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第 4 2卷 第 6期 2 O 1 3年 6月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o ] . 4 2 . N 0 . 6 J u n e . 2 0 13 工程机械专用抗磨液压油的研制与应用 唐兴中, 粟满荣, 黄ff i I , 蓝明新,肖友程 广西大学化学化工学院,广西石化资源jJ II .T . 及过程强化技术重点实验室,广西 南宁 5 3 0 0 0 4 摘 要 针对 目前工程机械液压系统使用工况特点,通过有针对性的对基础油与添加剂进行筛选与预测; 采用烷基萘 、 癸二酸二辛酯f 蓖麻基 与高粘度指数聚 仅一 烯烃复合的合成油为基础油,并添加不含 Z D D P的添加 剂,研制出一种具有良好抗磨、抗氧、防锈等特性的工程机械专用抗磨液压油。经过润滑油理化性能评定与实 际使用发现 ,研制油能很好地满足工程机械液压系统的使用性能要求。 关键词工程机械; 癸二酸二辛酯; 添加剂; 抗磨液压油 中图分类号T E 6 2 6 . 3 8 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 30 6 0 7 2 5 0 5 De v e l o pm e n t a nd Appl i c a t i o n o f Spe c i a l An t i we a r Hydr a u l i c Oi l Us e d i n Eng i ne e r i ng M a c h i n e r y T ANG Xi n g- z ho n g, SU M a n r o n g, HUANG Fu c h u an, LAN M i n g- x i n, XI A0 Y o u - c h e n g Ke y L a b o r a t o r y o f Gu a n g x i P e t r o c h e mi c a l R e s o u r c e P r o c e s s i n g a n d P r o c e s s I n t e n s i fi c a t i o n T e c h n o l o g y ,S c h o o l o f C h e mi s t r y a n d Ch e mi c a l E n g i n e e r i n g,Gu a n g x i Un i v e r s i t y ,Gu a n g x i Na n n i n g 5 3 0 0 0 4,Ch i n a 1 Abs t r ac t Ai mi ng a t t he wor ki ng c o ndi t i o n c ha r a c t e r i s t i c s o f hyd r a ul i c s ys t e m us ed i n e n gi ne e r i ng ma c h i n e ry, ba s e oi l a n d a d d i t i v e s we r e p u r p o s e f u l l y s e l e c t e d a n d p r e d i c t e d . T a k i n g t h e s y n t h e t i c o i l o f a l k y l n a p h t h a l e n e . d i o c t y l s e b a c a t e c a s t o r b a s e a n d p o l y a l p h a o l e fi n w i t h h i g h v i s c o s i t y i n d e x a s b a s e o i l , a d d i n g t h e a d d i t i v e s w i t h o u t Z DD P , s p e c i a l a n t i we a r h y d r a u l