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工程機(jī)械液壓系統(tǒng)與工業(yè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的差異

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)與工業(yè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的差異如表4所示。從表4可以看出，工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的工況較工業(yè)設(shè)備的液壓系統(tǒng)工況更為苛刻。因此，要求油品具有更好的熱穩(wěn)定性、氧化安定性、極壓抗磨性、粘溫性能、低溫性能等。

其他工程機(jī)械液壓油的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

JCMA為日本工程機(jī)械協(xié)會(huì)，其成員主要包括小松、卡特彼勒、住友、日立等工程機(jī)械公司及石油公司等。為了建立一個(gè)工程機(jī)械液壓油的規(guī)格，JCMA的燃料和潤(rùn)滑委員會(huì)自1999年開(kāi)始進(jìn)行調(diào)研。并于2004年12月了工程機(jī)械用液壓油的規(guī)格，包括JCMASHK和HKB兩部分。其中HK是一個(gè)工程機(jī)械用的礦油型抗磨液壓油規(guī)格，JCMASHKB規(guī)格為環(huán)境友好型的液壓油規(guī)格。

JCMASHK規(guī)格中將油品分為單級(jí)和多級(jí)兩部分，各包括32、46兩個(gè)粘度級(jí)別，如表5所示。其中多級(jí)的油品在低溫和粘溫性能上優(yōu)于單級(jí)的油品。JCMASHK規(guī)格中對(duì)粘溫性能和低溫性能的要求如表6所示（以32粘度級(jí)別為例）。從表6及表2可以看出，JCMASHK規(guī)格中對(duì)于低溫和粘溫的性能要求，對(duì)于單級(jí)油來(lái)說(shuō)，與GB11118.1中L-HM級(jí)別相當(dāng)；對(duì)于多級(jí)油來(lái)說(shuō)，對(duì)低溫性能的要求介于GB11118.1中L-HV和L-HS之間，對(duì)于粘溫性能的要求低于L-HV。此外，在JCMASHK的規(guī)格中，還增加了高壓臺(tái)架泵試驗(yàn)、摩擦特性試驗(yàn)以及不同種類的密封材料的相容性試驗(yàn)。

工程機(jī)械用液壓油的選擇

從上面的討論中可以看出，L-HM、L-HV、L-HS等多個(gè)質(zhì)量級(jí)別液壓油均可用于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)，每個(gè)質(zhì)量級(jí)別又包含多個(gè)粘度級(jí)別，比如L-HV液壓油，包括10、15、22、32、46、68、100等7個(gè)粘度級(jí)別，因此需要針對(duì)工程機(jī)械具體的工況特點(diǎn)，準(zhǔn)確的選擇某個(gè)質(zhì)量級(jí)別和某個(gè)粘度級(jí)別。

1選擇液壓油粘度等級(jí)及質(zhì)量等級(jí)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)方面

1）REXROTH對(duì)粘度等級(jí)和質(zhì)量等級(jí)的選擇建議REXROTH在RE90220（軸向柱塞泵用礦物型液壓油標(biāo)準(zhǔn)）中談到，選擇粘度等級(jí)應(yīng)考慮在環(huán)境溫度下的啟動(dòng)粘度（如有必要還要考慮傾點(diǎn)）及根據(jù)系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)得出的最優(yōu)運(yùn)行粘度。同時(shí)，在此標(biāo)準(zhǔn)中給出的粘度范圍為：I：5mm2/s（115℃）～1600（-40℃）mm2/s。II：10mm2/s（90℃）～1000（-25℃）mm2/s，最佳工作粘度范圍為16～36mm2/s（其中I和II是針對(duì)REXROTH不同規(guī)格的泵提出的粘度范圍要求）。對(duì)于單級(jí)液壓油（如圖2所示為粘度指數(shù)為100的液壓油），給出了如下的粘度—溫度圖。根據(jù)REXROTH推薦的最高粘度、最低粘度及最優(yōu)粘度范圍，從圖2可以得出不同粘度級(jí)別（粘度指數(shù)為100）的油品適用的最低溫度和最高溫度及最佳工作溫度范圍。比如對(duì)于ISOVG22，適用的溫度范圍為-23~60℃，最佳溫度范圍為25~45℃；對(duì)于ISOVG46，適用的溫度范圍為-5~86℃，最佳溫度范圍為42~63℃；對(duì)于ISOVG68，適用溫度范圍為5~90℃，最佳溫度范圍為42~63℃。

