面對激烈的市場競爭，企業(yè)需要不斷挖掘設(shè)備的潛能。因為對于企業(yè)而言，即使是獲得微小的性能提升，也可能存在盈利與虧損的天壤之別。因而，在實際工業(yè)和工程機械設(shè)備的應(yīng)用中，減少液壓系統(tǒng)中的能量損失，促進設(shè)備的節(jié)能和增效成為各企業(yè)關(guān)注的熱點。
近20多年來世界范圍內(nèi)的研究調(diào)查顯示，70-85%的液壓系統(tǒng)故障失效與液壓油有關(guān)(1)。因此，要想激發(fā)液壓系統(tǒng)更高的性能和能效，液壓油的選擇至關(guān)重要。能在較廣泛的工作溫度范圍中保持最佳粘度，這是一款科學(xué)配方的優(yōu)質(zhì)液壓油必須具備的“自我修養(yǎng)”！
保持“最佳粘度”，想說愛你不容易！
液壓泵將電動機或內(nèi)燃機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，液壓執(zhí)行機構(gòu)（油缸/馬達(dá)）再將液壓能轉(zhuǎn)換為輸出的機械能。在能量轉(zhuǎn)換過程中，液壓泵的效能無法達(dá)到100%。常見的齒輪泵在這一過程中的能效僅為60-80%，柱塞泵也僅為75-90%(2)。
能量損失有兩種主要形式：機械損失（能量在摩擦中損失）和容積損失（液體在泵內(nèi)泄漏（損耗）造成的能量損失）。泵內(nèi)機械和容積損失的量取決于液壓油的粘度和潤滑性：液壓油粘度越高，機械損失越高；而液壓油粘度越低，容積損失則越高（見圖1）。因此，要想獲得最理想的液壓效率，必須在最大程度上使運行過程中的液壓油處于最佳的粘度范圍。
圖1
然而，要將液壓油的粘度保持在最佳效率的范圍并非易事。由于液壓油的粘度會隨溫度的變化而變化，溫度升高，粘度降低，而溫度降低時，粘度升高。因此，往往通過加入特殊的、增強粘度的添加劑來增強高溫和低溫狀態(tài)下的液壓油粘度測定結(jié)果；但在使用過程中，這些添加劑往往會受制于剪切力造成的負(fù)作用，令實際效果大打折扣。因此，只有采用能同時解決以上兩個關(guān)鍵問題的科學(xué)配方才能造就真正優(yōu)質(zhì)的液壓油。
粘度VS溫度，高VI當(dāng)仁不讓！
為了確保系統(tǒng)的效率，液壓油在低溫時應(yīng)具有良好的泵送性能，而在高溫時則應(yīng)具有足夠的油膜厚度。粘度與溫度變化的對應(yīng)關(guān)系也稱為流體的粘度指數(shù)(VI)，相比粘度指數(shù)(VI)較低的液壓油，具有較高粘度指數(shù)(VI)的液壓油，其粘度隨溫度變化的速度較慢。為了增強液壓油的粘度指數(shù)（VI），往往在配方中使用特殊的粘度指數(shù)改進劑，這些由高分子聚合物構(gòu)成的添加劑能夠較好地降低溫度對粘度的影響，VI改進劑隨溫度升高而膨脹，抵消了基質(zhì)液壓油粘度降低的影響；而在低溫狀態(tài)下，VI改進劑收縮，此時液壓油的基礎(chǔ)油特性將成為影響液壓油粘度的主要因素。（見圖2）。
圖2
高VI下的隱憂，剪切穩(wěn)定性！
然而，即使獲得了高VI的液壓油，也不能高枕無憂。VI改進劑受到剪切的長久影響會對液壓系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。剪切力增強會降低液壓油的粘度和耐高溫特性，液壓油的工作穩(wěn)定范圍(TOW：最高和最低的工作溫度范圍)會隨之減小，粘度損耗很可能造成設(shè)備在高溫操作環(huán)境中磨損，并導(dǎo)致故障產(chǎn)生。
在完全一致的試驗環(huán)境下對兩種高VI液壓油進行測試，剪切不穩(wěn)定的液壓油的粘度在設(shè)備運行后很短的時間內(nèi)就會大幅下降，甚至無法達(dá)到ISO粘度級別的標(biāo)準(zhǔn)；而能保證剪切穩(wěn)定的液壓油，其粘度能在整個試驗過程中保持一致；這兩種不同的液壓油對液壓系統(tǒng)的潤滑和運行會帶來截然不同的效果（見圖3）。
圖3
因此，在選用高VI液壓油之前判斷他們的剪切穩(wěn)定性也同樣格外重要。通常采用的方法有三種：
DIN 51382–Bosch: 噴射器試驗是三種方法中被認(rèn)為要求最低的一種。試驗液壓油在2550psi的壓力狀態(tài)下運行250周然后測量其粘度的變化情況。
ASTM D5621: 音速剪切法的操作如下：將液壓油式樣放入音速振蕩器中40分鐘并剪切，測量其粘度的變化。美國的一些原始設(shè)備制造商非常推崇這種試驗，但該試驗?zāi)壳罢谥鸩奖籆EC L45-A-99 KRL圓錐滾柱軸承試驗所取代。
CEC L45-A-99: 目前，KRL圓錐滾柱軸承試驗日益成為世界各地原廠制造商進行試驗的首選方法。這種試驗被認(rèn)為是要求最為嚴(yán)格，也最為接近實踐現(xiàn)場性能關(guān)系的試驗方法。試驗油料在裝配好的圓錐滾柱軸承內(nèi)流動（設(shè)計載荷條件下）20小時。通過測量測試前后的不同粘度值，進行粘度損失的百分比對比。（圖4顯示了在KRL圓錐滾柱軸承試驗中，相較于剪切不穩(wěn)定的潤滑油，剪切穩(wěn)定潤滑油其粘度損失降低了12.6%）
美孚DTE 10超凡™系列是美孚工業(yè)潤滑油研發(fā)的專門用來抵抗高速剪切的領(lǐng)先的液壓油。其優(yōu)秀的剪切穩(wěn)定性可以從受控的臺架測試中一目了然。相關(guān)測試在模擬2,000psi和52C嚴(yán)苛工作條件下運行的葉片泵上進行，在測試期間，美孚DTE 10超凡™系列在剪切力作用下始終保持著較高的粘度；與之相對應(yīng)的，參加測試的礦物潤滑油產(chǎn)品則在短短一天之內(nèi)就由于剪切作用的影響而導(dǎo)致粘度超出了控制范圍(3)。
圖5
綜上所述，剪切穩(wěn)定、粘度指數(shù)高是評價液壓油的重要前提，只有具備這樣的“自我修養(yǎng)”，才可以在較廣泛的工作溫度范圍中保持液壓油的最佳粘度，提供卓越的設(shè)備保護，并激發(fā)液壓系統(tǒng)的效率！
注釋：
(1)《油液檢測，設(shè)備潤滑的保健醫(yī)生》，2013年第八期《進出口經(jīng)理人》
(2)方桂花，何曉剛，機床液壓系統(tǒng)的高效節(jié)能措施，機床與液壓，2009(3):37
(3)該數(shù)據(jù)來源于埃克森美孚研發(fā)與工程公司，并且所引用的數(shù)據(jù)和結(jié)果是基于埃克森美孚對特定美孚產(chǎn)品的測試和分析。該潤滑油產(chǎn)品的實際應(yīng)用效果對不同的用戶可能由于設(shè)備的種類、運行條件和環(huán)境、保養(yǎng)情況等不同而有所差異。
相關(guān)評論