بررسی مقایسه‌ای فرآیند پیری روغن‌های هیدرولیک VG46 و VG68 در حین بهره‌برداری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی‌ جندی‌شاپور دزفول، دزفول، ایران،دزفول، ایران

چکیده
روغن‌های هیدرولیک در سامانه‌های انتقال توان ماشین‌های متحرک، به دلیل مواجهه با تنش‌های مکانیکی و حرارتی شدید، دچار پیری شتابان می‌شوند. پژوهش حاضر، با هدف بررسی مقایسه‌ای فرآیند پیری روغن‌های VG46 و VG68، در بستر عملیاتی ماشین‌های برداشت نیشکر، در اقلیم گرم خوزستان، انجام شد. این مطالعه، با طراحی میدانی مبتنی بر ۱۰۰۰ ساعت بهره‌برداری پیوسته و نمونه‌برداری منظم، در بازه‌های ۱۰۰ ساعته (مطابق با استانداردهای ISO)، تصویری روشن از سیر تحول خواص رئولوژیکی، شیمیایی و آلودگی ذرات (بر اساس استانداردهای ASTM و ISO)، ترسیم می‌کند. یافته‌ها نشان می‌دهند که گرانروی روغن‌های VG46 و VG68 ، به ترتیب 2/23 و 1/12 درصد نسبت به مقادیر اولیه کاهش داشته‌اند. در حالی که، افت شاخص گرانروی روغن‌های VG46 و VG68، به ترتیب به میزان ۱۶ و 10 درصد تعیین گردید که نشان‌دهنده‌ی تخریب زنجیره‌های پلیمری بیشتر روغن VG46، است. همچنین، نرخ افزایش شاخص اسیدی (TAN)، در روغن VG46، سریع‌تر از روغن VG68 تعیین گردید. جهش ناگهانی در شاخص اسیدی بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ ساعت، تخلیه‌ی زودهنگام آنتی‌اکسیدان‌ها در روغن VG46 را نشان می‌دهد. از سوی دیگر، نرخ تولید ذرات معلق در روغن VG46، منجر به رسیدن کد تمیزی نهایی آن به ۲3/۲۴/۲4 و کلاس NAS، بالاتر از ۱۲ شد. در مقابل، روغن VG68، با کد ۲1/۲۲/۲3 و کلاس NAS، ۱۲ عملکرد پایدارتری را به نمایش گذاشت. بر اساس این شواهد، روغن VG68، در شرایط کاری سخت، پایداری تریبولوژیک برتری دارد و به کارگیری آن در سامانه‌های هیدرولیکی، ریسک خرابی ناگهانی اجزاء را به شدت کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

A Comparative Study of the Aging Process of VG46 and VG68 Hydraulic Oils During Service

نویسنده English

pezhman nikandish
Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran
چکیده English

Hydraulic oils in mobile machinery face intense mechanical and thermal stresses, which accelerate their degradation. This study provides a side by side field comparison of how VG46 and VG68 hydraulic oils age in sugarcane harvesters working in the hot, dusty climate of Khuzestan, Iran. A continuous 1,000 hour field test was conducted, with oil samples collected every 100 hours in accordance with ISO standards. Key properties-including rheological characteristics, chemical stability, and particle contamination levels-were analyzed (following ISO and ASTM methods) to assess degradation under real operating conditions. The results show that kinematic viscosity at 40°C decreased by 23.2% for VG46 but only 12.1% for VG68, indicating that mechanical shear degradation dominated over thermal oxidation. The viscosity index dropped by 16% for VG46 versus 10% for VG68, confirming mechanical scission of polymer chains in the viscosity index improvers. Chemically, VG46 exhibited a higher oxidation rate, with a sharp increase in total acid number between 300 and 400 hours—a clear sign of premature antioxidant depletion. Regarding contamination, VG46 reached a final cleanliness code of 24/24/23 (NAS Class >12), whereas VG68 maintained a superior code of 23/22/21 (NAS Class 12). These findings suggest that VG68 offers better rheological and tribological stability under severe duty cycles. Therefore, using VG68 hydraulic oil can significantly reduce the risk of sudden component failures and extend the service life of hydraulic power transmission systems operating in harsh environments.

