液壓油氧化耐久性Vickers 20VQ5高壓泵臺架評定方法研究

黃勝軍，王澤恩

（中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心，遼寧大連 116032）

液壓油氧化耐久性Vickers 20VQ5高壓泵臺架評定方法研究

黃勝軍，王澤恩

（中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心，遼寧大連 116032）

為考察液壓油的氧化耐久性能，設計建立了Vickers 20VQ5高壓葉片泵臺架系統(tǒng)及液壓油氧化耐久性評定方法，在高溫、高壓下進行空氣夾帶試驗。考察油品黏度變化、酸值增加和油泥生成情況。參比油實驗表明，臺架運行平穩(wěn)，能較好地區(qū)分不同液壓油品氧化耐久性能和油泥生成趨勢，滿足長壽命液壓油新產品開發(fā)的試驗評定需求。

液壓油;葉片泵;臺架;評定;氧化耐久

0 引言

隨著液壓技術的發(fā)展，液壓系統(tǒng)元件的使用條件變得更加苛刻，對液壓介質的工作壓力、溫度和使用壽命等方面性能提出更高的要求。現(xiàn)代液壓系統(tǒng)特別是建筑工程機械液壓系統(tǒng)要求液壓油在高溫高壓和有氧條件下能夠長期保持穩(wěn)定。例如，日本工程機械設備制造商小松（Komatsu）的液壓油換油期由2000 h延長至5000 h，日立建機（Hitachi）的液壓油換油期由2500 h延長至4000 h，有的甚至規(guī)定換油期與設備大修同步。因此，需要液壓油配方具有較好的氧化耐久性能。

目前，液壓油臺架評定主要側重于油品抗磨性能考察，如Vickers規(guī)格中的Vickers35VQ25A高壓葉片泵臺架和Vickers104C葉片泵評定臺架，都以葉片泵的摩擦副失重來評價油品抗磨性能。為滿足建筑工程機械液壓系統(tǒng)用油開發(fā)需求，進行油品氧化耐久性能考察和配方篩選，自主設計建立了液壓油氧化耐久性高壓葉片泵臺架系統(tǒng)，選擇Vickers公司小排量20VQ5高壓葉片泵作為試驗泵，在高溫、高壓下進行空氣夾帶試驗。考察油品的黏度變化、酸值增加及油泥生成情況，建立了液壓油氧化耐久性試驗方法。

1 臺架建立

臺架建立包括臺架流程設計、試驗泵選型安裝、空氣夾帶系統(tǒng)設計、采樣系統(tǒng)設計、冷卻系統(tǒng)設計、配電系統(tǒng)設計、儀表控制系統(tǒng)設計等。臺架流程如圖1所示。臺架系統(tǒng)主要由Vickers 20VQ5試驗泵、加載閥、流量計、冷卻器、過濾器、油箱、變頻電機、空氣夾帶裝置及溫度、壓力、轉速、扭矩傳感器等組成。

臺架系統(tǒng)驅動電機可在0～2500 r/min變頻調速;電機與泵之間安裝有轉速轉矩測量儀，可測試電機扭矩、輸入功率、液壓功率及試驗泵效率;試驗壓力采用比例溢流閥加載;系統(tǒng)回油管路設置高精度雙筒過濾器;采用計算機系統(tǒng)控制溫度、壓力、轉速以及信號數據的采集處理。

圖1 V ickers 20VQ5臺架系統(tǒng)示意

設計了空氣夾帶系統(tǒng)，在試驗泵入口管路上，定量向油管注入空氣，使油品充分與空氣接觸。空氣夾帶裝置可向泵入口管路緩慢持續(xù)注入空氣，進氣流量1 L/h，控制平穩(wěn)。Vickers 20VQ5葉片泵臺架主要技術參數如表1所示。

表1 Vickers 20VQ5葉片泵臺架主要技術參數

2 試驗方法研究

2.1 試驗條件考察

Vickers25VQ5泵的性能特點是由其設計結構決定的，并與所用的液壓油黏溫性能關系密切。葉片泵運轉推薦使用的黏度范圍為10～108 mm2/s，以HM46單級液壓油為例，其溫度范圍大約在20～80℃之間。液壓油使用溫度較高，泵的內泄漏將增大，容積效率急劇下降，會大大影響泵的使用性能。根據氧化試驗特點，盡量將試驗油溫條件提高，有助于油品氧化衰變考察。通過測試，液壓油入口溫度控制在80℃，兼顧了泵的使用性能要求和氧化試驗溫度要求。

液壓油的運行壓力和溫度是影響泵使用性能的重要因素。在臺架試驗時，高溫下油品黏度必須滿足泵的機械公差和設計性能要求，不能造成嚴重的內泄，致使容積效率較低。這對于臺架試驗評定，確定試驗條件是必須考慮的因素。通過試驗泵性能考察，確定試驗壓力為21MPa、試驗溫度80℃、轉速1800 r/ min，可以使用VG46黏度等級的液壓油作為參比油。

2.2 參比油

選擇了同一黏度級別的A和B兩種液壓油作為參比油進行臺架方法研究。試驗油的理化指標如表2所示。

表2 參比油理化指標

2.3 參比油試驗

通過參比油臺架試驗，考察臺架運行的可靠性和穩(wěn)定性。使用不同的參比油，在高溫、高壓條件下，通入一定量的空氣，進行油品氧化耐久性能的區(qū)分性考察，建立液壓油氧化耐久性能評定方法。

