廣東省公路工程施工總公司 郭曉龍
現(xiàn)代公路施工機(jī)械廣泛使用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，即在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出端設(shè)置液力變矩器，然后再將動(dòng)力輸出到動(dòng)力換檔變速箱。在一定范圍內(nèi)，這種液力傳動(dòng)系統(tǒng)可適應(yīng)外荷載的變化而自動(dòng)變矩，并可穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)在額定工況附近工作，提高公路施工機(jī)械的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 液力變矩器在使用過(guò)程中，由于摩擦生熱，系統(tǒng)油溫有一定的增高是正常的。一般來(lái)說(shuō)，液力變矩器的出口油溫應(yīng)該在120℃以下，如超過(guò)此溫度，系統(tǒng)的油溫就偏高了。以卡特彼勒980C裝載機(jī)為例，當(dāng)液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫達(dá)120℃時(shí)，油溫指示燈開(kāi)始閃動(dòng)；當(dāng)油溫達(dá)到139℃時(shí)，紅色警示燈就亮了，這時(shí)操作者必須停止作業(yè)，查找原因。 液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫過(guò)高，一方面使油液濃度變稀，粘度下降，系統(tǒng)的潤(rùn)滑性能變差，導(dǎo)致其它傳動(dòng)件加速磨損；另一方面使系統(tǒng)的容積效率降低，系統(tǒng)壓力上不去；再者油液本身長(zhǎng)時(shí)間處于高溫下，易于變質(zhì)老化，并使與之有關(guān)的密封件也因高溫而加速老化，失去密封作用。所以，液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫過(guò)高對(duì)公路工程施工機(jī)械的危害極大，應(yīng)該竭力避免。 根據(jù)筆者幾年在施工現(xiàn)場(chǎng)使用、管理公路施工機(jī)械的實(shí)踐，現(xiàn)就液力傳動(dòng)油的選用、機(jī)械的操作使用和液力傳動(dòng)系統(tǒng)本身的某些原因，對(duì)公路施工機(jī)械液力傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生油溫過(guò)高的原因進(jìn)行分析，并探討應(yīng)采取的措施和對(duì)策。 1 液力傳動(dòng)油的選用 液力傳動(dòng)油的選用不當(dāng)是造成液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫過(guò)高的主要原因之一?，F(xiàn)代公路施工機(jī)械的功率越來(lái)越大，并且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件惡劣，工作負(fù)荷變化大而頻繁，液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫的變化幅度一般從70℃到140℃，有時(shí)甚至達(dá)150℃，因此對(duì)液力傳動(dòng)油的要求也越來(lái)越高。 液力傳動(dòng)油亦稱自動(dòng)變速器油，國(guó)外稱ATF油。它的功用是作為液力變矩器動(dòng)液能傳遞的介質(zhì)，液壓控制線路和伺服機(jī)構(gòu)靜液能傳遞的介質(zhì)，換檔軸承和齒輪負(fù)荷齒面的潤(rùn)滑劑，濕式離合器滑動(dòng)—摩擦能傳遞的介質(zhì)以及液冷或氣冷系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)。 為滿足不同工況的需要，要求工作油粘度隨溫度變化很小。低溫時(shí)，粘度應(yīng)不太高，以保持較高的傳動(dòng)效率和提高低溫啟動(dòng)性能。一般，液力傳動(dòng)工作油運(yùn)動(dòng)粘度υ50=55～54mm2／s。粘溫性，一般要求υ50／υ100的比值愈小愈好，一般小于4.5(如8＃液力傳動(dòng)油則小于3.60)；如用粘度指數(shù)表示，粘度指數(shù)要求大于170(國(guó)外已達(dá)210)，高粘度指數(shù)意味著粘度隨溫度變化較小。 液力傳動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)的工作溫度允許值可達(dá)70℃～110℃，若長(zhǎng)時(shí)間在低效區(qū)工作，甚至可達(dá)120℃左右。所以，液力傳動(dòng)工作油的閃點(diǎn)應(yīng)大于180℃，不得低于155℃。工作油的凝點(diǎn)隨不同地區(qū)和季節(jié)而異，一般均高于-20℃。如果工作油中發(fā)現(xiàn)水溶性酸堿，將對(duì)金屬起強(qiáng)烈的腐蝕作用，此時(shí)必須更換工作油。此外，對(duì)臨界載荷值，抗氧化安定性，抗乳化性，抗泡性，含水量及含機(jī)械雜質(zhì)等，均應(yīng)按有關(guān)性能指標(biāo)給予保證。
