動(dòng)車(chē)組齒輪箱國(guó)產(chǎn)化潤(rùn)滑油的試驗(yàn)研究

馬玉強(qiáng) 陳 琪 林新海 李 楓

(中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

動(dòng)車(chē)組齒輪箱潤(rùn)滑油是齒輪箱的匹配產(chǎn)品，起著潤(rùn)滑保護(hù)軸承及齒輪的作用，合理選擇潤(rùn)滑油關(guān)乎齒輪箱的使用壽命和行車(chē)安全。然而，我國(guó)動(dòng)車(chē)組齒輪箱用潤(rùn)滑油市場(chǎng)仍主要被日本矯馬(JOMO)、巴斯夫(BASF)和美孚(MOBIL)等國(guó)外公司產(chǎn)品占領(lǐng)，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司面臨著較大的動(dòng)車(chē)組運(yùn)行管理和檢修維護(hù)的成本壓力，同時(shí)為了解決供貨周期問(wèn)題，動(dòng)車(chē)組齒輪箱潤(rùn)滑油國(guó)產(chǎn)化已迫在眉睫。

目前，我國(guó)和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組齒輪箱潤(rùn)滑油主要采用JOMO JRK 65，油品黏度級(jí)別為75W-80，或者采用Mobil Delvac Synthetic Gear Oil 75W-90和Cognis Emgard RW-A 75W-90，油品黏度級(jí)別為75W-90，屬于合成型車(chē)輛齒輪油，油品質(zhì)量等級(jí)均需要滿(mǎn)足API GL-5的要求[1]。

1 主要性能指標(biāo)

國(guó)內(nèi)某品牌潤(rùn)滑油公司按照動(dòng)車(chē)組齒輪箱運(yùn)行工況計(jì)算了油品黏度級(jí)別和承載能力，以GB 13895—92《重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油(GL-5)》和Q/SH PRD155—2008《GL-5重負(fù)荷車(chē)輛齒輪油》為基礎(chǔ)，結(jié)合對(duì)在用油JRK 65性能分析，參考采埃孚公司ZF TE-ML 16F油品的性能要求，開(kāi)發(fā)出了75W-80全合成齒輪油。其性能指標(biāo)如表1所示。測(cè)試結(jié)果表明國(guó)產(chǎn)全合成齒輪油在抗泡性和銅片腐蝕性能方面要優(yōu)于在用油。

表1 國(guó)產(chǎn)全合成齒輪油與JRK 65基本理化性能對(duì)比

2 臺(tái)架試驗(yàn)

在兩種潤(rùn)滑油理化性能指標(biāo)基本相當(dāng)?shù)那闆r下，為了充分驗(yàn)證國(guó)產(chǎn) 75W-80全合成齒輪油的性能，有必要進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。由于潤(rùn)滑油沒(méi)有統(tǒng)一的試驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，可結(jié)合齒輪箱產(chǎn)品性能要求，在同等條件下對(duì)裝有兩種油品的齒輪箱試驗(yàn)結(jié)果，作進(jìn)一步對(duì)比分析[2]。

2.1 試驗(yàn)方案

參照認(rèn)證技術(shù)條件CRCC《TJ/CL277—2013 動(dòng)車(chē)組齒輪箱組成》，為模擬齒輪箱在寒冷環(huán)境、酷暑環(huán)境及常溫環(huán)境下的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，驗(yàn)證齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)性能，分別設(shè)計(jì)了低溫啟動(dòng)試驗(yàn)、高溫特性試驗(yàn)、模擬溫升平衡試驗(yàn)等與潤(rùn)滑油性能相關(guān)性較強(qiáng)的項(xiàng)點(diǎn)，試驗(yàn)?zāi)Ｊ饺绫?所示，其中前兩項(xiàng)試驗(yàn)在空載試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，第3項(xiàng)試驗(yàn)在加載試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。

在臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)主要包括小齒輪軸承(電機(jī)側(cè))軸承外圈(PM)溫度、小齒輪軸承(車(chē)輪側(cè))軸承外圈(PW)溫度、大齒輪軸承(電機(jī)側(cè))軸承外圈(GM)溫度、大齒輪軸承(車(chē)輪側(cè))軸承外圈(GW)溫度、油(Oil)溫、各軸承有無(wú)燒痕等異常。

