TO-4重負荷車輛液力傳動油的性能及應用

楊家棟，李元鴻，李明慧

(鞍山海華油脂化學有限公司，遼寧 鞍山 114229)

0 引言

隨著自動變速箱技術(shù)的不斷發(fā)展，大功率液力變速器越來越廣泛地用于工程機械、重型非公路車輛，礦山設(shè)備等，而且各種工程機械設(shè)備不斷地朝著大功率、高噸位方向發(fā)展。

工程機械車輛起步頻繁，要求可以連續(xù)加速至最高車速。提高車輛起步加速性能，從而提高整車運行速度，可以提高其作業(yè)效率。同時由于變矩器的作用，自動變速器在車輛起步階段能夠增加車輛的扭矩，有利于發(fā)動機的功率得到充分利用。

根據(jù)重負荷非公路車輛自動變速箱的特點，設(shè)備制造商提出了相關(guān)的用油規(guī)格，如Caterpillar TO-4規(guī)格、Komatsu KES 07.868.1規(guī)格、Allison C-4(非公路)規(guī)格等，其中卡特皮勒(Caterpillar)公司的TO-4規(guī)格要求最高。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對重型工程車輛的需求量迅速增加，隨之而來的重負荷液力傳動油需求量也大幅度增加。

根據(jù)市場的需求，鞍山海華油脂化學有限公司研發(fā)了符合Caterpillar TO-4規(guī)格的TO-4重負荷液力傳動油系列產(chǎn)品。本文介紹了非公路車輛、工程機械設(shè)備對油品的要求及TO-4重負荷車輛液力傳動油的性能特點，并對海華TO-4重負荷液力傳動油在國內(nèi)某礦山企業(yè)的運輸車輛TR100的變速箱、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、舉升系統(tǒng)及后橋差速器1000 h的應用情況進行了總結(jié)[1]。

1 重負荷液力傳動油標準

重負荷液力傳動油標準參照美國卡特皮勒公司傳動油TO-4標準制定。1973年卡特皮勒公司公布了TO-1的試驗方法，用于評價潤滑油青銅摩擦副的摩擦阻尼特性；1974年公布的TO-2試驗方法將試驗溫度提高到了113 ℃，同時公布了TO-3評價與氟橡膠相容性的試驗方法，并公布了TO-2規(guī)格(1E164規(guī)格)。隨著變速箱技術(shù)的不斷發(fā)展，卡特皮勒公司在1991年9月又公布了1E2785規(guī)格，即Caterpillar TO-4規(guī)格。該規(guī)格提出了整套的理化及臺架評定要求，使用一臺Link摩擦試驗機代替TO-2采用的SAE NO.2摩擦試驗機，在摩擦片尺寸、形狀和材質(zhì)等方面更接近該公司的產(chǎn)品要求。[2]

自從Caterpillar TO-4規(guī)格推出以來，也經(jīng)歷了幾次版本的更新，增加了低溫性能、強化了氟橡膠的相容性等測試項目。本產(chǎn)品標準參照Caterpillar TO-4規(guī)格要求及國內(nèi)外的標準試驗方法而制定，主要技術(shù)指標和試驗方法見表1[3]。

表1 Caterpillar TO-4規(guī)格的技術(shù)要求

2 海華TO-4重負荷液力傳動油系列產(chǎn)品的主要性能指標

依據(jù)Caterpillar TO-4規(guī)格要求對基礎(chǔ)油和添加劑進行篩選，選擇合適的基礎(chǔ)油和添加劑，研發(fā)滿足規(guī)格的系列產(chǎn)品，產(chǎn)品的主要性能指標見表2。

表2 海華TO-4重負荷液力傳動油系列產(chǎn)品的主要性能指標

表2(續(xù))

其中，以海華TO-4重負荷液力傳動油10W為例，與國外某品牌液力傳動油進行了對比，數(shù)據(jù)見表3。

表3 海華TO-4重負荷液力傳動油與國外某品牌液力傳動油數(shù)據(jù)對比

表3(續(xù))

3 海華TO-4重負荷液力傳動油的應用

TR100礦用運輸車廣泛應用于國內(nèi)冶金、有色、化工、煤炭、建材、水電、交通等七大行業(yè)、500多個礦山和工地，占有國內(nèi)市場75%以上的份額，并出口到俄羅斯、印尼、緬甸、蒙古等50多個國家，市場保有量超過6000臺。其主要的設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 TR100礦用運輸車主要技術(shù)參數(shù)

國內(nèi)某大型冶金企業(yè)的礦業(yè)公司有近40輛中國兵器集團/內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團生產(chǎn)的TR100礦用運輸車輛。車輛自重67 t，滿載時總重量達到160 t。其中動力傳輸系統(tǒng)包括液力變矩器、自動變速箱、差速器等。傳動系統(tǒng)在設(shè)備工作過程中主要承受上坡、下坡、重載等特殊條件的工況。為了簡化油品的管理，在礦用運輸車輛的傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、舉升系統(tǒng)通常使用能夠滿足各部位潤滑要求的油品，如Caterpillar TO-4、Komatsu KES 07.868.1、Allison C-4。

