工程机械湿式桥传动油质量性能
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1国内外湿式桥传动油概况
传动油产品规格的发展与驱动桥技术的进步密不可分，国外工程机械设备发展迅速且湿式驱动桥技术成熟，对湿式桥传动油的研究也较早［3］。早在20世纪90年代，国外知名工程机械制造商如Caterpillar、Volvo等就非常注重传动油与驱动桥的匹配性，并根据自身设备的性能特点制定了相关的专用传动油产品规格［2］，如Caterpillar的TO-4规格、Volvo的97303规格、ZF的TE-ML03系列规格、MasseyFerguson的M1145规格以及JohnDeere的J20C系列规格等。在行业内影响巨大且使用最多的是CaterpillarTO-4规格，此规格为公开，其余几个规格都为内部使用，不对外公开。同时工程机械制造商还联合油品公司推出不同型号和黏度级别的专用传动油，如Caterpillar联合美孚润滑油推出了3个黏度级别的专用传动油CATTDTO10W、30和50，Volvo联合雪佛龙润滑油推出了WB101和WB102湿式桥油。国内目前不论是干式驱动桥还是湿式驱动桥，均使用的是市场上通用的满足GB13895标准的GL-5系列重负荷车辆齿轮油。该标准为上世纪90年代制定，主要适用于汽车驱动桥，主要考虑高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩的工况下应用的双曲面齿轮的润滑需求。在2018年对该标准进行了修订，增加了黏度级别和剪切安定性的要求，但与国外的CaterpillarTO-4规格、Volvo的97303规格相比还是一个相对简单的规格，没有对橡胶相容性、湿式制动摩擦特性等重要的性能做出要求。由于缺少统一的用油规范，目前国内湿式桥用油仍沿用干式桥用油要求，造成搭载湿式桥的工程机械在工作时容易出现制动距离长、制动异响、制动高温、摩擦片过早磨损等问题。
2湿式桥传动油性能分析
本文针对国内外湿式桥传动油产品规格，结合工程机械结构特点和工况条件，主要从理化性能、抗氧化性能、橡胶相容性、极压抗磨性、湿式制动摩擦特性等方面对湿式桥传动油规格进行分析。
2.1理化性能
湿式桥传动油的理化性能主要包括高低温性能、抗剪切性能、抗泡性能、防腐防锈性能等［4］。传动油应具有优良的高低温性能，高温黏度不能太高以保证传递效率，也不能过低以保证有足够的油膜厚度进行润滑；低温黏度应保证低温流动性和启动顺利性。CaterpillarTO-4的运动黏度满足SAEJ300要求，主要是10W、30、50等黏度级别的单级油，按照不同的环境温度选用不同的黏度等级，布氏黏度和倾点等低温性能分不同的温度等级有不同的要求。Volvo97303、MasseyFergusonM1145和JohnDeereJ20C只有1个黏度级别，对低温性能也要求更高。GB13895划分了10个黏度等级，其中多级油7个等级，单级油3个等级，其黏度普遍高于其他标准。剪切安定性Caterpillar采用高温高剪切法（HTHS），Volvo采用柴油机油普遍使用的柴油喷嘴法，而MasseyFerguson、JohnDeere和GB13895采用更为苛刻的圆锥滚子轴承剪切法（KRL）。泡沫特性Caterpillar要求通过干法和湿法（加入0.1%的水）测试，其余标准为干法测试。锈蚀试验要求差异较大，Caterpillar要求通过采用CEMSBT-9的万国试验箱动态潮湿腐蚀试验，Volvo要求通过4h的蒸馏水静态腐蚀试验，JohnDeere要求通过内部方法湿热箱试验，而GB13895要求通过DANA30驱动桥在有水和加温条件下的L-33-1湿热锈蚀试验。铜片腐蚀除GB13895要求小于3级外，其余几个规格要求较高，均要求小于1a级。
2.2抗氧化性能
润滑油的抗氧化性能是反映油品在实际使用、贮存和运输过程中老化倾向的重要指标，油品氧化变质会生成酸性物质腐蚀设备和使添加剂发生裂解失效［5］。目前传动油常用的抗氧化性能评价方法主要为THOT、ABOT、DKA和ISOT等。THOT与ABOT提出较早，在北美地区的润滑油公司及汽车零部件生产商中广泛使用，但实验成本较高，周期较长。DKA在欧洲地区应用较广，主要应用于评价双离合变速器油的氧化安定性。ISOT源于日本，其测试方法简单快捷，在亚洲地区广泛使用。Caterpillar规格使用的THOT氧化安定性试验方法需用到GM公司专门的变速箱台架，不易实现。GB13895使用用于评定手动变速箱和驱动后桥用油热氧化安定性的齿轮试验箱L-60-1方法，试验结束后需对齿轮进行拆解和评价，试验成本较高。Volvo和MasseyFerguson规格使用的DKA氧化试验设备较为简单，容易在实验室搭建，且对传动油有良好的区分性，被添加剂公司如路博润、雅富顿和OEM如ZF公司等广泛用于评定传动油的抗氧化性能。