i c o i l wi t h g o o d a n t i o x i d a t i o n . a n t i we a r a n d a n t i r u s t wa s d e v e l o p e d . Th e p h s i c a l a n d c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e h y d r a u l i c o i l we r e t e s t e d , a n d i t wa s p r a c t i c a l l y u s e d . Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e v e l o p e d o i l c a n we l l s a t i s f y t he pe r f o r ma nc e r e qu i r e me n t s o f hyd r a ul i c s ys t e m us e d i n e ng i n e e r i n g ma c hi ne ry . Ke y wo r d s E n g i n e e r i n g ma c h i n e ry; Di o c tyl s e b a c a t e ; Ad d i t i v e ; An t i we a r h y d r a u l i c o i l 随着我 国机械设计及制造技术水平不断提高 , 液压技术得到进一步发展和 日趋完善 。液压传动由 于具有易于实现直线运动 、功率质量之比大 、动态 响应快 、精度高 、调速范 围大 、运动平稳 、操作方 便 、自润滑等特点 ;因而被广泛应用于工程机械领 域中。液压传动是利用液体作为传动介质 ,并利用 液体压力 或动能来 传递能量和进行控制 的传 动方 式。液压油作为其至关重要组成部分之一 ,在液压 系统中不仅起到能量传动、转换与控制的作用 ;而 且还要对其进行冷却 、清洗 、润滑与密封。 根据液压油 的实际使用情况分析 ,目前我 国液 压油的综合性能还达不到相关液压设备的技术发展 需要 ,液压油的性能及标准在国家标准中要求仍然 比较低⋯ 。只要求通过V i c k e r s 1 0 4 C 叶片泵 台架即为 合格 ,台架的压力也只有 1 4 MP a ,而 目前工程机械 中所使用 的高压叶片泵 ,其压力却高达 3 0 MP a 以 上 ;此外还缺少高压柱塞泵的试验要求。因此 ,目 前普通抗磨液压油只能基本满足普通工业液压设备 要求 ,却难以满足现代工程机械液压系统的使用要 求 。 工程机械液压系统发展至今 已趋 向高压 、 高速 、 大功率 、高性能以及系统控制向更复杂 、更灵活的 方向发展 ;液压操纵 、电液比例操纵和液压伺服操 纵 ,逐步取代 了工程机械传统的杠杆操纵 ,高新技 术愈来愈多地被广泛应用于液压技术中,这都对配 套使用 的液压油提 出了更高的综合性能要求 。众 所周知 ,液压系统能否正常可靠 的工作 ,与液压油 的性能存在很大的关系。为了满足工程机械液压系 统用油要求 ,适应 日趋严格 的环保节能要求 ,简化 后勤保障,延长工程机械的使用寿命 ,研制专用于 工程机械液压系统 的抗磨液压油具有重要意义 。 1 研制油的技术要求 由于工程机械 的液压系统与普通工业液压系 统相 比,在结构设计 、制造精度 以及工作环境等方 面存在很大的差别;普通的抗磨液压油难以满足其 基金项 目 广西石化资源JmS - 及过程强化技术重点实验室主任基金项 目,项 目号2 0 1 2 Z 0 8 。 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 - 2 4 作者简介 唐兴 中 1 9 8 7 一 ,男,广西柳州人,硕士研究生,研究方向化工机械 的润滑及摩擦材料。E - m a i l t x z h o n g 1 5 i 6 3 . c o m 通讯作者 黄福川 1 9 6 3 一 ,男,教授 ,研究方 向化工机械的润滑及摩擦材料。