挖掘机引导轮专用齿轮油的加压模拟试验

林国就 卢少华 揭斌华

1 中国石化润滑油有限公司

2 中国石化润滑油有限公司茂名分公司

作为挖掘机重要组成部分，履带行走装置在工作过程中起到支撑整机重量和工作载荷的作用，同时，也完成直线行走、转弯、爬坡等动作[1]。履带行走装置由行走架、引导轮、履带张紧装置、托链轮、支重轮、履带以及驱动轮等组成（如图1所示），其中导向轮的作用是引导履带行走装置的运行方向，缓和履带前进时受到的冲击，是履带行走装置的重要部件之一。由于挖掘机经常行驶在矿山、野外、建筑工地等地形复杂、工况苛刻的场合，如润滑不当，致使引导轮的凸缘和沟槽造成磨损，而磨损严重时发生“履带脱轨”、“ 啃轨” 现象[2]。因此，选择合适的润滑油，对延长引导轮的使用寿命、降低维修费用、提高工作效率有着重要的意义。

图1 履带式挖掘机中的行走装置

引导轮是由轮轴（铸钢件）和轴套（含铜80%、锡10%及铅10%）组成（如图2所示）。引导轮对所使用的润滑油产品，要求具有以下性能：

图2 引导轮外观及内结构

◇较好的极压抗磨性能；

◇对钢、铜、密封材料等具有较好防护；

◇因引导轮轴和轴套间隙内的润滑油因没有油道而不能将轴承工作产生的热量及时带走，致使轴承的工作温度升高，润滑油黏度下降，润滑油膜厚度减小，所以要求润滑油具有较好的黏温性能。

2020年5月，某挖掘机制造公司反映其挖掘机引导轮轮轴润滑部件，使用某品牌重负荷齿轮油在较短的使用时间内因磨损而造成油品外观不透明，发黑发臭。经现场考察勘察及油品分析发现，某品牌重负荷齿轮油在较短期内因磨损发黑的主要原因是该齿轮油中含有较大量的硫和含活性硫的化合物，与轮轴铜套发生化学反应生成黑色的硫化铜。

为协助某挖掘机制造公司生产的引导轮匹配最合适的齿轮油，选取了中国石化润滑油有限公司茂名分公司生产的3款齿轮油，开展引导轮加压运转模拟对比试验，并对样品进行采样分析，为引导轮的专用油的选择提供依据。

齿轮油的理化性能分析

分别对试验选用3款齿轮油产品开展理化性能开展对比分析，结果见表1。

表1 产品理化性能分析

从表1可以看出，3款齿轮油产品的理化性能各有不同，这是由于它们所添加的功能添加剂不同。

引导轮加压模拟试验

试验前彻底清除引导轮油腔内部的杂质颗粒，然后将齿轮油注入21T引导轮，在生产线上的跑合设备开展64 h加压5 MPa运转模拟试验。试验过程中的前8 h，间隔30 min对试验引导轮的轮轴和轮体的温度进行监测，并填写记录。

试验温度监测情况

齿轮油1～3分别在引导轮加压模拟试验过程中的轮轴和轮体的温度记录情况如图3和图4所示。

从图3和图4可以看出，齿轮油1在试验过程中引导轮的轮轴、轮体温度较高，且波动较大；齿轮油2在试验过程中引导轮的轮轴温度略有波动，轮体温度随着试验时间缓慢增加；齿轮油3在试验过程中引导轮的轮轴、轮体温度均保持在较低的水平，且相对平稳，说明齿轮油3对引导轮的润滑防护效果最好，在试验过程中未发生异常磨损，确保引导轮在试验过程中均处于良好的运行状态。

图3 引导轮轮轴温度记录情况

图4 引导轮轮体温度记录情况

试验油品的分析

经过64 h的加油模拟试验后，对引导轮进行拆解，检查轮轴和铜套磨损情况，并对试验前后油样的常规理化性能和磨损情况进行分析。

齿轮油1的分析

试验结束后，齿轮油1的外观如图5所示，油品外观呈灰黑色，并且油品中含有大量金属粉末。钢轴磨损情况如图6所示，钢轴上有明显的磨损痕迹。油品的理化性能分析结果见表2。

图5 齿轮油1试验前后的外观

图6 齿轮油1试验后的钢轴外观

从表2可知，虽然齿轮油1在试验前后运动黏度、硫含量变化不大，但油品中有大量的金属磨损元素，金属元素铜（Cu）、 铅(Pb）、锡（Sn）含量严重偏高，说明试验过程中铜套部件存在异常磨损，金属元素铁（Fe）含量也偏高，说明钢轴也存在一定的磨损。

表2 齿轮油1理化性能跟踪分析

通过铁谱分析（结果如图7所示），可明显发现试验油样中含有黄色铜合金，表明铜合金轴套已出现较大的磨损，这是由于齿轮油1中含有多硫磷型极压抗磨剂，而硫磷型极压抗磨剂可能促进铜合金的磨损。

图7 齿轮油1的铁谱分析

齿轮油2的分析

齿轮油2试验后的油品外观如图8所示，试验后油品呈灰色，油品中含有一定量的金属物，油品的理化性能分析结果见表3。

图8 齿轮油2试验前后的外观

从表3可以看出，齿轮油2在试验前后运动黏度、硫含量变化不大，但油品中含有较大量的金属磨损元素，金属元素铜（Cu）、铅(Pb）、锡（Sn）、元素铁（Fe）含量偏高，但磨损情况优于齿轮油1，这是可能是由于齿轮油2硫含量较低，减缓对铜合金轴套的磨损。

表3 齿轮油2理化性能跟踪分析

齿轮油3的分析

齿轮油3试验后的油品外观如图9所示，试验后油品较试验前颜色略变深，但外观依然保持透明。试验后的铜合金轴套无明显的磨损痕迹（图10），说明试验过程中铜合金轴套无异常磨损情况。试验前后油品的理化分析结果见表4。

表4 齿轮油3理化性能跟踪分析

图9 试验前后齿轮油3的外观

图10 试验后的铜合金轴套

从表4可以看出，齿轮油3试验前后运动黏度、硫含量变化不大，说明试验过程中中油品无异常氧化变质现象；同时，金属元素铜（Cu）、铅(Pb）、锡（Sn）、元素铁（Fe）含量非常低，说明齿轮油3对引导轮的钢轴、铜合金轴套的润滑防护效果最佳，在试验过程中无异常磨损。

结论

经64 h引导轮加压5 MPa运转模拟试验表明，齿轮油3试验过程中对引导轮的钢轴、铜合金轴套的磨损少，油品外观依然保持透明，最适合用于引导轮的润滑防护。