我國(guó)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油規(guī)格的最新發(fā)展

王明明，石順友

(1.華航環(huán)境發(fā)展有限公司， 北京 100071；2.中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

0 引言

重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油是重要的車(chē)用潤(rùn)滑劑，用于汽車(chē)傳動(dòng)系中驅(qū)動(dòng)后橋的齒輪潤(rùn)滑。隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，車(chē)輛設(shè)備特別是各類重載運(yùn)輸車(chē)輛設(shè)備性能結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和車(chē)輛齒輪技術(shù)的革新，對(duì)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油提出了新的更高的性能要求，相應(yīng)的重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的規(guī)格也在不斷演變和發(fā)展，以期推出最合適的油品性能，以滿足車(chē)輛驅(qū)動(dòng)橋齒輪的潤(rùn)滑要求和應(yīng)用市場(chǎng)需求。

1 我國(guó)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油規(guī)格的現(xiàn)狀

我國(guó)車(chē)輛齒輪油經(jīng)過(guò)發(fā)展、產(chǎn)品升級(jí)換代，質(zhì)量水平不斷提升。20世紀(jì)60年代，參考前蘇聯(lián)制定了車(chē)輛齒輪油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，因均屬于渣油型，產(chǎn)品的質(zhì)量水平較低，70年代開(kāi)發(fā)了餾分型車(chē)輛齒輪油，80年代為了節(jié)能和改變汽車(chē)仍使用渣油型齒輪油的落后狀況，廢止了渣油型車(chē)輛齒輪油，并大力推廣餾分型產(chǎn)品。為滿足我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的需要，在“六五”、“七五”期間，經(jīng)過(guò)科研攻關(guān)，研制生產(chǎn)了完全符合API GL-5質(zhì)量水平的重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油，且參照美軍MIL-L-2105B(單級(jí)油)和MIL-L-2105D(多級(jí)油)車(chē)輛齒輪油規(guī)格，制定了GB 13895-92《重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)》國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)[1]，并一直沿用至今。

在GB 13895-92實(shí)施長(zhǎng)達(dá)將近30年的時(shí)間里，車(chē)輛潤(rùn)滑劑技術(shù)得到了飛速發(fā)展，車(chē)用潤(rùn)滑劑特別是內(nèi)燃機(jī)油的質(zhì)量水平到得了質(zhì)的提升，其規(guī)格進(jìn)行了多次更新升級(jí)，如柴油機(jī)油API規(guī)格已更新升級(jí)了七代，從API CD發(fā)展到了API CK-4規(guī)格和節(jié)能型規(guī)格API FA-4[2]。國(guó)外重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油規(guī)格也進(jìn)行了多次更新升級(jí)，如GB 13895-92等效采用的美軍MIL-L-2105B和MIL-L-2105D規(guī)格經(jīng)多次修訂升級(jí)為MILPRF-2105E(1995)《多效齒輪油》，而MILPRF-2105E在2005年被美國(guó)軍方取消，以SAE J2360標(biāo)準(zhǔn)替代。SAE J2360標(biāo)準(zhǔn)由軍用標(biāo)準(zhǔn)演變而來(lái)，于1998年編制而成，是與MILPRF-2105E規(guī)格同等的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并于2012年進(jìn)行了更新升級(jí)，以確保與市場(chǎng)的需求同步[3-4]。與此同時(shí)，我國(guó)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的應(yīng)用市場(chǎng)也發(fā)生了諸多深刻變化，比如要求更長(zhǎng)的換油周期、更多的黏度等級(jí)、更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和更高的低溫性能等，顯然GB 13895-92已無(wú)法滿足我國(guó)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油更新?lián)Q代和質(zhì)量升級(jí)的要求，急需修訂和升級(jí)更新。

2 重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)GB 13895-2018

為滿足設(shè)備的潤(rùn)滑要求和新的市場(chǎng)需求，改變現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重滯后的現(xiàn)實(shí)情況，在參照美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM D7450 -2013標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，并結(jié)合應(yīng)用市場(chǎng)的需求情況，由中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司牽頭負(fù)責(zé)修訂GB 13895-1992，制定了GB 13895-2018重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布，并于2019年02月01日正式實(shí)施，其技術(shù)要求和試驗(yàn)方法[5]如表1。重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的此次更新升級(jí)，順應(yīng)了市場(chǎng)趨勢(shì)，對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的質(zhì)量升級(jí)和規(guī)范市場(chǎng)用油具有重要意義。