E - m a i l h u a n q f u c h u a n q x u . e d u . C n 。 化 工 2 0 1 3年 6月 添加剂溶解性能的烷基萘 、蓖麻基癸二酸二辛酯与 高粘度指数聚 一 烯烃复合 的合成油作为基础油 , 经综合理化指标测试与台架模拟证明,是完全可行 性的。 选择 蓖麻基癸二酸二辛酯作为工程机械专用 抗磨液压油的基础油组分之一,是因为其具有倾点 低 、粘度指数高 、使用温度范围宽 、蒸发损失小 、 结焦少;具有 良好 的高低温 l生能 、润滑性能以及添 加剂感受性 , 优异的热氧化安定性能和抗剪切能力 , 出色的防腐蚀性能以及抗乳化性能。此外 ,癸二酸 二辛酯是由蓖麻经过一系列加工 、反应而得到的产 物,其原料来源广泛 ,制备工艺简单 ,成本相对低 廉 ,并具有很好 的可降解性和油溶性 。其典型理 化指标见表 1 。 使用要求。为此 ,结合工程机械复杂多变的工况特 点,所研制的工程机械专用抗磨液压油除了具有 良 好的粘温性能、防锈性、抗腐蚀性、抗剪切性、 抗 乳化性、水解安定性、生物降解性 、 不可压缩性、 抗泡沫性以空气释放性之外 ;还应满足下列主要技 术要求 1 良好的极压承载、 抗磨性以及洁净度 。工 程机械液压系统的工作压强高 ,制造精密 ,公差配 合小 ;为了保证液压泵 包括叶片泵和柱塞泵 在 高压 、高速 、重载、冲击的苛刻条件下正常工作 , 对研制油的洁净度和极压承载、抗磨性提出了更高 的要求。 2较高的静摩擦系数 。在工程机械 的转向 和制动系统中,普遍采用液压操纵 的湿式转向离合 器和制动器技术。由于湿式转 向离合器存在摩擦系 数 比较小 ,需要更大压紧力的特点 ,以及要求抗磨 液压油具有高静摩擦系数的液力变矩器的应用,这 些都要求研制油品必须具有更高的静摩擦系数 。 3优异 的热氧化安定性 。由于行走系统广 泛应用于工程机械 中;因而液压系统被设计成结构 紧凑,油箱尺寸小 ,液压油加注量少 ,使液压油循 环使用频率的增加 ; 同时 , 在工程机械液压系统中, 没有设置专用的冷却器 ,导致工作时 ,油温极易过 高 ,加速油品的氧化。为此要求研制油具有更好的 热氧化安定性。 4良好 的过滤性。工程机械长期处于野外 作业 ,工况条件复杂多变 ,水分 、尘土以及微小杂 质颗粒很容易进入液压系统 , 会加速精密的叶片泵 、 柱塞泵及相关阀件的磨损 ,缩短其使用寿命 ;为此 要求研制油品具有 良好的分散 、增溶和过滤性 。 2 基础油的筛选 由于 占润滑油 8 0 %以上 的基础油是影响润滑 油整体性能的决定性 因素 ;因此选取具有 良好特性 的基础油成为研制油的关键之一。经过实际调研分 析可知 以单一种类 的动植物油 、矿物油或合成油 作为基础油的抗磨液压油 ,应用于工程机械的液压 系统 中,很容易出现如液压泵磨损 ,油温过高,阀 件 、密封件损坏严重以及液压系统动作无力 、行动 迟缓 、发热 、产生噪音等故障。为此 ,针对工程机 械液压系统发展趋势要求和使用工况特点 ,提 出采 用两种或多种基础油复合使用 ,以充分利用各 自的 优点,并弥补各 自的不足。在充分考虑润滑油品经 济性 的同时 ,改善油品的其他相关性能 ,通过人工 神经网络算法 ,有针对性 的对多种基础油进行筛选 和预测 ; 最终选择具有较好极压抗磨 、 抗高温氧化 、 表 1 癸二酸二辛酯 的典型理化指标 Ta bl e 1 The t ypi c a l phys i c a l a nd c he mi c a l pr o pe r t i e s of di oc t yl s e bac a t e 烷基萘主要是由线性 一 烯烃与萘 ,在特定催 化剂作用下合成得到,属于A P I 的V 类基础油 ,其核 心萘环上的烷基键长度与烷基基团的数 目直接影响 化合物的理化性能 , 包 括倾点 、挥发性等物理特性 。同时 ,由于其 自身 的芳香环框架结构和烷基基 团, 赋予了其作为液体润滑剂兼备了很多优良性质。 