10号航空液压油在油气弹簧寒区工况的应用研究

冯栋梁，常丰，宁丹，张旭，蔡文斌，王永丽

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

10号航空液压油在油气弹簧寒区工况的应用研究

冯栋梁，常丰，宁丹，张旭，蔡文斌，王永丽

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

为了验证某车油气弹簧在寒区正常工作时所用液压油的合理性，并给出油液更换标准，根据该车油气弹簧寒区工作特点，依据寒区用油性能需求，对其所用的10号航空液压油的理化参数做了分析与检测。结果表明:10号航空液压油满足该车油气弹簧寒区用油要求，并给出液压油更换的依据。

油气弹簧；寒区用油；10号航空液压油

0 引言

某车采用了油气悬架这一先进的悬架形式，作为其核心部件的油气弹簧是以油液作为传力介质，同时油液需要对其内的高压橡胶密封件满足润滑、冷却、防腐等作用。该车油气弹簧需要满足在寒区的使用，其中所用液压油性能的优劣，直接影响到油气弹簧的正常工作状态，进而影响到车辆悬架的刚度和阻尼特性。为满足冬季严寒地区-43 ℃的使用环境温度要求，该车油气弹簧寒区用油选用了10号航空液压油。

1 寒区用油的选用

油气弹簧寒区用油需要考虑油气弹簧的寒区工况对液压油相应性能的需求。

在寒区工况下，油气弹簧用油具有如下工作特点：

(1)工作压力大[1]。该车在寒区因为越野速度和不同路况的需求，使得油气弹簧经常处于高频高振幅的工况，其液压油的工作压力能达到40 MPa以及更高。工作压力越大，对液压油黏度性能的要求也越高。低温会使液压油黏度变大，而液压油的黏度增大意味着液压动作的迟缓，将导致油气弹簧对位移和力的要求产生滞后。

(2)工作温度跨度大。根据该车寒区跑车采集的具体数据统计，该车油气弹簧液压油的工作温度长时间处于-30 ℃(环境温度)至80 ℃(40 km/h的跑车温度)之间，短时间温度偶尔要到-40 ℃，恶劣工况油液温度要到100 ℃，这就需要液压油具备良好的黏温特性。

(3)工作时承受高剪切力。油气弹簧中减振阀阻尼孔的缝隙节流功能，与高转速液压泵对油气弹簧供油需求，均使得液压油经常处于高剪切力下工作。因此，液压油需要具备良好的剪切安定性。低温会使液压油黏度增大，从而剪切力也增大，影响油气弹簧的阻尼特性。

(4)油液清洁度要求高。该车油气弹簧充放的液压油会流经油箱、液压管路、各种液压阀体和油气弹簧缸内，这样导致该液压油会与多种金属和非金属材料接触，对该液压油造成污染，进而导致各种阀体和油气弹簧工作异常。因此对液压油的清洁度要求很高。

1.1油气弹簧的寒区用油，需要满足以下基本性能要求

为保证油气弹簧寒区正常工作，对液压油的选用，主要需要注意以下几点[2-7]：

(1)运动黏度: 运动黏度反映的是油品的内摩擦力，是表示油品流动性的一项指标，用来表征油品的高低温性能(高低温性能用黏度指数表征，而非单纯运动黏度)。黏度越高流动性越差，会造成油气弹簧阻尼力过大；黏度越低润滑能力越低，油气弹簧内摩擦力增大，密封性能受损，在高压下会造成液压油泄漏。

(2)闪点:闪点反映的是油品的蒸发性能，用以表征油品的易燃程度。闪点越高，高温性能越好。从油品闪点可判断其馏分组成的轻重，油品的馏分越轻，挥发性越大，其闪点越低。反之，油品的馏分越重，挥发性越小，其闪点越高。油气弹簧在寒区工作时，高温可达100 ℃左右，油液闪点过低容易造成油液挥发过度。

(3)凝点:凝点反映的是规定的冷却条件下油品停止流动的最高温度。是表征油品低温流动性的重要指标。凝点过高的油品将使油气弹簧出现阻尼过大，橡胶密封圈翻转等异常。一般来说，油品的凝点应比使用环境最低温度低5～7 ℃。

