液力传动油的现状与发展

流体传动包括气体(压)传动和液体传动，液体传动分为液压传动、液力传动和液粘传动。液压传动基于帕卡定律，以液体的压能来传递动力；液力传动基于欧拉方程，以液体动量短的变化来传递动力；液粘传动基于牛顿内摩擦定律，以液体的粘性来传递动力。 
       液力传动的基本元件是液力偶合器和液力变矩器。液力偶合器的基本构件是具有若干径向平面叶片的、构成工作腔的泵轮和涡轮。液力传动油在工作腔里高速循环流动传递动力，油液随从泵轮做牵连运动的同时因受离心力作用而做离心运动，从泵轮(及输入轴)吸收机械能并转化为动量矩(mVR)增量，高速液流从泵轮冲入涡轮做向心流动释放动量矩，推动涡轮(及输出轴)旋转，带动工作机(及负载)做功。液力变矩器的基本构件是泵轮、涡轮和导轮，它们均是具有空间(弯曲)叶片的工作轮，按相关顺序排列构成工作腔。液力传动油在工作腔中被泵轮涡轮搅动，使液流获得动量矩增量，经过导轮调转液流方向后冲入涡轮，释放动量矩(动能)推动涡轮带动工作机旋转做功。 
      我国液力元件近年发展较快，2003年液力偶合器的全国年产量约7万台。广泛应用于带式输送机、刮板输送机、球磨机、风机、压缩机、水泵和油泵等设备的传动中，提高传动品质并节约能源。当前我国液力偶合器的最高输出转速为6500r/min，最小功率为0.3kW，最大功率为7100kW。液力偶合器的发展趋势是高转速、大功率。 
       国际上液力偶合器产品以德国福依特公司最为著名，据资料称已有转速达20000r/min、功率达55000kW的产品，可见我国与之尚有相当大的差距。当然，功率大的液力元件对液力传动油的要求较高。 
      液力变矩器主要用于工程机械、石油机械和内燃机车。液力变矩器主要与内燃机匹配应用，其转速范围在2000～3000r/min。工程机械应用较多，最大功率700HP左右，年产量约7万台。石油机械应用较少，功率达1500HP。内燃机车应用更少，功率高达3000HP。 
       液粘传动是液体传动一门新兴学科，在我国尚处于起步阶段。由于液粘传动产品(如液粘调速离合器)与液力传动产品(如调速型液力偶合器)虽有本质上的不同，但由于有相似的性能和相同的用途(调速节能)，在若干技术活动(如制订发展规划、标准、技术管理、订货活动等)中均被视为同一类型，与液力行业有共性，故本文另辟章节介绍其产品结构和传动用油。 
      一、液力传动油的性能特点及发展 
       液力传动油作为工作介质不仅传递动力，而且还用以润滑轴承和齿轮，同时又是滑差热的载体，带走热量。液力传动油是一个复杂而需专门研究的课题，它直接关系到液力元件的可靠性、传动效率和使用寿命。应引起人们的重视，展开广泛深入的研究。 
      液力传动油应能满足以下要求： 
       1、要有适宜的粘度 
       液体粘度低，表明液体内摩擦小，流动阻力损失小，可减少液力元件的液力损失；但从润滑密封角度考虑，粘度不能过低。因此应在满足润滑和密封要求前提下，尽量采用粘度低的液体，以提高液力元件传动效率。同时要求液体粘温性要好，以便在高温或低温时仍能保持有效的润滑和密封。 
      2、要有较大的重度 
       由于液力元件传递的力矩和功率与工作液体的重度成正比，故液体重度越高越好。 
      3、性能稳定 
       不易产生泡沫、老化和沉淀。
      4、酸值要低 
       对密封件应是中性，有良好的相容性，不泡胀，不溶解，对金属无腐蚀作用。 
      5、要有较高的闪点和较低的凝点 
        液力元件工作时油温变化幅度很大，有时可达160℃，因此要求闪点要高于180℃，而凝点要低　-20℃　，以利于低温环境下液力元件的起动。 
      6、要有良好的润滑性能 
       液体要有足够的油性，能很好的粘附在零件表面上，起到良好的润滑作用。 
      目前，国内外液力传动应用的工作液体种类较多，除各种石油基产品外，也有采用清水或其它难燃液体的(煤矿井下为防引燃爆炸而应用)。国内液力元件通常采用6号液力传动油(也有用8号液力传动油的)，有时以22号汽轮机油替代。 
       内燃机车有专用油，要求使和寿命不小于2000小时，要求新设备装油初次运行100小时和500小时之后进行第一、第二次换油，进行滤清后仍可使用。 
      属下列情况之一时，需要更换新油： 
       含水量大于0.2%时； 
        在50℃时的粘度比新油高出6厘沲时； 
       机械杂质(苯不溶物)达到0.2%时； 
       出现水溶性酸碱或有高的酸值时； 
       泡沫过多影响传动功率时。 
       以上各条对内燃机车专用油以外的液力传动油也有一定的参照价值。 
       二、国内外液力传动油的品牌对照（略） 
       三、液粘传动对传动油的要求 
