梁浩，林博，李志軍

(廣西柳工機(jī)械股份有限公司, 廣西 柳州 545007)

挖掘機(jī)潤(rùn)滑脂的性能對(duì)比與應(yīng)用研究

梁浩，林博，李志軍

(廣西柳工機(jī)械股份有限公司, 廣西 柳州 545007)

文章對(duì)目前挖掘機(jī)常用的極壓鋰基潤(rùn)滑脂與二硫化鉬潤(rùn)滑脂的現(xiàn)行國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)市面上不同品牌潤(rùn)滑脂的關(guān)鍵理化性能與行車(chē)試驗(yàn)進(jìn)行考察，進(jìn)而指出不同標(biāo)準(zhǔn)在工況適應(yīng)性上的差異，并提出今后制定工程機(jī)械用潤(rùn)滑脂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的必要性，同時(shí)從應(yīng)用角度對(duì)挖掘機(jī)潤(rùn)滑脂的選型提出建議。

挖掘機(jī)；工程機(jī)械；二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂；極壓鋰基潤(rùn)滑脂；抗磨性能；行車(chē)試驗(yàn)

0 引言

挖掘機(jī)潤(rùn)滑脂主要用于動(dòng)臂、斗桿與鏟斗鉸接部位、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、張緊裝置，主要包含鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)、斗桿伸縮、動(dòng)臂升降和系統(tǒng)回轉(zhuǎn)4個(gè)動(dòng)作。由于以上部位存在載荷高、變化大，工作環(huán)境高低溫變化大，雨水塵土砂石多等特點(diǎn)[1]，對(duì)于潤(rùn)滑脂的綜合性能提出了如下要求：(1)優(yōu)良的極壓抗磨性，可防止沖擊負(fù)荷，減少摩擦副磨損；(2)優(yōu)良的機(jī)械安定性和抗氧化性，滿足長(zhǎng)時(shí)間使用要求；(3)優(yōu)良的抗水性和密封性，可抵御雨水沖刷和防止塵土砂石侵入零部件；(4)良好的高溫穩(wěn)定性和低溫流動(dòng)性[2]。

目前國(guó)內(nèi)主流品牌挖掘機(jī)常用的潤(rùn)滑脂為二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂與極壓鋰基潤(rùn)滑脂。二硫化鉬加入潤(rùn)滑脂中可提高潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑能力, 在潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑膜遭受短暫的沖擊負(fù)荷或高熱的情況下起減摩抗壓作用，此外，二硫化鉬可使?jié)櫥龀?，提高?duì)流失的抵抗力、增強(qiáng)密封性和防護(hù)性并提高熱安定性[3]；極壓鋰基潤(rùn)滑脂是在脂中添加了極壓添加劑，使得其在高溫高負(fù)荷下在金屬表面形成化學(xué)膜而對(duì)摩擦副表面起到耐壓和耐磨的保護(hù)作用[4]。

鑒于潤(rùn)滑脂對(duì)于挖掘機(jī)整機(jī)動(dòng)作的重要性，有必要對(duì)不同類(lèi)型潤(rùn)滑脂進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外公開(kāi)的文獻(xiàn)中對(duì)于挖掘機(jī)潤(rùn)滑脂工況適應(yīng)性方面無(wú)相關(guān)報(bào)道，國(guó)內(nèi)也尚無(wú)關(guān)于工程機(jī)械潤(rùn)滑脂選型的參考標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂2號(hào)與極壓鋰基潤(rùn)滑脂2號(hào)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、市面產(chǎn)品的關(guān)鍵理化性能、行車(chē)試驗(yàn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期對(duì)工程機(jī)械行業(yè)潤(rùn)滑脂的標(biāo)準(zhǔn)建立、質(zhì)量控制、性能評(píng)價(jià)和實(shí)際應(yīng)用提供有益的借鑒和參考。

1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

國(guó)內(nèi)極壓鋰基潤(rùn)滑脂性能有統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7323-2008《極壓鋰基潤(rùn)滑脂》，而二硫化鉬鋰潤(rùn)滑脂未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前市面上的生產(chǎn)企業(yè)執(zhí)行自有企標(biāo)。在國(guó)際上，日本的 JCMAS P040：2004《建設(shè)機(jī)械用潤(rùn)滑脂》標(biāo)準(zhǔn)為目前唯一針對(duì)工程機(jī)械用脂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；美國(guó)目前通用的潤(rùn)滑脂標(biāo)準(zhǔn)為針對(duì)乘用車(chē)和卡車(chē)行業(yè)的ASTM D4950-14 《汽車(chē)用潤(rùn)滑脂技術(shù)規(guī)范》， 分為底盤(pán)脂和輪轂軸承脂，其中LB級(jí)和GC級(jí)分別為這兩種脂在重載工況下的指標(biāo)要求。表1對(duì)以上四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中主要與挖掘機(jī)工況相關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行了對(duì)比。

