挖掘液壓系統(tǒng)效率

最大輸出功率、更快的系統(tǒng)反應(yīng)速度以及性能可靠性是非公路設(shè)備液壓系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì),機(jī)械設(shè)備必須解決隨之而來的高壓和重負(fù)載問題。人們還一直尋找可用于各種工況的液壓油。

添加劑生產(chǎn)商路博潤技術(shù)經(jīng)理舒巴米塔·巴蘇表示,為了迎合這種趨勢(shì),潤滑油廠商必須生產(chǎn)出能夠減少意外維修且提高生力的產(chǎn)品,努力降低終端用廣的總成本。“我們的目標(biāo)是(調(diào)配出)一種既能提高生率,也能保持耐用性的液壓油�！�

人們使用高粘度指數(shù)的液壓油來保證燃料效率,而且確保設(shè)備在各種天氣都能受到保護(hù)�？墒钦�如巴蘇所強(qiáng)調(diào)的,高粘度指數(shù)僅僅是燃料效率的促進(jìn)因素之一而已。

贏創(chuàng)油品添加劑公司在美國中部和南部地區(qū)的技術(shù)服務(wù)經(jīng)理盧卡斯·坎波索提到,最理想的情況是潤滑油生產(chǎn)商為建筑設(shè)備專門設(shè)計(jì)可用于各種溫度和負(fù)載條件的產(chǎn)品。其中包括冷啟動(dòng)時(shí)正常流動(dòng)的低粘度液壓油,以及具有優(yōu)秀的粘溫特性且適用于不同季節(jié)的高粘度液壓油。他指出:“在冷啟動(dòng)情況下,液壓油必須具有足夠低的粘度,才能避兔流動(dòng)性問題,否則緩慢的流動(dòng)和能量損失會(huì)降低效率。

不過,液壓油也需要在工作溫度下具有足夠的粘度,才能傳遞動(dòng)力以供高效工作。”巴蘇補(bǔ)充道:“我們所談到的有效液壓油多數(shù)是指粘度指數(shù)超過140的多級(jí)油液�！边@類潤滑油加入了粘度改進(jìn)劑來降低油品在高溫或低溫下粘度的變化程度。

      簡單來說,效率指的是“轉(zhuǎn)化的動(dòng)力占任何投入能量(能源或燃料)的比例,”由于類似于公路輕負(fù)荷車輛標(biāo)準(zhǔn)的品牌燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)尚未建立,液壓系統(tǒng)的效率需要通過其他指標(biāo)來體現(xiàn),比如生產(chǎn)率、能量、單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃油、消耗定量燃料所做的功、下降溫度等。

保持平衡

潤滑油生產(chǎn)商必須保持容積效率和機(jī)械效率的平衡�？膊ㄋ鹘忉尩�,油品粘度過低時(shí),動(dòng)力損失,導(dǎo)致容積效率下降當(dāng)粘度過高時(shí),動(dòng)力損失,此時(shí)機(jī)械效率下降。他補(bǔ)充道:“液壓機(jī)械效率取決于摩擦損失和粘滯曳力�？头e效率與內(nèi)部泄露引起的油液損失有關(guān)�！�

以液壓泵為例,在溫度升高時(shí)油液變稀,容積效率下降,此時(shí)更客易出現(xiàn)內(nèi)部泄漏。“沒有在地板看見液體,不代表不存在漏液。”因?yàn)橛锌赡苁窍到y(tǒng)內(nèi)部泄漏。巴蘇指出:“當(dāng)油液過稀時(shí),內(nèi)部壓強(qiáng)發(fā)生改變,導(dǎo)致出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。油液含有過量空氣,其密度發(fā)生改變,轉(zhuǎn)化的動(dòng)力也變少。

不過稀薄油液受到的內(nèi)部阻力較小,因此流速較快,機(jī)械效率提高。此外,摩擦、泵送和囯路設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致溢流或壓強(qiáng)過大,從而影響機(jī)械效率,導(dǎo)致液壓系統(tǒng)總效率下降。