表1 GB 13895-2018重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法

表1(續(xù))

3 GB 13895-2018相比GB 13895-92標(biāo)準(zhǔn)的主要變化

3.1 應(yīng)用范圍

GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)適用于重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)，該產(chǎn)品主要適用于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋，特別適用于在高速?zèng)_擊負(fù)荷、高速低扭矩工況下應(yīng)用的雙曲線面齒輪。GB 13895-2018所屬產(chǎn)品不再適用于手動(dòng)變速器，也就是說(shuō)，如果將重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油應(yīng)用到手動(dòng)變速器里導(dǎo)致變速箱出現(xiàn)了故障將不再受到保護(hù)，因此手動(dòng)變速器建議選用專用的變速器油。

3.2 SAE黏度等級(jí)

為了滿足市場(chǎng)需求，GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中擴(kuò)展了GL-5重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的黏度級(jí)別，即共設(shè)置了75W-90、80W-90、80W-110、80W-140、85W-90、85W-110、85W-140、90、110和140共10個(gè)SAE黏度級(jí)別，相比GB 13895-92增加了75W-90、80W-110、80W-140、85W-110以及110等5個(gè)黏度級(jí)別。在實(shí)際應(yīng)用中的選擇范圍將更廣，使用者可以選擇更合適的黏度級(jí)別油品滿足各種車(chē)輛和工況需求。同時(shí)，因國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油以多級(jí)油為主，故新標(biāo)準(zhǔn)中刪除了GB 13895-1992標(biāo)準(zhǔn)中并無(wú)市場(chǎng)應(yīng)用的75W單級(jí)油黏度級(jí)別，且多級(jí)油中W前后的黏度以連接符“-”鏈接，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致。如75W/90改為75W-90，連接符的修改對(duì)產(chǎn)品性能本身沒(méi)有影響。

3.3 新增性能指標(biāo)

相比GB 13895-92，GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)最顯著的變化是新增了KRL(德語(yǔ)“KugelRollenLager”的縮寫(xiě))剪切安定性(20 h)性能指標(biāo)，即對(duì)油品的黏度保持性能提出了新的要求，要求所有油品在經(jīng)過(guò)20 h的KRL試驗(yàn)后，油品黏度依然處于原來(lái)的SAE黏度等級(jí)范圍內(nèi)。

3.4 性能指標(biāo)要求變化

3.4.1 運(yùn)動(dòng)黏度

GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中新增了75W-90、80W-110、80W-140、85W-110以及110等5個(gè)黏度級(jí)別，因此對(duì)各黏度級(jí)別的運(yùn)動(dòng)黏度范圍以100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度進(jìn)行了重新劃分，如XW-90和90的運(yùn)動(dòng)黏度(100 ℃)上限由原來(lái)的小于24.0 mm2/s調(diào)整為小于18.5 mm2/s、XW-140和140的運(yùn)動(dòng)黏度(100 ℃)上限由原來(lái)的小于41.0 mm2/s調(diào)整為小于32.5 mm2/s，而110黏度級(jí)別的運(yùn)動(dòng)黏度(100 ℃)在18.5～24.0 mm2/s之間。具體情況如下：

75W-90、80W-90、85W-90和90黏度級(jí)別油品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度范圍為13.5～<18.5 mm2/s；

80W-110、85W-110和110黏度級(jí)別油品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度范圍為18.5～<24.0 mm2/s；

80W-140、85W-140和140黏度級(jí)別油品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度范圍為24.0～<32.5 mm2/s。

在實(shí)際應(yīng)用中，使用者可能會(huì)感覺(jué)到90和140黏度級(jí)別油品的黏度較之前的油品的黏度小，但無(wú)須擔(dān)心，這是因?yàn)樾聵?biāo)準(zhǔn)對(duì)黏度范圍進(jìn)行了重新劃分。

3.4.2 黏度指數(shù)

