TO-4重负荷车辆液力传动油的性能及应用

杨家栋，李元鸿，李明慧

(鞍山海华油脂化学有限公司，辽宁 鞍山 114229)

0 引言

随着自动变速箱技术的不断发展，大功率液力变速器越来越广泛地用于工程机械、重型非公路车辆，矿山设备等，而且各种工程机械设备不断地朝着大功率、高吨位方向发展。

工程机械车辆起步频繁，要求可以连续加速至最高车速。提高车辆起步加速性能，从而提高整车运行速度，可以提高其作业效率。同时由于变矩器的作用，自动变速器在车辆起步阶段能够增加车辆的扭矩，有利于发动机的功率得到充分利用。

根据重负荷非公路车辆自动变速箱的特点，设备制造商提出了相关的用油规格，如Caterpillar TO-4规格、Komatsu KES 07.868.1规格、Allison C-4(非公路)规格等，其中卡特皮勒(Caterpillar)公司的TO-4规格要求最高。随着我国经济的高速发展，对重型工程车辆的需求量迅速增加，随之而来的重负荷液力传动油需求量也大幅度增加。

根据市场的需求，鞍山海华油脂化学有限公司研发了符合Caterpillar TO-4规格的TO-4重负荷液力传动油系列产品。本文介绍了非公路车辆、工程机械设备对油品的要求及TO-4重负荷车辆液力传动油的性能特点，并对海华TO-4重负荷液力传动油在国内某矿山企业的运输车辆TR100的变速箱、转向系统、举升系统及后桥差速器1000 h的应用情况进行了总结[1]。

1 重负荷液力传动油标准

重负荷液力传动油标准参照美国卡特皮勒公司传动油TO-4标准制定。1973年卡特皮勒公司公布了TO-1的试验方法，用于评价润滑油青铜摩擦副的摩擦阻尼特性；1974年公布的TO-2试验方法将试验温度提高到了113 ℃，同时公布了TO-3评价与氟橡胶相容性的试验方法，并公布了TO-2规格(1E164规格)。随着变速箱技术的不断发展，卡特皮勒公司在1991年9月又公布了1E2785规格，即Caterpillar TO-4规格。该规格提出了整套的理化及台架评定要求，使用一台Link摩擦试验机代替TO-2采用的SAE NO.2摩擦试验机，在摩擦片尺寸、形状和材质等方面更接近该公司的产品要求。[2]

自从Caterpillar TO-4规格推出以来，也经历了几次版本的更新，增加了低温性能、强化了氟橡胶的相容性等测试项目。本产品标准参照Caterpillar TO-4规格要求及国内外的标准试验方法而制定，主要技术指标和试验方法见表1[3]。

表1 Caterpillar TO-4规格的技术要求

2 海华TO-4重负荷液力传动油系列产品的主要性能指标

依据Caterpillar TO-4规格要求对基础油和添加剂进行筛选，选择合适的基础油和添加剂，研发满足规格的系列产品，产品的主要性能指标见表2。

表2 海华TO-4重负荷液力传动油系列产品的主要性能指标

表2(续)

其中，以海华TO-4重负荷液力传动油10W为例，与国外某品牌液力传动油进行了对比，数据见表3。

表3 海华TO-4重负荷液力传动油与国外某品牌液力传动油数据对比

表3(续)

3 海华TO-4重负荷液力传动油的应用

TR100矿用运输车广泛应用于国内冶金、有色、化工、煤炭、建材、水电、交通等七大行业、500多个矿山和工地，占有国内市场75%以上的份额，并出口到俄罗斯、印尼、缅甸、蒙古等50多个国家，市场保有量超过6000台。其主要的设备技术参数见表4。

表4 TR100矿用运输车主要技术参数

国内某大型冶金企业的矿业公司有近40辆中国兵器集团/内蒙古北方重工业集团生产的TR100矿用运输车辆。车辆自重67 t，满载时总重量达到160 t。其中动力传输系统包括液力变矩器、自动变速箱、差速器等。传动系统在设备工作过程中主要承受上坡、下坡、重载等特殊条件的工况。为了简化油品的管理，在矿用运输车辆的传动系统、转向系统、举升系统通常使用能够满足各部位润滑要求的油品，如Caterpillar TO-4、Komatsu KES 07.868.1、Allison C-4。