      液粘传动可按运行中油腊厚度是否变化分为两大类，一类是在运行中油膜厚度始终不变的液粘传动，如硅油风扇离合器油膜厚度是固定的，运行中变化工作腔中油液充满程度以调节输出转速。另一类是运行中油膜厚度是可变的液粘传动，这类液粘传动产品包括有液粘调速离合器、液粘制动器、液粘测功机、液粘联轴器、液粘调速装置。当前应用较多的是液粘调速离合器、液粘调速装置和硅油风扇离合器。 
       1、液粘调速离合器与传动油 
      液粘调速离合器通过其主、从动摩擦片间的若干油膜来传动动力，依靠油液的粘性主动摩擦片“拉着"从动摩擦片同方向旋转，传递力矩与油液粘度、两片间“滑差"成正比，而与油膜厚度(片间隙)成反比。主动摩擦片及输入轴与动力机相联，输入转速可视为常量。从动摩擦片及输出轴与工作机相联，输出转速随控制压力而变化，球状油缸的控制压力大，则片间油膜变薄，则输出转速升高，反之亦然。当控制压力足够大时，主、从动摩擦片粘合，变为直联传动。当控制压力足够时小，主、从动摩擦片脱离，则输出转速为零。在液粘调速离合器转速比从0→1变化过程中，片间摩擦状况呈现出液体摩擦→(机械一液体)混合摩擦→(纯机械的)边界摩擦。因此液粘调速离合器在调速过程中有分离工况、调速工况和接合工况。 
       工作液体在液粘传动中的作用是传递动力、冷却散热和润滑，应具有以下性能： 
      (1)有适宜的粘度。 
       (2)有离好的润滑性能(油性和极压性)。 
       (3)有良好的氧化安定性。 
       (4)有较高的比热容和较高的热导率。 
      除上述要求外，工作液体还应具有防锈作用、抗泡沫能力、凝点要低、闪点应高、不易挥发、无毒等。 
       目前国产液粘调速离合器多采用8号液力传动油为工作液体。 
      当前国产液粘调速离合器有TL型和HC型，额定转速多为1500r/min，个别有3000r/min的。传递功率最小75kW，最大达1100kW。 
       液粘调速离合器同调速型液力偶合器一样，均是在驱动电机的转速向下调节，且在低速时功率小，效率低。为此在液粘调速离合器的输入前或输出端后加装齿轮传动，以适应与动力机或与工作机的匹配，如此产生了新的装置——液粘调速装置。 
      2、液粘调速装置 
       当前生产和应用的有两类不同结构的液粘调速装置，一类是美国费城齿轮公司生产的平行轴液粘调速装置，输入转速1785r/min，输出转速5000r/min，传递功率达5200kW。我国山西安太堡煤矿的带式输送机用的是较小规格。其传动油系由美国带来。保定螺旋浆制造厂设计、生产了与之结构相似的产品。另一类是美国道奇(DODGE)公司的CST液粘调速装置，它是在园柱齿轮——行星轮系减速器差动轮系的输出端、与输出轴(连接太阳轮)并行输出的大齿圈上装有液粘调速离合器(从动摩擦片固定)，起动时液粘调速离合器处于分离工况(空转)，逐渐加大控制压力，当其传递扭矩与输出轴承受扭矩相等时，输出轴(带负载)开始转动，继续增大控制压力直至接合工况，则输出轴承担全部动力的输出。CST液粘调速装置被称作大型带式输送机的软起动系统，在我国煤矿大型带式输送机上已有应用。CST系列产品，输入转速1483r/min，额定减速比为15.38～57.66，传递功率范围702～3115kW。CST系列产品由美国供应专用液力传动油。  
       3、硅油风扇离合器与工作液体 
       硅油风扇离合器的主、从动盘上各有若干纬向环状叶片，两者的环状叶片相互交替的插入，构成若干园环状间隙(油膜)，利用这些间隙中油膜的粘性来传递动力。工作过程中油膜厚度不变，通过改变充油量和油膜受剪切面积的大小来调速。 
      汽车发动机在适宜温度下才能有较高的燃油效率，过冷过热均不适宜。汽车用的硅油风扇离合器主动盘与发动机相联，从动盘与风扇相联，工作液体为粘度较大的硅油。靠感温器对冷却水箱后方气流温度的感受来控制充油量。当发动机的冷却水温度低时，则气流温度低，感温器使充油量小，油膜剪切面积小，传动力矩小，则风扇转速低，对发动机的冷却能力低。反之，当发动机冷却水温度高时，则风扇转速高，提高对发动机的冷却效果。这样可使发动经常在最适宜的温度下工作。燃油效率高，噪声小，延长发动机使用寿命。 
       硅油风扇离合器所用硅油是一种合成润滑油，并非由石油提炼得来。它是一些半有机硅的聚合物或共聚物，含有重复的硅氧单元为元机骨干，并沿着聚合链的硅原子上取代烃基，一般不含支链。为了满足规定的性能要求，可用不同的有机取代基或调整聚合物分子的大小(即改变其分子量)，以变化其粘度或获得其它性能。 
      硅油的物理性能取决于聚合物的分子结构，如分子量、有机基因的类型和数量、支链的位置及长短等。 
       在油膜厚度不变的液粘传动中使用硅油的主要原因，在于它具有高的粘度、良好的粘温性能和较强的抗剪切能力。 
      硅油风扇离合器可以应用在各种类型汽车上，目前我国的应用主要是吉普车、北京130型等汽车上。生产厂有北京汽车机油泵厂和长春第一汽车制造厂等单位。