基于超低溫環(huán)境的齒輪箱潤(rùn)滑油性能分析與研究

吳成攀+高揚(yáng)+段辰宸

摘 要：本文以超低溫高速齒輪箱為試驗(yàn)對(duì)象，基于超低溫試驗(yàn)方法和試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，測(cè)試了不同品牌潤(rùn)滑油潤(rùn)滑下的齒輪箱軸承溫度和溫升速率，通過擬合溫度數(shù)據(jù)曲線，對(duì)比分析潤(rùn)滑油黏溫特性和低溫性能指標(biāo)，綜合評(píng)估超低溫齒輪箱潤(rùn)滑油性能并得出結(jié)論：相同粘度等級(jí)下?lián)碛休^低運(yùn)動(dòng)粘度、較大粘度指數(shù)的潤(rùn)滑油能夠?yàn)辇X輪箱在超低溫高速運(yùn)用環(huán)境下提供更好的潤(rùn)滑條件。

關(guān)鍵詞：超低溫；高速齒輪箱；溫升速率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.033

1 前言

截止到目前中國(guó)CRH高速動(dòng)車組能夠在高溫（+40℃）、高寒（-40℃）地區(qū)滿足300km/h持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)需求。

本文針對(duì)-45℃超低溫運(yùn)用工況，通過分析齒輪箱低溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比潤(rùn)滑油本身黏溫特性，綜合評(píng)估超低溫工況下齒輪箱潤(rùn)滑油性能。

2 潤(rùn)滑油低溫性能試驗(yàn)方法

以某時(shí)速360公里超低溫齒輪箱為研究對(duì)象，使用低溫環(huán)境箱開展-45℃環(huán)境下的潤(rùn)滑油低溫性能測(cè)試。

試驗(yàn)方法：通過測(cè)試低溫工況下的軸承和潤(rùn)滑油的溫升速率和溫升大小評(píng)估產(chǎn)品低溫潤(rùn)滑的可靠性；低溫工況下，潤(rùn)滑油較快的溫升速率能夠保證齒輪箱潤(rùn)滑油較快的升溫，溫度升高后提高潤(rùn)滑油的流動(dòng)性，提升潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑可靠性。

試驗(yàn)對(duì)象：某超低溫齒輪箱；

試驗(yàn)潤(rùn)滑油：某B/某F/某K潤(rùn)滑油；

試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑涸邶X輪箱油位下線時(shí)，按照規(guī)定加速度將轉(zhuǎn)速升至齒輪箱的最高運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)速，正反轉(zhuǎn)各運(yùn)轉(zhuǎn)一次。

3 潤(rùn)滑油低溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

齒輪箱低溫試驗(yàn)過程，監(jiān)控軸承、潤(rùn)滑油和環(huán)境箱的溫度及溫升速率。數(shù)據(jù)中RT代表環(huán)境溫度，GW代表輸出軸車輪側(cè)溫度，GM代表輸出軸電機(jī)側(cè)溫度，PW代表輸入軸車輪側(cè)溫度，PM代表輸入軸電機(jī)側(cè)溫度，OIL代表潤(rùn)滑油溫度。例如某F品牌潤(rùn)滑油-45℃低溫反轉(zhuǎn)測(cè)試的監(jiān)控溫度曲線和溫升速率曲線如下圖所示。

試驗(yàn)過程對(duì)某B/某F/某K潤(rùn)滑油分別開展了-45℃低溫啟動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試，下表為不同潤(rùn)滑油低溫測(cè)試的溫升和溫升速率數(shù)據(jù)對(duì)比。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，3種潤(rùn)滑油在-45℃工況下均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)齒輪箱的潤(rùn)滑，但在溫升情況和溫升速率方面有一定的差異。其中B油和K油在溫升速率和最終溫度方面數(shù)值相當(dāng)，F(xiàn)油相對(duì)B油和K油溫升速率和最終溫度偏低。