分別進行了參比油高溫、高壓、有氧條件下的氧化耐久性能1000 h試驗考察。每100 h采樣進行理化分析。為比較油品氧化后油泥的生成情況，采用ISO 4405試驗方法進行油樣過濾，通過濾膜中油泥的質量判斷油品氧化情況。過濾裝置采用0.8μm的濾膜對100 mL油樣進行過濾，濾膜干燥后使用萬分之一精度的電子天平稱量油泥質量，以檢查油泥的生成情況。試驗條件如表3。

表3 葉片泵臺架試驗條件

3 試驗結果及討論

圖2為參比油酸值變化趨勢。由圖2可見，參比油A酸值變化較平穩(wěn)。參比油B進行了2次試驗，分別為B（1）和B（2），在1000 h時，酸值大幅上升，酸值由0.16 mgKOH/g增至0.66 mgKOH/g，可見參比油B在此階段進入快速氧化期。

圖2 參比油酸值變化

參比油1000 h試驗的油泥生成趨勢如圖3所示。由圖3可見，參比油B油泥生成量呈遞增趨勢，B（1）在1000 h濾膜堵塞，表明油泥生成量較大，同時油樣理化分析表明，酸值大幅增加。參比油B第二次試驗，為縮短實驗時間，在油箱中懸掛一定長度的裸銅絲，在300 h即出現(xiàn)油泥大幅增加趨勢，達到10.4 mg，在運行至600 h，濾膜發(fā)生堵塞現(xiàn)象，表明油樣中油泥生成量較大（油樣中油泥量較大時，濾膜發(fā)生堵塞，過濾時間較長，油泥超出暫定指標值，為便于比較，油泥量暫定為12 mg）。可見銅絲的加入，對油品氧化有促進作用，可有效縮短臺架評定實驗時間。

圖3 參比油油泥生成趨勢比較

參比油試驗黏度變化比較如圖4所示。由圖4可見，黏度沒有發(fā)生較大變化，參比油黏度變化率不大于1.7%。

圖4 參比油黏度變化

圖5為錐形瓶存放參比油試驗油樣的油泥不溶物產生情況。在進行理化分析的同時，采用錐形管存放試驗中采集的油樣，通過一定時間的存放，在錐形管下端，產生清晰可見的油泥不溶物。通過錐形瓶計量刻度，可讀出油樣中油泥不溶物含量。

圖5 參比油油樣油泥產生情況

通過參比油試驗結果得知，臺架運行平穩(wěn)，數據采集準確，氧化耐久性臺架可以較好地評價油品氧化壽命及油泥生成情況，為油品研發(fā)提供了試驗平臺。根據參比油實驗結果，給出油品氧化耐久臺架試驗指標建議值，如表4所示。

表4 油品氧化耐久臺架試驗指標建議值

續(xù)表

4 小結

自主設計臺架流程，并摸索實驗條件，設計建立了液壓油氧化耐久性試驗臺架。使用Vickers 20VQ5葉片泵，高溫、高壓下進行空氣夾帶試驗。考察油品黏度變化、酸值增加及油泥生成情況，建立液壓油氧化耐久性試驗方法。

參比油實驗表明，油品氧化耐久性能評定臺架，系統(tǒng)參數控制平穩(wěn)，可區(qū)分油品的耐久性能及油泥生成趨勢，能夠較好地評價油品抗氧化性能。滿足長壽命液壓油新產品研發(fā)的試驗評定需求。Vickers 20VQ5高壓泵臺架評定方法彌補了國內液壓油氧化耐久性能臺架評定空白，為開發(fā)配方均衡的專用液壓油品提供了評定平臺。

［1］王澤恩.液壓油評定試驗臺架［J］.潤滑油，2000，15（4）: 22－26.

［2］黃勝軍，梁德君，孫旭日，等.液壓油濕相性能臺架評定方法研究［J］.潤滑油，2007，22（1）:44－47.

［3］嚴繼東，浦海英，牟吉平，等.高壓抗磨液壓油評定模擬臺架的研制與模擬法探討［J］.石油煉制與化工，2001（5）: 33－36.

Study on Vickers 20VQ5 High－Pressure Pum p Bench Eva luation Method for the Oxidation Durab ility of Hyd raulic Oils

HUANG Sheng－jun，WANG Ze－en
（PetroChina Dalian Lubricating Oil R＆D Institute，Dalian 116032，China）

To study the oxidation durability of hydraulic oils，the Vickers20VQ5 high pressure vane pump test－bed system and hydraulic oil oxidation durability evaluation method were designed to do air entrainment test under high temperature and high pressure.The situation of oil viscosity，acid value increase and sludge formation was investigated.Reference oil experiment showed that the bench system keeps smooth operation，and can be used to distinguish different hydraulic oil oxidation durability and sludge formation trend，and can meet the testing and evaluation requirements of the development of long－lived hydraulic oil new products.

hydraulic oil;vane pump;bench;evaluation;oxidation durability

TE626.38

A

1002-3119（2012）02-0048-04

2011－09－26。

黃勝軍（1979－），男，碩士，工程師，2005年畢業(yè)于同濟大學機電工程專業(yè)，主要從事潤滑油臺架評定方法研究，已公開發(fā)表論文數篇。