中國液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢

1、中國液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢前言液壓技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一,與其他傳動相比,液壓傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、反應(yīng)靈敏、易實現(xiàn)操作自動化等特點。液壓油是液壓技術(shù)的一個重要組成部分,在液壓系統(tǒng)中它起著能量傳遞、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用。隨著液壓系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展,精密元件的應(yīng)用越來越廣泛,如電液伺服閥、精密過濾器等,對液壓油質(zhì)量要求逐漸提高。要求液壓油應(yīng)具有優(yōu)良的粘溫性能、抗磨性能,與相關(guān)材料的適應(yīng)性、過濾性,特別是熱穩(wěn)定性及氧 化安定性要好,確保液壓油在使用過程中有很好的清潔度,以滿足日益更新的液壓系統(tǒng)用油要求。1、液壓油現(xiàn)狀我國從60年代開始研制液壓油,70年代研制成功HL抗氧防銹液壓油和

2、HG液壓導(dǎo)軌油,80年代研制生產(chǎn)出HM抗磨液壓油、HV、HS低溫液壓油及抗燃液壓油,為各種液壓設(shè)備提供了適宜的液壓油。90年代研制成功了產(chǎn)品質(zhì)量符合DenisonHF-0規(guī)格的高壓抗磨液壓油(葉片泵17.5MPa,柱塞泵34.5MPa),目前我國的液壓油品種較為齊全,但與國外各大石油公司相比還有一定差距, 主要表現(xiàn)在國內(nèi)油品生產(chǎn)廠家?guī)缀鯖]有清凈液壓油和綠色 液壓油產(chǎn)品上市。液壓油大體上可分為抗磨液壓油、抗燃液壓油、清凈液壓油、綠色液壓油(可生物降解液壓油)等品種,其中使用量最大的為抗磨液壓油,全國年產(chǎn)約25萬t。1.1、抗磨液壓油 國外各大石油及化學(xué)公司均有各種類型不同牌號的抗磨液壓油系列產(chǎn)品

3、出售,年產(chǎn)約為1000萬t。有代表性的、被用戶普遍接受的抗磨液壓油規(guī)格有:美國的 VickersI-286-S、M-2950-S規(guī)格和CincinnatiMilacronP-68、P-69、P-70規(guī)格;前聯(lián)邦德國的DIN51524(II)規(guī)格。VickersI-286-S規(guī)格主要強(qiáng)調(diào)35VQ-25葉片泵試驗;M-2950-S規(guī)格主要強(qiáng)調(diào)V104C葉片泵試驗;Cincinnati MilacronP-68、P-69、P70規(guī)格主要強(qiáng)調(diào)油品的熱穩(wěn)定性和對金屬材料的適應(yīng)性;DIN51524(II)規(guī)格主要強(qiáng)調(diào)油品的負(fù)載能力,即運動金屬部件表面接觸的潤滑劑可承受的最大負(fù)荷,該規(guī)格油品主要適用于歐洲市

4、場。1994年我國頒布GB11118.1-94液壓油標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)所屬產(chǎn)品包括HL、HM、HV、HS和HG5個品種。與國際代表性的幾個標(biāo)準(zhǔn)相比較,具有品種齊全、性能要求全面、綜合性強(qiáng)、能與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的特點。HL是通用機(jī)床使用的抗氧防銹液壓油;HM為抗磨液壓油,抗磨性能突出,應(yīng)通過FZG齒輪試驗機(jī)、V104C葉片泵臺架試驗;HV與HS屬低溫液壓油寒區(qū)冬季使用;HG為液壓導(dǎo)軌油,要求有適宜的動-靜摩擦系數(shù)和防爬滑能力。 抗磨液壓油的技術(shù)關(guān)鍵是有較好的價格性能比和研制具有市場競爭力的復(fù)合劑,國外總劑量從早期的1.5%左右降到目前的0.6%,國內(nèi)目前最好水平為0.8%左右。說明還有一定的差距。抗磨液壓

