大型鑿巖機專用潤滑油的開發(fā)和應(yīng)用

2019-12-27 13:05:50石嘯

石油商技 2019年6期

石嘯

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

本文根據(jù)鑿巖機設(shè)備工況，篩選合適的基礎(chǔ)油和添加劑，研發(fā)了長城大型鑿巖機專用潤滑油RDO M320。該產(chǎn)品具備優(yōu)異的極壓抗磨、防銹、銅腐保護和乳化性能，同時具備較低的摩擦系數(shù)，在澳大利亞某礦山大型鑿巖機上成功應(yīng)用表明，可以很好地滿足大型鑿巖機設(shè)備潤滑要求。

隨著國內(nèi)外礦山開采業(yè)的蓬勃發(fā)展，礦山規(guī)模和開采量逐年增大，大型鑿巖機越來越多地使用在礦山開采中。大型鑿巖機有露天鉆車和井下鉆車，一般都由底盤、鉆臂、推進器、控制系統(tǒng)和鑿巖機組成，并且都具有配用高效能的主機、采用大推力的推進器和大扭矩的回轉(zhuǎn)機構(gòu)、普遍采用液壓技術(shù)等特點。應(yīng)用大型鑿巖機是提高采掘速度的重要途徑，是減輕勞動強度、改善勞動條件和提高勞動生產(chǎn)率的重要措施。隨著鑿巖爆破工藝的不斷提高，巷道作業(yè)面的加大，大型鑿巖機在生產(chǎn)建設(shè)中愈來愈顯示出其優(yōu)越性，同時在實際應(yīng)用過程中對其要求也愈來愈高[1～4]。

大型鑿巖機工況和潤滑要求

鑿巖機的構(gòu)成包括操縱臺、氣動鑿巖機、濕式除塵器、推進機構(gòu)、液壓泵站等。它以壓縮空氣為動力源，利用配氣閥來改變壓縮空氣進入氣缸的方向，從而使缸內(nèi)活塞往復(fù)運動。沖程時，活塞沖擊釬具鑿碎巖石；回程時，活塞帶動釬具回轉(zhuǎn)一定角度，通過連續(xù)地沖擊、回轉(zhuǎn)，使釬具在巖石上鑿出圓形炮孔。Sandvik DR580 鑿巖機外觀見圖1。

大型鑿巖機設(shè)備運行過程中鉆桿處于高速、重載的工況，且運行過程中可能會有水流混入，要求油品具備良好的極壓抗磨、防銹、銅腐和一定的乳化性能，以保證水與潤滑油接觸后形成乳化液，避免水與金屬部件直接接觸，水可隨著油品一同排出缸體。同時鑿巖機械潤滑產(chǎn)品的發(fā)展應(yīng)適應(yīng)國民經(jīng)濟的發(fā)展需求，即向節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展[5]。

隨著“節(jié)能減排”要求日益嚴格，設(shè)備制造商對節(jié)能型潤滑油的需求也越來越多。大型鑿巖機能耗較高，而普通的鑿巖機潤滑油沒有考慮減摩性能?？刹捎脻櫥瑒p少摩擦并提高燃料經(jīng)濟性，主要途徑有2 種：

圖1 Sandvik DR580鑿巖機

◇使用多級潤滑油，特別是低凝多級油，通過降低黏度級別來減少流體動力學阻力；

◇添加摩擦改進劑，減少邊界和混合潤滑的摩擦[6]。

考慮到大型鑿巖機的高速重載工況，降低油品運動黏度易造成油膜厚度不足，為此可重點考慮添加摩擦改進劑來減少鑿巖機運動部件摩擦磨損，降低能耗，提高工作效率。

根據(jù)目前的研究[7～9]，有機鉬摩擦改進劑對于降低油品摩擦系數(shù)具有較大優(yōu)勢，在油品中溶解性相對較好，且降摩效果明顯。有機鉬摩擦改進劑的減摩機理為吸附于金屬表面，并與之發(fā)生化學反應(yīng)形成低摩擦系數(shù)的化學反應(yīng)膜，從而降低金屬接觸面的摩擦系數(shù)，如圖2所示。

