商用車動力轉向油與橡膠的相容性研究

閆瑾，許揚

(中國第一汽車股份有限公司技術中心，吉林 長春 130011)

0 引言

液壓助力轉向系統由于其工作壓力高、部件尺寸小、工作時無噪聲、工作滯后時間短等優點，被廣泛地應用在商用車上。但商用車液壓助力轉向系統在使用過程中，時常因系統密封不良引起轉向油罐的液位下降。所以對橡膠與動力轉向油的相容性進行考察，可以有效避免轉向系統的漏油現象。

近年來，隨著長換油期發動機油、驅動橋油、變速箱油在市場上取得良好的反響，轉向油也開始向長換油期方向發展。目前，國內市場上長換油期的動力轉向油最長換油里程可達10×104km。長換油期動力轉向油與橡膠密封件的接觸時間長，系統的密封受到很大的考驗，所以有必要對長換油期動力轉向油進行橡膠相容性試驗。

本文選取2種已通過行車試驗驗證的10×104km換油里程商用車動力轉向油(試驗油1和試驗油2)以及1種同類型油品(試驗油3)與標準橡膠試片進行橡膠相容性考察。

1 試驗部分

1.1試驗條件

動力轉向油的一般工作溫度可達70～120 ℃，極端條件下可達150～160 ℃，參考某企業液壓動力轉向系統用油標準，試驗方法為VW 2.8.1，試驗溫度為130 ℃，試驗時間為96 h。

該標準中的橡膠相容性試驗條件符合商用車液壓助力轉向系統非極端條件下的實際工況。在參考該試驗條件的基礎上，對試驗過程進行如下改進：

(1)為保證油品與橡膠試片的充分融合，試驗前后用試驗油浸泡橡膠試片各24 h；

(2)為模擬橡膠試片在冷熱交變下的變化情況，采取間斷試驗法，以每加熱8 h后室溫冷卻16 h為一個循環，共進行12個循環。

1.2試驗樣品

試驗油1和試驗油2為通過行車試驗的10×104km換油里程商用車動力轉向油，試驗油3為比試驗油1、試驗油2規格更高的同類別油品。橡膠試片與試驗油的基本情況見表1。

表1 橡膠試片與試驗油的基本情況

1.3試驗步驟

(1)將丁腈橡膠(NBR)、氟橡膠(FKM)、聚丙烯酸酯橡膠(ACM)分別裁剪成10 mm×20 mm的試驗片各三個，測定試驗片在空氣中質量、水中質量及A型邵爾表觀硬度。

(2)將橡膠試驗片在試驗油中浸泡24 h，將試驗油與試驗片置于(130±5) ℃的烘箱中，以每加熱8 h后自然冷卻至室溫16 h為一個循環，共進行12個循環。

(3)橡膠試驗片在試驗油中繼續浸泡24 h后，將試驗片表面擦拭干凈，測定試驗片在空氣中質量、水中質量及A型邵爾表觀硬度。按照式(1)計算試驗前后試驗片的質量變化率、體積變化率、硬度變化率及試驗油的100 ℃運動黏度變化率、黏度指數變化率。

(1)

式中：

A——試驗前試驗項目數值，如質量、體積、硬度、運動黏度、黏度指數等；

B——試驗后試驗項目數值，如質量、體積、硬度、運動黏度、黏度指數等。

2 結果討論

參考某企業液壓助力轉向系統用油橡膠相容性質量指標來對本次試驗中的試驗油與試驗橡膠的相容性進行評價，各項質量指標如表2所示。

表2 商用車動力轉向油橡膠相容性試驗(130℃，96h)質量指標 %

2.1橡膠試片的變化

2.1.1 質量變化

計算橡膠試片試驗前后的質量變化率，試驗結果如圖1所示。

圖1 橡膠試片的質量變化率

由圖1可得，丁腈橡膠(NBR)的質量變化率為-4.74%～-2.58%，氟橡膠(FKM)的質量變化率為-0.12%～0.44%，聚丙烯酸酯橡膠(ACM)的質量變化率為0.07%～2.16%，三種橡膠的質量變化率均很小，質量變化幅度：丁腈橡膠(NBR)>聚丙烯酸酯橡膠(ACM)>氟橡膠(FKM)。

