廣東省公路工程施工總公司 郭曉龍
現代公路施工機械廣泛使用液壓傳動系統，即在發動機的動力輸出端設置液力變矩器，然后再將動力輸出到動力換檔變速箱。在一定范圍內，這種液力傳動系統可適應外荷載的變化而自動變矩，并可穩定發動機在額定工況附近工作，提高公路施工機械的動力性和經濟性。 液力變矩器在使用過程中，由于摩擦生熱，系統油溫有一定的增高是正常的。一般來說，液力變矩器的出口油溫應該在120℃以下，如超過此溫度，系統的油溫就偏高了。以卡特彼勒980C裝載機為例，當液力傳動系統油溫達120℃時，油溫指示燈開始閃動；當油溫達到139℃時，紅色警示燈就亮了，這時操作者必須停止作業，查找原因。 液力傳動系統油溫過高，一方面使油液濃度變稀，粘度下降，系統的潤滑性能變差，導致其它傳動件加速磨損；另一方面使系統的容積效率降低，系統壓力上不去；再者油液本身長時間處于高溫下，易于變質老化，并使與之有關的密封件也因高溫而加速老化，失去密封作用。所以，液力傳動系統油溫過高對公路工程施工機械的危害極大，應該竭力避免。 根據筆者幾年在施工現場使用、管理公路施工機械的實踐，現就液力傳動油的選用、機械的操作使用和液力傳動系統本身的某些原因，對公路施工機械液力傳動系統產生油溫過高的原因進行分析，并探討應采取的措施和對策。 1 液力傳動油的選用 液力傳動油的選用不當是造成液力傳動系統油溫過高的主要原因之一。現代公路施工機械的功率越來越大，并且現場作業條件惡劣，工作負荷變化大而頻繁，液力傳動系統油溫的變化幅度一般從70℃到140℃，有時甚至達150℃，因此對液力傳動油的要求也越來越高。 液力傳動油亦稱自動變速器油，國外稱ATF油。它的功用是作為液力變矩器動液能傳遞的介質，液壓控制線路和伺服機構靜液能傳遞的介質，換檔軸承和齒輪負荷齒面的潤滑劑，濕式離合器滑動—摩擦能傳遞的介質以及液冷或氣冷系統的傳熱介質。 為滿足不同工況的需要，要求工作油粘度隨溫度變化很小。低溫時，粘度應不太高，以保持較高的傳動效率和提高低溫啟動性能。一般，液力傳動工作油運動粘度υ50=55～54mm2／s。粘溫性，一般要求υ50／υ100的比值愈小愈好，一般小于4.5(如8＃液力傳動油則小于3.60)；如用粘度指數表示，粘度指數要求大于170(國外已達210)，高粘度指數意味著粘度隨溫度變化較小。 液力傳動系統在工作時的工作溫度允許值可達70℃～110℃，若長時間在低效區工作，甚至可達120℃左右。所以，液力傳動工作油的閃點應大于180℃，不得低于155℃。工作油的凝點隨不同地區和季節而異，一般均高于-20℃。如果工作油中發現水溶性酸堿，將對金屬起強烈的腐蝕作用，此時必須更換工作油。此外，對臨界載荷值，抗氧化安定性，抗乳化性，抗泡性，含水量及含機械雜質等，均應按有關性能指標給予保證。
美國材料和試驗學會、石油學會把液力傳動油分為三類。PTF-1型：對低溫粘度要求較高、較嚴，對抗磨性、抗泡性也要求嚴格；PTF-2型：對抗磨、極壓性要求高，適用于重負荷的全自動和半自動液力傳動系統，對低溫流動性的要求則放寬；PTF-3型：適用于低速、高負荷機械，對抗磨性要求高，對低溫粘度也要求嚴格。 我國現已生產兩種液力傳動油。過去曾按100℃運動粘度分為6號和8號，現在分為N32＃(相當原6號變矩器油)、N46＃(相當于原8號變矩器油)、N46D＃普通液力油和N68＃抗磨液力油(表1所示)。N32＃液力傳動油用于內燃機車、越野車、工程機械等，顏色為淺黃色透明液體，相當于國外的PTF-2型。