表1 對(duì)比國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)常用潤(rùn)滑脂主要指標(biāo)項(xiàng)目

通過(guò)表1得知，首先，日標(biāo)在抗磨性、機(jī)械安定性、抗水密封性、高溫穩(wěn)定性與低溫流動(dòng)性上均做出了要求，相對(duì)其他標(biāo)準(zhǔn)更符合工程機(jī)械對(duì)潤(rùn)滑脂的工況要求；其次，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的制定僅從應(yīng)用出發(fā)，未對(duì)潤(rùn)滑脂的具體組分做出要求，如“二硫化鉬”、“鋰基”等，即滿足標(biāo)準(zhǔn)性能要求的潤(rùn)滑脂均可用于該工況，從而提高了用戶選擇潤(rùn)滑脂的針對(duì)性和工況的適應(yīng)性；最后，目前國(guó)內(nèi)二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂生產(chǎn)企業(yè)均執(zhí)行企標(biāo)，各OEM在選用此種潤(rùn)滑脂時(shí)通常會(huì)制定與設(shè)備使用性能相匹配的企標(biāo)或簽訂技術(shù)協(xié)議以加強(qiáng)對(duì)潤(rùn)滑脂性能的管控，但也因此造成了工作量增加與可參考性不足等問(wèn)題。綜合以上，有必要制定專(zhuān)門(mén)針對(duì)工程機(jī)械潤(rùn)滑脂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且在標(biāo)準(zhǔn)編制的過(guò)程中，也應(yīng)當(dāng)參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)工況適應(yīng)性的理念。

2 理化性能測(cè)試

對(duì)市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的某品牌的二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂2號(hào)與其他兩個(gè)品牌的極壓鋰基潤(rùn)滑脂2號(hào)進(jìn)行關(guān)鍵理化性能指標(biāo)測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2 三種潤(rùn)滑脂部分關(guān)鍵性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

延長(zhǎng)工作錐入度表征了潤(rùn)滑脂的剪切安定性，數(shù)值越大則該性能越差，有研究表明，剪切安定性較差的潤(rùn)滑脂在長(zhǎng)期高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承中流失嚴(yán)重，會(huì)影響到潤(rùn)滑脂的使用壽命；相似黏度反映了潤(rùn)滑脂低溫流動(dòng)性能，相同溫度下，黏度數(shù)值越小，則低溫性能越好；鋼網(wǎng)分油表征的是潤(rùn)滑脂高溫條件下的膠體安定性能，分油的比例越高，則潤(rùn)滑脂高溫下的安定性越差；腐蝕試驗(yàn)反映的是對(duì)金屬在高溫下的兼容性；水淋流失量越低則反映了潤(rùn)滑脂在有水環(huán)境下不易被沖刷掉且性能明顯變化；極壓性能是潤(rùn)滑脂在高負(fù)荷狀態(tài)下工作能力的參數(shù)，分別用在一定溫度、轉(zhuǎn)速下，鋼球在潤(rùn)滑狀態(tài)下不發(fā)生卡咬時(shí)的負(fù)荷參數(shù)表征，數(shù)值越大則說(shuō)明潤(rùn)滑脂的極壓潤(rùn)滑性能越好[8]。

在表2中，對(duì)于延長(zhǎng)工作錐入度與相似黏度，三種脂的性能優(yōu)異程度為：B脂gt;C脂gt;A脂；而鋼網(wǎng)分油方面，A、B脂相當(dāng)，均優(yōu)于C脂；對(duì)于腐蝕和水淋流失，三種脂性能相當(dāng)；而極壓性能方面，B脂的最大無(wú)卡咬負(fù)荷優(yōu)于其他兩種脂，因此在剪切安定性、低溫流動(dòng)性、高溫穩(wěn)定性與極壓性上，B脂具有優(yōu)勢(shì)。但通過(guò)對(duì)表2結(jié)果與GB/T 7323《極壓鋰基潤(rùn)滑脂》對(duì)應(yīng)性能指標(biāo)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，B脂的工作錐入度結(jié)果超出了2號(hào)潤(rùn)滑脂指標(biāo)范圍，復(fù)測(cè)后仍為相同結(jié)果，因此判定為不符合國(guó)標(biāo)。由以上結(jié)果表明，不同品牌的極壓鋰基潤(rùn)滑脂相較二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂在性能上參差不齊，二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂也可以滿足極壓鋰基潤(rùn)滑脂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在選用時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

3 行車(chē)試驗(yàn)