(4)水分:水分反映的是油品中含水量的百分数，通常是质量的百分数。油品中水分过高，会破坏油膜厚度，使润滑效果变差，摩擦力增大，温度升高，加速有机酸对金属的腐蚀作用，导致油气弹簧漏油漏气。寒区低温下，液压油中水分凝固，附着在油气弹簧缸筒、活塞和减振阀表面上，可能导致减振阀卡死，密封失效，使油气弹簧不能正常工作。因此，油品中水分越少越好。

(5)酸值:酸值反映的是油品中含有酸值物质的多少，用以表征油品中各种添加剂混合后的总酸度总酸值。酸值过高意味着液压油中添加剂降解严重，油气弹簧对液压油性能的需求不再满足。

(6)剪切安定性：剪切安定性反映的是油品抵抗剪切的作用，用以表征油品受到机械剪切力时，抵抗黏度变化的能力。抗剪切能力差意味着油品中的大分子容易发生断裂，导致油品黏度下降，使用寿命短。

根据以上分析同时借鉴相关车型实际使用经验，该车油气弹簧寒区用油选用了10号航空液压油，其基础油为石油基液压油，是用98%硫酸精制的基础油，其中加入了黏度指数改进剂聚正丁基乙烯醚、抗氧剂2, 6-二叔丁基对甲酚、染色剂苏丹IV调合而成。

10号航空液压油遵循SH 0358-1995(2005)标准，表1所示是标准中的部分基本技术要求。

表1 10号航空液压油技术要求

对照表1所示，对实车所用新油进行了相关项目的检测，可得表2所示测试结果，结果显示新油的技术要求全部满足。

表2 10号航空液压油新油测试结果

1.2油气弹簧的寒区用油，需要满足油液清洁性要求

颗粒污染度是反映油品清洁程度的指标之一，它是通过测定油品中颗粒的分布情况来反映油品的颗粒污染程度。对新油而言，颗粒污染物主要是来自于难以溶解的固体添加剂颗粒、调油设备及包装物中的固体颗粒、空气中的灰尘等。对在用油而言，颗粒污染度则反映了油品自身氧化变质、外界污染和设备磨损的程度，是油液监测过程中必不可少的检测项目之一。颗粒污染度的测定方法有ISO 4406(对应的国家标准为GB/T 14039)和美国的NAS 1638。这两个标准的测定原理基本相同的。根据该车油气弹簧的使用工况，要求其所用液压油的污染度等级在NAS 8级以下。如果污染度等级过高，油液中混有过多杂质，容易引起油气弹簧缸体的划伤以及密封的损坏，进而导致油气弹簧失效。对新油取样25 mL，采用φ25 mm孔径1.2 μm的微孔滤膜进行滤膜分析同时测试其油液污染度。图1至图3所示是对10号航空液压油的新油进行滤膜分析的结果。

图1 100×铁系颗粒等

图2 100×非金属颗粒等

图3 100×纤维等

根据对滤膜的观察分析可知10号航空液压油新油中有个别小于20 μm的铁系颗粒、少量非金属颗粒和个别纤维等，元素分析结果该油液污染度等级为NAS 8级。满足油气弹簧对该10号航空液压油的使用要求。颗粒污染度也是反映油品清洁程度的指标之一，它是通过测定油品中颗粒的分布情况来反映油品的颗粒污染程度。对新油而言，颗粒污染物主要是来自于难以溶解的固体添加剂颗粒、调油设备及包装物中的固体颗粒、空气中的灰尘等。对在用油而言，颗粒污染度则反映了油品自身氧化变质、外界污染和设备磨损的程度，是油液监测过程中必不可少的检测项目之一。颗粒污染度的测定方法有ISO 4406(对应的国家标准为GB/T 14039)和美国的NAS 1638。这两个标准的测定原理基本相同的。

2 寒区用油的更换

10号航空液压油在油气弹簧寒区使用过程中由于受到机械、物理和化学的作用，其性能逐渐劣化。当油液主要性能劣化到对油气弹簧正常工作有危害的程度时，应及时更换油液[8]。

