中國石化長城VS 7590城軌齒輪箱專用油在地鐵列車上的國產(chǎn)化應(yīng)用研究

湯萬東 李征 李萬成 周少鵬

1 中國石化潤滑油有限公司華東分公司

2 中國石化潤滑油有限公司北京研究院

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程推動軌道交通行業(yè)飛速發(fā)展，自21世紀(jì)初起，地鐵建設(shè)開始駛?cè)搿翱燔嚨馈?。截?023年11月底，中國大陸55個城市開通運營城市軌道交通線路300條，運營里程9 915.6 km，規(guī)模處于世界領(lǐng)先地位，配屬地鐵車輛超11 000列，規(guī)模居世界第一。然而，軌道列車油品領(lǐng)域?qū)I(yè)性強，存在較高的技術(shù)壁壘，準(zhǔn)入門檻高。中國地鐵行業(yè)齒輪箱潤滑油幾乎被國外品牌所壟斷，依賴進口。近兩年，隨著國際形勢的變化，供應(yīng)鏈?zhǔn)芡獠坎淮_定因素的影響，越來越多地鐵公司有油脂國產(chǎn)化的迫切需求，需要去滿足。本文采用長城VS 7590城軌齒輪箱專用油在某城市地鐵列車上進行了實際線路行車試驗，考察油品的實際應(yīng)用性能，為長城VS 7590城軌齒輪箱專用油在該城市地鐵列車上的應(yīng)用提供支持。

地鐵齒輪箱的工況特點

地鐵齒輪箱是地鐵列車動力傳遞的核心部件之一，起減速增扭的作用，齒輪箱一端通過軸承安裝在車軸上，另一端通過吊桿與轉(zhuǎn)向架[1]構(gòu)架連接，齒輪箱的作用是通過聯(lián)軸節(jié)傳遞電動機產(chǎn)生的扭矩并驅(qū)動車輪前進，從而傳遞地鐵車輛的牽引力[2]。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 地鐵列車轉(zhuǎn)向架

齒輪箱在車輛運行過程中典型的工況特點為頻繁啟停，加速和減速時間短、速度快，沖擊載荷大。齒輪箱潤滑主要采用內(nèi)部油液飛濺的方式，輸出大齒輪旋轉(zhuǎn)時將潤滑油攪起并飛濺至箱體壁和齒輪嚙合處，箱體內(nèi)壁設(shè)置的擋油板和集油槽起到導(dǎo)油和集油的作用。潤滑油通過箱體油道流至潤滑點對軸承進行潤滑[2]。按目前修制，日常只做目視檢測，齒輪箱的拆箱檢查只有在集中的大修期才會進行，因此，齒輪、軸承必須具有高可靠性。良好的潤滑能減少部件的磨損，延長齒輪箱及油品使用壽命，更是車輛可靠性和穩(wěn)定性的必要保障。

地鐵列車轉(zhuǎn)向架是車輛最重要的系統(tǒng)之一，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響到運營安全，其中轉(zhuǎn)向架核心部件齒輪箱的潤滑直接影響車輛性能。本文通過在某城市地鐵公司S號線開展地鐵列車轉(zhuǎn)向架齒輪箱潤滑油的行車試驗，跟蹤油品使用情況，驗證長城VS 7590城軌齒輪箱專用油的適應(yīng)性和國產(chǎn)化替代可行性。研究結(jié)果表明，長城VS 7590城軌齒輪箱專用油能夠滿足地鐵車輛安全運行要求，可以為地鐵列車齒輪箱油的國產(chǎn)化替代應(yīng)用提供參考。

供圖/湯萬東

針對軌道交通轉(zhuǎn)向架齒輪箱應(yīng)用工況，中國石化潤滑油公司開發(fā)了長城VS 7590城軌齒輪箱專用油，以合成油為基礎(chǔ)油、配伍多種先進添加劑優(yōu)化調(diào)和而成，特別適用于要求齒輪潤滑油具有較高黏度指數(shù)、良好的高低溫性能、出色的負(fù)荷承載能力或者需要承受極端壓力和沖擊負(fù)荷的軌道交通齒輪傳動系統(tǒng)。該城軌齒輪箱專用潤滑油打破了國外品牌在某城市軌道交通領(lǐng)域的壟斷地位，在完成相關(guān)齒輪箱生產(chǎn)廠家臺架試驗基礎(chǔ)上，已在國內(nèi)部分城市地鐵已開展全線配套應(yīng)用。

