摘 要:介绍了混凝土泵车专用可降解液压油的研制。它采用Ⅱ类基础油/ 加氢精制茶油和聚α2烯烃(即PAO) 复合而成的基础油和不含ZDDP 的复合添加剂调和而成,具有可降解性以及良好的抗磨减阻性能,满足混凝土输送泵车各液压系统苛刻的使用要求,延长了换油期。
关键词:混凝土泵;抗磨液压油
1 引言
在1972 年,长沙中联重工科技发展股份有限公司(中联重科) 设计制造了中国第一台成型的混凝土输送泵车, 1993 年制造了国内第一台23 m 臂长的混凝土泵车。在1989 年,中联重科将塔机技术和混凝土泵送技术有机结合,开发出国内第一台全液压混凝土布料机,并与VOLVO 合作进行了臂长37～56m的全系列的开发、设计。
混凝土输送泵车是新型的臂架式机电液一体化的液压泵车,其液压系统包括主液压系统、混凝土搅拌系统、泵洗系统、车臂架、液压支腿、润滑装置和回转车液压系统。混凝土泵车广泛用于工业设备基础、堤坝、桥梁、高建筑等工地。
当今液压活塞式砼泵的发展趋势是高压大排量化、液压系统集成化、分配阀更加合理化、臂架式泵车、主机功率进一步提高[1 ] 。而液压系统能否可靠有效而经济的工作,在相当程度上取决于液压油的性能。应设备厂商和使用者的要求,研制专用于混凝土输送泵车液压系统的可降解抗磨液压油。
2 基础油的选择
在研制过程中,针对专用于混凝土输送泵车液压系统的特殊性,基础油采用Ⅱ类基础油,加氢精制茶油和聚α2烯烃(即PAO) 复合而成。
Ⅱ类基础油是用加氢裂化或加氢异构裂化工艺生产的基础油,来源于中石油润滑油公司和中石化润滑油公司。其粘度指数在90 ～ 120 , 且硫含量不大于0. 03 % , 饱和烃含量不低于90 %。它具有优良的低温流动性,兼容性好,热稳定性好,碱性氨含量低,对添加剂的感受性好,可溶性好。
加氢精制茶油源于广西特产之一茶籽油,由毛茶油经过提炼、脱色、冬化、加氢而得。其特点是具有良好的粘度指数,低温性好,油性好,添加剂助溶性好,可减少摩擦系数,减少极压抗磨剂的用量。同时,它有利于提高研制油的可降解率。
合成烃油是由化学合成方法制备的烃类润滑油。与同粘度的矿物润滑油相比,它具有优良的高温热异化安定性,应用温度范围宽,粘温性能好,倾点低,粘度指数高,蒸发损失小,对添加剂感受性好,结焦少,无毒和对皮肤有滋润作用等优点。它与矿物油有良好的相容性。此外,其原料来源丰富,生产工艺简单,价格相对便宜。因此,在研制油中使用聚α2烯烃合成油是非常有必要的。
聚α2烯烃合成油(即PAO) 的物理化学性能:
(1) 物理性能 低粘度的聚α2烯烃的粘度指数大约在135左右,在很多应用场合不需要添加粘度指数改进剂。聚α2烯烃合成油还具有低的倾点和较低的低温粘度,这可保证在寒区、严寒地区冬季作业的机械具有良好的低温启动性和泵送性。此外,聚α2烯烃合成油有较低的挥发性,这保证油品在较高温度使用时,粘度不会急剧增加,同时又保证有较高的闪点及燃点。
(2) 化学性能 聚α2烯烃具有较好的热氧化安定性,无毒。
1) 热稳定性。聚α2烯烃油具有优良的热稳定性。以聚α2烯烃油( PAO6 ) 为例,在135 ℃和和金属催化作用下,其100 ℃粘度为6mm2 s - 1 ,经过168 h 试验后,其40 ℃粘度增加仅12 %左右。而在相同条件下,100 # Ⅰ类油的粘度增长超过30 %。同时由于PAO 主要是异构烷烃组成,经加氢处理后基本上不含芳烃和胶质,在高温下不易生成积炭。
2) 热氧化安定性。聚α2烯烃与矿物油相比,具有更好的热氧化安定性。在各类油中加入相同品种和相同量的添加剂后,聚α2烯烃的热氧化安定性明显好于同粘度的矿物油。
3) 水解安定性。因为混凝土泵送液压系统工作在潮湿的环境中,极易形成酸性物质,从而造成金属腐蚀,所以水解安定性也是油品的一项重要性能指标。而聚α2烯烃具有良好的水解安定性。
4) 聚α2烯烃的不足。其不足主要表现在使某些橡胶密封件有轻微收缩和变硬,以及由于对某些极性较强的添加剂的溶解性较差而发生沉淀。针对这类不足,在研制油中采用加氢精制后的茶油。一方面可以很好的改善对极性添加剂的溶解性,增加对橡胶的膨胀性;另一方面可以提高油品的热氧化安定性,同时也可作油性剂来改善边界磨擦状况,提高其承载能力。
3 添加剂的选择
根据混凝土泵车专用可降解液压油的技术要求,重点解决承载能力、大温度使用范围、较好的抗燃性、清净和抗氧化性、热安定性和抗氧化能力好及可降解性等等问题。
3. 1 抗氧剂