比如 ① 良好 的氧化安定性 ,由于烷基萘中含有可 以吸收氧的富电子萘环 , 可有效阻止了氧化的发生 ; ②优异的热稳定性 ,烷基萘仅由C c 和C H共价键 构成 ,需要很高的离解能;③ 良好的溶解性和分散 性 ,对非极性烃类油和极性基础油或添加剂具有较 高的溶解分散能力以及可使沉积物溶解分散在油相 中;④突出的水解安定性 ,其不存在易受水分子攻 击的官能团;⑤优异的抗磨承载性能 、沉积物控制 能力以及抗密封件溶胀性 。 其典型理化性能见表 2 。 所采用的高粘度指数聚 仅一 烯烃有别于常规 的 聚 O /. 一 烯烃 ,其除了具有常规聚 O L 一 烯烃的诸多特 }生 之外 ;还有许多更优异的性质 ,特别是粘度指数极 高,极高的粘度指数使其在低温下具有较好的流动 性 ;在高温下容易获得具有较高弹性流体的润滑油 膜厚度 ;特别适用于对抗磨性要求较高的工程机械 液压系统中。高粘度指数聚 一 烯烃 的典型理化性 第 4 2 卷第 6期 唐兴中,等工程机械专用抗磨液压油的研制与应用 7 2 7 能见表 2 。 表 2 烷基萘 AN 与高粘度指数聚 a一 烯烃 P A O 的典型理化指标 T a b l e 2 T h e t y p i c a l p h y s i c a l a n d c h e mi c a l p r o p e r t i e s o f a l k y l n a p h t h a l e n e A N a n d h i g h v i s c o s i ty i n d e x o f t h e p o l y - a l p h a o l e fi n P AO 经过多次实验研究发现 ,采用烷基萘与蓖麻基 癸二酸二辛酯复合的合成油作为基础油 ,虽然改进 了基础油的抗磨性能以及承载能力 ,以及了基础油 对添加剂的溶解能力 ,但还存在某些不足 。为 了提 高基础油 的综合性能 ,将高粘度指数 聚 仅一 烯烃复 合到基础油 中,可获得较高性价 比的基础油 ;高粘 度指数 聚 一 烯烃的使用 ,一方面弥补了癸二酸二 辛酯存在丁腈橡胶发胀变硬的不足 ;另一方面提高 了基础油的粘度指数 ,使研制油在更宽温度范 围内 保持有效粘度 ,从而起到节能效果‘ 】 。同时 ,烷基 萘 、蓖麻基癸二酸二辛酯与高粘度指数 聚 一 烯烃 复合 ,可充当良好密封件膨胀剂 ,对 阀件 、密封件 有很好的相容性 , 有利于工程机械液压系统的密封 , 以避免液压系统油的油液跑 、冒、滴 、漏 。 3 添 加 剂 目前 ,由于工程机械液压系统技术水平 的提 高,对其所用的抗磨液压油性能要求越来越高,仅 仅依靠基础油所具有的特性 ,已难以满足工程机械 液压系统在 日益苛刻的条件下使用 ;因此 ,通过对 添加剂 的筛选 , 并考察了添加剂的感受性和协同性 , 采用多种功能添加剂进行复合 ,以赋予抗磨液压油 某些特殊功能和提高油品的极压抗磨性 、热氧化安 定性 、防腐蚀性 、抗泡沫性 以及抗乳化能力等性能 0 ;以满足工程机械液压系统的技术要求。 3 . 1 抗氧剂的选择 由于工程机械液压系统要长时间处于高温 、高 速 、粉尘 、潮湿以及气候多变的工况条件下运行 ; 液压油循环频率高 ,很容易与外界的水气 、杂质接 触发生氧化 ,形成聚合物 ,而促使油 品变质。液压 油氧化生成的酸I 生物质 ,会造成液压系统 中金属的 严重腐蚀 ;液压油容易乳化和随带气泡会造成液压 系统动作迟缓 、发热 、振动 、产生噪音 ,生成 的油 泥与积炭也会堵塞过滤器和液压系统中其他 间隙, 进而导致油温进一步升高 ,易使密封失效。为了延 缓研制油的氧化速度 , 提高研制油的热氧化安定性 ; 实验室采用旋转氧弹实验方法对抗氧剂进行 了考 察 ,并综合平衡了各因素 ,最终确定采用烷基二苯 胺与 2 , 6 一 二叔丁基酚复合作为抗氧剂。 3 . 2 极压抗磨剂的选择 随着液压系统趋向高压、高速 、大功率 、小体 积以及高性能方向发展 ,对研制油的极压抗磨性能 提出了更高要求。 为了保证液压元件得到 良好润滑 , 减少部件之间的摩擦与磨损 ,提高系统工作效率, 延长液压元件使用寿命 。因此 ,研制油需要添加极 压抗磨剂以提高其抗磨 、极压性能。