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日本工程机械行业现状及液压油的使用

更新日期: 2019年03月25日 作者: 中国石化润滑油有限公司 程安国 徐静茹 【字体:
 
    引言
 
    日本工程机械行业经过近60年的国际化发展,已经成为全球工程机械制造主导者之一,形成了小松建机、日立建机、住友建机、神钢建机、多田野、竹内建机等众多国际知名品,产品销售至全球170个国家和地区,以产品技术先进、操控方便、性能可靠等优点在世界范围内享有盛誉。
 
    日本各大工程机械制造商因自身的技术优势,产品特点明显,避免了同质化的价格竞争。如小松建机的发动机的技术和整体研发实力强,能够提供全套工程建设方案和设备,连续20年成为世界第2大工程机械制造商;日立机建机因其在液压泵、液压马达、大型设备制造的优势,使其成为是世界最大的大型挖掘机制造商。久保田建机因其在城市管道建设的技术储备和发动机技术,其小型和微型挖掘机占世界市场的40%。
 
    同时,这些企业之间相关协作,为设备在全球范围内稳定、持久运行形成较多的协作,润滑油就是其中一项。润滑油作为工程机械运行的“血液”,其性能优劣直接影响工程机械的可靠性和耐久性能,日本工程机械企业对所用润滑油有统一的标准,此标准由日本工程机械协会发布并接受全球润滑油企业的技术准入,获得认可的产品优先使用在日本工程机械设备中,保证其在全球范围内的性能。
 
    我国工程机械行业日益壮大,产品不断出口海外,正在经历国际化发展的阶段,如何保证设备在海外长期稳定的运行、增加客户粘性是必须解决的挑战,润滑油作为设备运行的关键部件,也是需考虑的部件。本文介绍了日本工程机械行业的现状,分析设备用润滑油的技术水平和管理模式,为我国工程机械的发展、润滑油管理和技术升级提供参考。
 
    1.行业发展现状
 
    随着日本战后经济高速增长,日本的工程机械行业也出现快速增长。同时,在国际市场需求扩大的支持下,逐渐发展成为日本的主要产业之一,日本也成为世界上最大的工程机械生产国。2018年,日本工程机械企业制造商总计27家,根据《International Construction》发布2018年度全球工程机械制造商50强排行榜,日本11家制造商进入前50,销售额占24.8%,接近美国的26.3%,约为我国制造商份额的2倍。
 
表1 日本主要工程机械制造商
 
    根据日本建设机械工业会的统计,日本前10的工程机械制造商市场份额逐年提升,到2017年占日本全部27家的89%,不同设备种类占比如图1。
 
图1 日本工程机械不同设备所占比重
 
    由图可知,挖掘机的销售额是日本工程机械最大的,达到71%;其次为起重机械,占比为14%;技术难度最大的挖掘机如此高的占比,也说明日本在挖掘机领域的强势地位。其原因是日本掌握了在柴油发动机、液压系统、电控系统、车桥等关键技术,并形成微型、中性、大型全系列挖掘机,如:中大型挖掘机上使用负荷传感系统技术,提高整机的技术性能、作业效率和操作的平稳性;微型机的开发也处于技术领先,满足开沟、挖渠、埋线缆等窄小作业的需要;多种附属工作装置开发和配备齐全,如挖掘斗、装载斗、推土板、清沟斗、液压锤、钻孔机构等。
 
    2. 工程机械用液压油技术现状
 
    随着日本工程机械制造产业的发展,1990年以“通过协调发展为社会贡献”的理念成立了日本工程机械协会(JCMAS),以适应国内、外的迅速增长遇到的问题,由50家工程机械整机、包括润滑油在内的零件制造公司成为会员,会员覆盖了整个行业的97%的企业。并对工程机械用液压油、润滑脂2大品种发布JCMAS行业规格;发动机油采用日本发动机协会 (JASO)的柴油机油规格。JCMAS和 JASO接受全球润滑油企业对相应产品的认证,并颁发认证书以满足全球产品供应。
 
    目前,我国针对工程机械领域没有行业标准,大多数石油公司供给工程机械的液压油是基于液压油GB 11118.1-2011规格中L-HM(高压)抗磨液压油和L-HV低温抗磨液压油。本部分重点对比日本工程机械用液压油技术规格与国标GB 11118.1-2011规格的不同,分析其中的差异,以供未来我国工程机械用液压油的质量标准提供参考。
 
    2.1 液压油理化性解析
 
    2004年,经日本工程机械制造商协商,日本建设机械用液压油规格JCMAS P041:2004发布,开启了有日本工程机械企业。理化性能见表2。
 
    由表2可知,其理化性能的测试项目及指标和国标GB 11118.1-2011在粘度、粘度指数、倾点、抗剪切性能等无较大的差异,主要差异如下:
 
    (1)与密封材料相容性能测试差异苯胺点可以反映出润滑油与橡胶密封的相容性,也可以反映基础油的碳氢化合物组分和精炼程度。对于矿物油来说,苯胺点越高,基础油的精炼程度越高,性质相对更稳定。基础油含有的芳香烃越多,润滑油的苯胺点越低,越容易引起橡胶密封溶涨。液压系统里用到的胶管如果和液压油相容性不好,橡胶管会软化或者开裂,影响液压设备的正常运行,JCMAS P041:2004规定苯胺点不低于90℃,而国标GB 11118.1-2011没有此项规定。
 
