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4液压油过滤性方法的探讨

液压油过滤性方法的探讨


   当今,液压技术不断发展,小型、微型工程机械相继推出并呈上升趋势,其油箱逐步缩小,工作压力不断提升,循环速率更快,油品温度不断升高,长寿命的液压油受到用户青睐;保持液压系统的清洁,可以延长换油间隔时间,减少对周边作业环境的污染,减少液压元件故障与磨损。已经有大量数据表明,液压体系的损坏与污染程度存在非常高的关联性,于此同时,OEM制造商设计液压体系的过滤器精度更高,油品的过滤性性能要求越来越苛刻。

  由于液压油调合过程及出厂前都有过滤循环,因而通过干法过滤性都相对容易。在实际使用过程中,液压油不可避免会受到水的污染,导致添加剂发生水解等反应,破坏体系,产生沉积物,堵塞过滤器,因而对液压油的湿式过滤性要求越来越高。湿式过滤性是衡量液压油使用性能的重要参数,这些年无论国内外液压油标准,还是OEM自主规格标准中在修订的标准中均提升过滤性的要求。各大添加剂公司及油品公司,也关注更油品的过滤性能。

  由于系统呼吸、密封不严等原因导致液压油中含水,水在油液中呈两种形态:溶解水存在于大多数用油系统及用油设备中,而游离水存在于许多油液中。液压油要求其有较好的过滤性,一方面是有空气中颗粒尘埃进入、系统磨损粉尘脱落、油液长期在高温、含水下工作可能导致油液裂解变质析出胶状物质,不堵塞过滤器,使液压系统高效率运行;另一方面,要求添加剂在水出现好,添加剂不失效,保证液压油性能优良,不影响润滑油油膜,提供抗氧、抗磨、防锈、抗泡等性能保护。工业设备液压系统,由于其工况相对缓和,油箱较大,即使少量水的进入,在破乳剂作用下在油箱底部沉降,对实用性能影响较小,而移动设备中,较好的过滤性对体系的运行使用至关重要,也成为工程机械液压油中,尤其使含锌液压油,较难平衡的性能。

  ASTM D7752-2011在液压油能否混用的换油标准中也要求通过ISO13357-1的试验,如油品按照一定混油比例通过了过滤性试验,证明不同厂家或不同类型两油品具有较好的相容性,不会堵塞过滤器或倆油品不会产生沉淀,损坏设备。该标准为液压油混油规范中,最为苛刻的标准,足以说明过滤性的重要程度。

  液压油过滤性的文献相对较少,本文从国家、国际及OEM最新标准的要求中,分析目前过滤性的要求发展趋势,比较主要几个过滤性方法的特点及区别。然后以含锌液压油开发为例,分析过滤性的原因,进而为其他配方开发提供指导借鉴。

  1、主流液压油标准

  烃类液压油标准主要包括两类,一类是标准化组织制定的标准或国家、行业标准,一类是OEM标准。前者主要包括ISO 11158、DIN 51524、GB 11118.1、JC⁃MAS HK等;后者主要包括Denison、Bosch Rexroth、Ea⁃ton Vickers等。相对而言,OEM高于标准化组织制定的标准。如表1所示,各标准均对过滤性提出要求,国标GB 11118.1采用行业标准SH/T 0210-92,日本工程机械标准采用 JCMAS P043,其余各标准均要求通过ISO 13357方法。Denison在2012进行的标准修订,在保留DenisonTP-2100过滤性要求外,增加了ISO 13357方法要求;Rexroth RD 90235在2015年进行修订,过滤法方法也采用了ISO 13357要求;ASTM D 6158在2016年也进行了修订,过滤性方法采用ISO 13357方法。

表1 国家、国际标准及OEM规格对过滤性的要求。

  ISO
13357
JCMA
SP043
Denison
TP-2100
SH/T
0210-92
 
Denison HF 0 (2012) - -
Rexroth RD 90235(2015) - - -
JCMAS - - -
Eaton Vickers - - -
DIN 51524(2006) - - -
ISO 11158(2009) - - -
ASTM D 6158(2016) - - -
GB 11118.1(2011) - - -

   表2为四种过滤性方法的比较,整体而言,ISO13357方法更为苛刻。ISO 13357要求进行高温储存,滤膜孔径更小,加水量低于其他三种方法。因行标SH/T 0210-92参考DenisonTP-2100编写,因而两种方法几乎一致,但Denison在2011年对DenisonTP-2100进行了升级,减少了样品体积和真空压力。

表2 过滤性方法的比较

方法 储存温度&时间 加水量 用量 滤膜孔径 压力 计算公式 要求

ISO 13357

-1(2002)

-2(2005)

70 ℃ 72h ; 常温避光,24h,共计96h

0.2% 330mL 0.8um

<VG32:50kPa

VG32-46:100kPa

VG68-100:200kPa

   
JCMASP043

机械振荡 5min,室温静置24h后,再振荡5min

1% 100mL 3.0um 250mmHg 过滤时间 --
DenisonTP-2100(2011)

加水搅拌 5min 立即过滤,机械振荡

2% 100mL 1.2um 660mmHg 过滤时间 ≤600s
SH/T 0210-92

加水搅拌 5min 立即过滤,手动振荡

2% 200mL 1.2um 660mmHg 过滤时间

≤600s (无水)

≤1200s (含水)

 