       巴蘇總結(jié)道:“較小粘度有利于機(jī)械效率,較大粘度有利于客積效率�！辈贿^她認(rèn)為,僅僅以液壓泵的效率來衡量液壓系統(tǒng)的總效率可能有誤,因?yàn)橐簤合到y(tǒng)還有各種其他類型的泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、軟管、過濾器閥門和密封件,它們也會(huì)影響系統(tǒng)總效率。

剪切穩(wěn)定性

坎波索表示:“為了保持機(jī)械效率和容積效率的平衡,應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)一款具有高粘度指數(shù)和剪切穩(wěn)定性的液壓油�！�

坎波索詳述了贏創(chuàng)的測(cè)試,該測(cè)試使用了兩臺(tái)液壓挖掘機(jī)、一臺(tái)泥頭車、一臺(tái)裝載機(jī)和一個(gè)地磅,在德國的一個(gè)建筑工地進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。卡車以90°或l80°的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行裝載和挖掘,然后測(cè)試機(jī)油在四個(gè)溫度范圍(0-60℃、60-70℃、70-80℃和80-90℃)的性能。生產(chǎn)率由單位時(shí)間內(nèi)處理的噸數(shù)來體現(xiàn),效率由消耗每升燃料所處理的噸數(shù)來體現(xiàn)。

該測(cè)試在固定條件下以ABA的順序進(jìn)行,也就是先測(cè)試對(duì)照油品,然后是樣品油品,最后是對(duì)照油品。一共測(cè)試了17種液壓油,它們具有不同的粘度等級(jí)、粘度指數(shù)和剪切穩(wěn)定性。贏創(chuàng)展示了兩款高粘度ISO 46油品的測(cè)試結(jié)果,其中一款的粘度指數(shù)為162且剪切穩(wěn)定性較弱,另一款的粘度指數(shù)為186且剪切穩(wěn)定性較強(qiáng),還有一款粘度指數(shù)為103的液壓油作為對(duì)照油。這兩款油品都使用了贏創(chuàng)的PAMA(聚甲基丙烯酸酯)粘度指數(shù)改進(jìn)劑。

PAMA粘度指數(shù)改進(jìn)劑隨著液壓油的溫度變化伸展或收縮。添加劑在高溫下伸展以提高油液的粘度;低溫時(shí),添加劑緊緊收縮,只給油液增加極少的粘度�？膊ㄋ髦赋�:“高性能液壓油指的是在高溫下增加粘度且在低溫下(減少)粘度的油品�！�

為了獲得剪切穩(wěn)定性,粘度指數(shù)改進(jìn)劑使用分子量較小的聚合物制成。他提醒道,這些小分子聚合物“所受的剪切壓力較小,在工作中能夠保持最佳的粘度。想要獲得最大的效率,選擇分子量合適的粘度指數(shù)改進(jìn)劑是非常重要的,這樣可以在設(shè)備工作時(shí)將剪切降至最低。

實(shí)地測(cè)試的結(jié)果顯示,在進(jìn)行挖掘工作時(shí),剪切穩(wěn)定性較弱的液壓油不能提高效率;在卡車裝載時(shí),它僅比低粘度指數(shù)對(duì)照液壓油提高了3%的效率;而剪切穩(wěn)定性較強(qiáng)的油液在挖掘時(shí)提高了19%的效率,在裝載時(shí)提高了13%的效率。

剪切穩(wěn)定性較強(qiáng)的液壓油可以極大地提高生產(chǎn)率,在挖掘時(shí)提高20%,在裝載時(shí)提16%；而剪切穩(wěn)定性較弱的液壓油僅僅提高了1%和4%。

衡量效率

由于缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),人們常常在控制條件下模擬實(shí)際工況，以油泵效率衡量整個(gè)系統(tǒng)的液壓效率，同時(shí)對(duì)輕負(fù)載和重負(fù)載循環(huán)工況進(jìn)行實(shí)際評(píng)估。