黏度指數(shù)是潤(rùn)滑油十分重要的指標(biāo)，反映了油品在使用過(guò)程中黏度隨溫度變化的變化情況，黏度指數(shù)越大，黏溫性能越好，說(shuō)明油品黏度隨溫度變化的程度越小。GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)提高了單級(jí)油的黏度指數(shù)指標(biāo)，即要求90、110和140黏度級(jí)別油品的黏度指數(shù)不小于90，為高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油品。提高油品的黏度指數(shù)要求，可以保證油品在高溫下的油膜厚度，能夠?yàn)辇X輪提供良好的潤(rùn)滑保護(hù)，同時(shí)，也進(jìn)一步提高了油品的質(zhì)量；75W-90、80W-90、80W-110、80W-140、85W-90、85W-110以及85W-140黏度級(jí)別油品的黏度指數(shù)要求為報(bào)告，但多級(jí)油中添加了黏度指數(shù)改進(jìn)劑，黏度指數(shù)一般都在120以上，為超高黏度指數(shù)產(chǎn)品，有利于油品在高低溫下保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，避免設(shè)備因溫度變化造成的異常磨損。

3.4.3 傾點(diǎn)和凝點(diǎn)

傾點(diǎn)是指油品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣能夠流動(dòng)的最低溫度；凝點(diǎn)指油品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣油面不再移動(dòng)時(shí)的最高溫度，均以℃表示，是用來(lái)衡量潤(rùn)滑油低溫流動(dòng)性的常規(guī)指標(biāo)，同一油品的傾點(diǎn)一般比凝點(diǎn)略高幾度。因SAE J2360規(guī)格更新時(shí)取消了成溝點(diǎn)項(xiàng)目，新標(biāo)準(zhǔn)修訂參照的ASTM D7450規(guī)格也未要求該項(xiàng)目，因此，GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中刪除了對(duì)油品凝點(diǎn)的要求，同時(shí)對(duì)90、110和140單級(jí)油品的傾點(diǎn)提出了具體要求，即要求90黏度級(jí)別的要求不高于-12 ℃、110黏度級(jí)別的要求不高于-9 ℃、140黏度級(jí)別的要求不高于-6 ℃，而GB 13895-92中對(duì)90、110和140單級(jí)油品傾點(diǎn)的要求是報(bào)告。

3.4.4 閃點(diǎn)

閃點(diǎn)是考察油品揮發(fā)性和可能發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)程度的安全性指標(biāo)，表征油品著火燃燒的危險(xiǎn)程度。閃點(diǎn)決定了油品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中的安全要求，且閃點(diǎn)愈低愈危險(xiǎn)。GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中提高各黏度級(jí)別油品的閃點(diǎn)要求，提高了油品的安全性能。具體要求如下：

75W-90黏度級(jí)別的油品要求閃點(diǎn)不低于170 ℃；

80W-90、80W-110、80W-140、85W-90、85W-110、85W-140、90和110等黏度級(jí)別的油品要求閃點(diǎn)不低于180 ℃；

140黏度級(jí)別的油品要求閃點(diǎn)不低于200 ℃。

3.4.5 表觀黏度

齒輪油的低溫流動(dòng)性對(duì)齒輪工作有重要影響，汽車(chē)后橋齒輪是飛濺式潤(rùn)滑，低溫時(shí)齒輪油必須具有足夠的流動(dòng)性，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能將足夠量的油帶到齒面及軸承，防止出現(xiàn)損傷。車(chē)輛齒輪油在低溫下的表觀黏度和傾點(diǎn)在一定程度上說(shuō)明齒輪油在低溫下的流動(dòng)性。GB 13895-2018對(duì)表觀黏度項(xiàng)目的指標(biāo)描述進(jìn)行了修訂，要求列出油品低溫下表觀黏度的具體數(shù)值，能夠更好地區(qū)分不同油品低溫性能的差異性，有效提升產(chǎn)品的低溫性能特性。具體要求如下：

75W-90：表觀黏度(-40 ℃)，不大于150000 mPa·s；

80W-90、80W-110、80W-140：表觀黏度(-26 ℃)，不大于150000 mPa·s；

85W-90、85W-110、85W-140：表觀黏度(-12 ℃)，不大于150000 mPa·s。

3.5 試驗(yàn)方法

相比GB 13895-92，GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)方法修訂情況如下：

增加了黏度指數(shù)的測(cè)試方法GB/T 1995；

增加了硫含量的測(cè)試方法GB/T 17040和SH/T 0303，刪除了GB/T 387、GB/T 388和SH/T 0172方法；

增加了磷含量的測(cè)試方法GB/T 17476和NB/SH/T 0822;

增加了氮含量的測(cè)試方法NB/SH/T 0704和GB/T 17476；

增加了鈣含量的測(cè)試方法GB/T 17476和NB/SH/T 0822；

增加了熱氧化穩(wěn)定性的測(cè)試方法SH/T 0755。

3.6 臺(tái)架試驗(yàn)

