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工程機(jī)械液壓系統(tǒng)與工業(yè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的差異

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)與工業(yè)設(shè)備液壓系統(tǒng)的差異如表4所示。從表4可以看出，工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的工況較工業(yè)設(shè)備的液壓系統(tǒng)工況更為苛刻。因此，要求油品具有更好的熱穩(wěn)定性、氧化安定性、極壓抗磨性、粘溫性能、低溫性能等。

其他工程機(jī)械液壓油的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

JCMA為日本工程機(jī)械協(xié)會，其成員主要包括小松、卡特彼勒、住友、日立等工程機(jī)械公司及石油公司等。為了建立一個工程機(jī)械液壓油的規(guī)格，JCMA的燃料和潤滑委員會自1999年開始進(jìn)行調(diào)研。并于2004年12月了工程機(jī)械用液壓油的規(guī)格，包括JCMASHK和HKB兩部分。其中HK是一個工程機(jī)械用的礦油型抗磨液壓油規(guī)格，JCMASHKB規(guī)格為環(huán)境友好型的液壓油規(guī)格。

JCMASHK規(guī)格中將油品分為單級和多級兩部分，各包括32、46兩個粘度級別，如表5所示。其中多級的油品在低溫和粘溫性能上優(yōu)于單級的油品。JCMASHK規(guī)格中對粘溫性能和低溫性能的要求如表6所示（以32粘度級別為例）。從表6及表2可以看出，JCMASHK規(guī)格中對于低溫和粘溫的性能要求，對于單級油來說，與GB11118.1中L-HM級別相當(dāng)；對于多級油來說，對低溫性能的要求介于GB11118.1中L-HV和L-HS之間，對于粘溫性能的要求低于L-HV。此外，在JCMASHK的規(guī)格中，還增加了高壓臺架泵試驗(yàn)、摩擦特性試驗(yàn)以及不同種類的密封材料的相容性試驗(yàn)。

工程機(jī)械用液壓油的選擇

從上面的討論中可以看出，L-HM、L-HV、L-HS等多個質(zhì)量級別液壓油均可用于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)，每個質(zhì)量級別又包含多個粘度級別，比如L-HV液壓油，包括10、15、22、32、46、68、100等7個粘度級別，因此需要針對工程機(jī)械具體的工況特點(diǎn)，準(zhǔn)確的選擇某個質(zhì)量級別和某個粘度級別。

1選擇液壓油粘度等級及質(zhì)量等級時應(yīng)考慮的幾個方面

1）REXROTH對粘度等級和質(zhì)量等級的選擇建議REXROTH在RE90220（軸向柱塞泵用礦物型液壓油標(biāo)準(zhǔn)）中談到，選擇粘度等級應(yīng)考慮在環(huán)境溫度下的啟動粘度（如有必要還要考慮傾點(diǎn)）及根據(jù)系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)得出的最優(yōu)運(yùn)行粘度。同時，在此標(biāo)準(zhǔn)中給出的粘度范圍為：I：5mm2/s（115℃）～1600（-40℃）mm2/s。II：10mm2/s（90℃）～1000（-25℃）mm2/s，最佳工作粘度范圍為16～36mm2/s（其中I和II是針對REXROTH不同規(guī)格的泵提出的粘度范圍要求）。對于單級液壓油（如圖2所示為粘度指數(shù)為100的液壓油），給出了如下的粘度—溫度圖。根據(jù)REXROTH推薦的最高粘度、最低粘度及最優(yōu)粘度范圍，從圖2可以得出不同粘度級別（粘度指數(shù)為100）的油品適用的最低溫度和最高溫度及最佳工作溫度范圍。比如對于ISOVG22，適用的溫度范圍為-23~60℃，最佳溫度范圍為25~45℃；對于ISOVG46，適用的溫度范圍為-5~86℃，最佳溫度范圍為42~63℃；對于ISOVG68，適用溫度范圍為5~90℃，最佳溫度范圍為42~63℃。

用戶可以結(jié)合自己液壓系統(tǒng)或液壓件所要求的最高粘度、最低粘度、最優(yōu)粘度要求及對工作溫度范圍的需求，對照圖表選出適宜的油品粘度等級。此外,該標(biāo)準(zhǔn)還建議在每種情況下均應(yīng)盡可能選擇最高的粘度等級。比如，在環(huán)境溫度為X℃，工作溫度為60℃時，在最優(yōu)的運(yùn)行粘度范圍內(nèi)，可對應(yīng)VG46和VG68，應(yīng)選擇VG68。該標(biāo)準(zhǔn)中對于單級的液壓油還做了如下推薦：VG22：用于北極的環(huán)境及極長的輸送管道。