美國(guó)材料和試驗(yàn)學(xué)會(huì)、石油學(xué)會(huì)把液力傳動(dòng)油分為三類。PTF-1型：對(duì)低溫粘度要求較高、較嚴(yán)，對(duì)抗磨性、抗泡性也要求嚴(yán)格；PTF-2型：對(duì)抗磨、極壓性要求高，適用于重負(fù)荷的全自動(dòng)和半自動(dòng)液力傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)低溫流動(dòng)性的要求則放寬；PTF-3型：適用于低速、高負(fù)荷機(jī)械，對(duì)抗磨性要求高，對(duì)低溫粘度也要求嚴(yán)格。 我國(guó)現(xiàn)已生產(chǎn)兩種液力傳動(dòng)油。過(guò)去曾按100℃運(yùn)動(dòng)粘度分為6號(hào)和8號(hào)，現(xiàn)在分為N32＃(相當(dāng)原6號(hào)變矩器油)、N46＃(相當(dāng)于原8號(hào)變矩器油)、N46D＃普通液力油和N68?？鼓ヒ毫τ?表1所示)。N32＃液力傳動(dòng)油用于內(nèi)燃機(jī)車、越野車、工程機(jī)械等，顏色為淺黃色透明液體，相當(dāng)于國(guó)外的PTF-2型。這種油主要以22＃汽輪機(jī)油為基礎(chǔ)，再加入其它添加劑制成。它的特點(diǎn)是較高的負(fù)荷，對(duì)極壓、抗磨要求較高，而對(duì)低溫粘度要求不高。N46＃液力傳動(dòng)油用于高速小轎車等，顏色為紅色透明液體，又稱紅液力油。它相當(dāng)于國(guó)外PTF-1型，對(duì)低溫粘度要求較高，目的是要保證有良好的低溫啟動(dòng)性能。這種油是以低粘度精制分餾油作基礎(chǔ)油，然后再加入其它添加劑制成。 工作油在使用過(guò)程中的狀態(tài)經(jīng)常發(fā)生變化，應(yīng)經(jīng)常觀察，防止使用變質(zhì)油液。對(duì)于工作油氣泡、水油混合物、污染等要特別注意。工作油的使用期取決于其清潔程度，它與機(jī)器作業(yè)條件、工作油質(zhì)量、油溫和過(guò)濾精度有關(guān)。新油，過(guò)濾精度40μm時(shí)，使用時(shí)間100h后要更換；過(guò)濾精度20μm時(shí)，使用500h后即應(yīng)更換；而對(duì)于工程機(jī)械來(lái)說(shuō)，每次換油時(shí)間約為1000h。對(duì)于液力變矩器的Z高液溫規(guī)定不超過(guò)120℃；當(dāng)液溫超過(guò)規(guī)定值時(shí)，即應(yīng)卸載進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)，待液溫正常后再作業(yè)；必要時(shí)要檢查過(guò)熱原因并予以排除。 更換工作油要注意以下幾點(diǎn)：液力系統(tǒng)放油時(shí)，油應(yīng)該是溫的，同時(shí)更換或清洗所有的濾清器、濾網(wǎng)，檢查工作油中有否金屬渣粒或高溫作業(yè)產(chǎn)生出來(lái)的炭積物；變速箱放油，首先分別取下變速箱管接頭處及殼底的放油塞，排除系統(tǒng)的油后再裝上放油塞，然后取下濾清器，在不揮發(fā)的礦物油里用軟毛刷清洗；液力元件放油指的是部分油要排入變速箱里，只要挪開(kāi)液力油的進(jìn)油管，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，以1000r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)20～30s即可。液力系統(tǒng)注油，是通過(guò)變速箱加油孔注入后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在變速箱空檔怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3min后，加足所規(guī)定的油。 此外，在實(shí)際工作中，有人強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的潤(rùn)滑性和密封性，以為選擇液力傳動(dòng)油的粘度越高越好，而不考慮環(huán)境、工作壓力的大小，運(yùn)動(dòng)速度的高低，便以高粘度的潤(rùn)滑油來(lái)替代，這是不合適的。