液力傳動油的現(xiàn)狀與發(fā)展

      流體傳動包括氣體(壓)傳動和液體傳動，液體傳動分為液壓傳動、液力傳動和液粘傳動。液壓傳動基于帕卡定律，以液體的壓能來傳遞動力；液力傳動基于歐拉方程，以液體動量短的變化來傳遞動力；液粘傳動基于牛頓內(nèi)摩擦定律，以液體的粘性來傳遞動力。 
       液力傳動的基本元件是液力偶合器和液力變矩器。液力偶合器的基本構(gòu)件是具有若干徑向平面葉片的、構(gòu)成工作腔的泵輪和渦輪。液力傳動油在工作腔里高速循環(huán)流動傳遞動力，油液隨從泵輪做牽連運動的同時因受離心力作用而做離心運動，從泵輪(及輸入軸)吸收機械能并轉(zhuǎn)化為動量矩(mVR)增量，高速液流從泵輪沖入渦輪做向心流動釋放動量矩，推動渦輪(及輸出軸)旋轉(zhuǎn)，帶動工作機(及負載)做功。液力變矩器的基本構(gòu)件是泵輪、渦輪和導(dǎo)輪，它們均是具有空間(彎曲)葉片的工作輪，按相關(guān)順序排列構(gòu)成工作腔。液力傳動油在工作腔中被泵輪渦輪攪動，使液流獲得動量矩增量，經(jīng)過導(dǎo)輪調(diào)轉(zhuǎn)液流方向后沖入渦輪，釋放動量矩(動能)推動渦輪帶動工作機旋轉(zhuǎn)做功。 
      我國液力元件近年發(fā)展較快，2003年液力偶合器的全國年產(chǎn)量約7萬臺。廣泛應(yīng)用于帶式輸送機、刮板輸送機、球磨機、風(fēng)機、壓縮機、水泵和油泵等設(shè)備的傳動中，提高傳動品質(zhì)并節(jié)約能源。當前我國液力偶合器的最高輸出轉(zhuǎn)速為6500r/min，最小功率為0.3kW，最大功率為7100kW。液力偶合器的發(fā)展趨勢是高轉(zhuǎn)速、大功率。 
       國際上液力偶合器產(chǎn)品以德國福依特公司最為著名，據(jù)資料稱已有轉(zhuǎn)速達20000r/min、功率達55000kW的產(chǎn)品，可見我國與之尚有相當大的差距。當然，功率大的液力元件對液力傳動油的要求較高。 
      液力變矩器主要用于工程機械、石油機械和內(nèi)燃機車。液力變矩器主要與內(nèi)燃機匹配應(yīng)用，其轉(zhuǎn)速范圍在2000～3000r/min。工程機械應(yīng)用較多，最大功率700HP左右，年產(chǎn)量約7萬臺。石油機械應(yīng)用較少，功率達1500HP。內(nèi)燃機車應(yīng)用更少，功率高達3000HP。 
       液粘傳動是液體傳動一門新興學(xué)科，在我國尚處于起步階段。由于液粘傳動產(chǎn)品(如液粘調(diào)速離合器)與液力傳動產(chǎn)品(如調(diào)速型液力偶合器)雖有本質(zhì)上的不同，但由于有相似的性能和相同的用途(調(diào)速節(jié)能)，在若干技術(shù)活動(如制訂發(fā)展規(guī)劃、標準、技術(shù)管理、訂貨活動等)中均被視為同一類型，與液力行業(yè)有共性，故本文另辟章節(jié)介紹其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和傳動用油。 
      一、液力傳動油的性能特點及發(fā)展 
       液力傳動油作為工作介質(zhì)不僅傳遞動力，而且還用以潤滑軸承和齒輪，同時又是滑差熱的載體，帶走熱量。液力傳動油是一個復(fù)雜而需專門研究的課題，它直接關(guān)系到液力元件的可靠性、傳動效率和使用壽命。應(yīng)引起人們的重視，展開廣泛深入的研究。 
      液力傳動油應(yīng)能滿足以下要求： 
       1、要有適宜的粘度 
       液體粘度低，表明液體內(nèi)摩擦小，流動阻力**小，可減少液力元件的液力**；但從潤滑密封角度考慮，粘度不能過低。因此應(yīng)在滿足潤滑和密封要求前提下，盡量采用粘度低的液體，以提高液力元件傳動效率。同時要求液體粘溫性要好，以便在高溫或低溫時仍能保持有效的潤滑和密封。 
      2、要有較大的重度 
       由于液力元件傳遞的力矩和功率與工作液體的重度成正比，故液體重度越高越好。 
      3、性能穩(wěn)定 
       不易產(chǎn)生泡沫、老化和沉淀。
