2015液力傳動油中則只規定了一種黏度的液力傳動油，要求100 ℃的運動黏度不小于70 mm2/s，并且規定了剪切性能和低溫性能，彌補了以上兩個品種的各自缺陷。

Caterpillar TO-4 規格中對于黏度的設計也非常適合未來國內液力傳動油的市場，10W和30兩個單級油可以覆蓋中國絕大部分地區使用，減少黏度指數改進劑的加量使油品的黏溫性能更加穩定。

3.2氧化安定性

工程機械價格昂貴，備用品很少，并長時間處于工作狀態?，F場檢修工程機械和換油都很不方便，會受到各種因素的阻礙。同時出于節能環保和控制成本的考慮，國內企業對液力傳動油的換油周期有了更高的需要。為了讓工程機械的這些要求得到真正滿足，選擇的潤滑油要有較好的氧化安定性。

從市場購置了滿足Caterpillar TO-4 （10W黏度）液力傳動油（以下稱C-10W），與A-6、B-6、A-8和C-8四個油品進行了氧化安定性評價。

采用NB/SH/T 0904液力傳動油氧化評定方法（反應溫度165 ℃，銅片和鋼片催化，氧化時間196 h）評價了五個油品，分析試驗后油品黏度和酸值變化，同時評價銅片顏色等級。見表4。

根據表4數據可以看出，國內6號液力傳動油和8號液力傳動油四個油品抗氧化性試驗結果均要差于C-10W許多，試驗結束后產生油泥現象明顯，對銅片的腐蝕性更大。

目前國內6號液力傳動油和8號液力傳動油換油周期在500～750 h，將換油周期延長到1000 h以上是市場普遍需求，提高油品的氧化安定性是未來液力傳動油急需提高的性能。

JB/T 12194-2015液力傳動油標準中沒有氧化安定性技術指標要求，是一項重要缺陷。

3.3防銹和防腐蝕性能

大部分工程機械在室外作業，現場環境的氣體有較強的腐蝕性，或者是煙塵較重，這樣在雨水、濕氣的侵襲下，以及腐蝕性氣體與煙塵的侵蝕下，導致工程機械出現磨損與銹蝕情況。在潤滑油高溫氧化過程中會產生大量酸性物質，容易對變速箱內銅基離合器片產生腐蝕。國內行星齒輪變速箱在夏季油溫有時能達到120～130 ℃，這對液力傳動油的高溫防腐蝕性能提出更高的要求。

根據JB/T 12194-2015液力傳動油標準中技術指標要求，對國內幾種油品進行了分析，具體見表5。

TES 439規格和Caterpillar TO-4 規格在防銹蝕性能中都要求通過潮濕箱試驗。

JB/T 12194-2015 規格中要求的銅片腐蝕試驗（150 ℃，3 h）和液相銹蝕已經可以基本滿足國內非公路設備應對環境的基本需求，保證油品在雨水或濕氣中的正常工作能力是值得關注的性能。

3.4摩擦特性

摩擦特性是液力傳動油最重要的性能之一。TES 439規格、Caterpillar TO-4 規格和Dexron Ⅲ規格均有自己的摩擦臺架要求，并且是規格中核心技術指標。國內JB/T 12194-2015規格中并沒有摩擦臺架技術要求。

用國內8號液力傳動油在SAE NO2試驗機上進行過多種方法的摩擦性能的評價，但從沒有得到過滿意的結果。圖1顯示了采用Dexron Ⅲ規格要求摩擦方法評定A-8液力傳動油的數據。

還進行了A-6、B-6和B-8在SAE NO2摩擦臺架的測試，結果與圖1顯示結果近似，四種均沒有顯示出好的摩擦特性。

但對于國內非公路設備選用的銅粉末冶金摩擦片的變速箱來說，與國際三種最具有影響力的液力傳動油規格各自開發的摩擦特性評定方法并沒有必然的關聯性。6號液力傳動油或8號液力傳動油在實際使用過程中與國內行星齒輪變速箱摩擦特性匹配良好。杭齒和柳工在開發的定軸式變速箱說明書中，也明確推薦使用8號液力傳動油。

這說明國內6號液力傳動油和8號液力傳動油在摩擦臺架評價結果雖然較差，但對其改進并不是十分必要。摩擦特性作為液力傳動油的最重要的性能之一，由于國內變速箱零部件結構特點，成為了最容易滿足的性能。

4結論

我國非公路設備用液力傳動油的技術新要求與變速箱零部件的產業發展息息相關。市場需要滿足TES 439規格和Caterpillar TO-4規格的高端液力傳動油，但同時需要對于應用最廣泛的6號液力傳動油和8號液力傳動油進行精細化改進，以適應國內市場發展需求。

向市場推出更合理的黏度級別和黏溫性能的液力傳動油品種，提高液力傳動油的氧化安定性和清凈性，維持液力傳動油在潮濕環境中的工作能力，是未來一段時間內在技術上提高液力傳動油產品競爭力的有效方式。收稿日期：2016-07-25。