5、油添加劑配方類型可分為兩種,一種為以ZDDP(二烷基二硫代磷酸鋅)為主劑的鋅型配方體系,另一種為無灰配方體系。由于ZDDP中的鋅對青銅部件有腐蝕作用,而柱塞泵內(nèi)又有青銅部件,鋅型配方的液壓油在柱塞泵上的應(yīng)用受到限制,因此開發(fā)出了無灰配方。目前,兩種配方平衡發(fā)展,國內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家均生產(chǎn)HL、HM、HV等產(chǎn)品。 1. 2、高壓抗磨液壓油高壓抗磨液壓油適用于含高壓泵(葉片泵最高壓力17.5MPa,柱塞泵最高壓力 34.5MPa)的液壓系統(tǒng)。在滿足GB11118.1-94中HM液壓油優(yōu)級 品基礎(chǔ)上,還要通過Denison公司的T5D葉片泵和P46柱塞泵兩種高壓泵臺架試驗。美國的 DenisonHF-

6、0、HF-1、HF-2規(guī)格是目前世界上最具代表性的, 其中HF-0規(guī)格要求油品在高壓下具有抗磨性和潤滑性,油品既要通過 DenisonT5D葉片泵試驗,又要通過 DenisonP46柱塞泵試驗;葉片泵為鋼鋼摩擦副,柱塞泵為鋼- 銅摩擦副,兩種泵對油品抗 磨性能和潤滑性能特點要求不盡相同,在某種程度上互相矛盾,一般質(zhì)量品質(zhì)的液壓油很難滿足要求。另一方面,HF-0規(guī)格對油品的氧化安定性要求十分嚴(yán)格,進(jìn)行ASTMD943(1000 h)及CM熱穩(wěn)定性試驗,確保機(jī)械設(shè)備在苛刻條件下長周期運轉(zhuǎn) 。 原大連石化公司石化研究院從美國西南研究院 引進(jìn)了 DenisonT5D和 DenisonP46臺架試驗機(jī),

7、 已 通過鑒定并投入評定工作。上海同濟(jì)大學(xué)也已建立 了相關(guān)的試驗臺架( DenisonT6D葉片泵和SauerSundstrand24柱塞泵) 。國內(nèi)有大連石化、蘭煉、錦西石化、茂名石化和上煉等幾家的高壓抗磨液壓油通過上海同濟(jì)大學(xué)的高壓泵臺架試驗,與國外同類 產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)。這些油品添加劑配方類型既有鋅型的,又有無鋅的,總劑量為1.0% 1.5%。 1. 3、清凈液壓油裝有電液伺服閥的液壓系統(tǒng)需使用清凈液壓油,對液壓油的質(zhì)量要求很高, 特別是油中的固體顆粒不可超過一定的范圍。固體顆粒對液壓系統(tǒng)的危害是嚴(yán)重的,它使液壓泵、液壓閥等精密元件大面積過早磨損而喪失工作能力,液壓系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)。 固體顆

8、粒產(chǎn)生的原因有多方面,成品油中固有的,由于油品運輸、儲存管理不當(dāng)造成的二次污染,設(shè)備安裝檢修時清洗不徹底都會給液壓油帶來新的污染。這些因素引起的固體顆粒污染均可以通過反復(fù)精密過濾等手段加以改善。另一方面液壓油本身的熱穩(wěn)定性及氧化安定性是影響液壓系統(tǒng)能否長期穩(wěn)定運行的最主要因素。 通常液壓油在高溫及氧氣存在環(huán)境下,經(jīng)一定 時間作用后,由于添加劑分解、氧化反應(yīng)等逐漸產(chǎn)生油泥、膠質(zhì)、積炭等物質(zhì),這些物質(zhì)對設(shè)備的危害很大。在油品的研制過程中應(yīng)充分重視這種問題, 解決該問題的關(guān)鍵是研制出熱穩(wěn)定性好、氧化安定性優(yōu)、壽命長的清凈液油。國外公司清凈液壓油的生產(chǎn)及管理水平較高,專罐專用,專罐車運送至使用現(xiàn)場,經(jīng)

9、精密過濾后裝入用戶的專用油罐。 1987年航空工業(yè)部參照NAS1638(美國航空航天標(biāo)準(zhǔn))制定國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB420-87飛機(jī)液壓系統(tǒng)用油液固體污染度分級,固體污染度8級以下水平的油品可滿足含有電液伺服閥及其它精密元件的液壓系統(tǒng)用油要求。 固體污染度測定方法有兩種: 一種是GJB380.4 -87,利用自動顆粒計數(shù)器測定油液固體顆粒污染度。另一種是 GJB380.5-87,利用顯微鏡計數(shù)法測 定油液固體顆粒污染度。前者儀器費用高,測定結(jié)果不受人為視覺影響。后者儀器費用低,但測定結(jié)果受人為視覺影響。國內(nèi)上煉、蘭煉均引進(jìn)了自動顆粒計數(shù)器并已投入使用。 1. 4、抗燃液壓油抗燃液壓油主要用于冶金、