相比GB 13895-92，GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這四個(gè)關(guān)鍵臺(tái)架試驗(yàn)的具體通過(guò)指標(biāo)進(jìn)行了部分修訂，具體如下：

銹蝕性試驗(yàn)，GB 13895-92要求蓋板銹蝕面積不大于1%，齒面、軸承和其他部件銹蝕情況不大于無(wú)銹，而GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中要求最終的銹蝕性能評(píng)價(jià)不小于9.0。

承載能力試驗(yàn)，GB 13895-92要求通過(guò)即可，而GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中有了具體指標(biāo)規(guī)定，即要求螺脊評(píng)分不小于8、波紋評(píng)分不小于8、磨損評(píng)分不小于5、點(diǎn)蝕/剝落評(píng)分不小于9.3、擦傷評(píng)分不小于10。同時(shí)對(duì)于75W-90黏度等級(jí)的油品要求同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)版和加拿大版的承載能力試驗(yàn)。

抗擦傷試驗(yàn)，GB 13895-92要求通過(guò)即可，而GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)結(jié)果要求優(yōu)于參比油或與參比油性能相當(dāng)。同時(shí)對(duì)于75W-90黏度等級(jí)的油品要求同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)版和加拿大版的抗擦傷試驗(yàn)。

熱氧化穩(wěn)定性，GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該項(xiàng)臺(tái)架試驗(yàn)增加了其測(cè)試方法SH/T 0755。

3.7 檢驗(yàn)規(guī)則

隨著科技的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，越來(lái)越多企業(yè)都意識(shí)到油品檢測(cè)的重要性，齒輪油檢測(cè)，能讓產(chǎn)品質(zhì)量更有保障性。同時(shí)，對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)也更有說(shuō)服力，并能對(duì)其提出更專業(yè)的指導(dǎo)意見(jiàn)。GB 13895-2018增加第五章“檢驗(yàn)規(guī)則”，更加有利于市場(chǎng)的規(guī)范用油。

4 GB 13895-2018解析

4.1 黏度等級(jí)

重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的黏度等級(jí)根據(jù)其在高溫和低溫下的黏度進(jìn)行劃分，并采用含字母W(冬季“Winter”的首字母)和不含W的兩組黏度等級(jí)系列，含字母的黏度等級(jí)代號(hào)由一組數(shù)字和字母W組成(如75W、80W和85W)，且以低溫黏度達(dá)150000 mP·s時(shí)的最高溫度和100 ℃時(shí)最小運(yùn)動(dòng)黏度劃分；不含字母的黏度等級(jí)代號(hào)由一組數(shù)字組成(如80、90、110和140)，且以100 ℃時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度劃分，如表2。同時(shí)，重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的黏度等級(jí)有單級(jí)和多級(jí)之分。一個(gè)多級(jí)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油，其低溫黏度滿足表2中含W級(jí)的要求，并且100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度在一個(gè)不含W級(jí)規(guī)定的黏度范圍之內(nèi)，兩個(gè)標(biāo)記之間用連號(hào)“-”鏈接。

表2 車(chē)輛齒輪潤(rùn)滑劑黏度分類[6]

當(dāng)前，燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)要求車(chē)輛具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，而終端使用者卻要求同時(shí)具有更好的設(shè)備性能。隨著汽車(chē)工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)馬力得到了大幅提升，但齒輪尺寸卻變化不大，油箱容量降低的同時(shí)要求延長(zhǎng)換油周期，因此在取得燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)獲得良好的設(shè)備耐久性，更加合理地選用潤(rùn)滑油就顯得尤為重要。

在GB 13895-92中，90黏度等級(jí)的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度范圍為13.5～24.0 mm2/s，140黏度等級(jí)的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度范圍為24.0～41.0 mm2/s，可以看到，二者的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度跨度較大，分別達(dá)到了10.5 mm2/s和17.0 mm2/s之多，較大的黏度跨度范圍很容易導(dǎo)致雖然是同屬于同一黏度級(jí)別的產(chǎn)品，但不同的產(chǎn)品生產(chǎn)商生產(chǎn)的油品黏度差異非常大，從而使OEM很難確保終端油品在使用性能上達(dá)到其設(shè)計(jì)的使用要求。此外，車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)要求更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，OEM和終端客戶要求對(duì)設(shè)備良好的潤(rùn)滑保護(hù)和耐久性，而使用低黏度的油品可提高燃油經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到節(jié)能效果，但由此造成的油膜強(qiáng)度降低會(huì)對(duì)設(shè)備的潤(rùn)滑保護(hù)性能變差，因此，選擇一個(gè)合適的黏度等級(jí)的油品對(duì)兼顧設(shè)備的耐久性和燃油經(jīng)濟(jì)性十分重要。

