适用于中国非公路设备发展的液力传动油技术

黄东升++赵治宇++徐晶晶++崔海涛

摘要：文章介绍了中国非公路机械近年的发展现状，对中国市场多种液力传动油产品的性能特点进行了分析，结合国际液力传动油规格和国内多种传动设备的实际工况，提出了国内液力传动油技术在抗氧化、抗磨、防腐蚀性和摩擦特性等多项性能的要求，为产品开发提出了有益的指导。

关键词：液力传动油；防腐蚀；抗氧化

中图分类号：TE626.38文献标识码：A

Hydraulic Transmission Oil Technology to Match Developing

China Off-road Vehicle

HUANG Dong-sheng， ZHAO Zhi-yu， XU Jing-jing， CUI Hai-tao

（PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute， Dalian 116032， China）

Abstract：In this paper， the development status of China off-road vehicle in recent years and the analysis on the performance characteristics of multiple hydraulic transmission oils in Chinese market were introduced. According to the international specifications of hydraulic transmission oil and the actual conditions of domestic multiple transmission equipments， the requests of oxidation resistance， abrasion resistance， corrosion resistance and frictional characteristic were put forward for domestic hydraulic transmission oil in order to provide a useful guidance for product development.

Key words：hydraulic transmission oil； corrosion resistance； oxidation resistance

0引言

非公路设备行业现已成为一个国家的基础支柱产业，在国民经济中占有重要的地位。2006-2014年，我国工程机械市场一直保持了快速增长。我国工程机械企业数量多，规模大，2015 全球工程机械50强中中国企业占据了八席。

2015年以来，随着市场饱和，行业发展问题开始凸显，市场同质化严重，产能过剩。与2014年相比，整体市场销售收缩，如挖掘机销量同比下降377%，装载机销量下降511%，其他品种也有不同程度的下滑。

有实力的企业开始市场困局中寻求突破，技术创新是最有效的道路。零部件是主机发展的基础和核心要素。工程机械整机每推出一项新技术或新产品，都与零部件密切相关。变速箱是非道路行驶设备中重要零部件之一，在中国市场具有低端技术非常成熟、高端技术发展迟缓的特点。这也造成我国非公路设备用液力传动油品种多样，市场应用最广泛的产品是6号液力传动油和8号液力传动油，高端进口设备多使用满足Caterpillar TO-4规格、Alison C-4规格的液力传动油或ATF品种。

非公路设备行业的技术发展对市场占有率最大的6号液力传动油和8号液力传动油产品的抗氧化性能、高温防腐蚀性能、抗剪切性和低温启动等多项性能也提出了新的要求。

1非公路设备传动设备现状

目前国内外非公路设备使用的变速箱均是采用液压多片式离合器动力换挡，按照结构可分为行星式和定轴式两类。

行星式变速箱输入轴与输出轴同轴布置由行星齿轮排传递动力，传动齿轮为直齿齿轮，模数比定轴式小，传动效率比定轴式低，常用于推土机、装载机等。定轴式各传动轴平行布置，传动齿轮为直齿或斜齿，齿轮模数较大，传动效率高，常用于装载机、叉车、平地机和压路机等。

我国行星式液力变速箱技术成熟，在轮式装载机上的应用最为广泛，如柳工、临工、厦工等诸多个主机厂均有自主生产能力。

国内定轴式变速箱技术则是在ZF公司的WG系列上引进消化吸收发展起来，代表厂家为柳州ZF和杭州前进齿轮箱集团。由于其性能可靠，故障率低，国内高档的产品多使用这种变速箱。

进口的非公路设备或国内重型设备多使用进口变速箱，主要来自卡特彼勒、艾利逊和采埃孚。

2液力传动油规格

目前国际具有影响力的非公路设备液力传动油规格主要有卡特彼勒公司Caterpillar TO-4规格和艾利逊公司的 TES 439规格，两者均为OEM规格。除此之外，满足自动传动液Dexron Ⅲ规格的油品也常被应用在非公路设备中。

国内液力传动油标准一直以油品公司企业标准为主，2015年中国机械工业协会颁布了国内首个液力传动行业标准JB/T 12194-2015，规定了液力传动油的黏温、抗剪切、抗腐蚀等多项性能。