為了評(píng)估潤(rùn)滑脂在整車(chē)工況下的抗磨性能，分別在同一臺(tái)挖掘機(jī)上加注以上三種脂，并對(duì)工作裝置銷(xiāo)軸和軸套進(jìn)行尺寸測(cè)試，以達(dá)到評(píng)估三者抗磨性的目的。測(cè)試工況為松軟黏土，每天工作時(shí)間約10 h，環(huán)境溫度為22～17 ℃。

具體試驗(yàn)方案：在挖掘機(jī)鏟斗鉸接點(diǎn)(C1，C2)、動(dòng)臂后支座鉸接點(diǎn)(H1)每隔8 h加注一次同種潤(rùn)滑脂，進(jìn)行約100 h行車(chē)測(cè)試，完成后拆解并檢查鏟斗鉸接點(diǎn)和動(dòng)臂后支座鉸接點(diǎn)銷(xiāo)軸和襯套磨損情況，三種脂均進(jìn)行以上測(cè)試，對(duì)比測(cè)試前后的磨損數(shù)據(jù)。挖掘機(jī)測(cè)試鉸接點(diǎn)如圖1所示，拆解過(guò)程如圖2所示。

圖1 挖掘機(jī)測(cè)試鉸接點(diǎn)示意：鏟斗鉸接點(diǎn)(C1,C2) 動(dòng)臂后支座鉸接點(diǎn)(H1)

圖2 拆解過(guò)程示意

首先對(duì)三種脂各個(gè)測(cè)試點(diǎn)位拆解下來(lái)的銷(xiāo)軸和軸套進(jìn)行目測(cè)，發(fā)現(xiàn)均無(wú)明顯磨痕，動(dòng)臂后支座為銅套，表面無(wú)變色、發(fā)黑現(xiàn)象，說(shuō)明三者對(duì)銅無(wú)腐蝕效應(yīng)。

隨后對(duì)上述每個(gè)鉸接點(diǎn)的銷(xiāo)軸和軸套進(jìn)行磨損量評(píng)價(jià)，測(cè)試方法為：測(cè)量部位如圖3所示，每個(gè)鉸接點(diǎn)有兩個(gè)軸套和一根銷(xiāo)軸，測(cè)試前將部件均清洗干凈，使用內(nèi)徑百分表測(cè)量左右軸套內(nèi)外側(cè)部位的內(nèi)徑尺寸，且各側(cè)選取四個(gè)不同點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量之后平均作為該側(cè)的測(cè)試前內(nèi)徑，使用外徑千分尺測(cè)量銷(xiāo)軸上與左右軸套接觸部位的外徑尺寸，且各側(cè)選取三個(gè)不同點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量之后平均作為該側(cè)的測(cè)試前外徑；整車(chē)測(cè)試結(jié)束后，再次按照以上方法對(duì)相同部位進(jìn)行測(cè)量，作為測(cè)試后結(jié)果。上述鉸接點(diǎn)銷(xiāo)軸與軸套的行車(chē)試驗(yàn)?zāi)p情況如表3所示。

圖3 軸套和銷(xiāo)軸測(cè)量部位示意

表3 行車(chē)試驗(yàn)鉸接點(diǎn)銷(xiāo)軸與軸套磨損情況

注：①100 h磨損量=(測(cè)試后尺寸-測(cè)試前尺寸)/實(shí)際工作小時(shí)數(shù)*100。
②C1、C2處的銷(xiāo)軸與軸套材質(zhì)均為鋼；H1處銷(xiāo)軸材質(zhì)為鋼，軸套材質(zhì)為銅。
③對(duì)于軸套，磨損量的正值表示內(nèi)徑增大，表明磨損嚴(yán)重，而負(fù)值為內(nèi)徑減??；對(duì)于銷(xiāo)軸，磨損量負(fù)值表示外徑減小，表明磨損嚴(yán)重，而磨損量的正值表示外徑增大。

對(duì)表3進(jìn)行分析可知，A脂在C1、C2處對(duì)軸套的保護(hù)優(yōu)于B、C，但對(duì)于該兩處的銷(xiāo)軸略有磨損，而在H1處的銅質(zhì)軸套上的磨損較嚴(yán)重；C脂對(duì)銷(xiāo)軸的保護(hù)優(yōu)于A脂，但對(duì)于各點(diǎn)軸套的磨損保護(hù)為三者最差，尤其是銅套處也出現(xiàn)與A相同的磨損嚴(yán)重的問(wèn)題；B脂在整體抗磨表現(xiàn)上優(yōu)于A、C，且對(duì)銅套具有較好的保護(hù)作用。通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析可看出，極壓鋰基潤(rùn)滑脂B在總體抗磨性表現(xiàn)上最優(yōu)，因此選擇B脂為挖掘機(jī)的專(zhuān)用脂，后續(xù)將對(duì)裝載機(jī)等其他工程機(jī)械的潤(rùn)滑脂進(jìn)行選型。