用戶可以結(jié)合自己液壓系統(tǒng)或液壓件所要求的最高粘度、最低粘度、最優(yōu)粘度要求及對(duì)工作溫度范圍的需求，對(duì)照?qǐng)D表選出適宜的油品粘度等級(jí)。此外,該標(biāo)準(zhǔn)還建議在每種情況下均應(yīng)盡可能選擇最高的粘度等級(jí)。比如，在環(huán)境溫度為X℃，工作溫度為60℃時(shí)，在最優(yōu)的運(yùn)行粘度范圍內(nèi)，可對(duì)應(yīng)VG46和VG68，應(yīng)選擇VG68。該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于單級(jí)的液壓油還做了如下推薦：VG22：用于北極的環(huán)境及極長(zhǎng)的輸送管道。

VG32：用于歐洲中部冬季環(huán)境。VG46：用于歐洲中部夏季環(huán)境或封閉環(huán)境。VG68：用于熱帶或高溫地區(qū)。VG100：用于極高的溫度。標(biāo)準(zhǔn)中還提到，高粘度指數(shù)的液壓油（也稱為多級(jí)油）（VI≥140）的HVLP（相當(dāng)于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的L-HV及以上質(zhì)量級(jí)別）適用于寬的溫度范圍，尤其是移動(dòng)設(shè)備比如工程機(jī)械。2）不同OEM對(duì)液壓油最大粘度、最小粘度及最優(yōu)粘度范圍的要求由于泵的類型不同，OEM的設(shè)計(jì)不同，所以不同OEM、不同液壓元件對(duì)液壓油最大粘度、最小粘度及最優(yōu)粘度范圍的要求略有不同。DENISON認(rèn)為的粘度范圍為10~1618mm2/s（柱塞泵），Eaton對(duì)于移動(dòng)設(shè)備的粘度范圍要求為10~860mm2/s（移動(dòng)設(shè)備柱塞泵），Kawasaki認(rèn)為的粘度范圍為10~1000mm2/s（K3V），Danfoss認(rèn)為的粘度范圍為7~1600mm2/s（軸向柱塞泵）。前面提到REXROTH的要求為I：5~1600mm2/s，II：10mm2/s~1000mm2/s。

可以看出不同液壓泵、不同OEM要求較為接近，但不盡相同。所以主機(jī)廠或用戶在選用液壓油粘度等級(jí)時(shí)，應(yīng)考慮選用的液壓元件對(duì)液壓油最大粘度、最小粘度及最優(yōu)粘度范圍的要求。3）同一粘度，不同粘度指數(shù)的油品，適用的溫度范圍不同同一粘度，不同粘度指數(shù)的油品，其粘-溫圖不同（所以在圖2中強(qiáng)調(diào)是VI為100的粘-溫圖），適用的溫度范圍不同。例如，對(duì)于粘度等級(jí)相同（同為46#油）的多級(jí)油（如L-HV、L-HS）和單級(jí)油（如L-HM），由于粘度指數(shù)不同其使用溫度范圍也不同，如圖3所示。