2.3橡胶相容性
工程机械驱动桥漏油问题的关键是传动油与橡胶密封材料间的相容性［6］，评估方法主要有静态浸泡试验法和动态旋转油封试验。静态试验通过检测橡胶试片在油品中浸泡前后的体积、硬度、拉伸强度等性能参数的变化来评估橡胶与油品的相容性；动态试验通过观察高温高速旋转下是否漏油来评判其相容性，目前静态浸泡试验法应用较多。CaterpillarTO-4的橡胶相容性试验最为严格，不仅要求通过Caterpillar的2种标准橡胶测试，还要通过AllisonC4要求的9种橡胶测试；JohnDeere仅要求通过AllisonC4的橡胶测试；国内的GB13895未对橡胶相容性做规定，是一项重要缺陷。一般橡胶与润滑油品接触后其体积会发生变化，允许橡胶密封件的体积有微小的膨胀但不能有收缩；橡胶的硬度也会发生变化，不同的橡胶类型、不同的油品其变化趋势不一样；橡胶片的拉伸强度、拉断伸长率的变化区别较大。橡胶片浸泡后的拉伸特性只是考察其机械强度的指标，一般不作为评估密封件是否
2.4极压抗磨性
工程机械传动系统中有各种齿轮、轴承、摩擦片，又长期处于低速重载工况，需要良好的极压承载和抗磨保护［7］。传动油的极压抗磨性能初期评价可用四球摩擦试验机和环块试验机进行筛选，后期考察主要使用FZG齿轮试验机，包括抗擦伤试验（ASTMD5182）和低速磨损试验（ASTMD4998）2个方面。抗擦伤一般要求失效等级不小于11级，低速磨损试验磨损量越小越好。TO-4规定单次磨损量不大于150mg，但四球、环块试验结果与FZG试验结果并没有良好的相关性。液压泵试验主要使用Vickers叶片泵，一般使用Vickers104C泵进行评价，而TO-4规格使用压力更高、试验条件更苛刻的Vickers35VQ25A进行评价。M1145和J20C均要求通过JohnDeere的GDQ95抗磨测试。国内标准JB/T13895要求通过L-37承载能力和L-42抗冲击试验。
2.5摩擦特性
摩擦特性是湿式桥传动油性能中最重要也最难达到的性能，它是制动负荷、动力矩特性和摩擦耐久性的综合平衡性能［8］。湿式桥传动油应具有较高的动摩擦系数以缩短摩擦片滑动时间，提高制动灵敏性，还应具有较低的静动比以降低制动噪音。CaterpillarTO-4规格中使用LinkVC70摩擦试验机考察油品的摩擦特性。获得TO-4规格认证的油品需要通过6种摩擦材料、7种摩擦试验程序（6种能量递增试验程序和1种耐久试验程序），考察参数为平均动摩擦系数、结合终点静摩擦系数和磨损量，当扭矩曲线出现异常波动时认为未通过该能量等级。满足TO-4规格的传动油应能够使烧结青铜摩擦材料和纸基摩擦材料的失效能量密度在0.077kJ/cm2以上。铜基摩擦材料的耐久试验能量密度为0.040kJ/cm2，经过25000次结合后观察动、静摩擦系数变化和摩擦片的磨损量，考察油品对铜基摩擦材料的抗磨保护。另外，评价传动油摩擦特性的试验方法还有使用SAE2号试验机的日本JASOM348方法、SAEJ2487功率递增试验、SAEJ2489耐久试验和SAEJ2490μPVT试验方法。ZF公司对实际的驱动桥工作参数进行转换，使用SAE2号摩擦试验机考察传动油的摩擦特性；Volvo使用制动器试验和齿轮试验评定摩擦特性，JohnDeere使用GDQ96-Brake和GDQ94-SB进行评定。
3结束语
（1）工程机械湿式桥传动油无统一的国际标准和国家标准，主要以OEM规格如Caterpil-larTO-4为主。国内虽制定了重负荷车辆齿轮油标准，但未考虑湿式制动摩擦特性，用于湿式桥存在风险。（2）工程机械湿式桥传动油应具有优良的高低温性能、抗氧抗磨性能、橡胶相容性及湿式制动摩擦特性，以保证工程机械湿式桥对传动油制动性能和延长换油周期的需求。
［参考文献］
［1］程安国，徐静茹，杜雪岭，等.装载机湿式制动技术分析及用油测试［J］.汽车零部件，2018，9：53-56.
［2］汤涛，陈慧卿，申宝武.TO-4重负荷车辆自动传动液的性能特点和应用［J］.石油商技，2012，10（5）：134-137.
［3］徐伶俐.工程机械湿式制动驱动桥常见故障及分析处理［J］.建筑机械，2010，（19）：120-121，128.
作者：安海珍 王月行 甄鹏厚 董志磊 单位：江苏徐州工程机械研究 徐工集团高端工程机械智能制造国家重点实验室
