中國石化長城超長壽命商用車齒輪油行車試驗(yàn)研究

陳穎 雷凌 張國茹 石嘯

1 中國石化潤滑油有限公司華北分公司

2 中國石化潤滑油有限公司北京研究院

近年來，由于國家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，物流行業(yè)發(fā)展迅猛；物流牽引車、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車等重型卡車比重在逐年攀升，同時(shí)客戶更關(guān)心舒適性、可靠性、低維護(hù)成本和更長的保養(yǎng)周期，減少進(jìn)站換油次數(shù)，提高整車效益[1]。車輛齒輪油換油周期有延長的趨勢，甚至向與汽車同壽命的全壽命方向發(fā)展[2]。車輛齒輪油換油周期的延長有如下優(yōu)點(diǎn)[3～4]：

◇降低維護(hù)成本、提升OEM（原始設(shè)備制造商）的產(chǎn)品競爭力，有助于提升銷量；

◇節(jié)約維修費(fèi)用，省去換油帶來的麻煩，提升用戶體驗(yàn)感；

◇減少產(chǎn)生廢棄潤滑油，降低對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)減少用于處理廢棄潤滑油的能耗，更加環(huán)保。

長壽命車輛齒輪油產(chǎn)品普遍可支持20萬～30萬km換油，目前部分OEM和整車廠提出對(duì)50萬km以上的超長換油期的車輛齒輪油的需求[5]。針對(duì)市場對(duì)超長壽命車輛齒輪油的需要，中國石化在長壽命車輛齒輪油產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)出具有更好的氧化安定性、密封適應(yīng)性和抗磨耐久性的超長壽命車輛齒輪油，以應(yīng)對(duì)各種苛刻工況條件，延長油品的使用壽命，提供長周期密封相容性，減少橋箱的摩擦能耗損失，為橋箱提供更好的潤滑保護(hù)。

長城75W-90超長壽命車輛齒輪油具有優(yōu)異的剪切穩(wěn)定性和極壓耐磨保護(hù)性，高氧化穩(wěn)定性和優(yōu)異的低溫性能，具有超長換油期?；诖?，中國石化長城潤滑油聯(lián)合某國際知名車橋企業(yè)M對(duì)工況為標(biāo)載行駛于高速公路和國道的商用牽引車開展了為期30個(gè)月、60萬km的實(shí)際道路行車試驗(yàn)，以考察長城75W-90超長壽命車輛齒輪油產(chǎn)品在商用車驅(qū)動(dòng)橋上的實(shí)際使用性能。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)油品

本次試驗(yàn)油品為長城75W-90超長壽命車輛齒輪油，其典型理化數(shù)據(jù)見表1。

表1 長城75W-90超長壽命車輛齒輪油典型理化數(shù)據(jù)

試驗(yàn)車輛

試驗(yàn)車輛為某國際知名車橋企業(yè)M的1臺(tái)商用牽引車，試驗(yàn)車輛工況為標(biāo)載行駛于高速公路和國道，試驗(yàn)行駛里程為60萬km。

取樣

本次車輛使用長城75W-90超長壽命車輛齒輪油在試驗(yàn)車出廠時(shí)即裝填，加注完試驗(yàn)油后，車輛行車10 km ± 1 km，進(jìn)行0 km油樣的采集，將第一次抽取的油樣作為0 km的油樣，之后根據(jù)客戶要求，結(jié)合實(shí)際用車情況，分別在20萬km、32萬km、45萬km、60萬km時(shí)采集油樣進(jìn)行行車驗(yàn)證，且每次油樣采集均補(bǔ)加采集量同等新油后繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)行車試驗(yàn)。

油樣監(jiān)測和換油指標(biāo)

齒輪油的使用壽命可以從兩方面進(jìn)行分析判斷，一方面是由于油品本身的氧化、硝化、變質(zhì)導(dǎo)致其喪失在摩擦副中充當(dāng)潤滑介質(zhì)的功能[6]；另一方面是由于油品的衰變，油膜強(qiáng)度、極壓抗磨性能降低，使得其摩擦表面間的磨損增大，導(dǎo)致系統(tǒng)破壞[7]。

為監(jiān)測長城75W-90超長壽命車輛齒輪油在用商用牽引車上的性能變化，參考GB/T 30034《重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）換油指標(biāo)》，對(duì)能夠表征油品性能變化的關(guān)鍵指標(biāo)100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、正戊烷不溶物、水分和鐵、銅元素含量進(jìn)行分析[8]，換油指標(biāo)見表2。

表2 GB/T 30034 重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）換油指標(biāo)

結(jié)果與討論

運(yùn)動(dòng)黏度

運(yùn)動(dòng)黏度是液體在重力作用下流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度，是衡量潤滑油品油膜強(qiáng)度、流動(dòng)性的重要指標(biāo)。在用油運(yùn)動(dòng)黏度的變化反映油品發(fā)生深度氧化、聚合、輕組分揮發(fā)生成油泥以及機(jī)械剪切的綜合結(jié)果。運(yùn)動(dòng)黏度的過快增長標(biāo)志著油品過度氧化衰變，添加劑逐步失效，運(yùn)動(dòng)黏度的下降容易造成齒輪摩擦副間油膜變薄，潤滑性能下降，機(jī)件磨損加大，齒輪膠合。車輛驅(qū)動(dòng)橋在持續(xù)使用的過程中，由于齒輪、軸承等產(chǎn)生的熱作用催化齒輪油的氧化、硝化過程，生成油泥等不溶于齒輪油的附帶產(chǎn)物，導(dǎo)致油品的黏度變化[9～10]，油品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率情況如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)過程中100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率情況