کلیدواژه‌ها English

Hydraulic Oil
Oil Ageing
Viscosity Index
Total Acid Number
[1] Zhao B, Wang L, Zhang W. Intelligent fault diagnosis of hydraulic systems using oil condition monitoring and deep learning algorithms. Measurement. 2024; 225: 114012.
[2] Pradhan MK, Das D, Chattopadhyay S. Physicochemical and tribological characterization of used hydraulic oils from heavy earth moving machinery. Advances in Tribology. 2021; 2021: 1-10.
[3] Li Y, Zhang L, Luo J. Influence of shear stability on the viscosity index of multi-grade hydraulic oils: A rheological analysis. Lubricants. 2023; 11(4): 140.
[4] Singh R, Nair R, Kumar P. Wear debris analysis and contamination control strategies for off-highway hydraulic systems operating in dusty environments. Industrial Lubricants and Tribology. 2022; 74(9): 1205-1214.
[5] Kumar P, Singh R, Patel M. Impact of silica dust ingestion on the tribological performance and viscosity characteristics of hydraulic fluids in agricultural machinery. Journal of Cleaner Production. 2023; 384: 135412.
[6] Zhang H, Li W. Comparative analysis of shear stability and viscosity loss in multi-grade hydraulic lubricants for heavy machinery. Lubricants. 2024; 12(2): 45.
[7] Gao Y, Zhao G, Zhang Q. Molecular degradation mechanism of viscosity index improvers in hydraulic oils under thermal and shear stress. Tribology International. 2023; 182: 108415.
[8] Li J, Chen G, Wei H. Evolution of contamination particles and filtration efficiency evaluation in hydraulic servo systems. Journal of Fluids Engineering. 2023; 145(8): 081203.
[9] Wang Y, Li X, Zhang J. Real-time monitoring of hydraulic oil degradation based on multi-sensor fusion and machine learning algorithms. Tribology International. 2021; 154: 106723.
[10] Nair R, Tomanik E. The role of solid contamination size on the wear regime transition in hydraulic pumps: From mild to severe wear. Wear. 2023; 520-521: 203884.
[11] Zhang W, Zhao B, Liu Z. Real-time monitoring of hydraulic oil contamination based on multi-sensor data fusion and particle size distribution analysis. Tribology International. 2024; 188: 109245.
[12] Yang S, Xu Y, Wang X. Viscosity-temperature characteristics of hydraulic oil based on molecular dynamics simulation. Lubricants. 2023; 11(8): 335.
[13] Baczewski K, Szczawiński P. Investigation of the process of ageing of hydraulic oil during its use. The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji. 2016; 73(3): 5-18.
[14] Ribeiro J, Santos M, Vieira R. Kinematic viscosity of bio-based hydraulic oils as a function of temperature and shear rate. Energies. 2021; 14(3): 757.
[15] Khorasani M, Razmjoo A. Analysis of the relationship between the operational parameters of a marine diesel engine and its lube oil properties. Lubricants. 2022; 10(7): 168.
[16] ISO 3170-1:2008. Hydraulic fluids – Mineral-oil based fluids – Part 1: General guidance for ISO viscosity grades and other types of hydraulic fluids. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization; 2008.
[17] ISO 15377:2012. Hydraulic fluid power – Fluids for industrial applications – Evaluation of performance of hydraulic fluids in high-pressure vane pumps. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization; 2012.
[18] ASTM D445. Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and Calculation of Dynamic Viscosity). West Conshohocken, PA: ASTM International; 2022.
[19] ASTM D2270. Standard Practice for Calculating Viscosity Index from Kinematic Viscosity at 40 °C and 100°C. West Conshohocken, PA: ASTM International; 2022.
[20] ASTM D664. Standard Test Method for Acid Number of Petroleum Products by Potentiometric Titration. West Conshohocken, PA: ASTM International; 2023.
[21] ISO 4406:2021. Hydraulic fluid power — Fluids — Method for coding the level of contamination by solid particles. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization; 2021.
[22] National Aerospace Standards. NAS 1638: Contamination/Fluid cleanliness levels for aerospace hydraulic systems. Washington, DC: Aerospace Industries Association; 2001.
دوره 5، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 305-324

  • تاریخ دریافت 23 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 24 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 06 تیر 1404