摘 要:介紹了混凝土泵車專用可降解液壓油的研制。它采用Ⅱ類基礎(chǔ)油/ 加氫精制茶油和聚α2烯烴(即PAO) 復(fù)合而成的基礎(chǔ)油和不含ZDDP 的復(fù)合添加劑調(diào)和而成,具有可降解性以及良好的抗磨減阻性能,滿足混凝土輸送泵車各液壓系統(tǒng)苛刻的使用要求,延長了換油期。
關(guān)鍵詞:混凝土泵;抗磨液壓油
1 引言
在1972 年,長沙中聯(lián)重工科技發(fā)展股份有限公司(中聯(lián)重科) 設(shè)計(jì)制造了中國第一臺成型的混凝土輸送泵車, 1993 年制造了國內(nèi)第一臺23 m 臂長的混凝土泵車。在1989 年,中聯(lián)重科將塔機(jī)技術(shù)和混凝土泵送技術(shù)有機(jī)結(jié)合,開發(fā)出國內(nèi)第一臺全液壓混凝土布料機(jī),并與VOLVO 合作進(jìn)行了臂長37～56m的全系列的開發(fā)、設(shè)計(jì)。
混凝土輸送泵車是新型的臂架式機(jī)電液一體化的液壓泵車,其液壓系統(tǒng)包括主液壓系統(tǒng)、混凝土攪拌系統(tǒng)、泵洗系統(tǒng)、車臂架、液壓支腿、潤滑裝置和回轉(zhuǎn)車液壓系統(tǒng)。混凝土泵車廣泛用于工業(yè)設(shè)備基礎(chǔ)、堤壩、橋梁、高建筑等工地。
當(dāng)今液壓活塞式砼泵的發(fā)展趨勢是高壓大排量化、液壓系統(tǒng)集成化、分配閥更加合理化、臂架式泵車、主機(jī)功率進(jìn)一步提高[1 ] 。而液壓系統(tǒng)能否可靠有效而經(jīng)濟(jì)的工作,在相當(dāng)程度上取決于液壓油的性能。應(yīng)設(shè)備廠商和使用者的要求,研制專用于混凝土輸送泵車液壓系統(tǒng)的可降解抗磨液壓油。
2 基礎(chǔ)油的選擇
在研制過程中,針對專用于混凝土輸送泵車液壓系統(tǒng)的特殊性,基礎(chǔ)油采用Ⅱ類基礎(chǔ)油,加氫精制茶油和聚α2烯烴(即PAO) 復(fù)合而成。
Ⅱ類基礎(chǔ)油是用加氫裂化或加氫異構(gòu)裂化工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油,來源于中石油潤滑油公司和中石化潤滑油公司。其粘度指數(shù)在90 ～ 120 , 且硫含量不大于0. 03 % , 飽和烴含量不低于90 %。它具有優(yōu)良的低溫流動(dòng)性,兼容性好,熱穩(wěn)定性好,堿性氨含量低,對添加劑的感受性好,可溶性好。
加氫精制茶油源于廣西特產(chǎn)之一茶籽油,由毛茶油經(jīng)過提煉、脫色、冬化、加氫而得。其特點(diǎn)是具有良好的粘度指數(shù),低溫性好,油性好,添加劑助溶性好,可減少摩擦系數(shù),減少極壓抗磨劑的用量。同時(shí),它有利于提高研制油的可降解率。
合成烴油是由化學(xué)合成方法制備的烴類潤滑油。與同粘度的礦物潤滑油相比,它具有優(yōu)良的高溫?zé)岙惢捕ㄐ?應(yīng)用溫度范圍寬,粘溫性能好,傾點(diǎn)低,粘度指數(shù)高,蒸發(fā)損失小,對添加劑感受性好,結(jié)焦少,無毒和對皮膚有滋潤作用等優(yōu)點(diǎn)。它與礦物油有良好的相容性。此外,其原料來源豐富,生產(chǎn)工藝簡單,價(jià)格相對便宜。因此,在研制油中使用聚α2烯烴合成油是非常有必要的。
聚α2烯烴合成油(即PAO) 的物理化學(xué)性能:
(1) 物理性能 低粘度的聚α2烯烴的粘度指數(shù)大約在135左右,在很多應(yīng)用場合不需要添加粘度指數(shù)改進(jìn)劑。聚α2烯烴合成油還具有低的傾點(diǎn)和較低的低溫粘度,這可保證在寒區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)冬季作業(yè)的機(jī)械具有良好的低溫啟動(dòng)性和泵送性。此外,聚α2烯烴合成油有較低的揮發(fā)性,這保證油品在較高溫度使用時(shí),粘度不會急劇增加,同時(shí)又保證有較高的閃點(diǎn)及燃點(diǎn)。