由于目前行業(yè)內(nèi)無(wú)評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂磨損情況行車(chē)試驗(yàn)的通用標(biāo)準(zhǔn)，因此上述試驗(yàn)方法如標(biāo)準(zhǔn)化仍有可提升的空間。首先，由于各點(diǎn)位前后測(cè)量位隨機(jī)選取、軸套和銷(xiāo)軸加工精度和測(cè)量誤差的影響，造成了部分點(diǎn)位出現(xiàn)了測(cè)試后磨損情況減輕的數(shù)據(jù)，因此為確保數(shù)據(jù)有效性，應(yīng)對(duì)測(cè)試前后的測(cè)量點(diǎn)位一致性、軸套和銷(xiāo)軸內(nèi)外表面粗糙度一致性進(jìn)行統(tǒng)一，并對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行考察后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正。其次，本次測(cè)試只在一臺(tái)整機(jī)上測(cè)試了約100 h，已從趨勢(shì)上說(shuō)明磨損程度，可增加測(cè)試樣本量與時(shí)間，考察長(zhǎng)期磨損情況。

從本次試驗(yàn)中也可得出，潤(rùn)滑脂對(duì)于銅套與鋼套的磨損表現(xiàn)不完全相同，而目前挖掘機(jī)上與潤(rùn)滑脂接觸的零部件包括銅基鑲嵌石墨、40Cr鋼、42CrMo鋼、20#鋼等不同材料，因此建議在未來(lái)工程機(jī)械用潤(rùn)滑脂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定中，可考慮潤(rùn)滑脂對(duì)不同金屬材料磨損性能的影響。

4 結(jié)論

(1)在質(zhì)量控制指標(biāo)上，極壓鋰基潤(rùn)滑脂國(guó)標(biāo)相較二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂某企標(biāo)而言能夠更好地適應(yīng)挖掘機(jī)工況，但相較國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而言，我國(guó)有制定工程機(jī)械用潤(rùn)滑脂的必要性，應(yīng)更多考察潤(rùn)滑脂的工況適應(yīng)性，同時(shí)建議可加入潤(rùn)滑脂對(duì)不同金屬材料磨損性能影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(2)通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上不同品牌的極壓鋰基潤(rùn)滑脂與二硫化鉬潤(rùn)滑脂理化性能的評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，不同品牌間的性能參差不齊，且部分品牌的性能指標(biāo)不符合國(guó)標(biāo)，因此在選用時(shí)應(yīng)更多關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)行車(chē)試驗(yàn)表明，在本次測(cè)試中，極壓鋰基潤(rùn)滑脂B在總體抗磨表現(xiàn)上優(yōu)于極壓鋰基潤(rùn)滑脂A與二硫化鉬脂C，因此柳工將其選為挖掘機(jī)專(zhuān)用脂。在后續(xù)其他工程機(jī)械潤(rùn)滑脂的選型中，仍將從應(yīng)用上進(jìn)行考察。

[1] 馬愛(ài)民, 莫林和, 李勇. 挖掘機(jī)用潤(rùn)滑脂的開(kāi)發(fā)應(yīng)用[C]//中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)燃料與潤(rùn)滑油分會(huì)年會(huì)， 2010.

[2] 莫林和, 馬愛(ài)民, 李勇,等. 開(kāi)發(fā)滿足市場(chǎng)需求的挖掘機(jī)專(zhuān)用潤(rùn)滑脂產(chǎn)品[J]. 石油商技, 2010, 28(3):40-43.

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Performance Comparison and Application Research on Grease for Excavator

LIANG Hao, LIN Bo, LI Zhi-jun

(Guangxi Liugong Machinery Co., Ltd., Liuzhou 545007, China)

This paper compares domestic and international standards of excavator' s currently used extreme pressure lithium base grease and molybdenum disulfide lithium base grease, and studies chemical/physical properties and field tests for different brands of grease in market. Then it points out differences in adaptability of different standards and puts forward the necessity to develop national standard of grease special for construction machinery. Suggestions of selecting excavator grease in point of application are also given.

excavator; construction machinery; molybdenum disulfide lithium base grease; extreme pressure lithium base grease; abrasion resistance; field test

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.06.003

1002-3119(2017)06-0014-05

TE626.4

A

2017-07-05。

梁浩，碩士，工程師，2013年畢業(yè)于美國(guó)南加州大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，從事設(shè)備潤(rùn)滑與診斷方面的研究。E-mail：ha?oliang@liugong.com