圖3表現(xiàn)了兩個(gè)40℃運(yùn)動(dòng)粘度均為46mm2/s的液壓油，由于它們的粘度指數(shù)不同,在高溫粘度達(dá)到10mm2/s和低溫粘度達(dá)到1000mm2/s的溫度點(diǎn)不同，所以這兩個(gè)油品雖然同為VG46的液壓油，其使用的溫度范圍不同。粘度指數(shù)高的液壓油使用的溫度范圍更寬。圖4的四條線分別為粘度指數(shù)不同的四個(gè)油（40℃運(yùn)動(dòng)粘度均為32）操作溫度范圍的示意圖，選取的高、低溫粘度為10～1000mm2/s。可以看出，同一粘度級(jí)別的油品，由于粘度指數(shù)的不同，對(duì)應(yīng)了不同的使用溫度范圍。因此，選取液壓油的粘度級(jí)別時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮粘度級(jí)別、粘度指數(shù)兩個(gè)素。可根據(jù)選定的油品（粘度和粘指已確定）的粘度—溫度圖來(lái)判斷是否滿足低溫粘度、高溫粘度及最佳操作粘度要求。4）粘度選擇不合適帶來(lái)的影響如果粘度選擇不合適，會(huì)帶來(lái)如下的影響，如圖5所示。可以看出，選擇的油品粘度太小，油品的承載能力差，會(huì)造成設(shè)備磨損，減小設(shè)備壽命；干磨損或邊界潤(rùn)滑的狀態(tài)，會(huì)帶來(lái)過(guò)熱；粘度太小還會(huì)降低泵的體積效率。選擇的粘度太大，會(huì)造成液壓泵的機(jī)械效率低，低溫時(shí)流動(dòng)性差，造成潤(rùn)滑區(qū)流量低等。5）粘度對(duì)泵效率的影響粘度對(duì)液壓泵效率的影響包括對(duì)容積效率和體積效率的影響。容積效率和體積效率共同形成了總效率。

如圖6所示。對(duì)于粘度偏小帶來(lái)的對(duì)容積（體積）效率的影響以及粘度偏大帶來(lái)的對(duì)機(jī)械效率的影響，有資料表明，有添加劑公司和液壓泵公司做過(guò)相關(guān)的臺(tái)架試驗(yàn)研究。圖7和圖8為在不同的壓力、溫度和轉(zhuǎn)速下四個(gè)粘度級(jí)別（32、46、68、100）油品在葉片泵臺(tái)架試驗(yàn)中分別表現(xiàn)出的容積（體積）效率和機(jī)械效率。圖7中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下體積效率的表現(xiàn)情況。

在大多的測(cè)試條件下，對(duì)于體積效率來(lái)講，粘度越高，效率越高。圖8中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下機(jī)械效率的表現(xiàn)情況。在所有的測(cè)試條件下，不同粘度級(jí)別對(duì)機(jī)械效率的影響較小。研究結(jié)果表明，對(duì)于葉片泵來(lái)講，總效率的差異是由體積效率而導(dǎo)致的，在某些試驗(yàn)條件下接近10%（見(jiàn)圖9）。而由機(jī)械效率帶來(lái)的差異小于1%通過(guò)上述粘度對(duì)葉片泵機(jī)械效率和體積效率的影響研究看出，在考慮粘度對(duì)上述兩方面的影響時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮粘度對(duì)葉片泵體積效率的影響，這是主要因素，在同樣條件下，選擇粘度稍高的油品對(duì)總效率有利。

圖10～圖12為在不同的壓力、溫度和轉(zhuǎn)速下不同粘度級(jí)別（32、46）油品在柱塞泵上分別表現(xiàn)出的容積（體積）效率、機(jī)械效率及總效率。圖10中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下體積效率的表現(xiàn)情況。可以看出，所有測(cè)試條件下，不同粘度級(jí)別的油品對(duì)柱塞泵體積效率影響很小。圖11中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下機(jī)械效率的表現(xiàn)情況。可以看出，所有測(cè)試條件下，ISOVG32相比46粘度來(lái)說(shuō)，柱塞泵機(jī)械效率高。因此，對(duì)于柱塞泵來(lái)說(shuō)，機(jī)械效率是其總效率的影響因素，選擇粘度低的油品，有利于提高柱塞泵的總效率。

綜上，對(duì)于液壓油粘度的選擇，可以根據(jù)工程機(jī)械設(shè)備選用的液壓元件對(duì)液壓油高、低溫粘度及最佳粘度范圍的要求，及不同粘度、不同粘度指數(shù)的油品的粘度、溫度圖及設(shè)備操作的實(shí)際溫度范圍來(lái)選擇液壓油粘度。注意如果選擇單級(jí)液壓油，要根據(jù)溫度的變化及時(shí)換油，不能做到四季通用或南北地域通用。如果選擇多級(jí)油，應(yīng)用的溫度范圍較寬。從液壓泵效率最大化的角度來(lái)講，影響葉片泵總效率的主要是體積效率，選擇粘度稍大的油品對(duì)葉片泵的總效率有利。影響柱塞泵總效率的主要是機(jī)械效率，選擇粘度稍小的油品對(duì)柱塞泵的總效率有利。