10、采礦、電廠、機(jī)加工等行業(yè)的接近或臨近火源、熱源的液壓系統(tǒng)。主要分為水基液壓油(水包油型、油包水型、水-乙二醇型)、磷酸酯型和其它合成型三種,分別適用于不同壓力范圍和不同溫度范圍的液壓系統(tǒng)。油包水型與水包油型抗燃液壓油價格低廉,適用于溫度和壓力均較低的液壓系統(tǒng)。二者存在的問題是它的廢油液對環(huán)境的污染較其它抗燃液壓油嚴(yán)重,應(yīng)開發(fā)可生物降解的水-化學(xué)液,以滿足環(huán)保要求。 水-乙二醇抗燃液壓油占抗燃液壓油比例最大(50%左右),使用壓力最高可達(dá)35MPa,隨著液壓裝置向著高溫、高壓和高效率方向發(fā)展,提高水-乙二醇抗燃液壓油的潤滑性能及壽命顯得非常重要,潤滑性能的提高主要依賴于水溶性油性劑和抗磨劑的優(yōu)劣

11、,壽命依賴于優(yōu)異的穩(wěn)定性及綜合性能。 磷酸酯型抗燃液壓油,抗燃性能最突出,自燃點高達(dá)550以上。即使在高溫下著火,火焰不擴(kuò)散。適用于高溫、附近有明火的液壓系統(tǒng)。它的缺點是對人有毒性 且價格較其它類抗燃液壓油高許多。 1. 5、綠色液壓油 21世紀(jì)人類更加注重自身的生存環(huán)境,環(huán)保問題近20年來已成為全球科學(xué)家重點研究對象,各國都頒布了相應(yīng)的法律、法規(guī)控制環(huán)境污染,走可持續(xù)發(fā)展之路。 石油基油品生物降解性差,污染湖泊、河流、海洋及地下水系統(tǒng),威脅人類的生存,為解決這一問題發(fā)達(dá)國家已開展了這一領(lǐng)域的研究工作,推出一系 列可生物降解的潤滑油。1994年綠色液壓油用量已占液壓油總用量7% ,2000 年

12、達(dá)到10%。綠色液壓油常被稱為生物降解液壓油,要求這類液壓油能 在較短的時間內(nèi)被活性微生物降解為二氧化碳和水。最廣泛使用的生物降解性試驗方法是: CEC(歐洲聯(lián)合會) 于1982年發(fā)布的CEC-L-33-T-82,目前該方法已更名為CEC-L-33-T-93用于評定多種潤滑油。對綠色液壓油來說要求其生物降解率大于80% ,基礎(chǔ)液是影響潤滑油生物降解性的決定因素,不同基礎(chǔ)液的生物降解能力見下表1。表1不同基礎(chǔ)液的生物降解能力 由表1可知:植物油及合成酯有較佳的生物降解性,大多使用這兩種物質(zhì)作為綠色液壓油的基礎(chǔ)油。植物油主要由脂肪酸三甘油脂組成,作為基礎(chǔ)液具有無毒、極好的生物降解性、可再生性、好的

13、潤滑性、高粘度指數(shù)等優(yōu)點;同礦物油相比價格較高、 氧化穩(wěn)定性差、低溫流動性差、水解安定性差等。氧化穩(wěn)定性差是植物油存在的主要問題,一般來說,亞麻酸和亞油酸含量越高,油酸含量越低,油品的氧化穩(wěn)定性越差,高油酸的單不飽和酸含量高且多不飽和酸含量少的植物油,比一般植物油的氧化穩(wěn)定性好。植物油的氧化穩(wěn)定性通過與適宜的抗氧劑復(fù)合而提高,也可通過種植技術(shù)即基因改性或化學(xué)改性來提高。 可生物降解添加劑是潤滑油生物降解技術(shù)的重 要組成部分,它不僅要改善潤滑油的多種性能,還要不影響潤滑油的降解性,美國 Tthgo公司研制的 生物降解潤滑油專用復(fù)合添加劑( XT7033)可滿足 使用要求?？缮锝到馓砑觿┎豢珊?/p>