油品驗證方案

該地鐵公司S號線配屬車輛為6節(jié)編組A型列車，“四動兩拖”編組，每列共16個齒輪箱。齒輪箱采用的是某頭部軌交齒輪箱廠家生產(chǎn)的平行軸式齒輪箱，要求齒輪箱油黏度級別為75W-90。根據(jù)齒輪箱的維護手冊及該地鐵公司經(jīng)驗，修程包轉(zhuǎn)向架齒輪箱油更換周期確定為1年/13萬km，在規(guī)定維護周期更換齒輪箱油時，通過觀察排出的齒輪箱油狀態(tài)，觀察油質(zhì)是否有發(fā)黑、乳化、雜質(zhì)等現(xiàn)象。

地鐵齒輪箱油品標(biāo)準(zhǔn)

目前，地鐵齒輪箱潤滑油的選用在國內(nèi)外均沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，油品的選擇主要依據(jù)齒輪箱制造商的油品推薦或借鑒同行用油經(jīng)驗[2～3]?？紤]高速沖擊負(fù)荷、高速低扭矩和低速高扭矩工況，各廠商基本參照GL-5重負(fù)荷車輛齒輪油中75W-90黏度級別選擇油品。同樣，地鐵齒輪箱潤滑油也沒有統(tǒng)一的換油標(biāo)準(zhǔn)，換油周期主要依靠運維經(jīng)驗，多數(shù)為1年或12～18萬km左右。近年來，為降低運維成本，部分地鐵公司正在探究延長油品使用壽命。

車輛選擇及油品對比驗證方案

某地鐵公司線網(wǎng)、車輛規(guī)模位居行業(yè)前列，每天承擔(dān)近千萬人次出行重任，對地鐵車輛的安全性、可靠性要求極高。為驗證長城VS 7590城軌齒輪箱專用油的性能，在前期完成與該地鐵公司在用國外品牌75W-90油品混溶性的基礎(chǔ)上，進一步開展實際線路行車驗證，以確保油品的適應(yīng)性和替代可行性。

行車試驗過程中油品水分含量、硅元素含量的分析數(shù)據(jù)分別如圖4、圖5所示。

行車試驗評價指標(biāo)

由于軌交齒輪油目前沒有統(tǒng)一國家或行業(yè)換油標(biāo)準(zhǔn)，因此借鑒GB/T 30034《重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）換油指標(biāo)》及雙方經(jīng)驗，制定了行車試驗評價及換油指標(biāo)，詳見表1。

(1) 根據(jù)理論，|ΔB1|和|ΔB2|與轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧的狀態(tài)有關(guān)，其值可分別通過在前后轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧處加設(shè)墊片來改變，與高度調(diào)整閥調(diào)節(jié)無關(guān)。而在車輛實際稱重中，只調(diào)節(jié)高度調(diào)整閥時，兩個參數(shù)都有一定的變化，這是由于測量數(shù)據(jù)時車體并未穩(wěn)定以及稱重臺測量誤差引起的，其改變的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在軸箱彈簧處加設(shè)墊片引起的變化值。

表1 行車試驗評價及換油指標(biāo)

新油對比

裝車試驗前，取新油進行理化性能對比，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2 長城VS 7590城軌齒輪箱專用油與該地鐵在用國外品牌75W-90的新油對比

從表2可以看出，長城VS 7590城軌齒輪箱專用油，與該地鐵公司在用國外品牌75W-90油品性能基本相當(dāng)，低溫性能更優(yōu)。

行車試驗結(jié)果及分析

行車試驗數(shù)據(jù)

通過為期14.5萬km/1年行車跟蹤及取樣，油品外觀顏色變化正常，其他檢測項目分析數(shù)據(jù)見表3。

表3 跟蹤檢測主要數(shù)據(jù)匯總表

行車試驗數(shù)據(jù)分析

油品理化性能衰變

補償范圍：僅對煤電機組進行枯水期備用補償，是一種歧視性的補償政策，因為云南在枯水期80%以上的電力來源于水電機組，對于同樣提供枯水期備用的有調(diào)節(jié)能力的機組來說并不公平。從市場的長期公平角度來說，應(yīng)逐步取消對不同類型機組的政策性補償，而是按照服務(wù)類型對提供枯水期備用服務(wù)的所有運行機組進行公平的補償。