  1.1、ISO 13357

  ISO 13357 含有两个部分,其中ISO13357-1是水存在条件下的过滤油的程序,第2 部分ISO 13357-2 则是干油程序。在ISO 13357中过滤性以百分数的形式来表示,是两个过滤速率的比值。阶段Ⅰ过滤性FI是试样的体积(240mL)与在过滤240mL试样理论所需时间内实际过滤的试样体积的比值,阶段Ⅱ过滤性FII是试样在过滤起始时的流速与过滤出200~300mL试样时的流速的比值。一般说来,阶段Ⅱ过滤性测试是更加苛刻的测试,对于试样中的凝胶和细小沙砾更加敏感。如果试样具有较好的阶段Ⅰ过滤性,而阶段Ⅱ过滤性比较差,在实际应用过程中不会产生影响;然后如果试样的阶段Ⅱ过滤性非常好,则可以肯定在最极端的工况条件下,油品在实际使用中也不可能产生过滤性问题。ISO的过滤性更能衡量油品的过滤速率的均匀性。

  ISO13357-1只是多了与水混合的步骤,其他步骤与ISO13357-2完全相同。开展ISO13357-1试验时的具体操作步骤为:330&viewmn;5mL试样与0.66&viewmn;0.02mL水混合均匀,然后置于70&viewmn;2℃烘箱中静置2h&viewmn;5min,然后控制搅拌器转速为1500&viewmn;50r/min,搅拌混合5min&viewmn;2s。此时再将试样瓶转移至 70&viewmn;2℃烘箱中处理70&viewmn;1h。经过24h的暗室室温储存之后,立即开始过滤性试验。当第一滴试样进入量筒时开始计时,当第一滴试样进入量筒时开始计时,依次记录量筒内试样达到10mL,50mL,200mL和300mL时的时间,通过公式计算即可得过滤性结果。

  1.2、丹尼森的DenisonTP-2100过滤性试验(见表3)

  相对于ISO13357实验方法,DenisonTP-2100操作相对简单,没有高温储存的程序,滤膜尺寸也更大。液压油能通过该过滤性,可以表明液压油不会因自身原因堵塞过滤器。DenisonTP-2100(2011版)具体操作步骤如下:取在18℃~24℃恒温后的试样100mL注入漏斗中,同时开动真空泵,调整并保持真空度为660mmHg,记录滤出75mL试样所需的时间(s)。

  另取100mL试样,用加进2%蒸馏水,盖好瓶塞,振荡器振动5min&viewmn;0.5min,再倒进干净的吸滤瓶中,在18℃~24℃,真空度下脱气,至起泡消除为止。试样100mL注入漏斗中,同时开动真空泵,调整并保持真空度为660mmHg,记录滤出75mL试样所需的时间(s)。

  Denison标准2011版的真空度提升到660mmHg,油样量为100mL,记录过滤75mL所用时间,不明确限定起始时间。相对而言,比SH/T0210-92更为苛刻,油样量更少,机械振动更加均匀。

表3  Denison标准修订的过滤性方法

  SH/T0210-92

Denison

标准2007版

Denison

标准2011版

试样量 200mL 100mL 100mL
真空度 650mmHg 650mmHg 660mmHg
混合方式 手动振荡 机械振荡 机械振荡
通过时间

液面到达 175mL计时

液面到达85mL开始计时

无明确起始时间
结果结果

记 录 过 滤 75mL所用时间,单位是 s。 不加水<600s为合格,加水<1200s为合格

记录过滤75mL所用时间,单位是s,若结果超过600s,停表 ,结果记录600+

记录过滤 75mL所用时间,单位是s,若结果超过600s,停表,结果记录600+

 

  2、含锌液压油ISO过滤性原因

  含锌液压油配方开发过程中,ISO13357-1过滤性一直是较难通过的性能,主要原因为查考有水的条件下,液压油的配方稳定性。由于复合剂含有镁盐、锌盐、钙盐等多种易水解的添加剂,而最佳配方体系为稳定的平衡性,兼顾水解安定性,热稳定性,防锈等性能,所以含锌液压油相对于无灰、无锌液压油的开发更为困难。

  通过对某OEM含锌液压油(新油)进行ISO13357-1湿式过滤性测试,F1为67,F2未通过。滤膜用石油醚清洗,去除掉液压油后,烘干,然后进行SEM扫描电镜分析,其表面有大量沉积物聚集。通过能谱测试(见图1),沉积物主要含有C、O、Ca、Zn、P、S等元素,有可能为CaCO 3 ,ZDDP等化合物,在水存在的条件下析出,堵塞滤膜。对于含锌液压油开发过程,可以借鉴本文的研究方法,进而调整配方,优化产品性能。

过滤性滤膜的SEM图及能谱图

图1 过滤性滤膜的SEM图及能谱图

  本文从液压油国家、国际和OEM标准中对液压油过滤性的要求方面进行对比,ISO13357过滤性越来越受到重视,已陆续在修订的标准中得以体现。通过对ISO 13357、JCMASP043、DenisonTP-2100(2011)、SH/T0210-92方法进行对比,相对而言,ISO 13357过滤性方法更为苛刻,储存温度更高,滤膜尺寸更小。最后详细介绍了ISO 13357和DenisonTP-2100(2011)方法,ISO的过滤性更能衡量油品的过滤速率的均匀性。

  某OEM含锌液压油为通过ISO过滤性,通过进行SEM扫描电镜分析,过滤膜表面有大量沉积物聚集。通过能谱测试,沉积物主要含C、O、Ca、Zn、P、S等元素,有可能为CaCO3,ZDDP等化合物,在水存在的条件下析出,堵塞滤膜。

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