4 潤(rùn)滑油性能對(duì)比分析

潤(rùn)滑油在齒輪箱內(nèi)部起著重要作用：需要滿足在不同溫度和載荷條件下對(duì)齒輪、軸承滾子、保持架等重點(diǎn)摩擦副的抗磨、防銹、冷卻、清潔等要求。

下表是本測(cè)試中三個(gè)齒輪箱潤(rùn)滑油的物化參數(shù)對(duì)比。

本測(cè)試中三種潤(rùn)滑油都是滿足API GL-5規(guī)格、粘度級(jí)別75W-90的合成型車輛齒輪油。具有很好的極壓抗磨性能和優(yōu)越的粘溫特性。

深入比較三種油，B油和K油性能較為接近，F(xiàn)油指標(biāo)略低。盡管都屬于75W-90級(jí)別的車輛齒輪油，B和K油的運(yùn)動(dòng)粘度要較之F油更低，但兩者的粘度指數(shù)VI卻比F油更高。這會(huì)給B和K油帶來更好的高低溫性能。

運(yùn)動(dòng)粘度是反映潤(rùn)滑油流動(dòng)性的重要指標(biāo)，運(yùn)動(dòng)粘度越低，油液流動(dòng)越快。相對(duì)更低的運(yùn)動(dòng)粘度，可以在保證足夠油膜厚度的同時(shí)，潤(rùn)滑油更易流動(dòng)，有利于高溫下的散熱和低溫下油膜的快速形成。

粘度指數(shù)是反映潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度隨著溫度變化而變化的程度。粘度指數(shù)越高，油液的運(yùn)動(dòng)粘度隨溫度變化而變化就越小。相對(duì)更高的粘度指數(shù)，可以讓潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度更穩(wěn)定，高溫下油膜不至于過薄而破裂，低溫下油液不至于粘度過高而難以流動(dòng)。

表5比較了在不同溫度下，三種齒輪油的運(yùn)動(dòng)粘度變化比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度下降時(shí)，三種油的運(yùn)動(dòng)粘度均在顯著下降，表明流動(dòng)性開始變差。但是三者的下降速率有明顯不同，尤其在低溫區(qū)間（-10～-40°C）內(nèi)。油B和油K的運(yùn)動(dòng)粘度下降速率較小且接近，當(dāng)溫度降至-40°C時(shí)，仍然保持較好流動(dòng)性。油F的運(yùn)動(dòng)粘度下降速率很大，到-40°C時(shí)已經(jīng)無法計(jì)算其運(yùn)動(dòng)粘度。

5 結(jié)論

通過對(duì)齒輪箱低溫試驗(yàn)的溫升分析，結(jié)合潤(rùn)滑油的粘度指數(shù)綜合評(píng)估：低溫工況下更好地流動(dòng)性能夠?yàn)辇X輪箱低溫啟動(dòng)帶來有利影響，潤(rùn)滑油的快速升溫，提升了齒輪箱的低溫工況下的潤(rùn)滑可靠性；試驗(yàn)過程中選擇的某B和某K潤(rùn)滑油，在粘度指數(shù)上有著相似的性能參數(shù)，與試驗(yàn)結(jié)果相一致；相對(duì)某F潤(rùn)滑油，能夠?yàn)辇X輪箱低溫工況的運(yùn)用提供了更好地潤(rùn)滑效果。

對(duì)比潤(rùn)滑油的粘度指數(shù)和齒輪箱溫升情況，超低溫工況下齒輪箱潤(rùn)滑油的選擇更傾向于相同粘度等級(jí)下更低運(yùn)動(dòng)粘度、更大粘度指數(shù)的低溫潤(rùn)滑油。例如本項(xiàng)目測(cè)試產(chǎn)品優(yōu)先推薦某B和某K品牌潤(rùn)滑油。

作者簡(jiǎn)介：吳成攀（1987-），男，本科，研究方向：軌道交通齒輪箱。endprint