該礦山的工作環(huán)境苛刻，高溫，多塵。夏季環(huán)境溫度較高，通常情況下白天平均溫度在40 ℃以上。

2010年以前該礦山公司的TR100礦用運輸車輛曾經(jīng)使用某國際品牌的TO-4規(guī)格的傳動油產(chǎn)品。通過對運行油的檢測發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備運行超過500 h后，油品中的金屬含量明顯增加，部分用油部位的銅金屬含量已經(jīng)超過200 μg/g(主要來自于柱塞泵)；同時柱塞泵的壓力下降，出現(xiàn)車輛在舉升的時候動力不足的情況；油品經(jīng)常出現(xiàn)高溫和柱塞泵磨損嚴重的情況，導致柱塞泵的更換頻率非常高；設(shè)備的機械傳動系統(tǒng)存在較大停機風險。

2010年6月至2011年6月，海華公司在該礦山公司的TR100礦用運輸車輛進行TO-4重負荷液力傳動油SAE 10W產(chǎn)品的應用試驗。2010年5月，與該公司相關(guān)人員共同擬定行車試驗相關(guān)內(nèi)容(如車輛的選擇、取樣周期、取樣部位、檢測項目等)并形成相關(guān)文件。在所有的車輛中，隨機選擇車況相近的8臺車，將其分為兩組。所有試驗車輛全部更換新的柱塞泵，同時對各個油箱及管路進行清洗(利用所用的油品)確保系統(tǒng)的清潔和油品數(shù)據(jù)的準確性。

對海華TO-4重負荷車輛液力傳動油和國外某品牌液力傳動油行車試驗數(shù)據(jù)進行全面分析，其中各部位運行油金屬含量統(tǒng)計結(jié)果見圖1,各部位溫度統(tǒng)計結(jié)果見圖2。可以看出，更換海華TO-4傳動油產(chǎn)品后，設(shè)備各潤滑部位的銅、鐵磨損量有所下降。尤其舉升系統(tǒng)銅的磨損量明顯下降(柱塞泵)，柱塞泵壓力穩(wěn)定，柱塞泵的使用壽命明顯延長，各部位的溫度有所下降(如轉(zhuǎn)向泵的溫度、舉升油箱的溫度等)。

圖1 各部位油品金屬含量分析

由圖1可以看出，使用海華TO-4重負荷液力傳動油后，有效減少了各部件的磨損，延長了其使用壽命。其中變速箱磨損量減少了73.3%；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)磨損量減少了66.7%；舉升系統(tǒng)磨損量減少了71.4%；差速器磨損量減少了25%；后橋磨損量減少了33.3%。

由圖2可以看出，使用海華TO-4重負荷液力傳動油后，TR100礦用運輸車各個部位的溫度明顯下降(該溫度為車輛作業(yè)率比較高的幾個階段對各部位的溫度進行統(tǒng)計得出)，變速箱溫度下降20 ℃(下降比例20.2%)，轉(zhuǎn)向油箱溫度下降39 ℃(下降比例34.8%)，舉升油箱溫度下降8 ℃(下降比例10.4%)，轉(zhuǎn)向泵溫度下降38 ℃(下降比例31.4%)，后橋箱溫度下降7 ℃(下降比例10.9%)，里側(cè)輪邊溫度下降7 ℃(下降比例10.9%)，外側(cè)輪邊溫度下降9 ℃(下降比例13.8%)。

行車試驗表明，海華TO-4重負荷液力傳動油具有良好的潤滑抗磨性能，各個部件的磨損明顯降低，有效地延長了設(shè)備使用壽命。降低了企業(yè)的維修成本及部件的更換頻率,在降低設(shè)備故障率的同時，提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率,有效降低企業(yè)的綜合成本。

圖2 各部位溫度統(tǒng)計

4 結(jié)論

本文介紹了工程機械設(shè)備及非公路車輛對油品的要求，重負荷液力傳動油的規(guī)格要求。海華TO-4重負荷車輛液力傳動油的性能與進口同類產(chǎn)品的質(zhì)量相當。

應用結(jié)果表明，海華TO-4重負荷車輛液力傳動油能夠滿足現(xiàn)場設(shè)備的潤滑要求，與同類產(chǎn)品比較具有優(yōu)異的潤滑抗磨性能。

參考文獻：

[1] 謝泉，顧軍慧.潤滑油品研究與應用指南[M].2版.北京:中國石化出版社，2007:188-206.

[2] 湯濤，陳慧卿.重負荷自動傳動液的研制[J].合成潤滑材料，2010，37(3)：1-3.

[3] 湯濤，陳慧卿,申寶武.TO-4重負荷車輛自動傳動液的性能特點和應用[J].石油商技，2012(5):134-137.