VG32：用于歐洲中部冬季環(huán)境。VG46：用于歐洲中部夏季環(huán)境或封閉環(huán)境。VG68：用于熱帶或高溫地區(qū)。VG100：用于極高的溫度。標(biāo)準(zhǔn)中還提到，高粘度指數(shù)的液壓油（也稱為多級油）（VI≥140）的HVLP（相當(dāng)于我國國家標(biāo)準(zhǔn)的L-HV及以上質(zhì)量級別）適用于寬的溫度范圍，尤其是移動設(shè)備比如工程機(jī)械。2）不同OEM對液壓油最大粘度、最小粘度及最優(yōu)粘度范圍的要求由于泵的類型不同，OEM的設(shè)計(jì)不同，所以不同OEM、不同液壓元件對液壓油最大粘度、最小粘度及最優(yōu)粘度范圍的要求略有不同。DENISON認(rèn)為的粘度范圍為10~1618mm2/s（柱塞泵），Eaton對于移動設(shè)備的粘度范圍要求為10~860mm2/s（移動設(shè)備柱塞泵），Kawasaki認(rèn)為的粘度范圍為10~1000mm2/s（K3V），Danfoss認(rèn)為的粘度范圍為7~1600mm2/s（軸向柱塞泵）。前面提到REXROTH的要求為I：5~1600mm2/s，II：10mm2/s~1000mm2/s。

可以看出不同液壓泵、不同OEM要求較為接近，但不盡相同。所以主機(jī)廠或用戶在選用液壓油粘度等級時，應(yīng)考慮選用的液壓元件對液壓油最大粘度、最小粘度及最優(yōu)粘度范圍的要求。3）同一粘度，不同粘度指數(shù)的油品，適用的溫度范圍不同同一粘度，不同粘度指數(shù)的油品，其粘-溫圖不同（所以在圖2中強(qiáng)調(diào)是VI為100的粘-溫圖），適用的溫度范圍不同。例如，對于粘度等級相同（同為46#油）的多級油（如L-HV、L-HS）和單級油（如L-HM），由于粘度指數(shù)不同其使用溫度范圍也不同，如圖3所示。

圖3表現(xiàn)了兩個40℃運(yùn)動粘度均為46mm2/s的液壓油，由于它們的粘度指數(shù)不同,在高溫粘度達(dá)到10mm2/s和低溫粘度達(dá)到1000mm2/s的溫度點(diǎn)不同，所以這兩個油品雖然同為VG46的液壓油，其使用的溫度范圍不同。粘度指數(shù)高的液壓油使用的溫度范圍更寬。圖4的四條線分別為粘度指數(shù)不同的四個油（40℃運(yùn)動粘度均為32）操作溫度范圍的示意圖，選取的高、低溫粘度為10～1000mm2/s。可以看出，同一粘度級別的油品，由于粘度指數(shù)的不同，對應(yīng)了不同的使用溫度范圍。因此，選取液壓油的粘度級別時，應(yīng)同時考慮粘度級別、粘度指數(shù)兩個素。可根據(jù)選定的油品（粘度和粘指已確定）的粘度—溫度圖來判斷是否滿足低溫粘度、高溫粘度及最佳操作粘度要求。4）粘度選擇不合適帶來的影響如果粘度選擇不合適，會帶來如下的影響，如圖5所示。可以看出，選擇的油品粘度太小，油品的承載能力差，會造成設(shè)備磨損，減小設(shè)備壽命；干磨損或邊界潤滑的狀態(tài)，會帶來過熱；粘度太小還會降低泵的體積效率。選擇的粘度太大，會造成液壓泵的機(jī)械效率低，低溫時流動性差，造成潤滑區(qū)流量低等。5）粘度對泵效率的影響粘度對液壓泵效率的影響包括對容積效率和體積效率的影響。容積效率和體積效率共同形成了總效率。

如圖6所示。對于粘度偏小帶來的對容積（體積）效率的影響以及粘度偏大帶來的對機(jī)械效率的影響，有資料表明，有添加劑公司和液壓泵公司做過相關(guān)的臺架試驗(yàn)研究。圖7和圖8為在不同的壓力、溫度和轉(zhuǎn)速下四個粘度級別（32、46、68、100）油品在葉片泵臺架試驗(yàn)中分別表現(xiàn)出的容積（體積）效率和機(jī)械效率。圖7中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下體積效率的表現(xiàn)情況。

在大多的測試條件下，對于體積效率來講，粘度越高，效率越高。圖8中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下機(jī)械效率的表現(xiàn)情況。在所有的測試條件下，不同粘度級別對機(jī)械效率的影響較小。研究結(jié)果表明，對于葉片泵來講，總效率的差異是由體積效率而導(dǎo)致的，在某些試驗(yàn)條件下接近10%（見圖9）。而由機(jī)械效率帶來的差異小于1%通過上述粘度對葉片泵機(jī)械效率和體積效率的影響研究看出，在考慮粘度對上述兩方面的影響時，應(yīng)重點(diǎn)考慮粘度對葉片泵體積效率的影響，這是主要因素，在同樣條件下，選擇粘度稍高的油品對總效率有利。

