【车用减震器油系列产品的开发与应用研究】减震器漏油

　　摘要：以合成烃(PAO)为主,辅以酯类油和加氢基础油,通过剪切性能评定,进行粘度指数改进剂的筛选,考察油品的磨损性能、氧化稳定性能、泡沫特性、橡胶相容性等确定功能添加剂配方，所研制的汽车、摩托车减震器油达到国内外同类产品的质量，具有良好的使用性能。��
　　关键词：减震器；减震器油；基础油；添加剂
　　中图分类号：TE626.32 文献标识码：A��
　　
　　0 前言�
　　
　　减震器是车辆的关键部件，肩负着车辆的许多重要性能，对车身和载荷质量作弹性支承并决定着车辆的承载能力。它能减少车身所受的惯性力，提高车辆的转向制动功能，保证车辆行驶的平顺性和舒适性；提高车辆各构件的可靠性与寿命，从而改善安全性；同时改善车辆的操纵稳定性。由于减震器的结构日趋复杂，加工工艺精度不断提高，工作条件也较苛刻，同时考虑到减震器与减震器油是一体化的，不但要求使用寿命较长，同时也要考虑到在不同的环境下工作，要求车用减震器油必须具备良好的粘温性能、高温稳定性能、抗磨性能、抗剪切性能和与橡胶材料的密封适应性。�
　　21世纪以来，中国经济的发展进入高速发展时期，特别是国内汽车工业的发展，极大地促进了整车及相关部件的国产化，国内外汽车减震器的发展速度很快，汽车减震器的国产化被列为“十五”国家产业化的重点项目。据不完全统计，2005年汽车减震器的市场需求为4895万支左右，使减震器油市场有了较大的发展空间［1］。目前国内的减震器油品以OEM销售形式为主，各大汽车制造商和润滑油供应商有各自油品的规格和销售途径，福斯、日本丰田和上海海联润滑剂公司的产品在中国有一定的市场占有率，中国石油在2003年推出了针对南京跃进集团开发的汽车减震器油产品。�
　　
　　1 减震器的工作原理及对减震器油的性能要求�
　　
　　车辆减震器是车辆悬挂系统的组成部分，也是汽车和摩托车的主要零部件。车辆减震器按产品的用途分为：汽车减震器、摩托车减震器、自行车鞍座减震器等；按车辆装配中的位置分为：前减震器、后减震器、汽车座椅减震器等；按控制方式分为：被动悬架、半主动悬架、主动悬架；按阻尼介质分为：液压、充气、气液混合、磁流体、纯机械(弹簧)等［2］。�
　　
　　目前，汽车减震器主要为筒式减震器，按结构划分为单筒式减震器和双筒式减震器。轿车以双筒式减震器为主，大型车辆以单筒式结构为主。�
　　1.1 双筒减震器的工作原理�
　　双筒式减震器是由外缸和内缸筒组成。减震器内部由导向阀、复原阀和压缩阀与活塞杆、缸筒等部件连接而成。其工作原理和主要工作元件如图1。��
　　目前的汽车悬架中广泛采用液力减震器。液力减震器的作用原理是当车架与车桥做往复移动时，减震器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，而被油液和减震器壳体所吸收。减震器阻尼力的大小随车架与车桥或车架与车轮的相对速度的增减而增减，并与减震器油的性能高度相关。减震器油就是利用油液本身流动的阻力来消耗振动的能量，当减震器内的油缸活塞受外力作用移动时，油液高速流经阻尼孔道，通过摩擦消耗动能，转换为热量，从而使地面对汽车的冲击作用减弱直至消失。�
　　1.2 减震器油的性能要求�
　　影响减震器性能的，除了取决于减震器的结构、制造工艺和装配等因素外，减震器油则是影响有关性能的关键因素。减震器的速度特性要求减震器油具有优异的空气释放性能；减震器的泡沫特性要求减震器油具有突出的泡沫稳定性；减震器的温度特性要求减震器油具有较高的粘度指数和良好的低温性能；减震器的热平衡性能要求减震器油具有良好的热稳定性。减震器油与减震器历来是一体化的部件，减震器油的寿命延长会相应地延长减震器使用寿命，为此抗磨性能是减震器油另一主要影响因素，减震器油除上述主要特性外还要具有：�
　　（1） 适当的运动粘度：粘度影响减震器在各种速度下的阻尼力大小；�
　　（2） 良好的低温性能：要求减震器在-20～-40 ℃条件下使用，油液仍不失去流动性；�
　　（3） 优异的橡胶相容性：防止由于橡胶密封与油品性能不匹配和易老化的原因造成油品渗漏和泄漏；�
　　（4） 良好的抗腐蚀性能及抗氧化性能：与减震器接触的金属有钢、铜、铬、粉末冶金以及锌、铝合金等，减震器油接触这些材料，首先不应使其腐蚀生锈，其次在油品的使用过程中产生的酸性物质等可能造成油品氧化，要求具有良好的抗氧化性能。�
　　
　　
　　2 国内外主要减震器油的性能及规格�
　　
　　减震器油的类别属于特殊润滑剂应用场合(Ｓ组),在有的分类中列为液压油类，但目前尚无专门的分类。国内外减震器油无统一规格和标准，日本和欧洲有不同的标准，在同类产品中, 福斯公司和日本某公司的OEM产品，规格要求较高。减震器油是原厂装填（OEM）主要用油，市场上很难采购到。日本丰田轿车的减震器油和福斯公司在中国OEM厂家的主打产品1579A样品的分析检测数据见表1,其他国外汽车制造商采用的减震器油标准及某些润滑油公司的减震器油产品性能见表2，国内主要生产减震器油A、C公司和B公司的企业标准，见表3、表4。��
　　
　　3 产品的研制和开发�
　　
　　3.1 基础油的选择�
　　减震器是与减震器油一体化的装置，要求油品的使用寿命长，油品使用环境温度随车而定，既有较高使用温度，又有在寒区使用温度的环境，这两个基本性能对基础油的要求是高粘度指数、低粘度、低倾点和相对较高的闪点。对一般的矿物油基础油来说，同时具备这三个特点难度比较大，即使是通过加氢精制的基础油也很难达到这个要求。首先石蜡基矿物油基础油的低温性能差，高粘度指数、低倾点基础油的倾点一般都在-9～-15 ℃左右，在寒区冬季野外操作很难流动。其次矿物油基础油的氧化温度低于合成基础油，所以在高温度使用寿命很短，且易形成氧化产物。某些合成基础油在粘温性能和低温性能上与矿物油相比，其粘度指数高，粘度随温度的变化小，在高温粘度相同时，它比矿物油基础油倾点低，低温粘度小，可以保证减震器油在较低的温度下使用；另外在挥发度方面，一般合成基础油与同粘度的矿物油相比挥发度低，这是因为合成油多数是结构单一的化合物，其馏程范围较窄，而矿物油是某一段馏分油的产物，矿物油在一定的蒸发温度下，低分子量烃类会增大高温蒸发性，而高分子量的烃类又会增加低温粘度。第三合成油一般比矿物油的热安定性好，热分解温度高，因而合成基础油特别适合作减震器油基础油。�
　　
　　常用于减震器油调制的合成基础油主要是聚�α-烯烃、烷基苯、硅油。硅油是合成油中具有最好粘温特性的基础油，在宽温度范围内粘度变化小，它可以制备成很高的粘度指数，低温性能优异，具有较高热氧化安定性的油品，是部分厂家作为减震器油基础油的首选。例如，具有螺旋型分子结构的合成油C，具有非常高的压缩率，在上世纪80~90年代较广泛用作减震器油和阻尼油，其可用于汽车、军用履带式车辆的油气悬挂减震器等，以阻滞曲轴传出的扭转振动，阻滞各种仪表指针摆动。但是硅油的最大不足之处是与矿物油、合成烃、酯类油不相溶；其次在边界润滑条件下，润滑性差、承载能力差。烷基苯具有优异的低温性能，蒸发损失小，油中不含硫、氮等杂质，氧化后沉淀少，与矿物油能够混溶，热安定性好，但对某些橡胶有溶涨作用，原料来源少。�
　　
　　聚α-烯烃是长链烷烃，与同粘度矿油相比，具有较好的粘温特性，较高的闪点和较低的挥发性。以聚α-烯烃-1为例，在135 ℃，金属催化剂作用下加热168 h，其粘度增加仅15%，同粘度矿物油基础油则增加30%。另外聚α-烯烃牵引系数较低，作为减震器油使用时可使与润滑剂有关的牵引力减少，因而可节约减震器的工作动力。聚α-烯烃油的缺点是会使某些橡胶轻微收缩和变硬。一般在用聚α-烯烃油作为润滑油时加入部分酯类油，以改善对橡胶的膨胀性能。�
　　表5列出了矿物油和合成油的相关性能比较。�
　　对汽车减震器油品，本工作以合成基础油为主，加氢矿物油为辅，对摩托车减震器油，为了成本和经济性优势，采用精制矿物基础油和加氢精制基础油。�
　　3.2 粘度指数改进剂的选择�
　　
　　车辆减震器需要有一种阻力形式来衰减、降低振动，这种阻力称为阻尼力，是减震器所产生的。在影响阻尼力的因素中，阻尼力与速度成正比，速度与流量有关，如果油液粘度随温度变化而明显变化，阻尼力必将也显著变化，从而造成减震器在不同的工作温度条件下有不同的阻尼特性，所以对油品的粘温性能要求比较高；其次减震器油的工作是通过细小的孔隙来流动的，粘度较小，要求选择油品的粘度指数改进剂满足高过滤性能和抗乳化性能，选用的粘度指数改进剂分子量越低越理想。第三减震器油在减震器工作时，受到多次的剪切作用，对粘度指数改进剂的剪切稳定性要求也较高。从粘度指数改进剂的类型上，选用聚甲基丙烯酸酯(PMA)和低分子量聚异丁烯(PIB)均能满足要求，PIB用于工业油品的分子量为10000左右，文献和资料记载的用于减震器油品的PIB分子量在4000~8000，PIB有优异的抗剪切性能和热氧化稳定性，但低温性能较差，对油品过滤性能和破乳化性能没有PMA理想。目前在工业用油方面已逐渐被PMA所替代。PMA用于液压油品的分子量为20000～30000左右。PMA的氧化安定性较好，低温性能优异，粘温性能优良，结合减震器油要求低分子量，我们选用具有高剪切指数的PMA-1、PMA-2、PMA-3分别进行剪切稳定性的筛选，三种粘度指数改进剂的比较见表6，通过试验选择了粘度指数改进剂PMA-3。�
　　3.3 添加剂的确定�
　　车辆减震器油要求油品的氧化安定性要好。抗氧化性的优劣，生成油泥的倾向直接关系到油品的使用寿命和减震器使用寿命。对液压减震器油来说，衰减和吸收振动是减震器阻尼性能之一，要求油品必须具有好的润滑性和抗磨减摩性能等。在基础油和粘度指数改进剂确定后,选用多种添加剂分别进行抗磨损性能、抗氧化性能、剪切稳定性能、蒸发损失主要性能的考察，试验数据见表7~表10。�
　　
　　
　　4 研制油品的评定�
　　
　　减震器油是OEM厂家专用油，国外称为in-house oil,所查到的资料很有限，根据日本和福斯公司的技术规格，参照其理化性能和模拟试验项目进行产品研发，目前，已开发出的减震器油某些指标远远超过福斯的标准,并在国内主流减震器厂完成了试验。为了提高产品市场占有率，细化了产品种类，丰富了产品层次，汽车减震器油产品有全合成型-1、全合成型-2、半合成型、矿物油型，以满足不同层次消费者的需求。汽车减震器油性能数据见表11、摩托车减震器油性能数据见表12。�
　　
　　5 台架试验和行车试验�
　　
　　按照汽车筒式台架试验方法QC/T 545-1999,我们对矿物油型的减震器油分别进行了示功试验，速度特性试验、温度特性试验、耐久性试验，试验台架复原阻力(�P�f)和压缩阻力(�P�y)数据如表13~表16,在100万次示功试验后,阻力衰减不到5%,远小于衰减标准要求。并进行了行车试验，结果显示在减震器50万次循环之内,不漏油,阻力衰减正常。��
　　
　　6 结论�
　　
　　
　　(1)以聚α－烯烃为主作为减震器油的基础油与酯类油配伍，加入部分加氢精制基础油，并添加多种添加剂，可调配出汽车减震器油、摩托车减震器油，完全满足企业标准。�
　　(2)研制的汽车减震器油具有优异的粘温和低温性能、较好的抗磨性能和比较理想的氧化稳定性能，可以满足多种OEM的苛刻要求，经国内主流汽车减震器和摩托车制造商的试验验证，性能达到国内外同类产品水平。�
　　(3)产品已形成价格梯度，性价比优良，具有相当的市场竞争力。
　　
　　参考文献：�
　　［1］ 中国汽车协会汽车减振器分会. 2007年汽车减振器行业研究报告［J/OL］. https://www.省略/Html/2007413151857-1.html.�
　　［2］ 陈守庆.摩托车减振器行业现状及发展策略［J］. 摩托车技术, 2004(2):7-9.