GB 13895-2018增加設(shè)置了75W-90、80W-110、80W-140、85W-110以及110等5個(gè)黏度級(jí)別，新增設(shè)的油品黏度級(jí)別，在兼顧油品低黏化趨勢(shì)的同時(shí)，可使OEM和終端客戶更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x擇合適的油品，以確保在給定應(yīng)用條件下油品具有預(yù)期的理化性質(zhì)。

在GB 13895-92中，如果對(duì)某一設(shè)備來(lái)說(shuō)，最佳的油品黏度是19.5 mm2/s，OEM一般會(huì)推薦使用90黏度等級(jí)的油品。然而，從GB 13895-92中可以看出，此油品的實(shí)際黏度可能會(huì)低至13.5 mm2/s，如此低的實(shí)際黏度顯然不利于設(shè)備的潤(rùn)滑保護(hù)，很容易因黏度不夠而造成設(shè)備磨損，縮短設(shè)備的使用壽命；同時(shí)，此設(shè)備也可以選用140黏度等級(jí)的油品，該油品黏度不低于19.5 mm2/s，但該油品的實(shí)際黏度又有可能高至41.0 mm2/s，過(guò)高的油品黏度給設(shè)備的燃油經(jīng)濟(jì)性和傳動(dòng)性能帶來(lái)不良影響。GB 13895-2018增設(shè)110黏度等級(jí)油品，OEM和終端客戶可以選用110黏度等級(jí)油品，既可以保證19.5 mm2/s的黏度要求，又不至于使油品黏度太小或太大，可以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

GB 13895-2018新增設(shè)的油品黏度等級(jí)對(duì)OEM和終端客戶為設(shè)備選擇最佳黏度等級(jí)的油品提供了更大的方便性，如110黏度等級(jí)的油品可應(yīng)用于SUV或輕負(fù)荷卡車(chē)上，不但滿足提高車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性的要求，而且滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下高扭矩或耐久性的要求。

4.2 剪切安定性[7]

現(xiàn)代齒輪油要求能夠在不同的苛刻條件下為齒輪提供良好的潤(rùn)滑保護(hù)，避免出現(xiàn)磨損和故障。然而，如果油膜強(qiáng)度一旦遭到破壞，在極壓和極限溫度條件下將大大減弱對(duì)齒輪的保護(hù)，從而出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命的縮短。黏度是保證有效油膜的關(guān)鍵，因此，在車(chē)輛齒輪潤(rùn)滑中，優(yōu)異的黏度保持性是保證齒輪獲得良好潤(rùn)滑的關(guān)鍵。隨著對(duì)車(chē)輛齒輪油的燃油經(jīng)濟(jì)性和長(zhǎng)換油周期等關(guān)注，多級(jí)齒輪油的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相比傳統(tǒng)的SAE 80W-90和SAE 85W-140齒輪油，SAE 75W-90和SAE 80W-140等齒輪油需加入更多的黏指劑。車(chē)輛齒輪油受到的剪切速率高達(dá)108/s，加入黏指劑的油品在使用過(guò)程中，由于機(jī)械剪切作用，油品中的高分子聚合物被剪斷，使油品黏度下降，達(dá)不到使用黏度要求，影響正常潤(rùn)滑，因此多級(jí)車(chē)輛齒輪油的剪切安定性更顯得重要，它直接影響齒輪油的黏度級(jí)別。目前，測(cè)定剪切安定性的方法很多，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合剪切力的不同，逐步建立了適用于不同需求的試驗(yàn)方法，常見(jiàn)的測(cè)試方法如表3，各測(cè)試方法的相對(duì)苛刻度如圖1。

表3 測(cè)定含聚合物潤(rùn)滑油永久剪切損失的常見(jiàn)試驗(yàn)方法

圖1 各剪切測(cè)定試驗(yàn)方法的相對(duì)苛刻度

不同測(cè)試方法測(cè)定油品的剪切安定性由于測(cè)試的苛刻度不同，其測(cè)試的結(jié)果有明顯差異，如表4(表中黏度為油品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度)。