圖10～圖12為在不同的壓力、溫度和轉(zhuǎn)速下不同粘度級別（32、46）油品在柱塞泵上分別表現(xiàn)出的容積（體積）效率、機(jī)械效率及總效率。圖10中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下體積效率的表現(xiàn)情況。可以看出，所有測試條件下，不同粘度級別的油品對柱塞泵體積效率影響很小。圖11中，8組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為不同壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和不同粘度下機(jī)械效率的表現(xiàn)情況。可以看出，所有測試條件下，ISOVG32相比46粘度來說，柱塞泵機(jī)械效率高。因此，對于柱塞泵來說，機(jī)械效率是其總效率的影響因素，選擇粘度低的油品，有利于提高柱塞泵的總效率。

綜上，對于液壓油粘度的選擇，可以根據(jù)工程機(jī)械設(shè)備選用的液壓元件對液壓油高、低溫粘度及最佳粘度范圍的要求，及不同粘度、不同粘度指數(shù)的油品的粘度、溫度圖及設(shè)備操作的實(shí)際溫度范圍來選擇液壓油粘度。注意如果選擇單級液壓油，要根據(jù)溫度的變化及時換油，不能做到四季通用或南北地域通用。如果選擇多級油，應(yīng)用的溫度范圍較寬。從液壓泵效率最大化的角度來講，影響葉片泵總效率的主要是體積效率，選擇粘度稍大的油品對葉片泵的總效率有利。影響柱塞泵總效率的主要是機(jī)械效率，選擇粘度稍小的油品對柱塞泵的總效率有利。

2對于液壓油抗磨性的選擇

RE90220標(biāo)準(zhǔn)中提到，壓力等級分為4級，0級為壓力在8～12.5MPa之間，對FZG的要求小于5級（失效級，下同）。1級為壓力在12.5～20MPa之間，對FZG的要求為5～6級，2級為壓力在20～25MPa之間，對FZG的要求為7～9級，3級為25～30MPa之間，對FZG的要求為10級。對于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)，壓力通常在RE90220分級中的3級或更高，因此應(yīng)選擇FZG為10級或以上的液壓油。我國的液壓油國家標(biāo)準(zhǔn)中HM、HV、HS液壓油在FZG的要求上均為不小于10級（32#及其以上粘度級別）。對于工程機(jī)械來講，壓力等級通常屬于RE90220標(biāo)準(zhǔn)分級中的3級或更高，因此，應(yīng)選擇抗磨液壓油，至于選擇HM、HV、HS中哪個質(zhì)量級別，要結(jié)合5.1節(jié)進(jìn)行選擇。為了評價(jià)液壓油的抗磨性，國外液壓元件制造商推出了一些高壓臺架泵標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，比如EATON公司的35VQ25A高壓葉片泵臺架、比如DENISON公司的T6H20C雙泵（柱塞泵和葉片泵）試驗(yàn)臺架及日本工程機(jī)械協(xié)會（JCMA）關(guān)于液壓油規(guī)格JCMASHK規(guī)格中引入的小松的HPV35+35的高壓柱塞泵試驗(yàn)。建議用戶在選擇抗磨液壓油時，除了考慮FZG的等級之外，還可以盡可能選擇通過高壓泵試驗(yàn)的油品。

3對于液壓油清潔度的選擇

RE90220標(biāo)準(zhǔn)中提到，保證軸向柱塞泵正常使用的清潔度最低要求為NAS9級，如在高溫（90～115℃）下使用，清潔度應(yīng)提高一個等級，最低等級應(yīng)為8級。可以使用過濾器，要求過濾器的β值大于100，以保證過濾效率。

小結(jié)

根據(jù)國際和我國分類標(biāo)準(zhǔn)，液壓油產(chǎn)品包括很多大類，根據(jù)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，適用于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的液壓油為分類標(biāo)準(zhǔn)中的礦物油型和合成烴型液壓油，但這其中又包括許多粘度級別和不同的質(zhì)量等級。在工程機(jī)械用液壓油的粘度等級、質(zhì)量等級的選擇上，要考慮液壓系統(tǒng)或液壓件要求的最高粘度、最低粘度及最優(yōu)粘度范圍，同時還要考慮油品的粘度指數(shù)、工程機(jī)械使用時工況條件（高、低溫的溫度范圍要求）及不同粘度等級油品對液壓泵總效率的影響。對于液壓油抗磨性的選擇，可根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力范圍，來選擇達(dá)到不同F(xiàn)ZG等級的油品。同時對于液壓油的清潔度等關(guān)鍵指標(biāo)，也要重點(diǎn)考慮。

作者：陳惠卿單位：中國石化長城潤滑油公司