鉴于液压系统 大量使用有色金属合金元件 , 限制了 Z D D P的使用 ; 因而采用芳基磷酸酯与硫化异丁烯复合作为极压抗 磨剂。通过四球试验机及齿轮试验机对复配效果进 行了试验 ,其试验结果见表 3 所示。 表 3 极压抗磨剂的复配效果 Ta bl e 3 Th e s yne r g i s t i c e f f e c t of e x t r e m e pr e s s ur e a nt i - we a r ag e nt 3 . 3 清净分散剂的选择 液压油在丁作过程 中,由于尘土与 自身氧化或 水解产生的酸陛物质混合在一起 ,就会逐渐产生油 泥 、漆膜 、积炭等物质 ;从而导致油品变质,腐蚀 加重 ,使柱塞环粘结 ,油路 、阀件和过滤器堵塞等。 为了保证研制油具有 良好的过滤性 、流动性 以及洁 化 工 2 0 1 3年 6月 净度,采用高碱值合成磺酸钙与高碱值烷基水杨酸 钙复合作为清净剂。经实验研究发现,该复合清净 剂对提高研制油的水解安定性和热稳定性也有较好 的效果 。另外 ,采用高分子丁二酰亚胺 低氮 与 单丁二酰亚胺 高氮 复合作为分散剂 ,以使油泥、 积炭等物质溶解在油相 中便于过滤去除,提高了研 制油的使用寿命,降低了液压系统的磨损。 3 . 4 防锈剂的选择 液压系统的元件在野外施工过程 中,极易与空 气 、水分 以及腐蚀介质接触而发生锈蚀 ;致使液压 元件精度下降 ,锈蚀颗粒也会进一步造成部件的腐 蚀磨损。 这就要求研制油具有较强的防锈抗蚀能力。 因此 ,在研制油 中,采用烯基丁二酸半酯与苯并三 氮唑复合作为防锈剂 ,以抑制锈蚀现象的产生 。同 时 ,采用 G B / T 1 1 1 4 3锈蚀试验方法和 G B / T 5 0 9 5铜 片试验方法对防锈剂 的协合效应进行 了试验 ,其试 验结果见表 4 。 表 4 防锈剂协合效应 的试验 结果 Tabl e 4 The t e s t r es ul t s of s yne r g i s t i c e f f e c t o f c or r o s i on i nh i bi t or 3 . 5 抗泡剂与抗乳化剂的选择 在液压系统中, 液压油主要起到传递能量的作 用 。因此 ,抗泡沫性与空气释放性是液压油重要的 使用性能指标之一。由于水分 、空气的混入 ,添加 剂的存在 ,在高压 、高速流动的液压油很容易产生 泡沫,导致油品的润滑条件恶化,系统工作效率下 降 ,传动反应慢 ,动作无力 ,甚至可能产生异常的 噪声、振动、气穴腐蚀现象。为此,在研制油中采 用聚丙烯酸酯作为抗泡剂f 注意了含硅抗 泡剂对空 气释放值的影响 ,以抑制抗磨液压油的起泡性。 由于工程机械的特殊的工况特点,液压油在使 用过程中,大气中的水分很容易渗入油相中,形成 稳定乳化液 ;从而加速了油品的变质 ,降低了油品 润滑性能,加剧了液压元件的腐蚀磨损。因此,在 油品的研制过程中,采用胺与环氧化合物缩合物和 聚醚类高分子化合物复合作为抗乳化剂,以提高液 压油的抗乳化性能。 4 研制油理化性能评定与实际使用 采用烷基萘、蓖麻基癸二酸二辛酯与高粘度指 数聚 一 烯烃复合的合成油作为基础油 ,并添加多 种功能添加剂 不含 Z D D P , 研制出一种工程机械 专用抗磨液压油。经过多次台架试验和现场模拟试 验 , 研制油能很好地满足工程机械液压系统的使用。 其典型理化指标见表 5 。 4 . 1 水解安定性评定 研制油与普通矿物型抗磨液压油存在 很大差 别 , 是由于研制油中含有线性结构的癸二酸二辛酯 , 其在高温潮湿的工况条件下,会发生水解反应产生 游离脂肪酸 ,从而导致油品酸值上升 ,性能下降。 在油品研制过程中,采用 S H / T 0 3 0 1方法对研制油 水解安定性能进行了测试 ,其测试结果见表 5 。 表 5 研制油的典型理化指标 T a b l e 5 Th e t y p i c a l p h y s i c a l a n d c h e mi c a l p r o p e r t i e s o f t h e de v e l ope d oi l 第4 2卷第6期 唐兴中,等工程机械专用抗磨液压油的研制与应用 7 2 9 4 . 