    橡胶材料适应性测试可直接反映液压油与橡胶材料适应性能。JC M A S P041:2004规定:在95℃,240小时的条件下,测试液压油与丁晴橡胶和聚氨酯2种材料的适应性,从硬度变化、拉伸强度变化、伸长率变化、体积变化的4个方面进行综合评价。而国标GB 11118.1-2011密封适应性指数是在在100℃,24小时的条件下,测试液压油对橡胶圈的影响,通过目测没有明显溶胀,通过套环的方法测试其变化。
 
    (2)氧化性能及金属腐蚀性能相关测试差异
 
    氧化性能的优劣直接影响液压油的使用寿命,在JCMAS P 041:2004与国标GB 11118.1-2011在氧化安定性的要求是一致的,但在JCMAS P041:2004没有热稳定性能(135℃,144小时)和水解安定性的规定。
 
    在JCMAS P 041:2004中没有规定热稳定性能,与工程机械液压油的实际工况有直接的联系,以工况最为苛刻的大型液压挖掘机为例,大型液压挖掘机设有液压油散热系统(液压油温控制系统),保证液压油温度在连续作业中平衡在较为理想的范围内,又能使液压系统在冷态下投入工作时能迅速达到油正常工作温度范围60~90℃之间,高负荷下不可超过110度。如果出现极端情况,液压油温度过高,油温感应器会提示警示、并停机。
 
    在JCMAS P 041:2004中没有规定水解安定性和抗乳化性能,挖掘机的液压油系统设计与产业液压设备不同,进水的可能性较小,水分对液压油的高温性能的影响十分有限。
 
表2 日本工程机械液压油JCMAS P 041:2004规格理化性能
 
    2.2 液压油抗磨特性解析
 
    抗磨特性是工程机械用液压油最核心的性能,它直接影响液压系统中液压泵、液压马达等核心部件的使用寿命,进而影响机械设备可靠性和耐久性。JCMAS P 041:2004规格对液压油的抗磨特性规定如表3,与国标GB 11118.1-2011规格相比,差异如下:
 
    (1)抗磨性能
 
    在国标GB 11118.1-2011规格中,对挤压烧结符合没有要求,而JCMAS中规定不小于1235N;国标对磨斑直径也只是报告,而JCMAS要求不大于0.6mm。JCMAS规格的要求明显要比国标GB 11118.1-2011更加严格。
 
    在齿轮机模拟实验中,JCMAS要求失效级不低于8级,而国标要求是失效级不低于10级。齿轮机实验考察2个A型齿轮在一定负荷下液压油对齿面保护的考察,主要模拟齿轮泵的工作状态,而工程机械主要使用叶片泵和柱塞泵,几乎不使用齿轮泵,这也是JCMAS要求低的原因。
 
    (2)泵台架实验
 
JCMAS P 041:2004规格与国标GB 11118.1-2011规格在泵台架实验有较大的差异。首先国标中没有摩擦特性的需求,而JCMAS规格设置了微离合测试机和SAE No.2试验机考察液压油的摩擦特性。
 
    在高压柱塞泵测试方面, JCMAS中的HPV35+35柱塞泵台架主要考察液压油使用液压油抗磨性能,在负载压力34.3±0.5MPa、邮箱温度95±5℃、出口温度不超过120℃的条件下运行500小时,分析柱塞泵各部件和液压油的理化性能的变化。A2F柱塞泵主要考察液压油在铜和锌催化剂的催化作用下的使用寿命,在负载压力35±0.5MPa、邮箱温度80±5℃的条件下运行500小时,分析液压油的理化性能变化及铜、锌含量的变化。
 
    在高压叶片泵的测试方面,JCMAS 规格中设置了35VQ25叶片泵和104C叶片泵,在国标GB 11118.1-2011规格也设置了104C叶片泵的测试,虽然测试条件相同,但JCMAS规格中104C叶片泵磨损结果更为苛刻。
 
    从以上分析可见,JCMAS P041规格中的理化项目、抗磨特性规定与国标GB11118.1-2011有较大的差异,JCMAS P041规格中测试项目和要求更接近工程机械的液压系统和实际工况。
 
表3 JCMAS P 041:2004规格对液压油的抗磨特性
备注: *所涉及测试项目满足其中之一即可。
 
    3 结语
 
    JCMAS P 041是日本工程机械行业共同推荐的工程机械液压油标准,理化性能和摩擦特性的要求符合工程机械液压油系统的特点和设备工况。
 
    目前,我国针对工程机械用液压油没有行业标准,而国标GB 11118.1-2011标准存在如水解安定、齿轮机实验、极压性能、密封材料适应性等与工程机械的实际工况差异较大,随着我国工程机械制造由大到强的发展,未来有必要讨论针对工程机械的液压油行业标准,为我国工程机械的设备发展提供保障。
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