經(jīng)查閱相關(guān)資料[4～6]，并結(jié)合實際經(jīng)驗，從油品理化性能、污染情況和齒輪箱磨損等3個方面評估齒輪箱油實際使用適用性。

3)第3順序位為進口套泊作業(yè)的集裝箱船舶。將套泊作業(yè)船舶安排在最后進港，其他船舶則無需等待作業(yè)時間較長的套泊作業(yè)完成，有助于縮短進港平均等待時間。

齒輪箱油在使用過程中，由于受到大小齒輪不斷嚙合、摩擦剪切、高溫氧化、污染等影響，導(dǎo)致齒輪箱油的性能會隨之變化，使用壽命也會隨之縮短。齒輪箱油理化性能衰變評估的主要指標(biāo)為運動黏度、戊烷不溶物。

從圖3可以看出，各齒輪油不溶物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于警戒值，表明油品抗氧化性能好；油品中磨損產(chǎn)生的顆粒及外來有害粒子極少；長城VS 7590城軌齒輪箱專用油和在用國外品牌75W-90油品的此項性能相當(dāng)。

行車試驗過程中油品100 ℃運動黏度的變化，結(jié)合表1評價及換油指標(biāo)范圍，根據(jù)首次取樣初始數(shù)據(jù)計算出警戒值和上下限值，其中實線為長城VS 7590城軌齒輪箱專用油限值，虛線為該地鐵公司在用國外品牌75W-90限值，如圖2所示。

圖2 油樣100 ℃運動黏度分析

從圖2可以看出，行車全程中油品黏度變化較小，表現(xiàn)出較好的黏度保持能力和穩(wěn)定性，保證齒輪摩擦副間形成足夠的油膜厚度；油品具有較好的抗氧化能力和抗剪切能力；長城VS 7590城軌齒輪箱專用油和在用國外品牌75W-90油品的黏度保持性能相當(dāng)；各行車油的黏度變化遠(yuǎn)低于警戒值或換油指標(biāo)。

行車試驗過程中油品正戊烷不溶物的具體數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 油樣中正戊烷不溶物分析

在進行治療之前,觀察組患者的平均上肢功能障礙是(60 19.89±5.80)分,下肢功能障礙是(10.90±2.12)分,對照組的兩項指標(biāo)分別是(60 20.12±5.45)分,(10.78±2.01)分;經(jīng)過治療,觀察組的兩項指標(biāo)為(39.09±5.67)分,(27.89±2.12)分,對照組是(29.09±4.56)分,(19.90±2.09)分。兩組在治療前后的上下肢功能評分存在統(tǒng)計學(xué)差異性,觀察組優(yōu)于對照組,(P<0.05)。

韋伯以上論述清楚地表明：猶太民族及其宗教并非遺世獨立，與世隔絕。無論是自身習(xí)慣，還是外在交往，巫術(shù)傳統(tǒng)都清晰可見，“連續(xù)性”的法則在此處依舊有效；猶太教的理性不是先天的，也不是一蹴而就的；這也可以做如是理解，即猶太教與巫術(shù)的決裂并不是一刀切的。

齒輪箱受空氣中的水分和粉塵入侵，水分會加速油品乳化變質(zhì)，而粉塵等固體顆粒則會引起磨粒磨損。污染情況評估主要指標(biāo)為水分及硅元素。

污染情況

選取6臺車軸齒輪箱進行跟蹤試驗，編號分別為 A、B、C、D、E、F，其中F軸齒輪箱為在用國外品牌75W-90油品進行對比考察。為保證試驗結(jié)果準(zhǔn)確性，按照“同車分軸”原則進行對比，保證運行工況、運行里程一致。試驗前齒輪箱放出全部舊油后經(jīng)新油2次沖洗后再裝填規(guī)定量的油品，裝填完畢后立即采樣，作為初始油樣。每個季度/3.5萬km進行取樣，每次取樣150 mL，送第三方實驗室檢測分析，為保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，取樣后不補加新油。跟蹤檢測可以驗證油品本身化學(xué)性質(zhì)、潤滑性能保持的穩(wěn)定性，反映出齒輪箱內(nèi)齒輪、軸承等摩擦副的磨損情況，齒輪箱的密封情況等。

