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                                                                      液力傳動油的現狀與發展
      
      流體傳動包括氣體(壓)傳動和液體傳動,液體傳動分為
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件是具有若干徑向平面葉片的、構成工作腔的泵輪和渦輪。液力傳動油在工作腔里高速循環流動傳遞動力,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,帶動工作機(及負載)做功。液力變矩器的基本構件是泵輪、渦輪和導輪,它們均是具有空間(彎曲)葉片的工作輪,按相關順序排列構成工作腔。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,經過導輪調轉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做功。 
      
我國液力元件近年發展較快,2003年液力偶合器的全國年產量約7萬臺。廣泛應用于帶式輸送機、刮板輸送機、球磨機、風機、壓縮機、水泵和油泵等設備的傳動中,提高傳動品質并節約能源。當前我國液力偶合器的最高輸出轉速為6500r/min,最小功率為0.3kW,最大功率為7100kW。液力偶合器的發展趨勢是高轉速、大功率。 
       國際上液力偶合器產品以德國福依特公司最為著名,據資料稱已有轉速達20000r/min、功率達55000kW的產品,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、石油機械和內燃機車。液力變矩器主要與內燃機匹配應用,其轉速范圍在2000~3000r/min。工程機械應用較多,最大功率700HP左右,年產量約7萬臺。石油機械應用較少,功率達1500HP。內燃機車應用更少,功率高達3000HP。 
       液粘傳動是液體傳動一門新興學科,在我國尚處于起步階段。由于液粘傳動產品(如液粘調速)與液力傳動產品(如調速型液力偶合器)雖有本質上的不同,但由于有相似的性能和相同的用途(調速節能),在若干技術活動(如制訂發展規劃、標準、技術管理、訂貨活動等)中均被視為同一類型,與液力行業有共性,故本文另辟章節介紹其產品結構和傳動用油。 
      
一、液力傳動油的性能特點及發展 
       液力傳動油作為工作介質不僅傳遞動力,而且還用以潤滑軸承和,同時又是滑差熱的載體,帶走熱量。液力傳動油是一個復雜而需專門研究的課題,它直接關系到液力元件的可靠性、傳動效率和使用壽命。應引起人們的重視,展開廣泛深入的研究。 
      
液力傳動油應能滿足以下要求: 
       1、要有適宜的粘度 
       液體粘度低,表明液體內摩擦小,流動阻力損失小,可減少液力元件的液力損失;但從潤滑密封角度考慮,粘度不能過低。因此應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、性能穩定 
       不易產生泡沫、老化和沉淀。
      
4、酸值要低 
       對密封件應是中性,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,國內外液力傳動應用的工作液體種類較多,除各種石油基產品外,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用)。國內液力元件通常采用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。 
       內燃機車有專用油,要求使和壽命不小于2000小時,要求新設備裝油初次運行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(苯不溶物)達到0.2%時; 
       出現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節輸出轉速。另一類是運行中油膜厚度是可變的液粘傳動,這類液粘傳動產品包括有液粘調速離合器、液粘、液粘測功機、液粘、液粘調速裝置。當前應用較多的是液粘調速離合器、液粘調速裝置和硅油風扇離合器。 
       1、液粘調速離合器與傳動油 
      
液粘調速離合器通過其主、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,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,輸入轉速可視為常量。從動摩擦片及輸出軸與工作機相聯,輸出轉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,變為直聯傳動。當控制壓力足夠時小,主、從動摩擦片脫離,則輸出轉速為零。在液粘調速離合器轉速比從0→1變化過程中,片間摩擦狀況呈現出液體摩擦→(機械一液體)混合摩擦→(純機械的)邊界摩擦。因此液粘調速離合器在調速過程中有分離工況、調速工況和接合工況。 
       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率。 
      
除上述要求外,工作液體還應具有防銹作用、抗泡沫能力、凝點要低、閃點應高、不易揮發、無毒等。 
       目前國產液粘調速離合器多采用8號液力傳動油為工作液體。 
      
當前國產液粘調速離合器有TL型和HC型,額定轉速多為1500r/min,個別有3000r/min的。傳遞功率最小75kW,最大達1100kW。 
       液粘調速離合器同調速型液力偶合器一樣,均是在驅動的轉速向下調節,且在低速時功率小,效率低。為此在液粘調速離合器的輸入前或輸出端后加裝齒輪傳動,以適應與動力機或與工作機的匹配,如此產生了新的裝置——液粘調速裝置。 
      
2、液粘調速裝置 
       當前生產和應用的有兩類不同結構的液粘調速裝置,一類是美國費城齒輪公司生產的平行軸液粘調速裝置,輸入轉速1785r/min,輸出轉速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格。其傳動油系由美國帶來。保定螺旋漿制造廠設計、生產了與之結構相似的產品。另一類是美國道奇(DODGE)公司的CST液粘調速裝置,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速離合器(從動摩擦片固定),起動時液粘調速離合器處于分離工況(空轉),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)開始轉動,繼續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液粘調速裝置被稱作大型帶式輸送機的軟起動系統,在我國煤礦大型帶式輸送機上已有應用。CST系列產品,輸入轉速1483r/min,額定減速比為15.38~57.66,傳遞功率范圍702~3115kW。CST系列產品由美國供應專用液力傳動油。  
       3、硅油風扇離合器與工作液體 
       硅油風扇離合器的主、從動盤上各有若干緯向環狀葉片,兩者的環狀葉片相互交替的插入,構成若干園環狀間隙(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速。 
      
汽車發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。汽車用的硅油風扇離合器主動盤與發動機相聯,從動盤與風扇相聯,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,則風扇轉速低,對發動機的冷卻能力低。反之,當發動機冷卻水溫度高時,則風扇轉速高,提高對發動機的冷卻效果。這樣可使發動經常在最適宜的溫度下工作。燃油效率高,噪聲小,延長發動機使用壽命。 
       硅油風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。為了滿足規定的性能要求,可用不同的有機取代基或調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構,如分子量、有機基因的類型和數量、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。 
      
硅油風扇離合器可以應用在各種類型汽車上,目前我國的應用主要是吉普車、北京130型等汽車上。生產廠有北京汽車機油泵廠和長春第一汽車制造廠等單位。

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