表1比较了这四个规格中对油品关键技术指标的要求。润滑油2016年第31卷

第5期黄东升等.适用于中国非公路设备发展的液力传动油技术

OIL RESEARCH & APPLICATION油品研究与应用

由表1可以看出，与Allison TES 439规格、Caterpillar TO-4规格和Dexron Ⅲ规格相比，JB/T 12194-2015液力传动油还是一个相对简单的规格，对油品的黏温性能、低温性能、抗磨和防腐蚀性能做出了关键性要求，但没有抗氧化和摩擦特性要求。

Allison TES 439和Caterpillar TO-4按照SAE J300要求分黏度级别，JB/T 12194-2015液力传动油只则规定了一个黏度级别的油品。

3国内非公路行业发展对液力传动油技术需求

2015年以来我国工程机械市场有所下滑给新技术发展带来了契机，但国内行星齿轮变速箱成熟的技术和庞大的保有量均表明，未来相当长的一段时间6号液力传动油和8号液力传动油仍将是占据市场主导的品种。满足Allison TES 439规格和Caterpillar TO-4规格的液力传动油则占据高端市场。

但是，企业出于加强对工程机械润滑油的管理，改善工程机械的润滑条件、延长工程机械使用寿命、提升工程机械作业效率考虑，对目前在用的6号液力传动油和8号液力传动油提出了新的技术要求。

中国非公路设备发展的道路决定了国内的液力传动油升级也将具备自身的特点。因此，需要真正引起重视，根据中国非公路设备变速箱发展的性能要求，合理开展油品研究工作。将液力传动油的具体性能要求进行分析。

3.1黏温特性

选用不同黏度的润滑油非常重要。如果润滑油黏度不高，容易导致降低油膜的厚度，影响其承载能力，不能发挥密封作用。而机油如果黏度过大，会让发动机长时间处于低温状态，难以启动，甚至造成较大的功率损失，影响清洗与冷却。这样既增加了运转阻力，还浪费动力，让机械出现更严重的磨损，降低运转的可靠性、灵活性及准确性。此外，油品黏度不高，可能会导致密封系统出现泄漏，产生故障，在润滑不良的条件下降低机械的功率。

收集国内最具有影响力的两个品牌6号液力传动油（A-6和B-6）和8号液力传动油（A-8和B-8）进行了分析，评价了其黏温性能、抗磨性能和剪切性能。

由表3分析的数据可以看出，6号液力传动油和8号液力传动油除了100 ℃黏度差别外，8号液力传动油的黏度指数高于6号液力传动油，低温性能稍优，但剪切性能更差，甚至不能满足JB/T 12194-2015的技术要求。这可能是8号液力传动油中使用了更多的黏度指数改进剂。

对四个油品的抗磨性进行了分析，FZG齿轮机试验和液压泵试验结果显示这四种油品抗磨性能基本相当，黏度降低并没有影响6号液力传动油的抗磨性能。

在实际使用过程中，有许多工程机械用户在选择6号液力传动油和8号液力传动油上出现疑惑。结合表2国际最具有影响力的两个规格液力传动油的黏度划分，6号液力传动油的黏度级别接近10W黏度要求，适合春秋两季选用，但其低温启动性能可能不能满足冬季需求。8号液力传动油适合在夏季选用，但较差的剪切安定性使其在夏季的优势并不明显。实际上，已经有南方用户将6号液力传动油作为全季度品种使用。

JB/T 12194-2015液力传动油中则只规定了一种黏度的液力传动油，要求100 ℃的运动黏度不小于70 mm2/s，并且规定了剪切性能和低温性能，弥补了以上两个品种的各自缺陷。

Caterpillar TO-4 规格中对于黏度的设计也非常适合未来国内液力传动油的市场，10W和30两个单级油可以覆盖中国绝大部分地区使用，减少黏度指数改进剂的加量使油品的黏温性能更加稳定。

3.2氧化安定性

工程机械价格昂贵，备用品很少，并长时间处于工作状态。现场检修工程机械和换油都很不方便，会受到各种因素的阻碍。同时出于节能环保和控制成本的考虑，国内企业对液力传动油的换油周期有了更高的需要。为了让工程机械的这些要求得到真正满足，选择的润滑油要有较好的氧化安定性。