该矿山的工作环境苛刻，高温，多尘。夏季环境温度较高，通常情况下白天平均温度在40 ℃以上。

2010年以前该矿山公司的TR100矿用运输车辆曾经使用某国际品牌的TO-4规格的传动油产品。通过对运行油的检测发现，在设备运行超过500 h后，油品中的金属含量明显增加，部分用油部位的铜金属含量已经超过200 μg/g(主要来自于柱塞泵)；同时柱塞泵的压力下降，出现车辆在举升的时候动力不足的情况；油品经常出现高温和柱塞泵磨损严重的情况，导致柱塞泵的更换频率非常高；设备的机械传动系统存在较大停机风险。

2010年6月至2011年6月，海华公司在该矿山公司的TR100矿用运输车辆进行TO-4重负荷液力传动油SAE 10W产品的应用试验。2010年5月，与该公司相关人员共同拟定行车试验相关内容(如车辆的选择、取样周期、取样部位、检测项目等)并形成相关文件。在所有的车辆中，随机选择车况相近的8台车，将其分为两组。所有试验车辆全部更换新的柱塞泵，同时对各个油箱及管路进行清洗(利用所用的油品)确保系统的清洁和油品数据的准确性。

对海华TO-4重负荷车辆液力传动油和国外某品牌液力传动油行车试验数据进行全面分析，其中各部位运行油金属含量统计结果见图1,各部位温度统计结果见图2。可以看出，更换海华TO-4传动油产品后，设备各润滑部位的铜、铁磨损量有所下降。尤其举升系统铜的磨损量明显下降(柱塞泵)，柱塞泵压力稳定，柱塞泵的使用寿命明显延长，各部位的温度有所下降(如转向泵的温度、举升油箱的温度等)。

图1 各部位油品金属含量分析

由图1可以看出，使用海华TO-4重负荷液力传动油后，有效减少了各部件的磨损，延长了其使用寿命。其中变速箱磨损量减少了73.3%；转向系统磨损量减少了66.7%；举升系统磨损量减少了71.4%；差速器磨损量减少了25%；后桥磨损量减少了33.3%。

由图2可以看出，使用海华TO-4重负荷液力传动油后，TR100矿用运输车各个部位的温度明显下降(该温度为车辆作业率比较高的几个阶段对各部位的温度进行统计得出)，变速箱温度下降20 ℃(下降比例20.2%)，转向油箱温度下降39 ℃(下降比例34.8%)，举升油箱温度下降8 ℃(下降比例10.4%)，转向泵温度下降38 ℃(下降比例31.4%)，后桥箱温度下降7 ℃(下降比例10.9%)，里侧轮边温度下降7 ℃(下降比例10.9%)，外侧轮边温度下降9 ℃(下降比例13.8%)。

行车试验表明，海华TO-4重负荷液力传动油具有良好的润滑抗磨性能，各个部件的磨损明显降低，有效地延长了设备使用寿命。降低了企业的维修成本及部件的更换频率,在降低设备故障率的同时，提高设备的运转效率,有效降低企业的综合成本。

图2 各部位温度统计

4 结论

本文介绍了工程机械设备及非公路车辆对油品的要求，重负荷液力传动油的规格要求。海华TO-4重负荷车辆液力传动油的性能与进口同类产品的质量相当。

应用结果表明，海华TO-4重负荷车辆液力传动油能够满足现场设备的润滑要求，与同类产品比较具有优异的润滑抗磨性能。

参考文献：

[1] 谢泉，顾军慧.润滑油品研究与应用指南[M].2版.北京:中国石化出版社，2007:188-206.

[2] 汤涛，陈慧卿.重负荷自动传动液的研制[J].合成润滑材料，2010，37(3)：1-3.

[3] 汤涛，陈慧卿,申宝武.TO-4重负荷车辆自动传动液的性能特点和应用[J].石油商技，2012(5):134-137.