大型凿岩机专用润滑油的开发和应用

2019-12-27石啸

石油商技 2019年6期

石啸

中国石化润滑油有限公司北京研究院

本文根据凿岩机设备工况，筛选合适的基础油和添加剂，研发了长城大型凿岩机专用润滑油RDO M320。该产品具备优异的极压抗磨、防锈、铜腐保护和乳化性能，同时具备较低的摩擦系数，在澳大利亚某矿山大型凿岩机上成功应用表明，可以很好地满足大型凿岩机设备润滑要求。

随着国内外矿山开采业的蓬勃发展，矿山规模和开采量逐年增大，大型凿岩机越来越多地使用在矿山开采中。大型凿岩机有露天钻车和井下钻车，一般都由底盘、钻臂、推进器、控制系统和凿岩机组成，并且都具有配用高效能的主机、采用大推力的推进器和大扭矩的回转机构、普遍采用液压技术等特点。应用大型凿岩机是提高采掘速度的重要途径，是减轻劳动强度、改善劳动条件和提高劳动生产率的重要措施。随着凿岩爆破工艺的不断提高，巷道作业面的加大，大型凿岩机在生产建设中愈来愈显示出其优越性，同时在实际应用过程中对其要求也愈来愈高[1～4]。

大型凿岩机工况和润滑要求

凿岩机的构成包括操纵台、气动凿岩机、湿式除尘器、推进机构、液压泵站等。它以压缩空气为动力源，利用配气阀来改变压缩空气进入气缸的方向，从而使缸内活塞往复运动。冲程时，活塞冲击钎具凿碎岩石；回程时，活塞带动钎具回转一定角度，通过连续地冲击、回转，使钎具在岩石上凿出圆形炮孔。Sandvik DR580 凿岩机外观见图1。

大型凿岩机设备运行过程中钻杆处于高速、重载的工况，且运行过程中可能会有水流混入，要求油品具备良好的极压抗磨、防锈、铜腐和一定的乳化性能，以保证水与润滑油接触后形成乳化液，避免水与金属部件直接接触，水可随着油品一同排出缸体。同时凿岩机械润滑产品的发展应适应国民经济的发展需求，即向节能、环保方向发展[5]。

随着“节能减排”要求日益严格，设备制造商对节能型润滑油的需求也越来越多。大型凿岩机能耗较高，而普通的凿岩机润滑油没有考虑减摩性能。可采用润滑剂减少摩擦并提高燃料经济性，主要途径有2 种：

图1 Sandvik DR580凿岩机

◇使用多级润滑油，特别是低凝多级油，通过降低黏度级别来减少流体动力学阻力；

◇添加摩擦改进剂，减少边界和混合润滑的摩擦[6]。

考虑到大型凿岩机的高速重载工况，降低油品运动黏度易造成油膜厚度不足，为此可重点考虑添加摩擦改进剂来减少凿岩机运动部件摩擦磨损，降低能耗，提高工作效率。

根据目前的研究[7～9]，有机钼摩擦改进剂对于降低油品摩擦系数具有较大优势，在油品中溶解性相对较好，且降摩效果明显。有机钼摩擦改进剂的减摩机理为吸附于金属表面，并与之发生化学反应形成低摩擦系数的化学反应膜，从而降低金属接触面的摩擦系数，如图2所示。

由于大型凿岩机对于节能降耗和提升设备润滑防护的需要，目前市场上多使用含钼型凿岩机润滑油用于大型凿岩设备。中国石化润滑油有限公司根据大型凿岩机设备工况，适时研发了大型凿岩机专用润滑油。

产品开发

根据设备润滑要求和市场在用竞品情况，开发了ISO VG 320 黏度等级的长城大型凿岩机专用润滑油RDO M320（简称长城 RDO M320，英文名：Sinopec Rock Drill Moly 320），以下介绍长城 RDO M320 的开发过程。

基础油

依据凿岩机设备的使用环境、润滑要求，综合考虑成本和添加剂溶解性，实验室优选了2 种基础油作为凿岩机润滑油组分，基础油典型数据见表1。

添加剂选择

大型凿岩机工作过程中钻杆处于高速、重载的工况，同时可能会有水流混入，因此需要选择具备优异极压抗磨性能、防锈性和铜腐保护等性能的功能复合剂[10，11]。对GA1 和GA2 两种硫磷型功能复合剂进行评价，筛选配方见表2，性能评价结果见表3。

根据表3 的分析结果，优选Y%(质量分数)的GA1 功能复合剂作为研制油的添加剂主剂。

市场上有机钼盐减摩剂主要有二硫代磷酸钼和二硫代氨基甲酸钼等，选取市场中常见的3 种有机钼减摩剂（M1、M2、M3），考察与目前添加剂体系的兼容性，筛选配方见表4，油品摩擦性能见表5，外观见图 3。

图2 有机钼摩擦改进剂作用机理

表1 基础油典型数据

表2 功能复合剂筛选配方

表3 功能复合剂性能评价

从表5 可以看出，相同加剂量条件下3 种摩擦改进剂配方油品的摩擦系数基本接近。从图 3 可以看出，加入M1 或M3 后，RDO M1、RDO M3 油品均出现浑浊，可能是由于M1 或M3 在GA 配方体系中配伍性能不好。RDO M2 油品澄清透亮，M2 减摩剂在该体系中溶解性较好，因此选择M2 有机钼添加剂作为减摩剂。