液力傳動(dòng)油的粘度太大，在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)的摩阻自然大，不僅會(huì)造成大的功率損失，并且油溫也會(huì)升高。 2 操作使用 由于公路施工機(jī)械的負(fù)荷變化較大，其液力傳動(dòng)系統(tǒng)的油溫與操作使用有十分密切的關(guān)系。液力傳動(dòng)系統(tǒng)的油液作為變矩器的介質(zhì)，在傳遞扭矩的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的溫升。為了使油溫控制在一定的范圍，設(shè)計(jì)了冷卻系統(tǒng)，使其散熱降溫，即液力傳動(dòng)系統(tǒng)在某一時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量與在同一時(shí)間內(nèi)所散發(fā)的熱量相平衡，系統(tǒng)的油溫就控制在一定的范圍內(nèi)。如果機(jī)械的負(fù)荷變化不大，操作使用對(duì)其液力傳動(dòng)系統(tǒng)的油溫問(wèn)題就不那么突出。但對(duì)于公路施工機(jī)械而言，操作使用對(duì)液力傳動(dòng)系統(tǒng)的油溫則影響很大。下面以推土機(jī)為例，說(shuō)明操作使用對(duì)液力傳動(dòng)系統(tǒng)溫升的影響。 推土機(jī)的基本作業(yè)由鏟土、運(yùn)土、卸土和空載回駛四個(gè)過(guò)程組成一個(gè)工作循環(huán)。在一個(gè)操作正常的工作循環(huán)中，液力傳動(dòng)系統(tǒng)的油溫與時(shí)間的關(guān)系。 推土機(jī)正常工作一段時(shí)間后，液力傳動(dòng)系統(tǒng)在一個(gè)工作循環(huán)中產(chǎn)生熱量所散發(fā)出的熱量相平衡時(shí)，其系統(tǒng)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線。A-b為鏟土工況，b-c為運(yùn)土工況，c-d為卸土工況，d-a′為空載回駛工況，a′-b′為再一次的鏟土工況……。推土機(jī)在鏟土工況中，由于鏟刀受到很大的阻力，機(jī)械前進(jìn)很慢，甚至停止不動(dòng)，而操作者為了使鏟刀易于鏟入土中，必須加大油門提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這時(shí)，液力變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)同步，渦輪卻因后面機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的阻力作用轉(zhuǎn)動(dòng)得很慢，甚至停止，此時(shí)變矩器輸出的扭矩Z大，而效率Z低，甚至為零，發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的功率便在變矩中大部分或全部轉(zhuǎn)化為熱量，使變矩器的油液溫度急劇升高。而推土機(jī)在運(yùn)土、卸土、空載回駛工況中，機(jī)械受到的阻力減小，變矩器渦輪的轉(zhuǎn)速提高。特別是卸土工況時(shí)，因?yàn)樽兙仄骱蟮臋C(jī)械傳動(dòng)被短時(shí)切斷，渦輪有可能與泵輪同步，這樣發(fā)熱量就更小。就整個(gè)液力傳動(dòng)系統(tǒng)而言，運(yùn)土、卸土、空載回駛工況對(duì)鏟土工況是散熱過(guò)程，如果推土機(jī)的工作對(duì)象不變，操作者操作方法不變，液力傳動(dòng)系統(tǒng)的油溫就能保持在如圖1所示的某一范圍內(nèi)。 由此可見(jiàn)，對(duì)推土機(jī)而言，鏟土工況所用時(shí)間的多少占整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間比例的大小，對(duì)液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫高低有決定性的影響。如能縮短鏟土?xí)r間，即縮短變矩器在低效下工作的時(shí)間，液力傳動(dòng)系統(tǒng)的油溫就不會(huì)大幅度地提高。這里有個(gè)操作使用的問(wèn)題，當(dāng)推土機(jī)在硬土上進(jìn)行鏟土作業(yè)，或鏟刀碰上樹(shù)根或大石頭等障礙時(shí)，鏟土工況的時(shí)間就長(zhǎng)，并且渦輪的轉(zhuǎn)速降低得很歷害，液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫上升很快，就一個(gè)工作循環(huán)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的熱量大于散發(fā)的熱量，持續(xù)工作下去，整個(gè)系統(tǒng)的油溫就會(huì)過(guò)高。 