表2 齒輪箱試驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

2.2 試驗(yàn)前后理化性能分析

將臺(tái)架試驗(yàn)前后的國(guó)產(chǎn)75W-80全合成齒輪油進(jìn)行理化性能分析，對(duì)比數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。

表3 國(guó)產(chǎn)75W-80全合成齒輪油臺(tái)架試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

從表3可以看出，試驗(yàn)前后油品運(yùn)動(dòng)黏度變化不大，僅有微量的提高，黏度指數(shù)也沒(méi)有變化。結(jié)合油品酸值來(lái)看，臺(tái)架試驗(yàn)后油品酸值也略有提高，這表明油品在試驗(yàn)中有略微的氧化或添加劑消耗，但氧化情況并不嚴(yán)重。油品中元素含量主要來(lái)自于添加劑，幾乎沒(méi)有鐵、鋁、鈣等金屬元素。考慮到測(cè)量誤差，試驗(yàn)后油品中添加劑含量保持得也較好?？傮w來(lái)看，國(guó)產(chǎn)75W-80全合成齒輪油油品經(jīng)臺(tái)架測(cè)試后的數(shù)據(jù)變化不大，油品性能保持良好。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)過(guò)程中齒輪箱各部位最高溫度、最大溫升速度對(duì)比如表4所示。試驗(yàn)結(jié)束后檢查磁性油栓，吸附物呈粉末狀，未見(jiàn)片狀或塊狀顆粒，屬于齒輪箱正常磨耗。拆解齒輪箱，檢查齒輪箱零部件狀態(tài)，齒面及軸承狀態(tài)良好。

表4 高溫特性試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果

(1)高溫特性試驗(yàn)

從表4可以看出，國(guó)產(chǎn) 75W-80全合成齒輪油在試驗(yàn)初始溫度(40±2) ℃范圍內(nèi)，350 km/h高速條件下進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，軸承均未見(jiàn)燒損。與JRK 65油品相比，到達(dá)100 ℃的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，最大溫升速度比JRK 65低2 ℃/min以上?？梢?jiàn)該型齒輪油能夠適應(yīng)我國(guó)夏季高溫條件下的應(yīng)用。

(2)低溫啟動(dòng)性能試驗(yàn)

從表5中可以看出，國(guó)產(chǎn)75W-80全合成齒輪油在-25 ℃低溫試驗(yàn)條件下，軸承均未見(jiàn)燒損。與JRK 65油品相比，齒輪箱各處軸承外圈溫度普遍偏低，溫升速度低于15 ℃/min[3]。這表明在我國(guó)冬季溫度較低的地域，采用該型齒輪油能夠保障動(dòng)車(chē)組的順利啟動(dòng)。

(3)溫升平衡試驗(yàn)

模擬運(yùn)行溫升平衡試驗(yàn)是動(dòng)車(chē)組齒輪箱制造商較為關(guān)注的檢驗(yàn)項(xiàng)目。試驗(yàn)中要求軸承外圈熱平衡溫度通常不超過(guò)130 ℃，油溫不超過(guò)120 ℃。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表5 低溫啟動(dòng)試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果

表6 溫升平衡試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果

從表6可以看出，采用國(guó)產(chǎn)75W-80全合成齒輪油進(jìn)行模擬運(yùn)行溫升試驗(yàn)，齒輪箱軸承外圈和油品的溫升速度較低，4 h連續(xù)運(yùn)行后平衡溫度均低于100 ℃，符合試驗(yàn)判定標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)75W-80全合成齒輪油在高速動(dòng)車(chē)組齒輪箱上進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)前后油品性能未發(fā)生較大變化，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中齒輪箱軸承無(wú)燒損，高低溫試驗(yàn)中的溫升表現(xiàn)優(yōu)于JRK 65油品。目前，國(guó)產(chǎn)化潤(rùn)滑油已完成實(shí)車(chē)線路運(yùn)行考核試驗(yàn)，并開(kāi)始小批量運(yùn)用在復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組上，這表明該潤(rùn)滑油能對(duì)齒輪箱部件及軸承提供良好的潤(rùn)滑保護(hù)，滿(mǎn)足高速動(dòng)車(chē)組齒輪箱的使用要求。