圖4 油樣水分含量分析

圖5 油樣硅元素含量分析

從圖4可以看出，各油樣水分含量相對較小，在警戒范圍內(nèi)。抗泡劑中含有硅元素，其變化用于參考評估齒輪箱受污染的狀態(tài)，從圖5可以看出，硅元素含量變化相對較小，證明齒輪箱密封良好，油品受外來污染極小。

齒輪箱磨損情況評估

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn) ①宮內(nèi)感染患兒；②吸入性肺炎、濕肺；③先天性畸形；④先天性心肝病；⑤染色體異常。

通過上述各實驗波形及帶載對比實驗基本可以得到以下幾點:首先,實驗平臺可以保證系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運行。其次,從各組對比實驗及波形可知,系統(tǒng)可以實現(xiàn)50 Hz市電變換成20 kHz高頻高壓交流電,最后從介質(zhì)阻擋放電管的帶載對比實驗可以看出系統(tǒng)的帶載能力滿足要求,在變換負(fù)載電極參數(shù)時系統(tǒng)比較穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)震蕩或者過流過壓等故障情況。因此,所搭建的實驗平臺基本滿足設(shè)計要求。

隨著使用時間的增加，齒輪箱部件不可避免地存在磨損。隨著磨損量的增加，油中的金屬磨損顆粒增多，一方面會加速齒輪、軸承的磨損，另一方面會加速油品的氧化。地鐵車輛齒輪箱摩擦副主要材質(zhì)為鐵，以及少量銅及微量鉻、鎳等元素，齒輪箱磨損情況評估的主要指標(biāo)為鐵元素和銅元素，其中鐵元素主要來自齒輪、軸承等部件，銅元素主要來源于軸承保持架。

行車試驗過程中油品鐵、銅元素含量的分析數(shù)據(jù)分別如圖6、圖7所示。

圖6 油樣鐵元素含量分析

圖7 油樣銅元素含量分析

從圖6、圖7可以看出，各油樣鐵元素、銅元素含量遠(yuǎn)小于警戒值及換油值，表明齒輪箱各摩擦副未發(fā)生異常磨損，油品對部件有較好潤滑保護；長城VS 7590城軌齒輪箱專用油和在用國外品牌75W-90油品的抗磨性能相當(dāng)。

2) 儲罐泡沫噴射口設(shè)置在罐壁頂部，在2個泡沫噴射口的中間區(qū)域存在一定范圍的噴射盲區(qū)，泡沫不能全部覆蓋火災(zāi)區(qū)域，內(nèi)浮頂儲罐固定滅火系統(tǒng)覆蓋范圍盲區(qū)如圖1所示，其中V-1是泡沫噴射的中間盲區(qū)，V-2是泡沫噴射邊緣盲區(qū)。發(fā)生火災(zāi)區(qū)域的熱氣流上升，冷空氣從浮船上部位置下降，泡沫散射降落過程中部分泡沫液被卷吸、漂散至罐外；由于受到火焰的高溫作用，大量泡沫液到達油面之前已破裂、分解甚至氣化蒸發(fā)，泡沫液損失嚴(yán)重，很難噴射到火源根部，達不到隔離空氣的目的。調(diào)研日本的儲罐滅火試驗結(jié)果，泡沫滅火系統(tǒng)中損耗的泡沫液量占61%，蒸發(fā)的泡沫液量占9%，落在油品液面發(fā)揮滅火功能的泡沫僅占30%[8]。

結(jié)論

通過為期14.5萬km/1年行車試驗的跟蹤分析，油品分析報告顯示，長城VS 7590城軌齒輪箱專用油外觀、黏度、戊烷不溶物、鐵、銅含量等指標(biāo)變化均在合理范圍，油品的各項性能穩(wěn)定，說明齒輪箱各部位潤滑狀態(tài)良好。水分、硅含量變化合理，說明齒輪箱密封狀態(tài)良好。長城VS 7590城軌齒輪箱專用油可以滿足地鐵公司列車齒輪箱安全運行要求，可替代其在用國外品牌油品批量配套裝車推廣應(yīng)用。