2.1.2 體積變化

計算橡膠試片試驗前后的體積變化率，試驗結果如圖2所示。

圖2 橡膠試片的體積變化率

由圖2可得，丁腈橡膠(NBR)的體積變化率為-5.87%～-3.87%，氟橡膠(FKM)的體積變化率為0.42%～1.17%，聚丙烯酸酯橡膠(ACM)的體積變化率為0.02%～2.24%，三種橡膠的體積變化率均很小。丁腈橡膠(NBR)的變化幅度要明顯大于氟橡膠(FKM)和聚丙烯酸酯橡膠(ACM)。

2.1.3 硬度變化

計算橡膠試片試驗前后的硬度變化率，試驗結果如圖3所示。

圖3 橡膠試片的硬度變化率

由圖3可得，丁腈橡膠(NBR)的硬度變化率為4.88%～12.20%，氟橡膠(FKM)的硬度變化率為2.38%～4.76%，聚丙烯酸酯橡膠(ACM)的硬度變化率為11.11%～25.93%。橡膠試片的硬度變化幅度：聚丙烯酸酯橡膠(ACM)>丁腈橡膠(NBR)>氟橡膠(FKM)。

2.2試驗油的變化

考察橡膠對試驗油的影響，以空白試驗油為參比，計算試驗油橡膠相容性試驗后的100 ℃運動黏度變化率、黏度指數變化率。計算結果如圖4所示，η-100-1為橡膠相容性試驗后的試驗油100 ℃運

動黏度變化率；η-VI-1為橡膠相容性試驗后的試驗油黏度指數變化率。

圖4 試驗油的100 ℃黏度變化率和黏度指數變化率

橡膠相容性試驗后，3種試驗油的100 ℃運動黏度變化率為-0.07%～0.50%，黏度指數變化率為-0.06%～1.86%。由計算結果可知，100 ℃運動黏度變化率和黏度指數變化率均很小，遠小于常見的指標要求，因此橡膠試片對試驗油的影響十分微小，可以忽略不計。

2.3油品使用建議

匯總圖1至圖3數據，得到表3所示的試驗油與橡膠相容性比較結果，其中“Δ”為三種橡膠在每種試驗油中質量變化率、體積變化率、硬度變化率的絕對值最小值。根據“Δ”的分布情況，選出對三種橡膠影響最小的油品。

表3 試驗油與橡膠相容性的比較結果

由表3可得，當轉向系統密封件材料為丁腈橡膠(NBR)時，“Δ”集中分布在試驗油3，說明此時使用試驗油3最佳；當密封件材料為氟橡膠(FKM)時，使用試驗油1最佳；當密封件材料為聚丙烯酸酯橡膠(ACM)時，使用試驗油1最佳。

3 總結

試驗油與橡膠的相容性試驗結果可得：

(1)試驗油對橡膠的質量、體積、硬度均有不同程度影響。丁腈橡膠(NBR)的質量與體積均減小，硬度增大；氟橡膠(FKM)的體積與硬度均增大，質量變化與試驗油有關；聚丙烯酸酯橡膠(ACM)的質量、體積、硬度均增大。其中，丁腈橡膠(NBR)的質量、體積變化幅度最大，聚丙烯酸酯橡膠(ACM)的硬度變化幅度最大，氟橡膠(FKM)的質量、體積及硬度變化幅度最小。

(2)橡膠試片對試驗油的運動黏度、黏度指數影響不明顯，試驗油長時間與橡膠件接觸，油品的流動性能沒有明顯影響。

(3)當轉向系統密封材料為丁腈橡膠(NBR)時，推薦使用試驗油3；當密封件材料為氟橡膠(FKM)時，推薦使用試驗油1；當密封件材料為聚丙烯酸酯橡膠(ACM)時，推薦使用試驗油1。