从市场购置了满足Caterpillar TO-4 （10W黏度）液力传动油（以下称C-10W），与A-6、B-6、A-8和C-8四个油品进行了氧化安定性评价。

采用NB/SH/T 0904液力传动油氧化评定方法（反应温度165 ℃，铜片和钢片催化，氧化时间196 h）评价了五个油品，分析试验后油品黏度和酸值变化，同时评价铜片颜色等级。见表4。

根据表4数据可以看出，国内6号液力传动油和8号液力传动油四个油品抗氧化性试验结果均要差于C-10W许多，试验结束后产生油泥现象明显，对铜片的腐蚀性更大。

目前国内6号液力传动油和8号液力传动油换油周期在500～750 h，将换油周期延长到1000 h以上是市场普遍需求，提高油品的氧化安定性是未来液力传动油急需提高的性能。

JB/T 12194-2015液力传动油标准中没有氧化安定性技术指标要求，是一项重要缺陷。

3.3防锈和防腐蚀性能

大部分工程机械在室外作业，现场环境的气体有较强的腐蚀性，或者是烟尘较重，这样在雨水、湿气的侵袭下，以及腐蚀性气体与烟尘的侵蚀下，导致工程机械出现磨损与锈蚀情况。在润滑油高温氧化过程中会产生大量酸性物质，容易对变速箱内铜基离合器片产生腐蚀。国内行星齿轮变速箱在夏季油温有时能达到120～130 ℃，这对液力传动油的高温防腐蚀性能提出更高的要求。

根据JB/T 12194-2015液力传动油标准中技术指标要求，对国内几种油品进行了分析，具体见表5。

TES 439规格和Caterpillar TO-4 规格在防锈蚀性能中都要求通过潮湿箱试验。

JB/T 12194-2015 规格中要求的铜片腐蚀试验（150 ℃，3 h）和液相锈蚀已经可以基本满足国内非公路设备应对环境的基本需求，保证油品在雨水或湿气中的正常工作能力是值得关注的性能。

3.4摩擦特性

摩擦特性是液力传动油最重要的性能之一。TES 439规格、Caterpillar TO-4 规格和Dexron Ⅲ规格均有自己的摩擦台架要求，并且是规格中核心技术指标。国内JB/T 12194-2015规格中并没有摩擦台架技术要求。

用国内8号液力传动油在SAE NO2试验机上进行过多种方法的摩擦性能的评价，但从没有得到过满意的结果。图1显示了采用Dexron Ⅲ规格要求摩擦方法评定A-8液力传动油的数据。

还进行了A-6、B-6和B-8在SAE NO2摩擦台架的测试，结果与图1显示结果近似，四种均没有显示出好的摩擦特性。

但对于国内非公路设备选用的铜粉末冶金摩擦片的变速箱来说，与国际三种最具有影响力的液力传动油规格各自开发的摩擦特性评定方法并没有必然的关联性。6号液力传动油或8号液力传动油在实际使用过程中与国内行星齿轮变速箱摩擦特性匹配良好。杭齿和柳工在开发的定轴式变速箱说明书中，也明确推荐使用8号液力传动油。

这说明国内6号液力传动油和8号液力传动油在摩擦台架评价结果虽然较差，但对其改进并不是十分必要。摩擦特性作为液力传动油的最重要的性能之一，由于国内变速箱零部件结构特点，成为了最容易满足的性能。

4结论

我国非公路设备用液力传动油的技术新要求与变速箱零部件的产业发展息息相关。市场需要满足TES 439规格和Caterpillar TO-4规格的高端液力传动油，但同时需要对于应用最广泛的6号液力传动油和8号液力传动油进行精细化改进，以适应国内市场发展需求。

向市场推出更合理的黏度级别和黏温性能的液力传动油品种，提高液力传动油的氧化安定性和清净性，维持液力传动油在潮湿环境中的工作能力，是未来一段时间内在技术上提高液力传动油产品竞争力的有效方式。收稿日期：2016-07-25。