14、重金屬和危險的化學(xué)物質(zhì),可以使用淺色的硫化脂肪酸或衍生物和磷酸酯。德國對液壓油使用的抗氧劑( 酚類、胺類)、防腐劑及金屬鈍化劑進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)酚類抗 氧劑起主要作用且效果顯著。 植物油與礦物油相比具有可再生性,與合成酯相比價格較低,隨著對植物油改質(zhì)技術(shù)的完善,植物油的應(yīng)用前景更廣闊。 目前,國際上沒有統(tǒng)一的綠色液壓油標(biāo)準(zhǔn)及生物降解性試驗方法,這項工作有待完善。國內(nèi)已有 一些研究機(jī)構(gòu)(北京石化院、上煉石化院、上海大學(xué)、蘭州化物所等)開展了綠色液壓油的研究工作,但尚無商品化產(chǎn)品。 2、國內(nèi)外液壓油的差距 我國液壓油復(fù)合劑加入量一般都高于國外,油品的性能價格比較差。這主要是由于我國液壓油專用單劑少,

15、如無灰硫磷型極壓抗磨劑大多為齒輪油而研制, 化學(xué)活性較高,而液壓油要求這類劑的化學(xué) 活性要適中,化學(xué)穩(wěn)定性好。 國內(nèi)基礎(chǔ)油生產(chǎn)方式大多采用老三套工藝,基礎(chǔ)油中堿性氮含量高,堿性氮使抗氧劑作用效果大大降低,影響油品的氧化安定性。國外基本上是使用加氫油作為基礎(chǔ)油來生產(chǎn)潤滑油,成品油各方面性能都得到提高。國內(nèi)添加劑及液壓油生產(chǎn)管理水平較差, 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,給使用者帶來困難。 3、發(fā)展方向 基礎(chǔ)油是各功能添加劑的載體,是實現(xiàn)安全潤滑的基礎(chǔ),基礎(chǔ)油在提供潤滑的同時,還受到熱氧化作用和水污染等。礦物油中的非理想組分,特別是堿氮氧化物,極易被氧化及乳化,加速油品的老化變質(zhì)。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展,對液壓油的性

16、能要求越來越高。液壓油質(zhì)量的提高單憑復(fù)合劑的復(fù)配技術(shù)很難完全滿足要求,需使用加氫精制基礎(chǔ)油、合成油等性能優(yōu)良組分油來配合。加氫油與 老三套加工工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油相比具有很多優(yōu)點, 粘溫性能好,蒸發(fā)損失低, 對添加劑的感受性好等。利用加氫油研制液壓油可使產(chǎn)品質(zhì)量得到全面提高。由于高壓液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用柱塞泵( 含青銅部件),含ZDDP( 二烷基二硫代磷酸鋅)的液壓油,不適合在該系統(tǒng)應(yīng)用,所以應(yīng)開展液壓油專用無灰抗 磨劑的研究工作, 無灰抗磨劑應(yīng)具有優(yōu)異的抗磨性 能,良好的水解安定性和熱穩(wěn)定性, 為研制高質(zhì)量無 灰抗磨液壓油奠定堅實的基礎(chǔ)。 目前在液壓油中應(yīng)用的抗氧劑主要是 2,6- 二叔丁基對甲酚,該劑是固體, 影響復(fù)合劑的研制( 溶解能力差)。進(jìn)口的液態(tài)抗氧劑性能很好,但價格昂貴。新型的液態(tài)抗氧劑或抗氧助劑產(chǎn)品是抗氧劑的研制方向。 復(fù)合劑水平的高低是當(dāng)今潤滑技術(shù)的標(biāo)志,欲研制出性能價格比高的復(fù)合劑產(chǎn)品,需對不同添加劑之間的復(fù)配規(guī)律進(jìn)行大量的研究工作。各種添加劑因分子結(jié)構(gòu)不同、作用機(jī)理不同,在不同的添加劑配方體系中的表現(xiàn)不盡相同,所以應(yīng)將相關(guān)添加劑進(jìn)行仔細(xì)平衡,得出相關(guān)的規(guī)律性,