混凝土泵送过程是连续的过程,要求机器长时间高压、重负荷、大流量、多次高速循环,容易产生大量的泡沫、油泥和灰屑,并粘附在活塞环、叶片泵的叶片、器件及柱塞泵的缸体上,从而严重地影响冷却和润滑效果,极易造成元器件堵塞、轴承过热、柱塞泵运动不平稳,并伴随产生有机酸类的物质,还对活塞环、轴承、叶片强腐蚀。这要求研制油的热氧化安定性能高于普通的抗磨液压油。鉴于其液压系统中大量使用有色金属合金的元器件,因此限制ZDDP 的用量。对此,在研制油中采用无灰抗氧剂甲。无灰抗氧剂通常用于高档的内燃机中,作为抗氧的成分。适量的加入(助剂以确保溶解度) ,可以提高研制油的抗氧化性,控制粘度增大,延长使用寿命。采用苯三唑衍生物、噻二唑衍生物和酯类的复合作为复合抗氧剂。
3. 2 极压抗磨剂
随着砼泵液压系统压力升高,功率增大,工作负荷越来越大,要求油品具有优良的极压抗磨性。抗磨液压油有有灰型(ZDDP型) 和无灰型两种。有灰型抗磨液压油具有很好的抗磨性,能满足叶片泵的使用要求[2 ] 。但当用于柱塞泵时,ZDDP 会对其中的有色金属合金钢部件造成腐蚀。此外,ZDDP 的热稳定性差。在20 世纪70 年代末,欧美共同开发了S/ P 极压添加剂,生产不含ZDDP 的无灰抗磨液压油,其金属含量小于0101 %[3 ] 。因此,在研制油中采用不含ZDDP 的极压抗氧剂。采用加氢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、油品的可滤性及热氧化安定性方面均优于含锌抗磨液压油。
3. 3 破乳防锈剂
防锈剂是防止金属机件生锈,延迟或限制生锈时间,减轻生锈程度的添加剂。在混凝土泵车的液压系统中,液压油被乳化是导致液压油失效变质的重要原因之一。因此,混凝土泵车专用可降解液压油要求使用高效的破乳防锈剂[3 ] ,采用聚醚类高分子化合物和胺与环氧化合物缩合物复合而成的防锈剂。
3. 4 抗泡剂
液压油在液压油路循环过程中,容易产生大量的泡沫,严重时会引起液压系统中压力间断性的瞬时异常。因此,需在油品配方中加入抗泡剂,以消除泡沫。常用的抗泡剂是硅油,它还具有强烈的吸气作用。当油品中混入少量水汽化时,产生的水蒸汽不易从油中逸出,将导致液压泵发生气蚀现象,从而损坏泵体。因此,研制的油要求具备合适的气体释放性能。为克服硅油的吸气作用,采用复合的“非硅”和“硅—非硅”型的油品抗泡剂[4 ] 。
3. 5 清净分散剂
液压油在高温及氧气存在的环境下,由于添加剂分解、氧化反应等逐渐产生油泥、胶质、积炭等物质,对设备的危害很大。清净分散剂H1 、H2 、H3 均为高碱值金属盐类,具有优良的氧化抑制性,油泥分散胶溶性和较好的氧化产物及酸性组分的中和能力。它对解决高压抗磨液压油的热稳定性和水解安定性有较好的作用。另外,高碱值清净分散剂可以有效地减少油品催化氧化的程度,从而减缓油品的老化,提高其热稳定性[5 ] 。
表1 是分别用H1 、H2 、H3 3 种清净分散剂制备的复合剂对油品旋转氧弹试验、抗乳化度、水解安定性和热稳定性能的影响。从表1 可见,清净分散剂H3 在旋转氧弹试验寿命、抗乳化度、水解安定性、过滤性、铜棒失重等方面均优于H1 和H2 ,在铜棒外观和总沉渣量方面略逊一些。这种现象是由三种清净分散剂分子内部结构的差异而引起的。所以,在复合剂研制中应选用清净分散剂H3 。
4 实车使用
为了进一步考察油品的实际使用效果,我们将研制油在南宁某大型混凝土搅拌站的4 台IHI、IPF8513 型混凝土输送泵车上进行1800 h 的实车使用试验。油品经过一个周期的使用,各项技术指标满足泵车运行的要求,主要表现如下:
(1) 油品具有优良的清净分散性,良好的不可压缩性及抗泡性。试验后的液压缸体内表面光洁,无划痕及缺陷。油品与国外产品性能相当,可以替代使用。
(2) 油品具有抗氧、抗腐蚀性,剪切安定性,密封适应性以及氧化安定性。在试验过程中,动力元件、操纵元件、执行元件及辅助元件均未发现腐蚀,表明其防锈性能良好。
(3) 试验时,泵车工作状态平稳,噪声低,无明显振动和过热情况。油品过滤性好,抗乳化能力强,完全满足混凝土输送泵车的运行要求。
5 结论
(1) 研制油确保了混凝土泵的正常使用,延长了换油期,适应了混凝土泵的发展趋势,受到广大混凝土搅拌站的欢迎。
(2) 研制油经过实验室的各项模拟评定、台架实验,其性能指标满足泵车的要求,可以完全代替国外进口类型产品,并且可作为客车油使用。
(3) 研制油具有良好的自然降解率,通过了CEC L233298A试验。
参考文献:
[ 1 ] 陈宜通. 混凝土机械[M] . 北京:中国建材工业出版社, 2002.
[ 2 ] 黄文轩. 润滑剂添加剂应用指南[M] . 北京:中国石化出版社, 2003.
[ 3 ] 王先会. 润滑油脂生产技术[M] . 北京:中国石化出版社, 2005.
[ 4 ] 王平. 抗磨液压油技术现状与发展[J ] . 润滑油, 1997 , (6) .
[ 5 ] 靳钧,等. 高压抗磨液压油复合添加剂的研制[ J ] . 石油炼制与化工, 1997 , (3) .