這種油主要以22＃汽輪機油為基礎，再加入其它添加劑制成。它的特點是較高的負荷，對極壓、抗磨要求較高，而對低溫粘度要求不高。N46＃液力傳動油用于高速小轎車等，顏色為紅色透明液體，又稱紅液力油。它相當于國外PTF-1型，對低溫粘度要求較高，目的是要保證有良好的低溫啟動性能。這種油是以低粘度精制分餾油作基礎油，然后再加入其它添加劑制成。 工作油在使用過程中的狀態經常發生變化，應經常觀察，防止使用變質油液。對于工作油氣泡、水油混合物、污染等要特別注意。工作油的使用期取決于其清潔程度，它與機器作業條件、工作油質量、油溫和過濾精度有關。新油，過濾精度40μm時，使用時間100h后要更換；過濾精度20μm時，使用500h后即應更換；而對于工程機械來說，每次換油時間約為1000h。對于液力變矩器的Z高液溫規定不超過120℃；當液溫超過規定值時，即應卸載進行空運轉，待液溫正常后再作業；必要時要檢查過熱原因并予以排除。 更換工作油要注意以下幾點：液力系統放油時，油應該是溫的，同時更換或清洗所有的濾清器、濾網，檢查工作油中有否金屬渣粒或高溫作業產生出來的炭積物；變速箱放油，首先分別取下變速箱管接頭處及殼底的放油塞，排除系統的油后再裝上放油塞，然后取下濾清器，在不揮發的礦物油里用軟毛刷清洗；液力元件放油指的是部分油要排入變速箱里，只要挪開液力油的進油管，啟動發動機，以1000r/min的轉速運轉20～30s即可。液力系統注油，是通過變速箱加油孔注入后啟動發動機，在變速箱空檔怠速運轉3min后，加足所規定的油。 此外，在實際工作中，有人強調系統的潤滑性和密封性，以為選擇液力傳動油的粘度越高越好，而不考慮環境、工作壓力的大小，運動速度的高低，便以高粘度的潤滑油來替代，這是不合適的。液力傳動油的粘度太大，在系統內流動的摩阻自然大，不僅會造成大的功率損失，并且油溫也會升高。 2 操作使用 由于公路施工機械的負荷變化較大，其液力傳動系統的油溫與操作使用有十分密切的關系。液力傳動系統的油液作為變矩器的介質，在傳遞扭矩的過程中會產生一定的溫升。為了使油溫控制在一定的范圍，設計了冷卻系統，使其散熱降溫，即液力傳動系統在某一時間內所產生的熱量與在同一時間內所散發的熱量相平衡，系統的油溫就控制在一定的范圍內。如果機械的負荷變化不大，操作使用對其液力傳動系統的油溫問題就不那么突出。但對于公路施工機械而言，操作使用對液力傳動系統的油溫則影響很大。下面以推土機為例，說明操作使用對液力傳動系統溫升的影響。 推土機的基本作業由鏟土、運土、卸土和空載回駛四個過程組成一個工作循環。在一個操作正常的工作循環中，液力傳動系統的油溫與時間的關系。 推土機正常工作一段時間后，液力傳動系統在一個工作循環中產生熱量所散發出的熱量相平衡時，其系統溫度與時間的關系曲線。A-b為鏟土工況，b-c為運土工況，c-d為卸土工況，d-a′為空載回駛工況，a′-b′為再一次的鏟土工況……。推土機在鏟土工況中，由于鏟刀受到很大的阻力，機械前進很慢，甚至停止不動，而操作者為了使鏟刀易于鏟入土中，必須加大油門提高發動機的轉速。這時，液力變矩器泵輪的轉速與發動機同步，渦輪卻因后面機械傳動系統的阻力作用轉動得很慢，甚至停止，此時變矩器輸出的扭矩Z大，而效率Z低，甚至為零，發動機輸入的功率便在變矩中大部分或全部轉化為熱量，使變矩器的油液溫度急劇升高。而推土機在運土、卸土、空載回駛工況中，機械受到的阻力減小，變矩器渦輪的轉速提高。特別是卸土工況時，因為變矩器后的機械傳動被短時切斷，渦輪有可能與泵輪同步，這樣發熱量就更小。