從表4可以看出，不同測(cè)試方法測(cè)定的永久剪切損失率存在明顯差異，而為了確定這些測(cè)試方法對(duì)車(chē)輛齒輪油的有效性，需要對(duì)其測(cè)試結(jié)果與實(shí)際行車(chē)試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析。在實(shí)際行車(chē)試驗(yàn)過(guò)程中，油品的剪切安定性十分重要，因剪切導(dǎo)致的黏度下降會(huì)加劇設(shè)備磨損，圖2和圖3的試驗(yàn)結(jié)果充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。

表4 不同試驗(yàn)方法的測(cè)試結(jié)果比較

圖2 剪切穩(wěn)定性好的SAE 75W-90齒輪油行車(chē)試驗(yàn)結(jié)果

圖3 剪切穩(wěn)定性差的SAE 75W-90齒輪油行車(chē)試驗(yàn)結(jié)果

圖2表明剪切安定性好的SAE 75W-90齒輪油在輕負(fù)荷驅(qū)動(dòng)橋運(yùn)行16×104km后的磨損相對(duì)較低，圖3是剪切安定性差的SAE 75W-90齒輪油在同等條件下的測(cè)試結(jié)果，結(jié)果表明磨損量明顯增加。

上述試驗(yàn)中的兩種齒輪油的添加劑性能和加劑量均相同，因此能夠有效預(yù)測(cè)油品剪切的臺(tái)架試驗(yàn)方法對(duì)于確保行車(chē)過(guò)程中的油品表現(xiàn)以及設(shè)備的壽命具有十分重要的意義。

為評(píng)價(jià)剪切安定性臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)預(yù)測(cè)油品行車(chē)性能的表現(xiàn)，選用除了黏指劑不同而其他組分都相同的4種SAE 75W-90齒輪油在輕負(fù)荷驅(qū)動(dòng)橋上進(jìn)行行車(chē)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4，可以看出，采用20 h的KRL剪切與實(shí)際的輕負(fù)荷驅(qū)動(dòng)橋的行車(chē)試驗(yàn)結(jié)果存在良好的相關(guān)性。

KRL剪切也可以很好地預(yù)測(cè)車(chē)輛齒輪油在重負(fù)荷行車(chē)過(guò)程中的剪切安定性。同樣采用了除了黏指劑不同而其他組分都相同的2種SAE 75W-90齒輪油進(jìn)行重負(fù)荷驅(qū)動(dòng)橋的行車(chē)試驗(yàn)，結(jié)果如表5。

表5 重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油KRL剪切損失與行車(chē)試驗(yàn)永久剪切損失的關(guān)聯(lián)性

注：* 四臺(tái)重卡車(chē)輛行車(chē)試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

從表5可以看出，KRL剪切不僅能夠很好地預(yù)測(cè)實(shí)際行車(chē)的剪切，而且表明多數(shù)的黏指劑被剪切都發(fā)生在行車(chē)考察的初期(如不超過(guò)4.8×104km)。因此，油品的剪切穩(wěn)定性對(duì)于車(chē)輛齒輪油特別是長(zhǎng)壽命車(chē)輛齒輪油來(lái)說(shuō)十分重要，因剪切穩(wěn)定性差的油品會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)較大的剪切損失，造成設(shè)備磨損或故障。

鑒于KRL剪切與車(chē)輛的實(shí)際工況具有非常好的關(guān)聯(lián)性，已經(jīng)廣泛地被全球OEM及SAE J306齒輪油規(guī)格所采用，以滿足油品黏度穩(wěn)定性的要求，如：褔特Mercon Ⅴ規(guī)定KRL 20 h的剪切；MAN 341-1、MAN 341-2和MAN 342規(guī)格均規(guī)定KRL 20 h的剪切；Scania STO 1：0要求KRL 20 h的剪切；通用Dexron Ⅵ規(guī)定40 h，采埃孚的一些油品要求100 h甚至192 h的測(cè)試等。因我國(guó)市場(chǎng)上存在采用剪切穩(wěn)定性差的黏指劑調(diào)合后橋齒輪油產(chǎn)品的情況，此類油品在使過(guò)程中黏度下降較快，不利于提供充足的油膜保護(hù)。GB 13895-2018引入了KRL(20 h)剪切的要求，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。新的剪切安定性要求對(duì)齒輪油的市場(chǎng)將會(huì)產(chǎn)生較大影響，因要滿足GB 13895-2018的要求需使用剪切安定性更好的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，更多的使用Ⅱ類、Ⅲ類基礎(chǔ)油和合成基礎(chǔ)油。同時(shí)，對(duì)規(guī)范市場(chǎng)用油和提升重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的整體水平有一定的推動(dòng)作用。