從圖1可以看出，長城75W-90超長壽命車輛齒輪油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率比較平穩(wěn)，無較大波動(dòng)，行駛60萬km時(shí)油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率為-6.69%，仍在換油指標(biāo)黏度變化率指標(biāo)范圍內(nèi)，表明試驗(yàn)油品仍能夠保持齒輪嚙合處的油膜厚度，在長距離行駛中也能對(duì)車橋起到良好的潤滑作用。

鐵、銅元素含量

元素含量的測定可以考察油品中金屬含量的高低。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的主要磨損部件為齒輪摩擦副和軸承，車橋中齒輪軸承的材料主要為合金鋼或特種軸承鋼，一些抗磨損零件，如墊片、襯套等常采用鑄造銅合金材料[11]，其主要的化學(xué)成分是鐵、銅元素，考慮到銅與齒輪油相互腐蝕的作用，油品的抗磨損性能和機(jī)件的磨損情況常以鐵、銅元素的磨損分析為主，鐵、銅元素含量越低，磨損越小，越能反映出齒輪油提供了有效的潤滑保護(hù)。對(duì)試驗(yàn)過程中不同里程取的油樣進(jìn)行了鐵、銅含量的檢測，其變化情況如圖2、圖3所示。

圖2 試驗(yàn)過程中鐵元素含量變化情況

圖3 試驗(yàn)過程中銅元素含量變化情況

從圖2和圖3可以看出，試驗(yàn)油品應(yīng)用過程中行駛至60萬km時(shí)鐵元素含量僅為95 mg/kg，遠(yuǎn)小于換油指標(biāo)的2 000 mg/kg，銅元素含量低，行駛至60萬km時(shí)銅元素含量僅為2 mg/kg，遠(yuǎn)小于換油指標(biāo)的100 mg/kg。由此說明車橋設(shè)備齒輪和軸承部件的磨損較小，長城75W-90超長壽命車輛齒輪油對(duì)齒輪仍具有較好的保護(hù)能力。

酸值

酸值是中和油品中酸性物質(zhì)所需的堿的量，反映油品中所含酸的總量，是油品變質(zhì)的主要指標(biāo)。酸值的變化客觀反映了齒輪油配方中基礎(chǔ)油的氧化衰變和有關(guān)添加劑的消耗降解。對(duì)試驗(yàn)過程中不同里程取的油樣進(jìn)行酸值的檢測，油品酸值變化情況如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)過程中酸值變化情況

從圖4可以看出，應(yīng)用過程中試驗(yàn)車在試驗(yàn)里程內(nèi)油品酸值的變化值均在±1 mgKOH/g范圍內(nèi)，未超過換油的技術(shù)指標(biāo)限值，且變化幅度較小，表明長城75W-90超長壽命車輛齒輪油并未發(fā)生明顯劣化。

正戊烷不溶物

正戊烷不溶物是油品氧化、添加劑分解、齒輪磨損的金屬粉末、灰塵和積碳的總和，主要反映油品的氧化變質(zhì)添加劑消耗程度，可以用來評(píng)價(jià)在用潤滑油污染程度及衰敗變質(zhì)情況。在用油正戊烷不溶物含量達(dá)到一定值后，導(dǎo)致油品黏度增大、流動(dòng)性變差，油品中不溶物聚集成團(tuán)，潤滑不良。對(duì)試驗(yàn)過程中不同里程取的油樣進(jìn)行正戊烷不溶物含量的檢測，其變化情況如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)過程中正戊烷不溶物變化情況

從圖5可以看出，經(jīng)過60萬km的行車試驗(yàn)，正戊烷不溶物含量均在0.2%以下，在1%的換油指標(biāo)范圍內(nèi)。結(jié)合酸值變化情況，表明長城75W-90超長壽命車輛齒輪油未發(fā)生明顯質(zhì)變，抗氧化性能優(yōu)異。

水分

水分指油品中的含水量，車輛齒輪油在使用過程中，車輛齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可能會(huì)通過油箱呼吸孔吸入水汽，給油品帶來污染，油中水分會(huì)導(dǎo)致油品乳化變質(zhì)并造成部件表面銹蝕、腐蝕[12～13]。對(duì)試驗(yàn)過程中不同里程取的油樣進(jìn)行水分含量的檢測，其變化情況如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)過程中水分變化情況

從圖6可以看出，行車試驗(yàn)過程中水分含量最高為0.10%，在0.5%的換油指標(biāo)范圍內(nèi)，說明車橋密封狀態(tài)良好，未發(fā)生異常進(jìn)水，車橋潤滑可靠。

結(jié)論

采用中國石化長城超長壽命車輛齒輪油在某國際知名車橋企業(yè)M商用牽引車的驅(qū)動(dòng)橋上開展了30個(gè)月、60萬km的實(shí)際行車試驗(yàn)，實(shí)車驗(yàn)證了長城75W-90超長壽命車輛齒輪油在商用車驅(qū)動(dòng)橋上優(yōu)異的剪切穩(wěn)定性、抗磨損性能、氧化穩(wěn)定性等性能，油品能夠?yàn)檐嚇蛱峁┝己玫臐櫥Ｗo(hù)，滿足商用車驅(qū)動(dòng)橋60萬km超長換油周期的潤滑要求。隨著商用車換油期需求不斷增加，建議加強(qiáng)超長壽命車輛齒輪油的推廣和應(yīng)用，以減少換油成本，提升商用車運(yùn)行效率，為客戶增加效益。