(2) 化學(xué)性能 聚α2烯烴具有較好的熱氧化安定性,無毒。
1) 熱穩(wěn)定性。聚α2烯烴油具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。以聚α2烯烴油( PAO6 ) 為例,在135 ℃和和金屬催化作用下,其100 ℃粘度為6mm2 s - 1 ,經(jīng)過168 h 試驗(yàn)后,其40 ℃粘度增加僅12 %左右。而在相同條件下,100 # Ⅰ類油的粘度增長超過30 %。同時(shí)由于PAO 主要是異構(gòu)烷烴組成,經(jīng)加氫處理后基本上不含芳烴和膠質(zhì),在高溫下不易生成積炭。
2) 熱氧化安定性。聚α2烯烴與礦物油相比,具有更好的熱氧化安定性。在各類油中加入相同品種和相同量的添加劑后,聚α2烯烴的熱氧化安定性明顯好于同粘度的礦物油。
3) 水解安定性。因?yàn)榛炷帘盟鸵簤合到y(tǒng)工作在潮濕的環(huán)境中,極易形成酸性物質(zhì),從而造成金屬腐蝕,所以水解安定性也是油品的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。而聚α2烯烴具有良好的水解安定性。
4) 聚α2烯烴的不足。其不足主要表現(xiàn)在使某些橡膠密封件有輕微收縮和變硬,以及由于對某些極性較強(qiáng)的添加劑的溶解性較差而發(fā)生沉淀。針對這類不足,在研制油中采用加氫精制后的茶油。一方面可以很好的改善對極性添加劑的溶解性,增加對橡膠的膨脹性;另一方面可以提高油品的熱氧化安定性,同時(shí)也可作油性劑來改善邊界磨擦狀況,提高其承載能力。
3 添加劑的選擇
根據(jù)混凝土泵車專用可降解液壓油的技術(shù)要求,重點(diǎn)解決承載能力、大溫度使用范圍、較好的抗燃性、清凈和抗氧化性、熱安定性和抗氧化能力好及可降解性等等問題。
3. 1 抗氧劑
混凝土泵送過程是連續(xù)的過程,要求機(jī)器長時(shí)間高壓、重負(fù)荷、大流量、多次高速循環(huán),容易產(chǎn)生大量的泡沫、油泥和灰屑,并粘附在活塞環(huán)、葉片泵的葉片、器件及柱塞泵的缸體上,從而嚴(yán)重地影響冷卻和潤滑效果,極易造成元器件堵塞、軸承過熱、柱塞泵運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn),并伴隨產(chǎn)生有機(jī)酸類的物質(zhì),還對活塞環(huán)、軸承、葉片強(qiáng)腐蝕。這要求研制油的熱氧化安定性能高于普通的抗磨液壓油。鑒于其液壓系統(tǒng)中大量使用有色金屬合金的元器件,因此限制ZDDP 的用量。對此,在研制油中采用無灰抗氧劑甲。無灰抗氧劑通常用于高檔的內(nèi)燃機(jī)中,作為抗氧的成分。適量的加入(助劑以確保溶解度) ,可以提高研制油的抗氧化性,控制粘度增大,延長使用壽命。采用苯三唑衍生物、噻二唑衍生物和酯類的復(fù)合作為復(fù)合抗氧劑。
3. 2 極壓抗磨劑
隨著砼泵液壓系統(tǒng)壓力升高,功率增大,工作負(fù)荷越來越大,要求油品具有優(yōu)良的極壓抗磨性?？鼓ヒ簤河陀杏谢倚?ZDDP型) 和無灰型兩種。有灰型抗磨液壓油具有很好的抗磨性,能滿足葉片泵的使用要求[2 ] 。但當(dāng)用于柱塞泵時(shí),ZDDP 會對其中的有色金屬合金鋼部件造成腐蝕。此外,ZDDP 的熱穩(wěn)定性差。在20 世紀(jì)70 年代末,歐美共同開發(fā)了S/ P 極壓添加劑,生產(chǎn)不含ZDDP 的無灰抗磨液壓油,其金屬含量小于0101 %[3 ] 。因此,在研制油中采用不含ZDDP 的極壓抗氧劑。采用加氫精制茶油增加研制油的油性。研制油在水解安定性、破乳化性、油品的可濾性及熱氧化安定性方面均優(yōu)于含鋅抗磨液壓油。
3. 3 破乳防銹劑
防銹劑是防止金屬機(jī)件生銹,延遲或限制生銹時(shí)間,減輕生銹程度的添加劑。在混凝土泵車的液壓系統(tǒng)中,液壓油被乳化是導(dǎo)致液壓油失效變質(zhì)的重要原因之一。因此,混凝土泵車專用可降解液壓油要求使用高效的破乳防銹劑[3 ] ,采用聚醚類高分子化合物和胺與環(huán)氧化合物縮合物復(fù)合而成的防銹劑。