4.3 臺(tái)架試驗(yàn)

臺(tái)架試驗(yàn)與油品的使用性能具有良好的相關(guān)性。CRC(美國(guó)科學(xué)研究協(xié)作委員會(huì))的四個(gè)全尺寸臺(tái)架是評(píng)定重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)性能的關(guān)鍵，它們分別代表了汽車(chē)在行駛時(shí)的不同工況對(duì)齒輪油性能的不同要求，即CRC L-33銹蝕試驗(yàn)、L-37承載能力試驗(yàn)、L-42抗擦傷性能試驗(yàn)和L-60熱氧化安定性試驗(yàn)[8]。

隨著齒輪設(shè)備對(duì)油品性能的要求越來(lái)越高，用于評(píng)定重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的4個(gè)關(guān)鍵臺(tái)架試驗(yàn)的試驗(yàn)方法也在不斷發(fā)展。GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)中，防銹性能的評(píng)定方法用L-33-1法替代L-33法，L-33-1與L-33的差異在于將紙質(zhì)的板狀墊片變?yōu)樘馗积垑|片(比紙質(zhì)更為統(tǒng)一化)，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)對(duì)硬件進(jìn)行清潔/噴砂處理進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，并要求試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)硬件的評(píng)分必須由經(jīng)過(guò)認(rèn)證的評(píng)分員進(jìn)行等，評(píng)價(jià)方法更加精確。熱氧化安定性評(píng)定試驗(yàn)增加了試驗(yàn)方法SH/T 0755，即L-60-1法，L-60-1方法詳細(xì)規(guī)定了臺(tái)架試驗(yàn)各部件的確切尺寸，空氣流量計(jì)如何校準(zhǔn)等細(xì)節(jié)。

對(duì)于75W-90黏度等級(jí)的油品，新標(biāo)準(zhǔn)要求同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)版和加拿大版的承載能力試驗(yàn)L-37法和抗擦傷試驗(yàn)L-42法。標(biāo)準(zhǔn)版和加拿大版的承載能力試驗(yàn)和抗擦傷試驗(yàn)均采用相同的試驗(yàn)程序、負(fù)荷和轉(zhuǎn)速條件，但試驗(yàn)溫度不同，加拿大版本的試驗(yàn)溫度更低，并設(shè)有額外的溫控裝置，主要是考察低溫條件下的齒面保護(hù)情況，試驗(yàn)條件更苛刻，如表6、表7所示。

表6 L-37法的標(biāo)準(zhǔn)版與加拿大版的差異

表7 L-42法的標(biāo)準(zhǔn)版與加拿大版的差異

加拿大版L-37和L-42臺(tái)架試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)版相結(jié)合，針對(duì)更寬的工作溫度下，考察主減速齒輪在低速高負(fù)荷和高速?zèng)_擊負(fù)荷條件下的承載能力，對(duì)硬件保護(hù)的要求更全面、更苛刻。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著車(chē)輛齒輪技術(shù)的發(fā)展，以及應(yīng)對(duì)環(huán)保要求和燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的壓力，對(duì)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)橋齒輪油提出了更高的性能要求，如更好的氧化安定性、燃油經(jīng)濟(jì)性、更佳的抗擦傷能力和更長(zhǎng)的換油周期等。與GB 13895-1992相比，GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)在油品承載能力、剪切安定性、熱氧化安定性等方面的要求有較大提升，并具有更多的黏度等級(jí)，以選擇更合適的黏度級(jí)別滿足各種車(chē)輛和工礦需求，順應(yīng)了重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的發(fā)展趨勢(shì)。

GB 13895-2018對(duì)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的要求更加嚴(yán)格，滿足了重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油應(yīng)用市場(chǎng)的最新需求。重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)GB 13895-2018標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)進(jìn)一步規(guī)范我國(guó)車(chē)輛齒輪油的市場(chǎng)應(yīng)用，提升重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油的產(chǎn)品質(zhì)量和促進(jìn)重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油產(chǎn)品的更新?lián)Q代發(fā)揮了十分重要的作用。