2對(duì)于液壓油抗磨性的選擇

RE90220標(biāo)準(zhǔn)中提到，壓力等級(jí)分為4級(jí)，0級(jí)為壓力在8～12.5MPa之間，對(duì)FZG的要求小于5級(jí)（失效級(jí)，下同）。1級(jí)為壓力在12.5～20MPa之間，對(duì)FZG的要求為5～6級(jí)，2級(jí)為壓力在20～25MPa之間，對(duì)FZG的要求為7～9級(jí)，3級(jí)為25～30MPa之間，對(duì)FZG的要求為10級(jí)。對(duì)于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)，壓力通常在RE90220分級(jí)中的3級(jí)或更高，因此應(yīng)選擇FZG為10級(jí)或以上的液壓油。我國(guó)的液壓油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中HM、HV、HS液壓油在FZG的要求上均為不小于10級(jí)（32#及其以上粘度級(jí)別）。對(duì)于工程機(jī)械來(lái)講，壓力等級(jí)通常屬于RE90220標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)中的3級(jí)或更高，因此，應(yīng)選擇抗磨液壓油，至于選擇HM、HV、HS中哪個(gè)質(zhì)量級(jí)別，要結(jié)合5.1節(jié)進(jìn)行選擇。為了評(píng)價(jià)液壓油的抗磨性，國(guó)外液壓元件制造商推出了一些高壓臺(tái)架泵標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，比如EATON公司的35VQ25A高壓葉片泵臺(tái)架、比如DENISON公司的T6H20C雙泵（柱塞泵和葉片泵）試驗(yàn)臺(tái)架及日本工程機(jī)械協(xié)會(huì)（JCMA）關(guān)于液壓油規(guī)格JCMASHK規(guī)格中引入的小松的HPV35+35的高壓柱塞泵試驗(yàn)。建議用戶在選擇抗磨液壓油時(shí)，除了考慮FZG的等級(jí)之外，還可以盡可能選擇通過(guò)高壓泵試驗(yàn)的油品。

3對(duì)于液壓油清潔度的選擇

RE90220標(biāo)準(zhǔn)中提到，保證軸向柱塞泵正常使用的清潔度最低要求為NAS9級(jí)，如在高溫（90～115℃）下使用，清潔度應(yīng)提高一個(gè)等級(jí)，最低等級(jí)應(yīng)為8級(jí)。可以使用過(guò)濾器，要求過(guò)濾器的β值大于100，以保證過(guò)濾效率。

小結(jié)

根據(jù)國(guó)際和我國(guó)分類標(biāo)準(zhǔn)，液壓油產(chǎn)品包括很多大類，根據(jù)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，適用于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的液壓油為分類標(biāo)準(zhǔn)中的礦物油型和合成烴型液壓油，但這其中又包括許多粘度級(jí)別和不同的質(zhì)量等級(jí)。在工程機(jī)械用液壓油的粘度等級(jí)、質(zhì)量等級(jí)的選擇上，要考慮液壓系統(tǒng)或液壓件要求的最高粘度、最低粘度及最優(yōu)粘度范圍，同時(shí)還要考慮油品的粘度指數(shù)、工程機(jī)械使用時(shí)工況條件（高、低溫的溫度范圍要求）及不同粘度等級(jí)油品對(duì)液壓泵總效率的影響。對(duì)于液壓油抗磨性的選擇，可根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力范圍，來(lái)選擇達(dá)到不同F(xiàn)ZG等級(jí)的油品。同時(shí)對(duì)于液壓油的清潔度等關(guān)鍵指標(biāo)，也要重點(diǎn)考慮。

作者：陳惠卿單位：中國(guó)石化長(zhǎng)城潤(rùn)滑油公司