      4、酸值要低 
       對密封件應(yīng)是中性，有良好的相容性，不泡脹，不溶解，對金屬無腐蝕作用。 
      5、要有較高的閃點和較低的凝點 
        液力元件工作時油溫變化幅度很大，有時可達160℃，因此要求閃點要高于180℃，而凝點要低　-20℃　，以利于低溫環(huán)境下液力元件的起動。 
      6、要有良好的潤滑性能 
       液體要有足夠的油性，能很好的粘附在零件表面上，起到良好的潤滑作用。 
      目前，國內(nèi)外液力傳動應(yīng)用的工作液體種類較多，除各種石油基產(chǎn)品外，也有采用清水或其它難燃液體的(煤礦井下為防引燃爆炸而應(yīng)用)。國內(nèi)液力元件通常采用6號液力傳動油(也有用8號液力傳動油的)，有時以22號汽輪機油替代。 
       內(nèi)燃機車有專用油，要求使和壽命不小于2000小時，要求新設(shè)備裝油初次運行100小時和500小時之后進行第一、第二次換油，進行濾清后仍可使用。 
      屬下列情況之一時，需要更換新油： 
       含水量大于0.2%時； 
        在50℃時的粘度比新油高出6厘沲時； 
       機械雜質(zhì)(苯不溶物)達到0.2%時； 
       出現(xiàn)水溶性酸堿或有高的酸值時； 
       泡沫過多影響傳動功率時。 
       以上各條對內(nèi)燃機車專用油以外的液力傳動油也有一定的參照價值。 
       二、國內(nèi)外液力傳動油的品牌對照（略） 
       三、液粘傳動對傳動油的要求 
      液粘傳動可按運行中油臘厚度是否變化分為兩大類，一類是在運行中油膜厚度始終不變的液粘傳動，如硅油風(fēng)扇離合器油膜厚度是固定的，運行中變化工作腔中油液充滿程度以調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速。另一類是運行中油膜厚度是可變的液粘傳動，這類液粘傳動產(chǎn)品包括有液粘調(diào)速離合器、液粘制動器、液粘測功機、液粘聯(lián)軸器、液粘調(diào)速裝置。當前應(yīng)用較多的是液粘調(diào)速離合器、液粘調(diào)速裝置和硅油風(fēng)扇離合器。 
       1、液粘調(diào)速離合器與傳動油 
      液粘調(diào)速離合器通過其主、從動摩擦片間的若干油膜來傳動動力，依靠油液的粘性主動摩擦片“拉著"從動摩擦片同方向旋轉(zhuǎn)，傳遞力矩與油液粘度、兩片間“滑差"成正比，而與油膜厚度(片間隙)成反比。主動摩擦片及輸入軸與動力機相聯(lián)，輸入轉(zhuǎn)速可視為常量。從動摩擦片及輸出軸與工作機相聯(lián)，輸出轉(zhuǎn)速隨控制壓力而變化，球狀油缸的控制壓力大，則片間油膜變薄，則輸出轉(zhuǎn)速升高，反之亦然。當控制壓力足夠大時，主、從動摩擦片粘合，變?yōu)橹甭?lián)傳動。當控制壓力足夠時小，主、從動摩擦片脫離，則輸出轉(zhuǎn)速為零。在液粘調(diào)速離合器轉(zhuǎn)速比從0→1變化過程中，片間摩擦狀況呈現(xiàn)出液體摩擦→(機械一液體)混合摩擦→(純機械的)邊界摩擦。因此液粘調(diào)速離合器在調(diào)速過程中有分離工況、調(diào)速工況和接合工況。 
       工作液體在液粘傳動中的作用是傳遞動力、冷卻散熱和潤滑，應(yīng)具有以下性能： 
      (1)有適宜的粘度。 
       (2)有離好的潤滑性能(油性和極壓性)。 
       (3)有良好的氧化安定性。 
       (4)有較高的比熱容和較高的熱導(dǎo)率。 
      除上述要求外，工作液體還應(yīng)具有防銹作用、抗泡沫能力、凝點要低、閃點應(yīng)高、不易揮發(fā)、無毒等。 
       目前國產(chǎn)液粘調(diào)速離合器多采用8號液力傳動油為工作液體。 
      當前國產(chǎn)液粘調(diào)速離合器有TL型和HC型，額定轉(zhuǎn)速多為1500r/min，個別有3000r/min的。傳遞功率最小75kW，最大達1100kW。 