根据该车寒区跑车观察，10号航空液压油寒区性能下降的主要表现及原因如表3所示。

表3 10号航空液压油性能劣化表现及原因

10号航空液压油在寒区的更换通常采用两种评判方式：一是根据经验对油样观察确定是否进行换油，如液压油的颜色变黑并且浑浊较严重，用手搓捻感觉油性降低含水量过高，油气弹簧或液压阀等出现卡滞等;另一个就是车辆定期检修时按照规定对液压油取样化验，根据化验结果确定是否进行换油，如液压油的污染度等级大于NAS 10级，含水量超过标准值，运动黏度等超标。

以下是对该车在寒区跑车4000 km后，油气弹簧所用10号航空液压油的化验分析。

(1) 铁谱分析与元素分析

图4至图6所示为10号航空液压油铁谱分析结果示意图，表4是元素分析结果数据。

图4 100×谱片入口处照片

图5 500×切削磨粒等

图6 500×铜合金磨粒等

元素含量/mg·kg-1元素含量/mg·kg-1Mn1.0Fe6Ca2Zn10P201Mg1Pb7Cr10Cu9Si66

旧油中有较多小尺寸的铁磁性磨粒、个别切削磨粒、少量小于20 μm的滑滚复合磨粒、个别小于30 μm的铜合金磨粒和少量外界污染颗粒等。分析表明油液污染度等级超过NAS 12级。10号航空液压油的新油中，Pb、Cu、Fe、Zn、Cr的含量都小于1 mg/kg，元素分析结果显示这几种金属元素含量均升高。Pb和Zn元素含量升高可能来自于丁腈橡胶所含的硬磷酸脂铅和氧化锌的降解，Cu元素含量升高可能来自含有青铜的聚四氟乙烯导向带的磨损，Fe和Cr元素含量升高可能来自金属缸筒的摩擦磨损等。Si元素含量升高可能是有硅油或外界砂砾混入等。

(2) 理化性能分析(见表5)

表5 10号航空液压油旧油理化性能分析结果

对比10号航空液压油SH 0358-1995的技术要求，以及新油实测的相关特性数据，可知该油因为氧化使得黏度增加，尤其是-40 ℃对应的运动黏度值远远超过许可值。过高的运动黏度会导致油气弹簧阻尼力增大，刚度阻尼与整车不再匹配，同时过高的黏度导致油液温升过高，进一步导致油液氧化的程度加深。最终导致油气弹簧无法满足正常工作需要。

综合上述分析结果，可知该车所用10号航空液压油已经失效，必须进行更换了。

3 结论

(1)10号航空液压油具有良好的质量指标，适用于该车油气弹簧在寒区用油的需要。可满足工作时油液压力大、油温跨度宽、油液承受高剪切力和对油液清洁度有较高要求的油气弹簧和减振器等的使用需求。

(2)10号航空液压油的新油一般满足NAS 8级，如果需要的油液污染度等级小于NAS 8级，需要将新油精滤，若要求低于NAS 7级，则对过滤环境、包装物、油品加入方式等均有相关要求。如果油液污染度大于NAS 10级，建议更换新油。

(3)10号航空液压油的更换除了采用经验法外，应该对其进行理化性能检测，制定更加详细的换油指标，形成规范的更换准则，这样更能针对实际情况更滑用油，更好地指导实际使用。

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Application Research of No.10 Aviation Hydraulic Oil in Hydro-pneumatic Spring in Cold Area

FENG Dong-liang, CHANG Feng, NING Dan, ZHANG Xu, CAI Wen-bin, WANG Yong-li

(China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China)

To verify the rationality of the hydraulic oil used in the normal operation of a hydro-pneumatic spring in cold area，and give the replacement standards，according to the working characteristics of hydro-pneumatic spring and demands for the oil in cold area, analysis and tests were done for the physical and chemical parameters of No.10 aviation hydraulic oil. The results show that the No.10 aviation hydraulic oil can meet the requirements of the hydro-pneumatic spring in cold area，the replacement basis is also given.

hydro-pneumatic spring; oil in cold area; No.10 aviation hydraulic oil

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.008

1002-3119(2017)05-0036-04

TE626.34

A

2017-04-18。

冯栋梁，硕士，副研究员，2005年毕业于太原理工大学机械设计制造及其自动化专业，2010年毕业于中国北方车辆研究所车辆工程专业，现从事轮式车和履带车底盘悬架开发工作,曾公开发表论文4篇。E-mail:fdl0112201@163.com