挖掘液压系统效率

最大输出功率、更快的系统反应速度以及性能可靠性是非公路设备液压系统的主要发展趋势,机械设备必须解决随之而来的高压和重负载问题。人们还一直寻找可用于各种工况的液压油。

添加剂生产商路博润技术经理舒巴米塔·巴苏表示,为了迎合这种趋势,润滑油厂商必须生产出能够减少意外维修且提高生力的产品,努力降低终端用广的总成本。“我们的目标是(调配出)一种既能提高生率,也能保持耐用性的液压油。”

人们使用高粘度指数的液压油来保证燃料效率,而且确保设备在各种天气都能受到保护。可是正如巴苏所强调的,高粘度指数仅仅是燃料效率的促进因素之一而已。

赢创油品添加剂公司在美国中部和南部地区的技术服务经理卢卡斯·坎波索提到,最理想的情况是润滑油生产商为建筑设备专门设计可用于各种温度和负载条件的产品。其中包括冷启动时正常流动的低粘度液压油,以及具有优秀的粘温特性且适用于不同季节的高粘度液压油。他指出:“在冷启动情况下,液压油必须具有足够低的粘度,才能避兔流动性问题,否则缓慢的流动和能量损失会降低效率。

不过,液压油也需要在工作温度下具有足够的粘度,才能传递动力以供高效工作。”巴苏补充道:“我们所谈到的有效液压油多数是指粘度指数超过140的多级油液。”这类润滑油加入了粘度改进剂来降低油品在高温或低温下粘度的变化程度。

      简单来说,效率指的是“转化的动力占任何投入能量(能源或燃料)的比例,”由于类似于公路轻负荷车辆标准的品牌燃料经济性标准尚未建立,液压系统的效率需要通过其他指标来体现,比如生产率、能量、单位时间内消耗的燃油、消耗定量燃料所做的功、下降温度等。

保持平衡

润滑油生产商必须保持容积效率和机械效率的平衡。坎波索解释道,油品粘度过低时,动力损失,导致容积效率下降当粘度过高时,动力损失,此时机械效率下降。他补充道:“液压机械效率取决于摩擦损失和粘滞曳力。客积效率与內部泄露引起的油液损失有关。”

以液压泵为例,在温度升高时油液变稀,容积效率下降,此时更客易出现内部泄漏。“没有在地板看见液体,不代表不存在漏液。”因为有可能是系统内部泄漏。巴苏指出:“当油液过稀时,内部压强发生改变,导致出现气穴现象。油液含有过量空气,其密度发生改变,转化的动力也变少。

不过稀薄油液受到的内部阻力较小,因此流速较快,机械效率提高。此外,摩擦、泵送和囯路设计可能导致溢流或压强过大,从而影响机械效率,导致液压系统总效率下降。

       巴苏总结道:“较小粘度有利于机械效率,较大粘度有利于客积效率。”不过她认为,仅仅以液压泵的效率来衡量液压系统的总效率可能有误,因为液压系统还有各种其他类型的泵、发动机、软管、过滤器阀门和密封件,它们也会影响系统总效率。

剪切稳定性

坎波索表示:“为了保持机械效率和容积效率的平衡,应当生产一款具有高粘度指数和剪切稳定性的液压油。”

坎波索详述了贏创的测试,该测试使用了两台液压挖掘机、一台泥头车、一台装载机和一个地磅,在德国的一个建筑工地进行实地测试。卡车以90°或l80°的旋转角度进行装载和挖掘,然后测试机油在四个温度范围(0-60℃、60-70℃、70-80℃和80-90℃)的性能。生产率由单位时间内处理的吨数来体现,效率由消耗每升燃料所处理的吨数来体现。

该测试在固定条件下以ABA的顺序进行,也就是先测试对照油品,然后是样品油品,最后是对照油品。一共测试了17种液压油,它们具有不同的粘度等级、粘度指数和剪切稳定性。贏创展示了两款高粘度ISO 46油品的测试结果,其中一款的粘度指数为162且剪切稳定性较弱,另一款的粘度指数为186且剪切稳定性较强,还有一款粘度指数为103的液压油作为对照油。这两款油品都使用了贏创的PAMA(聚甲基丙烯酸酯)粘度指数改进剂。