       液粘調(diào)速離合器同調(diào)速型液力偶合器一樣，均是在驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)，且在低速時功率小，效率低。為此在液粘調(diào)速離合器的輸入前或輸出端后加裝齒輪傳動，以適應(yīng)與動力機或與工作機的匹配，如此產(chǎn)生了新的裝置——液粘調(diào)速裝置。 
      2、液粘調(diào)速裝置 
       當前生產(chǎn)和應(yīng)用的有兩類不同結(jié)構(gòu)的液粘調(diào)速裝置，一類是美國費城齒輪公司生產(chǎn)的平行軸液粘調(diào)速裝置，輸入轉(zhuǎn)速1785r/min，輸出轉(zhuǎn)速5000r/min，傳遞功率達5200kW。我國山西安太堡煤礦的帶式輸送機用的是較小規(guī)格。其傳動油系由美國帶來。保定螺旋漿制造廠設(shè)計、生產(chǎn)了與之結(jié)構(gòu)相似的產(chǎn)品。另一類是美國道奇(DODGE)公司的CST液粘調(diào)速裝置，它是在園柱齒輪——行星輪系減速器差動輪系的輸出端、與輸出軸(連接太陽輪)并行輸出的大齒圈上裝有液粘調(diào)速離合器(從動摩擦片固定)，起動時液粘調(diào)速離合器處于分離工況(空轉(zhuǎn))，逐漸加大控制壓力，當其傳遞扭矩與輸出軸承受扭矩相等時，輸出軸(帶負載)開始轉(zhuǎn)動，繼續(xù)增大控制壓力直至接合工況，則輸出軸承擔全部動力的輸出。CST液粘調(diào)速裝置被稱作大型帶式輸送機的軟起動系統(tǒng)，在我國煤礦大型帶式輸送機上已有應(yīng)用。CST系列產(chǎn)品，輸入轉(zhuǎn)速1483r/min，額定減速比為15.38～57.66，傳遞功率范圍702～3115kW。CST系列產(chǎn)品由美國供應(yīng)專用液力傳動油。  
       3、硅油風(fēng)扇離合器與工作液體 
       硅油風(fēng)扇離合器的主、從動盤上各有若干緯向環(huán)狀葉片，兩者的環(huán)狀葉片相互交替的插入，構(gòu)成若干園環(huán)狀間隙(油膜)，利用這些間隙中油膜的粘性來傳遞動力。工作過程中油膜厚度不變，通過改變充油量和油膜受剪切面積的大小來調(diào)速。 
      汽車發(fā)動機在適宜溫度下才能有較高的燃油效率，過冷過熱均不適宜。汽車用的硅油風(fēng)扇離合器主動盤與發(fā)動機相聯(lián)，從動盤與風(fēng)扇相聯(lián)，工作液體為粘度較大的硅油。靠感溫器對冷卻水箱后方氣流溫度的感受來控制充油量。當發(fā)動機的冷卻水溫度低時，則氣流溫度低，感溫器使充油量小，油膜剪切面積小，傳動力矩小，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低，對發(fā)動機的冷卻能力低。反之，當發(fā)動機冷卻水溫度高時，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高，提高對發(fā)動機的冷卻效果。這樣可使發(fā)動經(jīng)常在最適宜的溫度下工作。燃油效率高，噪聲小，延長發(fā)動機使用壽命。 
       硅油風(fēng)扇離合器所用硅油是一種合成潤滑油，并非由石油提煉得來。它是一些半有機硅的聚合物或共聚物，含有重復(fù)的硅氧單元為元機骨干，并沿著聚合鏈的硅原子上取代烴基，一般不含支鏈。為了滿足規(guī)定的性能要求，可用不同的有機取代基或調(diào)整聚合物分子的大小(即改變其分子量)，以變化其粘度或獲得其它性能。 
      硅油的物理性能取決于聚合物的分子結(jié)構(gòu)，如分子量、有機基因的類型和數(shù)量、支鏈的位置及長短等。 
       在油膜厚度不變的液粘傳動中使用硅油的主要原因，在于它具有高的粘度、良好的粘溫性能和較強的抗剪切能力。 
      硅油風(fēng)扇離合器可以應(yīng)用在各種類型汽車上，目前我國的應(yīng)用主要是吉普車、北京130型等汽車上。生產(chǎn)廠有北京汽車機油泵廠和長春第一汽車制造廠等單位。