3. 4 抗泡劑
液壓油在液壓油路循環(huán)過程中,容易產(chǎn)生大量的泡沫,嚴(yán)重時(shí)會引起液壓系統(tǒng)中壓力間斷性的瞬時(shí)異常。因此,需在油品配方中加入抗泡劑,以消除泡沫。常用的抗泡劑是硅油,它還具有強(qiáng)烈的吸氣作用。當(dāng)油品中混入少量水汽化時(shí),產(chǎn)生的水蒸汽不易從油中逸出,將導(dǎo)致液壓泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象,從而損壞泵體。因此,研制的油要求具備合適的氣體釋放性能。為克服硅油的吸氣作用,采用復(fù)合的“非硅”和“硅—非硅”型的油品抗泡劑[4 ] 。
3. 5 清凈分散劑
液壓油在高溫及氧氣存在的環(huán)境下,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),對設(shè)備的危害很大。清凈分散劑H1 、H2 、H3 均為高堿值金屬鹽類,具有優(yōu)良的氧化抑制性,油泥分散膠溶性和較好的氧化產(chǎn)物及酸性組分的中和能力。它對解決高壓抗磨液壓油的熱穩(wěn)定性和水解安定性有較好的作用。另外,高堿值清凈分散劑可以有效地減少油品催化氧化的程度,從而減緩油品的老化,提高其熱穩(wěn)定性[5 ] 。
表1 是分別用H1 、H2 、H3 3 種清凈分散劑制備的復(fù)合劑對油品旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)、抗乳化度、水解安定性和熱穩(wěn)定性能的影響。從表1 可見,清凈分散劑H3 在旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)壽命、抗乳化度、水解安定性、過濾性、銅棒失重等方面均優(yōu)于H1 和H2 ,在銅棒外觀和總沉渣量方面略遜一些。這種現(xiàn)象是由三種清凈分散劑分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異而引起的。所以,在復(fù)合劑研制中應(yīng)選用清凈分散劑H3 。
4 實(shí)車使用
為了進(jìn)一步考察油品的實(shí)際使用效果,我們將研制油在南寧某大型混凝土攪拌站的4 臺IHI、IPF8513 型混凝土輸送泵車上進(jìn)行1800 h 的實(shí)車使用試驗(yàn)。油品經(jīng)過一個(gè)周期的使用,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足泵車運(yùn)行的要求,主要表現(xiàn)如下:
(1) 油品具有優(yōu)良的清凈分散性,良好的不可壓縮性及抗泡性。試驗(yàn)后的液壓缸體內(nèi)表面光潔,無劃痕及缺陷。油品與國外產(chǎn)品性能相當(dāng),可以替代使用。
(2) 油品具有抗氧、抗腐蝕性,剪切安定性,密封適應(yīng)性以及氧化安定性。在試驗(yàn)過程中,動(dòng)力元件、操縱元件、執(zhí)行元件及輔助元件均未發(fā)現(xiàn)腐蝕,表明其防銹性能良好。
(3) 試驗(yàn)時(shí),泵車工作狀態(tài)平穩(wěn),噪聲低,無明顯振動(dòng)和過熱情況。油品過濾性好,抗乳化能力強(qiáng),完全滿足混凝土輸送泵車的運(yùn)行要求。
5 結(jié)論
(1) 研制油確保了混凝土泵的正常使用,延長了換油期,適應(yīng)了混凝土泵的發(fā)展趨勢,受到廣大混凝土攪拌站的歡迎。
(2) 研制油經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)模擬評定、臺架實(shí)驗(yàn),其性能指標(biāo)滿足泵車的要求,可以完全代替國外進(jìn)口類型產(chǎn)品,并且可作為客車油使用。
(3) 研制油具有良好的自然降解率,通過了CEC L233298A試驗(yàn)。
參考文獻(xiàn):
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