大型凿岩机专用润滑油的开发和应用

石啸

中国石化润滑油有限公司北京研究院

本文根据凿岩机设备工况，筛选合适的基础油和添加剂，研发了长城大型凿岩机专用润滑油RDO M320。该产品具备优异的极压抗磨、防锈、铜腐保护和乳化性能，同时具备较低的摩擦系数，在澳大利亚某矿山大型凿岩机上成功应用表明，可以很好地满足大型凿岩机设备润滑要求。

随着国内外矿山开采业的蓬勃发展，矿山规模和开采量逐年增大，大型凿岩机越来越多地使用在矿山开采中。大型凿岩机有露天钻车和井下钻车，一般都由底盘、钻臂、推进器、控制系统和凿岩机组成，并且都具有配用高效能的主机、采用大推力的推进器和大扭矩的回转机构、普遍采用液压技术等特点。应用大型凿岩机是提高采掘速度的重要途径，是减轻劳动强度、改善劳动条件和提高劳动生产率的重要措施。随着凿岩爆破工艺的不断提高，巷道作业面的加大，大型凿岩机在生产建设中愈来愈显示出其优越性，同时在实际应用过程中对其要求也愈来愈高[1～4]。

大型凿岩机工况和润滑要求

凿岩机的构成包括操纵台、气动凿岩机、湿式除尘器、推进机构、液压泵站等。它以压缩空气为动力源，利用配气阀来改变压缩空气进入气缸的方向，从而使缸内活塞往复运动。冲程时，活塞冲击钎具凿碎岩石；回程时，活塞带动钎具回转一定角度，通过连续地冲击、回转，使钎具在岩石上凿出圆形炮孔。Sandvik DR580 凿岩机外观见图1。

大型凿岩机设备运行过程中钻杆处于高速、重载的工况，且运行过程中可能会有水流混入，要求油品具备良好的极压抗磨、防锈、铜腐和一定的乳化性能，以保证水与润滑油接触后形成乳化液，避免水与金属部件直接接触，水可随着油品一同排出缸体。同时凿岩机械润滑产品的发展应适应国民经济的发展需求，即向节能、环保方向发展[5]。

随着“节能减排”要求日益严格，设备制造商对节能型润滑油的需求也越来越多。大型凿岩机能耗较高，而普通的凿岩机润滑油没有考虑减摩性能。可采用润滑剂减少摩擦并提高燃料经济性，主要途径有2 种：

图1 Sandvik DR580凿岩机

◇使用多级润滑油，特别是低凝多级油，通过降低黏度级别来减少流体动力学阻力；

◇添加摩擦改进剂，减少边界和混合润滑的摩擦[6]。

考虑到大型凿岩机的高速重载工况，降低油品运动黏度易造成油膜厚度不足，为此可重点考虑添加摩擦改进剂来减少凿岩机运动部件摩擦磨损，降低能耗，提高工作效率。

根据目前的研究[7～9]，有机钼摩擦改进剂对于降低油品摩擦系数具有较大优势，在油品中溶解性相对较好，且降摩效果明显。有机钼摩擦改进剂的减摩机理为吸附于金属表面，并与之发生化学反应形成低摩擦系数的化学反应膜，从而降低金属接触面的摩擦系数，如图2所示。

由于大型凿岩机对于节能降耗和提升设备润滑防护的需要，目前市场上多使用含钼型凿岩机润滑油用于大型凿岩设备。中国石化润滑油有限公司根据大型凿岩机设备工况，适时研发了大型凿岩机专用润滑油。

产品开发

根据设备润滑要求和市场在用竞品情况，开发了ISO VG 320 黏度等级的长城大型凿岩机专用润滑油RDO M320（简称长城 RDO M320，英文名：Sinopec Rock Drill Moly 320），以下介绍长城 RDO M320 的开发过程。

基础油

依据凿岩机设备的使用环境、润滑要求，综合考虑成本和添加剂溶解性，实验室优选了2 种基础油作为凿岩机润滑油组分，基础油典型数据见表1。

添加剂选择

大型凿岩机工作过程中钻杆处于高速、重载的工况，同时可能会有水流混入，因此需要选择具备优异极压抗磨性能、防锈性和铜腐保护等性能的功能复合剂[10，11]。对GA1 和GA2 两种硫磷型功能复合剂进行评价，筛选配方见表2，性能评价结果见表3。

根据表3 的分析结果，优选Y%(质量分数)的GA1 功能复合剂作为研制油的添加剂主剂。

市场上有机钼盐减摩剂主要有二硫代磷酸钼和二硫代氨基甲酸钼等，选取市场中常见的3 种有机钼减摩剂（M1、M2、M3），考察与目前添加剂体系的兼容性，筛选配方见表4，油品摩擦性能见表5，外观见图 3。

图2 有机钼摩擦改进剂作用机理

表1 基础油典型数据

表2 功能复合剂筛选配方

表3 功能复合剂性能评价

从表5 可以看出，相同加剂量条件下3 种摩擦改进剂配方油品的摩擦系数基本接近。从图 3 可以看出，加入M1 或M3 后，RDO M1、RDO M3 油品均出现浑浊，可能是由于M1 或M3 在GA 配方体系中配伍性能不好。RDO M2 油品澄清透亮，M2 减摩剂在该体系中溶解性较好，因此选择M2 有机钼添加剂作为减摩剂。

大型凿岩机专用润滑油性能评价

优选RDO M2 配方进行全性能分析，并与市售竞品进行性能对比，具体见表6。

由表6 可见：

◇长城RDO M320 与市场竞品320M 相比，黏度指数、防锈和抗泡等总体性能相当，但长城油品表现出更好的乳化性能、极压抗磨性能和铜腐保护性能，有利于保护凿岩机部件，并降低设备能耗。

◇长城RDO M320 与普通RDO 320 相比，具备更优的极压抗磨性能和更低的摩擦系数，相比普通油品可为设备降低摩擦损耗，提升工作效率。

油品应用

大型凿岩机专用润滑油产品能够为大型气动凿岩机提供更优的润滑保护。2018 年，长城RDO M320 已经在澳大利亚某大型矿山的Sandvik DD421-60 大型凿岩机上使用（图4）。客户反映凿岩机设备运行稳定，未发生异常停机，油品使用效果良好，要求下一步扩大油品应用规模。

结论

☆根据设备工况特点，通过对功能复合剂、有机钼摩擦改进剂添加剂的筛选，确定了产品配方。新研大型凿岩机专用润滑油总体性能与市售竞品相当，乳化性能、防腐、极压性能均优于竞品。

☆通过在澳大利亚的应用试验表明，新研产品质量稳定，很好地保障了大型凿岩机设备的正常运行。

☆国内外矿山开发规模逐渐扩大，对大型凿岩设备的使用将逐渐增加，大型凿岩机专用润滑油可以很好地润滑大型凿岩机，具有极好的市场前景。

表4 有机钼添加剂筛选

表5 不同有机钼配方摩擦性能评价

图3 RDO、RDO M1、RDO M2、RDO M3油品外观

表6 长城 RDO M320与竞品性能对比

图4 试验油品及凿岩机