大型鑿巖機專用潤滑油的開發和應用

石嘯

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

本文根據鑿巖機設備工況，篩選合適的基礎油和添加劑，研發了長城大型鑿巖機專用潤滑油RDO M320。該產品具備優異的極壓抗磨、防銹、銅腐保護和乳化性能，同時具備較低的摩擦系數，在澳大利亞某礦山大型鑿巖機上成功應用表明，可以很好地滿足大型鑿巖機設備潤滑要求。

隨著國內外礦山開采業的蓬勃發展，礦山規模和開采量逐年增大，大型鑿巖機越來越多地使用在礦山開采中。大型鑿巖機有露天鉆車和井下鉆車，一般都由底盤、鉆臂、推進器、控制系統和鑿巖機組成，并且都具有配用高效能的主機、采用大推力的推進器和大扭矩的回轉機構、普遍采用液壓技術等特點。應用大型鑿巖機是提高采掘速度的重要途徑，是減輕勞動強度、改善勞動條件和提高勞動生產率的重要措施。隨著鑿巖爆破工藝的不斷提高，巷道作業面的加大，大型鑿巖機在生產建設中愈來愈顯示出其優越性，同時在實際應用過程中對其要求也愈來愈高[1～4]。

大型鑿巖機工況和潤滑要求

鑿巖機的構成包括操縱臺、氣動鑿巖機、濕式除塵器、推進機構、液壓泵站等。它以壓縮空氣為動力源，利用配氣閥來改變壓縮空氣進入氣缸的方向，從而使缸內活塞往復運動。沖程時，活塞沖擊釬具鑿碎巖石；回程時，活塞帶動釬具回轉一定角度，通過連續地沖擊、回轉，使釬具在巖石上鑿出圓形炮孔。Sandvik DR580 鑿巖機外觀見圖1。

大型鑿巖機設備運行過程中鉆桿處于高速、重載的工況，且運行過程中可能會有水流混入，要求油品具備良好的極壓抗磨、防銹、銅腐和一定的乳化性能，以保證水與潤滑油接觸后形成乳化液，避免水與金屬部件直接接觸，水可隨著油品一同排出缸體。同時鑿巖機械潤滑產品的發展應適應國民經濟的發展需求，即向節能、環保方向發展[5]。

隨著“節能減排”要求日益嚴格，設備制造商對節能型潤滑油的需求也越來越多。大型鑿巖機能耗較高，而普通的鑿巖機潤滑油沒有考慮減摩性能。可采用潤滑劑減少摩擦并提高燃料經濟性，主要途徑有2 種：

圖1 Sandvik DR580鑿巖機

◇使用多級潤滑油，特別是低凝多級油，通過降低黏度級別來減少流體動力學阻力；

◇添加摩擦改進劑，減少邊界和混合潤滑的摩擦[6]。

考慮到大型鑿巖機的高速重載工況，降低油品運動黏度易造成油膜厚度不足，為此可重點考慮添加摩擦改進劑來減少鑿巖機運動部件摩擦磨損，降低能耗，提高工作效率。

根據目前的研究[7～9]，有機鉬摩擦改進劑對于降低油品摩擦系數具有較大優勢，在油品中溶解性相對較好，且降摩效果明顯。有機鉬摩擦改進劑的減摩機理為吸附于金屬表面，并與之發生化學反應形成低摩擦系數的化學反應膜，從而降低金屬接觸面的摩擦系數，如圖2所示。

由于大型鑿巖機對于節能降耗和提升設備潤滑防護的需要，目前市場上多使用含鉬型鑿巖機潤滑油用于大型鑿巖設備。中國石化潤滑油有限公司根據大型鑿巖機設備工況，適時研發了大型鑿巖機專用潤滑油。

產品開發

根據設備潤滑要求和市場在用競品情況，開發了ISO VG 320 黏度等級的長城大型鑿巖機專用潤滑油RDO M320（簡稱長城 RDO M320，英文名：Sinopec Rock Drill Moly 320），以下介紹長城 RDO M320 的開發過程。

基礎油

依據鑿巖機設備的使用環境、潤滑要求，綜合考慮成本和添加劑溶解性，實驗室優選了2 種基礎油作為鑿巖機潤滑油組分，基礎油典型數據見表1。

添加劑選擇

大型鑿巖機工作過程中鉆桿處于高速、重載的工況，同時可能會有水流混入，因此需要選擇具備優異極壓抗磨性能、防銹性和銅腐保護等性能的功能復合劑[10，11]。對GA1 和GA2 兩種硫磷型功能復合劑進行評價，篩選配方見表2，性能評價結果見表3。

根據表3 的分析結果，優選Y%(質量分數)的GA1 功能復合劑作為研制油的添加劑主劑。

市場上有機鉬鹽減摩劑主要有二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬等，選取市場中常見的3 種有機鉬減摩劑（M1、M2、M3），考察與目前添加劑體系的兼容性，篩選配方見表4，油品摩擦性能見表5，外觀見圖 3。

圖2 有機鉬摩擦改進劑作用機理

表1 基礎油典型數據

表2 功能復合劑篩選配方

表3 功能復合劑性能評價

從表5 可以看出，相同加劑量條件下3 種摩擦改進劑配方油品的摩擦系數基本接近。從圖 3 可以看出，加入M1 或M3 后，RDO M1、RDO M3 油品均出現渾濁，可能是由于M1 或M3 在GA 配方體系中配伍性能不好。RDO M2 油品澄清透亮，M2 減摩劑在該體系中溶解性較好，因此選擇M2 有機鉬添加劑作為減摩劑。

大型鑿巖機專用潤滑油性能評價

優選RDO M2 配方進行全性能分析，并與市售競品進行性能對比，具體見表6。

由表6 可見：

◇長城RDO M320 與市場競品320M 相比，黏度指數、防銹和抗泡等總體性能相當，但長城油品表現出更好的乳化性能、極壓抗磨性能和銅腐保護性能，有利于保護鑿巖機部件，并降低設備能耗。

◇長城RDO M320 與普通RDO 320 相比，具備更優的極壓抗磨性能和更低的摩擦系數，相比普通油品可為設備降低摩擦損耗，提升工作效率。

油品應用

大型鑿巖機專用潤滑油產品能夠為大型氣動鑿巖機提供更優的潤滑保護。2018 年，長城RDO M320 已經在澳大利亞某大型礦山的Sandvik DD421-60 大型鑿巖機上使用（圖4）。客戶反映鑿巖機設備運行穩定，未發生異常停機，油品使用效果良好，要求下一步擴大油品應用規模。

結論

☆根據設備工況特點，通過對功能復合劑、有機鉬摩擦改進劑添加劑的篩選，確定了產品配方。新研大型鑿巖機專用潤滑油總體性能與市售競品相當，乳化性能、防腐、極壓性能均優于競品。

☆通過在澳大利亞的應用試驗表明，新研產品質量穩定，很好地保障了大型鑿巖機設備的正常運行。

☆國內外礦山開發規模逐漸擴大，對大型鑿巖設備的使用將逐漸增加，大型鑿巖機專用潤滑油可以很好地潤滑大型鑿巖機，具有極好的市場前景。

表4 有機鉬添加劑篩選

表5 不同有機鉬配方摩擦性能評價

圖3 RDO、RDO M1、RDO M2、RDO M3油品外觀

表6 長城 RDO M320與競品性能對比

圖4 試驗油品及鑿巖機