就整個液力傳動系統而言，運土、卸土、空載回駛工況對鏟土工況是散熱過程，如果推土機的工作對象不變，操作者操作方法不變，液力傳動系統的油溫就能保持在如圖1所示的某一范圍內。 由此可見，對推土機而言，鏟土工況所用時間的多少占整個工作循環時間比例的大小，對液力傳動系統油溫高低有決定性的影響。如能縮短鏟土時間，即縮短變矩器在低效下工作的時間，液力傳動系統的油溫就不會大幅度地提高。這里有個操作使用的問題，當推土機在硬土上進行鏟土作業，或鏟刀碰上樹根或大石頭等障礙時，鏟土工況的時間就長，并且渦輪的轉速降低得很歷害，液力傳動系統油溫上升很快，就一個工作循環來說，產生的熱量大于散發的熱量，持續工作下去，整個系統的油溫就會過高。 因此，操作使用對液力傳動系統油溫的影響很大，這里存在著一個按機械性能參數合理安排作業對象的問題，也是一個工作在比較惡劣工況下如何操作機械的問題。如推土機在堅硬的作業面進行鏟土作業時，強制機械完成不能勝任的工作，就會出現液力傳動系統油溫過高的現象，甚至造成液壓元件的損壞。此時應預先加以松土，或在工作時盡量減少鏟土時間，或增加機械的休息時間等。有人認為，液力傳動機械不存在過載問題，這是一個誤解。過載會引起油溫過高，油溫過高不僅油質變壞，而且引起積炭，使密封泄油管路不通暢，引起泵輪殼密封處壓力增高，導致泵輪殼密封的失效或完全報廢。操作者應掌握上述原理，在操作實踐中，改進操作方法，盡量減少鏟土時機械受到的阻力，就能在很大程度上防止液力傳動系統油溫過高。 3 液力傳動系統本身的原因 在液力傳動系統中由于本身組成構件而產生油溫過高的原因主要有：液力傳動油油位不當，機件異常磨損，變速箱變速制動片滑摩等。 3.1 液力傳動油油位不當 液力傳動系統的工作油液規定有一定的數量，而在系統中直接參加流動的油液只是其中很小的一部分，大部分儲備在油池里，這些油除補充流動中的消耗，還可調節油量。因此，在一定的前提下，工作油液的儲備多一點是有好處的。但是如果油面太高，淹沒了各種驅動機件，特別是各種齒輪，導致摩阻增大，反而會使油溫上升。在公路施工機械上，工作油液的液面是用油尺檢查的，油位不能太低，也不宜過高。 3.2 機件異常摩擦使油溫上升 液力傳動系統的工作油液所要潤滑和冷卻的機件很多，這些傳動件除了正常配合(或嚙合)摩擦產生熱量外，個別傳動副在修理后，也可能由于加工裝配原因發生卡阻而出現燒蝕現象，或一些機件長期使用后，因為某種原因發生定位變動。如我單位曾發生過D75S裝載機的變矩器由于渦輪軸承松動，造成泵輪與渦輪直接摩擦的故障。這種接觸摩擦會產生局部高溫，從而影響系統內液力傳動油的溫度。 3.3 變速箱換檔制動片滑摩產生過熱 變速箱換檔制動片滑摩產生的熱量是液力傳動系統油溫過熱的另一個主要原因。變速箱換檔制動片在開始接合與開始分離的瞬間有極短時間的滑摩，這是機械無法克服的。這時液力傳動油就起到潤滑與冷卻的作用，換句話說 ，滑摩產生的熱量要傳遞到液力傳動油中。如滑摩時間過長，液力傳動油的工作溫度就會迅速升高。造成變速箱換檔制動片滑摩時間較長的原因主要有三個： (1) 摩擦制動片磨損嚴重，摩擦力減少，扭矩大時無法達到完全接合。 (2) 換檔工作液壓缸的壓力達不到規定值，致使制動片夾緊無力。工作油缸壓力降低的原因是系統內密封失效，產生內泄或液壓泵磨損嚴重，供油壓力不足或壓力調節閥被卡住或彈簧失效。 (3) 傳動油過濾器阻塞，油路不暢，流量不足，壓力建立遲緩。(中國路面機械網)
