商用车动力转向油与橡胶的相容性研究

闫瑾，许扬

(中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林 长春 130011)

0 引言

液压助力转向系统由于其工作压力高、部件尺寸小、工作时无噪声、工作滞后时间短等优点，被广泛地应用在商用车上。但商用车液压助力转向系统在使用过程中，时常因系统密封不良引起转向油罐的液位下降。所以对橡胶与动力转向油的相容性进行考察，可以有效避免转向系统的漏油现象。

近年来，随着长换油期发动机油、驱动桥油、变速箱油在市场上取得良好的反响，转向油也开始向长换油期方向发展。目前，国内市场上长换油期的动力转向油最长换油里程可达10×104km。长换油期动力转向油与橡胶密封件的接触时间长，系统的密封受到很大的考验，所以有必要对长换油期动力转向油进行橡胶相容性试验。

本文选取2种已通过行车试验验证的10×104km换油里程商用车动力转向油(试验油1和试验油2)以及1种同类型油品(试验油3)与标准橡胶试片进行橡胶相容性考察。

1 试验部分

1.1试验条件

动力转向油的一般工作温度可达70～120 ℃，极端条件下可达150～160 ℃，参考某企业液压动力转向系统用油标准，试验方法为VW 2.8.1，试验温度为130 ℃，试验时间为96 h。

该标准中的橡胶相容性试验条件符合商用车液压助力转向系统非极端条件下的实际工况。在参考该试验条件的基础上，对试验过程进行如下改进：

(1)为保证油品与橡胶试片的充分融合，试验前后用试验油浸泡橡胶试片各24 h；

(2)为模拟橡胶试片在冷热交变下的变化情况，采取间断试验法，以每加热8 h后室温冷却16 h为一个循环，共进行12个循环。

1.2试验样品

试验油1和试验油2为通过行车试验的10×104km换油里程商用车动力转向油，试验油3为比试验油1、试验油2规格更高的同类别油品。橡胶试片与试验油的基本情况见表1。

表1 橡胶试片与试验油的基本情况

1.3试验步骤

(1)将丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FKM)、聚丙烯酸酯橡胶(ACM)分别裁剪成10 mm×20 mm的试验片各三个，测定试验片在空气中质量、水中质量及A型邵尔表观硬度。

(2)将橡胶试验片在试验油中浸泡24 h，将试验油与试验片置于(130±5) ℃的烘箱中，以每加热8 h后自然冷却至室温16 h为一个循环，共进行12个循环。

(3)橡胶试验片在试验油中继续浸泡24 h后，将试验片表面擦拭干净，测定试验片在空气中质量、水中质量及A型邵尔表观硬度。按照式(1)计算试验前后试验片的质量变化率、体积变化率、硬度变化率及试验油的100 ℃运动黏度变化率、黏度指数变化率。

(1)

式中：

A——试验前试验项目数值，如质量、体积、硬度、运动黏度、黏度指数等；

B——试验后试验项目数值，如质量、体积、硬度、运动黏度、黏度指数等。

2 结果讨论

参考某企业液压助力转向系统用油橡胶相容性质量指标来对本次试验中的试验油与试验橡胶的相容性进行评价，各项质量指标如表2所示。

表2 商用车动力转向油橡胶相容性试验(130℃，96h)质量指标 %

2.1橡胶试片的变化

2.1.1 质量变化

计算橡胶试片试验前后的质量变化率，试验结果如图1所示。

图1 橡胶试片的质量变化率

由图1可得，丁腈橡胶(NBR)的质量变化率为-4.74%～-2.58%，氟橡胶(FKM)的质量变化率为-0.12%～0.44%，聚丙烯酸酯橡胶(ACM)的质量变化率为0.07%～2.16%，三种橡胶的质量变化率均很小，质量变化幅度：丁腈橡胶(NBR)>聚丙烯酸酯橡胶(ACM)>氟橡胶(FKM)。

2.1.2 体积变化

计算橡胶试片试验前后的体积变化率，试验结果如图2所示。

图2 橡胶试片的体积变化率

由图2可得，丁腈橡胶(NBR)的体积变化率为-5.87%～-3.87%，氟橡胶(FKM)的体积变化率为0.42%～1.17%，聚丙烯酸酯橡胶(ACM)的体积变化率为0.02%～2.24%，三种橡胶的体积变化率均很小。丁腈橡胶(NBR)的变化幅度要明显大于氟橡胶(FKM)和聚丙烯酸酯橡胶(ACM)。

2.1.3 硬度变化

计算橡胶试片试验前后的硬度变化率，试验结果如图3所示。

图3 橡胶试片的硬度变化率

由图3可得，丁腈橡胶(NBR)的硬度变化率为4.88%～12.20%，氟橡胶(FKM)的硬度变化率为2.38%～4.76%，聚丙烯酸酯橡胶(ACM)的硬度变化率为11.11%～25.93%。橡胶试片的硬度变化幅度：聚丙烯酸酯橡胶(ACM)>丁腈橡胶(NBR)>氟橡胶(FKM)。

2.2试验油的变化

考察橡胶对试验油的影响，以空白试验油为参比，计算试验油橡胶相容性试验后的100 ℃运动黏度变化率、黏度指数变化率。计算结果如图4所示，η-100-1为橡胶相容性试验后的试验油100 ℃运

动黏度变化率；η-VI-1为橡胶相容性试验后的试验油黏度指数变化率。

图4 试验油的100 ℃黏度变化率和黏度指数变化率

橡胶相容性试验后，3种试验油的100 ℃运动黏度变化率为-0.07%～0.50%，黏度指数变化率为-0.06%～1.86%。由计算结果可知，100 ℃运动黏度变化率和黏度指数变化率均很小，远小于常见的指标要求，因此橡胶试片对试验油的影响十分微小，可以忽略不计。

2.3油品使用建议

汇总图1至图3数据，得到表3所示的试验油与橡胶相容性比较结果，其中“Δ”为三种橡胶在每种试验油中质量变化率、体积变化率、硬度变化率的绝对值最小值。根据“Δ”的分布情况，选出对三种橡胶影响最小的油品。

表3 试验油与橡胶相容性的比较结果

由表3可得，当转向系统密封件材料为丁腈橡胶(NBR)时，“Δ”集中分布在试验油3，说明此时使用试验油3最佳；当密封件材料为氟橡胶(FKM)时，使用试验油1最佳；当密封件材料为聚丙烯酸酯橡胶(ACM)时，使用试验油1最佳。

3 总结

试验油与橡胶的相容性试验结果可得：

(1)试验油对橡胶的质量、体积、硬度均有不同程度影响。丁腈橡胶(NBR)的质量与体积均减小，硬度增大；氟橡胶(FKM)的体积与硬度均增大，质量变化与试验油有关；聚丙烯酸酯橡胶(ACM)的质量、体积、硬度均增大。其中，丁腈橡胶(NBR)的质量、体积变化幅度最大，聚丙烯酸酯橡胶(ACM)的硬度变化幅度最大，氟橡胶(FKM)的质量、体积及硬度变化幅度最小。

(2)橡胶试片对试验油的运动黏度、黏度指数影响不明显，试验油长时间与橡胶件接触，油品的流动性能没有明显影响。

(3)当转向系统密封材料为丁腈橡胶(NBR)时，推荐使用试验油3；当密封件材料为氟橡胶(FKM)时，推荐使用试验油1；当密封件材料为聚丙烯酸酯橡胶(ACM)时，推荐使用试验油1。