农业机械设备传动系统用润滑油传动效率性能比较

文彦龙

中国石化润滑油有限公司北京研究院

机械传动能量的消耗主要由发动机和传动系统这两个系统的损耗为主。其中，机械传动系统的功率损失占汽车行驶过程中功率总消耗的比例比较大，约40%～60%，因此传动系统性能的好坏就显得十分重要。润滑油是机械行业中使用最为广泛的润滑剂，对发动机、变速箱以及驱动桥等部件起着润滑、冷却、清洁以及密封等作用。润滑油的选用直接影响传动效率。不同条件及工况下使用的润滑油均不相同，不同的润滑油对于机械的影响也不尽相同。

农业机械设备由于传动系统结构复杂，润滑油使用品种多，且不统一。为了直观对比农业机械传动系统所用润滑油产品的燃油经济性，本文选取了液压传动制动三用油、液压传动两用油和液压油这3种农业机械设备传动系统使用频次较多的润滑油产品，通过一系列模拟台架试验验证，分析了不同润滑油对传动效率的影响[1]。

试验部分

试验油样理化性能

本研究所选用中石化的液压传动制动三用油（1052）、液压传动两用油（1051）和46号抗磨液压油（1050），油品理化数据见表1。

表1 试验油品的理化性能数据

试验仪器

EHL油膜厚度仪

EHL油膜厚度仪（图1）是在弹性流体动压润滑下，由电脑控制仪器测定油膜厚度。

MTM牵引力系数仪

MTM牵引力系数仪（图2）是一款可灵活用于测量宽范围滚动和滑动条件下，润滑和未润滑接触面摩擦性能的通用设备，通过钢球加载在钢盘的表面，球和盘的独立驱动形成了滚动/滑动相混合的接触。设备可通过压力传感器测量钢球和钢盘间的摩擦力。试样的标准配置是一个直径为19.05 mm(3/4英寸)的钢球和一个直径为46 mm的钢盘。

FZG效率试验仪

FZG效率试验仪（图3）是通过在FZG齿轮承载性能台架上加装扭矩传感器，通过调节不同转速、载荷级别来直接表征不同润滑油品及不同润滑模式下的扭矩损失。

图1 EHL油膜厚度仪

结果与讨论

一般情况下，齿轮传动所产生的扭矩损失主要由两部分组成，一个是非负荷情况下的搅油损失，另一个是负荷情况下的摩擦损失。在非负荷条件下，油品处于弹性流体润滑状态，因此，油品的压黏性能决定了非负荷条件下扭矩损失的大小，而油品的压黏性能主要由油品的油膜厚度和牵引力系数所决定；在负荷条件下，油品大多数处于混合或边界润滑状态，因此，油品的添加剂的减摩特性决定了其扭矩损失。

图2 MTM牵引力系数仪

图3 FZG效率试验仪

油膜厚度分析

采用EHL油膜厚度仪测定了3种油品在不同温度下的油膜厚度，结果分别见图4～图6。

对比表1中3种油品的理化数据，可以看出，油膜厚度的大小与油品的黏度数据有相关性，黏度越大，其油膜厚度越大。从图4～图6中40 ℃、60 ℃和80 ℃的油膜厚度数据看出，液压传动两用油的黏度最大，其次是液压传动制动三用油，最后是HM46抗磨液压油。

MTM牵引力系数分析

采用MTM牵引力系数仪测定了3种油品在一定滚动/滑动比、负荷条件下，不同温度下的牵引力系数。结果分别见图7～图9。

牵引力系数主要表征了油品的摩擦系数。从图7～图9可以看出：

◇在低速情况下，油品处于边界润滑状态，此时，牵引力系数主要由油品的添加剂组分所决定。液压传动两用油和液压传动制动三用油在低速时的牵引力系数较46号抗磨液压油较低，因此，在边界润滑条件下，虽然46号抗磨液压油黏度较低，但由于其添加剂组分缺少减摩剂，无法提升整个系统的传动效率。

◇在高速情况下，油品处于混合润滑或弹性流体润滑状态，此时的牵引力系数主要由油品的内摩擦力所影响，即与基础油的类型和黏度指数改进剂有较大关系。高速时，液压传动两用油的牵引力系数最大，其次是46号抗磨液压油，最后是液压传动制动三用油。这主要是因为在配方上，液压传动两用油选用API I类基础油，而46号抗磨液压油和液压传动制动三用油则选用API II类或III类基础油（一般情况下，API I类基础油的牵引力系数最大，其次是API II类和III类基础油）；同时，液压传动制动三用油添加了部分黏度指数改进剂，使其具有最低的牵引力系数。

图4 40 ℃时3种油品的油膜厚度曲线

图5 60 ℃时3种油品的油膜厚度曲线

图6 80 ℃时3种油品的油膜厚度曲线

图7 40 ℃时3种油品的牵引力系数

图8 60 ℃时3种油品的牵引力系数

图9 80 ℃时3种油品的牵引力系数

图10 30 ℃时3种油品的传动效率

图11 60 ℃时3种油品的传动效率

FZG传动效率分析

EHL油膜厚度和MTM牵引力系数测定结果显示，液压传动制动三用油油膜厚度和牵引力系数都较低，因此，理论上其具有优异的提升传动效率的性能。为此选用FZG台架试验模拟实际工况进行验证，考察了3种油品的传动效率，结果见图10、图11。

从图10、图11可以看出，在相同的输入扭矩下，液压传动制动三用油的扭矩损失最低， 46号抗磨液压油居中，液压传动两用油最高，这与之前EHL油膜厚度及MTM牵引力系数的测定结果相当。

结论

影响机械传动效率的因素很多，不同润滑油由于所选基础油种类以及添加剂的不同，其对于传动效率的影响也不尽相同，单纯的追求通过低黏度油品来提升传动效率是远远不够的。液压传动制动三用油由于选用了合适的基础油和优异的添加剂，虽然其黏度比46号抗磨液压油较高，但其牵引力系数较低，使得其具有了优异的提升传动效率的性能。