2 研制油的实际使用 为 了更好的了解研制油在实际使用效果 ,将所 研制油 品应用于某公 司的 3台 T Y 3 2 0型推土机和 3 台 S Y 3 3 5 C 一 8型挖掘机上进行共计 1 2 0 0 h的实际使 用试验 。 经过一个周期 的使用试验后 , 其结果显示 , 不仅液压元件均未产生锈蚀现象 ,液压缸体表面光 洁 、无磨痕 ;而且液压系统工作平稳 、动作准确 、 无明显抖动以及过热情况发生 ,很好的满足了工程 机械液压系统的使用要求。 5 结 论 1 采用烷基萘 、 蓖麻基癸二酸二辛酯与高粘 度指数聚 一 烯烃复合的合成油作为基础油 ,添加 多种功能添加剂 不含 Z D D P ,研制出一种工程机 械专用抗磨液压油。经过润滑油各项模拟评定和台 架试验 ,其各项性能指标均满足使用要求 ,并可达 D e n i s o n HF 一 0质量标准。 2 研制油的各项性能优异 , 具有明显的节能 效果,不仅提高了工程机械液压系统工作效率, 延 长了其使用寿命和换油期 ;而且还可以适用于矿山 机械和其他机械的液压系统 。 参考文献 [ 1 ] 胡纪根.我国液压油标准的现状及发展设想『J 1 . 合成润滑材料, 2 0 1 1 , 3 8 f 2 、 1 9 2 0. 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[ 9 ]王九,方建华 ,童玲 石油产品添加剂基础知识[ M j .北京 中国石 化出版社.2 0 0 9 7 0 9 5 浙江丰利和宁波工程学院组建粉体材料实验室 日前 , 在宁波工程学院与中国科学院宁波材料技术与工程研究所合作共建的材料学院成立仪式上 ,国 家高新技术企业浙江丰利粉碎设备有限公司董事长兼总经理余绍火向材料学院捐赠了价值 5 0 万元的超微 粉体设备 ,用于组建丰利粉体材料实验室。 该粉体材料实验室的建设 以产 、学 、研融合为特色;建立多品种粉体材料中试 、扩大试验及必要的小 实验研究平台。实验室通过双方 的优势互补 ,将培养一批既懂技术又懂市场 ,具有强烈开拓创新精神的复 合型人才 ,形成一系列具有前瞻I 生、原创性的核心技术 ,承担粉体材料等方面的重大科技项 目,提升双方 在粉体材料科研领域的竞争力。 宁波工程学院是浙江省唯一被教育部确定的全 国示范性高等工程专科重点建设学校 ,学院是一所 以工 科为主 ,管理 、经济 、文学 、法学等多学科 的全 日制普通本科院校。中国工程院薛群基院士为材料学院首 任院长。 浙江丰利粉碎设备有 限公司是我 国超微粉碎设备的行业龙头企业 ,享有 “ 中国粉碎机专家”的美誉 , 所开发 的多项设备技术被评为国家新产品、国家重大产业技术开发专项 、国家火炬项 目和浙江名牌产品, 代表着我国粉碎设备的研发水准。 材料科学是 2 l 世纪三大支柱性高新技术之首。新材料产业是工业经济发展的朝阳产业 。 新材料是 “ 十 二五”时期宁波 “ 4 44 ”产业升级工程 中的四大战略性新兴产业之一。宁波工程学院把大学和研究所 、 知名企业集聚的教育资源和科研优势、 技术应用结合起来,共同探索 “ 科教融合” ,培养创新性应用人才, 推进产学研一体化进程 ,努力使新材料研发和相关专业人才培养更好地服务于宁波材料产业的发展。 据悉 ,浙江丰利和宁波工程学院 自2 0 0 7年开始产学研合作 6年来 ,不论在学术交流还是项 目开展上 , 都取得了明著的成效 ,尤其在超微粉碎技术与绿色环保产业 、资源再生利用有机结合方面成果斐然 。如双 方共 同承担的 “ 皮革废弃物用作橡塑填充材料技术开发及产业化”项 目列入浙江省重大科技专项 ,并已通 过验收 ,为皮革废弃物资源的循环利用开辟 了一条新途径。 f 吴红富 浙江丰利热线 0 5 7 5 8 3 1 0 5 8 8 8 、8 3 1 0 0 8 8 8 、8 3 1 8 5 8 8 8 、8 3 1 8 3 6 1 8 ;网址 W W W . z j f e n g l i . t o m
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