為了硏究粘度指數(shù)對(duì)燃油效率的影響,路博潤的硏究人員選擇了兩款I(lǐng)SO46多級(jí)油品,它們具有相同的基礎(chǔ)油和添加劑成分,以及不同的粘度改進(jìn)劑。與這兩款潤滑油一同測(cè)試的還有一款粘度指數(shù)為106的單級(jí)對(duì)照油。第一款油品的粘度指數(shù)為151，第二款油品的粘度指數(shù)為170。這些油品進(jìn)行了四項(xiàng)測(cè)試:

使用圓錐滾子軸承實(shí)驗(yàn)(DIN51350-6或CEC L45-A-99)測(cè)試剪切穩(wěn)定性、使用小型牽引機(jī)檢測(cè)牽引系數(shù)、使用路博潤裝配的臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)總效率,以及進(jìn)行受控的汽車效率實(shí)地測(cè)試。

路博潤使用圓錐滾子軸承實(shí)驗(yàn)來檢測(cè)油品長期的耐用性,該實(shí)驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行了200個(gè)小時(shí),比實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試時(shí)間—20個(gè)小時(shí)長得多。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,油品2在100℃下測(cè)試了50個(gè)小時(shí)后,它的粘度損失超過了15%,而油品在測(cè)試150個(gè)小時(shí)之后仍能保持其粘度。巴蘇對(duì)此表示:“這意味著油品1在長時(shí)間使用中具有較好的耐用性,這與粘度指數(shù)沒有明顯的關(guān)系。

緊接著是牽引系數(shù),它通常被視作燃油效率的指標(biāo),以變化的滾滑比進(jìn)行衡量,最初進(jìn)行純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),然后滾滑比增加到50%。巴蘇解釋道:“實(shí)際上,粘度指數(shù)較低的油品l比油品2具有更合適的牽引系數(shù),所以不能僅僅根據(jù)粘度指數(shù)預(yù)估牽引系數(shù)。”

實(shí)際使用情況

為了衡量液壓系統(tǒng)總效率,路博潤設(shè)計(jì)了臺(tái)架以模擬液壓設(shè)備工作時(shí)的靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并且安裝了一些裝置以檢測(cè)油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、管道、過濾器和冷卻裝置等部件的效率。

巴蘇強(qiáng)調(diào)道:“我們不想生產(chǎn)只適用于系統(tǒng)某一部件的液壓油。我們?cè)O(shè)計(jì)臺(tái)架的目的是考察整個(gè)系統(tǒng)的效率,而不僅僅是某個(gè)部件的效率。

結(jié)果顯示,使用油品2帶來的油泵效率比使用油品的高,不過使用油品能帶來更高的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。使用粘度指數(shù)較低的油品比高粘度油品2能帶來更高的系統(tǒng)總效率。

最后,路博潤進(jìn)行了一個(gè)受控的汽車測(cè)試,使用后鏟裝載機(jī)來檢測(cè)制動(dòng)相關(guān)的燃料損耗。路博潤進(jìn)行了裝載后舉升、滿載前舉升,非滿載前舉升和混合循環(huán)工況來測(cè)試兩種油品對(duì)效率的貢獻(xiàn)。在四個(gè)循環(huán)工況下,使用粘度指數(shù)為170的油品2所帶來的效率都低于使用油品l的效率。

路博潤還增加第三款粘度指數(shù)為185的油品作為高粘度指數(shù)測(cè)試油,并且與前兩種油品一起進(jìn)行混合循環(huán)工冮測(cè)試。高粘度指數(shù)油品沒有提高效率。巴蘇表示,只有粘度指數(shù)為15的油品l在受控測(cè)試條件下提高了效率。她強(qiáng)調(diào)道:“粘度指數(shù)僅僅是效率的其中一個(gè)指標(biāo)。與效率相關(guān)的因素還有許多,為了達(dá)到最佳效果,這些因素都應(yīng)該考慮在內(nèi)�！�

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