因此，操作使用對(duì)液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫的影響很大，這里存在著一個(gè)按機(jī)械性能參數(shù)合理安排作業(yè)對(duì)象的問(wèn)題，也是一個(gè)工作在比較惡劣工況下如何操作機(jī)械的問(wèn)題。如推土機(jī)在堅(jiān)硬的作業(yè)面進(jìn)行鏟土作業(yè)時(shí)，強(qiáng)制機(jī)械完成不能勝任的工作，就會(huì)出現(xiàn)液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫過(guò)高的現(xiàn)象，甚至造成液壓元件的損壞。此時(shí)應(yīng)預(yù)先加以松土，或在工作時(shí)盡量減少鏟土?xí)r間，或增加機(jī)械的休息時(shí)間等。有人認(rèn)為，液力傳動(dòng)機(jī)械不存在過(guò)載問(wèn)題，這是一個(gè)誤解。過(guò)載會(huì)引起油溫過(guò)高，油溫過(guò)高不僅油質(zhì)變壞，而且引起積炭，使密封泄油管路不通暢，引起泵輪殼密封處壓力增高，導(dǎo)致泵輪殼密封的失效或完全報(bào)廢。操作者應(yīng)掌握上述原理，在操作實(shí)踐中，改進(jìn)操作方法，盡量減少鏟土?xí)r機(jī)械受到的阻力，就能在很大程度上防止液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫過(guò)高。 3 液力傳動(dòng)系統(tǒng)本身的原因 在液力傳動(dòng)系統(tǒng)中由于本身組成構(gòu)件而產(chǎn)生油溫過(guò)高的原因主要有：液力傳動(dòng)油油位不當(dāng)，機(jī)件異常磨損，變速箱變速制動(dòng)片滑摩等。 3.1 液力傳動(dòng)油油位不當(dāng) 液力傳動(dòng)系統(tǒng)的工作油液規(guī)定有一定的數(shù)量，而在系統(tǒng)中直接參加流動(dòng)的油液只是其中很小的一部分，大部分儲(chǔ)備在油池里，這些油除補(bǔ)充流動(dòng)中的消耗，還可調(diào)節(jié)油量。因此，在一定的前提下，工作油液的儲(chǔ)備多一點(diǎn)是有好處的。但是如果油面太高，淹沒(méi)了各種驅(qū)動(dòng)機(jī)件，特別是各種齒輪，導(dǎo)致摩阻增大，反而會(huì)使油溫上升。在公路施工機(jī)械上，工作油液的液面是用油尺檢查的，油位不能太低，也不宜過(guò)高。 3.2 機(jī)件異常摩擦使油溫上升 液力傳動(dòng)系統(tǒng)的工作油液所要潤(rùn)滑和冷卻的機(jī)件很多，這些傳動(dòng)件除了正常配合(或嚙合)摩擦產(chǎn)生熱量外，個(gè)別傳動(dòng)副在修理后，也可能由于加工裝配原因發(fā)生卡阻而出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，或一些機(jī)件長(zhǎng)期使用后，因?yàn)槟撤N原因發(fā)生定位變動(dòng)。如我單位曾發(fā)生過(guò)D75S裝載機(jī)的變矩器由于渦輪軸承松動(dòng)，造成泵輪與渦輪直接摩擦的故障。這種接觸摩擦?xí)a(chǎn)生局部高溫，從而影響系統(tǒng)內(nèi)液力傳動(dòng)油的溫度。 3.3 變速箱換檔制動(dòng)片滑摩產(chǎn)生過(guò)熱 變速箱換檔制動(dòng)片滑摩產(chǎn)生的熱量是液力傳動(dòng)系統(tǒng)油溫過(guò)熱的另一個(gè)主要原因。變速箱換檔制動(dòng)片在開(kāi)始接合與開(kāi)始分離的瞬間有極短時(shí)間的滑摩，這是機(jī)械無(wú)法克服的。這時(shí)液力傳動(dòng)油就起到潤(rùn)滑與冷卻的作用，換句話說(shuō) ，滑摩產(chǎn)生的熱量要傳遞到液力傳動(dòng)油中。如滑摩時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，液力傳動(dòng)油的工作溫度就會(huì)迅速升高。造成變速箱換檔制動(dòng)片滑摩時(shí)間較長(zhǎng)的原因主要有三個(gè)： (1) 摩擦制動(dòng)片磨損嚴(yán)重，摩擦力減少，扭矩大時(shí)無(wú)法達(dá)到完全接合。 (2) 換檔工作液壓缸的壓力達(dá)不到規(guī)定值，致使制動(dòng)片夾緊無(wú)力。工作油缸壓力降低的原因是系統(tǒng)內(nèi)密封失效，產(chǎn)生內(nèi)泄或液壓泵磨損嚴(yán)重，供油壓力不足或壓力調(diào)節(jié)閥被卡住或彈簧失效。 (3) 傳動(dòng)油過(guò)濾器阻塞，油路不暢，流量不足，壓力建立遲緩。(中國(guó)路面機(jī)械網(wǎng))