由于大型鑿巖機對于節(jié)能降耗和提升設(shè)備潤滑防護的需要，目前市場上多使用含鉬型鑿巖機潤滑油用于大型鑿巖設(shè)備。中國石化潤滑油有限公司根據(jù)大型鑿巖機設(shè)備工況，適時研發(fā)了大型鑿巖機專用潤滑油。

產(chǎn)品開發(fā)

根據(jù)設(shè)備潤滑要求和市場在用競品情況，開發(fā)了ISO VG 320 黏度等級的長城大型鑿巖機專用潤滑油RDO M320（簡稱長城 RDO M320，英文名：Sinopec Rock Drill Moly 320），以下介紹長城 RDO M320 的開發(fā)過程。

基礎(chǔ)油

依據(jù)鑿巖機設(shè)備的使用環(huán)境、潤滑要求，綜合考慮成本和添加劑溶解性，實驗室優(yōu)選了2 種基礎(chǔ)油作為鑿巖機潤滑油組分，基礎(chǔ)油典型數(shù)據(jù)見表1。

添加劑選擇

大型鑿巖機工作過程中鉆桿處于高速、重載的工況，同時可能會有水流混入，因此需要選擇具備優(yōu)異極壓抗磨性能、防銹性和銅腐保護等性能的功能復(fù)合劑[10，11]。對GA1 和GA2 兩種硫磷型功能復(fù)合劑進行評價，篩選配方見表2，性能評價結(jié)果見表3。

根據(jù)表3 的分析結(jié)果，優(yōu)選Y%(質(zhì)量分數(shù))的GA1 功能復(fù)合劑作為研制油的添加劑主劑。

市場上有機鉬鹽減摩劑主要有二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬等，選取市場中常見的3 種有機鉬減摩劑（M1、M2、M3），考察與目前添加劑體系的兼容性，篩選配方見表4，油品摩擦性能見表5，外觀見圖 3。

圖2 有機鉬摩擦改進劑作用機理

表1 基礎(chǔ)油典型數(shù)據(jù)

表2 功能復(fù)合劑篩選配方

表3 功能復(fù)合劑性能評價

從表5 可以看出，相同加劑量條件下3 種摩擦改進劑配方油品的摩擦系數(shù)基本接近。從圖 3 可以看出，加入M1 或M3 后，RDO M1、RDO M3 油品均出現(xiàn)渾濁，可能是由于M1 或M3 在GA 配方體系中配伍性能不好。RDO M2 油品澄清透亮，M2 減摩劑在該體系中溶解性較好，因此選擇M2 有機鉬添加劑作為減摩劑。

大型鑿巖機專用潤滑油性能評價

優(yōu)選RDO M2 配方進行全性能分析，并與市售競品進行性能對比，具體見表6。

由表6 可見：

◇長城RDO M320 與市場競品320M 相比，黏度指數(shù)、防銹和抗泡等總體性能相當，但長城油品表現(xiàn)出更好的乳化性能、極壓抗磨性能和銅腐保護性能，有利于保護鑿巖機部件，并降低設(shè)備能耗。

◇長城RDO M320 與普通RDO 320 相比，具備更優(yōu)的極壓抗磨性能和更低的摩擦系數(shù)，相比普通油品可為設(shè)備降低摩擦損耗，提升工作效率。

油品應(yīng)用

大型鑿巖機專用潤滑油產(chǎn)品能夠為大型氣動鑿巖機提供更優(yōu)的潤滑保護。2018 年，長城RDO M320 已經(jīng)在澳大利亞某大型礦山的Sandvik DD421-60 大型鑿巖機上使用（圖4）。客戶反映鑿巖機設(shè)備運行穩(wěn)定，未發(fā)生異常停機，油品使用效果良好，要求下一步擴大油品應(yīng)用規(guī)模。