PAMA粘度指数改进剂随着液压油的温度变化伸展或收缩。添加剂在高温下伸展以提高油液的粘度;低温时,添加剂紧紧收缩,只给油液增加极少的粘度。坎波索指出:“高性能液压油指的是在高温下增加粘度且在低温下(减少)粘度的油品。”

为了获得剪切稳定性,粘度指数改进剂使用分子量较小的聚合物制成。他提醒道,这些小分子聚合物“所受的剪切压力较小,在工作中能够保持最佳的粘度。想要获得最大的效率,选择分子量合适的粘度指数改进剂是非常重要的,这样可以在设备工作时将剪切降至最低。

实地测试的结果显示,在进行挖掘工作时,剪切稳定性较弱的液压油不能提高效率;在卡车装载时,它仅比低粘度指数对照液压油提高了3%的效率;而剪切稳定性较强的油液在挖掘时提高了19%的效率,在装载时提高了13%的效率。

剪切稳定性较强的液压油可以极大地提高生产率,在挖掘时提高20%,在装载时提16%；而剪切稳定性较弱的液压油仅仅提高了1%和4%。

衡量效率

由于缺乏行业标准,人们常常在控制条件下模拟实际工况，以油泵效率衡量整个系统的液压效率，同时对轻负载和重负载循环工况进行实际评估。

为了硏究粘度指数对燃油效率的影响,路博润的硏究人员选择了两款ISO46多级油品,它们具有相同的基础油和添加剂成分,以及不同的粘度改进剂。与这两款润滑油一同测试的还有一款粘度指数为106的单级对照油。第一款油品的粘度指数为151，第二款油品的粘度指数为170。这些油品进行了四项测试:

使用圆锥滚子轴承实验(DIN51350-6或CEC L45-A-99)测试剪切稳定性、使用小型牵引机检测牵引系数、使用路博润装配的台架测试系统总效率,以及进行受控的汽车效率实地测试。

路博润使用圆锥滚子轴承实验来检测油品长期的耐用性,该实验持续进行了200个小时,比实验的标准测试时间—20个小时长得多。

实验结果显示,油品2在100℃下测试了50个小时后,它的粘度损失超过了15%,而油品在测试150个小时之后仍能保持其粘度。巴苏对此表示:“这意味着油品1在长时间使用中具有较好的耐用性,这与粘度指数没有明显的关系。

紧接着是牵引系数,它通常被视作燃油效率的指标,以变化的滚滑比进行衡量,最初进行纯滚动运动,然后滚滑比增加到50%。巴苏解释道:“实际上,粘度指数较低的油品l比油品2具有更合适的牵引系数,所以不能仅仅根据粘度指数预估牵引系数。”

实际使用情况

为了衡量液压系统总效率,路博润设计了台架以模拟液压设备工作时的静液压驱动系统,并且安装了一些装置以检测油泵、发动机、管道、过滤器和冷却装置等部件的效率。

巴苏强调道:“我们不想生产只适用于系统某一部件的液压油。我们设计台架的目的是考察整个系统的效率,而不仅仅是某个部件的效率。

结果显示,使用油品2带来的油泵效率比使用油品的高,不过使用油品能带来更高的发动机效率。使用粘度指数较低的油品比高粘度油品2能带来更高的系统总效率。

最后,路博润进行了一个受控的汽车测试,使用后铲装载机来检测制动相关的燃料损耗。路博润进行了装载后举升、满载前举升,非满载前举升和混合循环工况来测试两种油品对效率的贡献。在四个循环工况下,使用粘度指数为170的油品2所带来的效率都低于使用油品l的效率。

路博润还增加第三款粘度指数为185的油品作为高粘度指数测试油,并且与前两种油品一起进行混合循环工冮测试。高粘度指数油品没有提高效率。巴苏表示,只有粘度指数为15的油品l在受控测试条件下提高了效率。她强调道:“粘度指数仅仅是效率的其中一个指标。与效率相关的因素还有许多,为了达到最佳效果,这些因素都应该考虑在内。”

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