基于超低溫環境的齒輪箱潤滑油性能分析與研究

吳成攀+高揚+段辰宸

摘 要：本文以超低溫高速齒輪箱為試驗對象，基于超低溫試驗方法和試驗模式，測試了不同品牌潤滑油潤滑下的齒輪箱軸承溫度和溫升速率，通過擬合溫度數據曲線，對比分析潤滑油黏溫特性和低溫性能指標，綜合評估超低溫齒輪箱潤滑油性能并得出結論：相同粘度等級下擁有較低運動粘度、較大粘度指數的潤滑油能夠為齒輪箱在超低溫高速運用環境下提供更好的潤滑條件。

關鍵詞：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CRH高速動車組能夠在高溫（+40℃）、高寒（-40℃）地區滿足300km/h持續、穩定運營需求。

本文針對-45℃超低溫運用工況，通過分析齒輪箱低溫試驗數據，對比潤滑油本身黏溫特性，綜合評估超低溫工況下齒輪箱潤滑油性能。

2 潤滑油低溫性能試驗方法

以某時速360公里超低溫齒輪箱為研究對象，使用低溫環境箱開展-45℃環境下的潤滑油低溫性能測試。

試驗方法：通過測試低溫工況下的軸承和潤滑油的溫升速率和溫升大小評估產品低溫潤滑的可靠性；低溫工況下，潤滑油較快的溫升速率能夠保證齒輪箱潤滑油較快的升溫，溫度升高后提高潤滑油的流動性，提升潤滑油的潤滑可靠性。

試驗對象：某超低溫齒輪箱；

試驗潤滑油：某B/某F/某K潤滑油；

試驗模式：在齒輪箱油位下線時，按照規定加速度將轉速升至齒輪箱的最高運營轉速，正反轉各運轉一次。

3 潤滑油低溫試驗數據分析

齒輪箱低溫試驗過程，監控軸承、潤滑油和環境箱的溫度及溫升速率。數據中RT代表環境溫度，GW代表輸出軸車輪側溫度，GM代表輸出軸電機側溫度，PW代表輸入軸車輪側溫度，PM代表輸入軸電機側溫度，OIL代表潤滑油溫度。例如某F品牌潤滑油-45℃低溫反轉測試的監控溫度曲線和溫升速率曲線如下圖所示。

試驗過程對某B/某F/某K潤滑油分別開展了-45℃低溫啟動試驗測試，下表為不同潤滑油低溫測試的溫升和溫升速率數據對比。

分析試驗數據，3種潤滑油在-45℃工況下均能夠實現對齒輪箱的潤滑，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值相當，F油相對B油和K油溫升速率和最終溫度偏低。

4 潤滑油性能對比分析

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

下表是本測試中三個齒輪箱潤滑油的物化參數對比。

本測試中三種潤滑油都是滿足API GL-5規格、粘度級別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油指標略低。盡管都屬于75W-90級別的車輛齒輪油，B和K油的運動粘度要較之F油更低，但兩者的粘度指數VI卻比F油更高。這會給B和K油帶來更好的高低溫性能。

運動粘度是反映潤滑油流動性的重要指標，運動粘度越低，油液流動越快。相對更低的運動粘度，可以在保證足夠油膜厚度的同時，潤滑油更易流動，有利于高溫下的散熱和低溫下油膜的快速形成。

粘度指數是反映潤滑油的運動粘度隨著溫度變化而變化的程度。粘度指數越高，油液的運動粘度隨溫度變化而變化就越小。相對更高的粘度指數，可以讓潤滑油的運動粘度更穩定，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。

表5比較了在不同溫度下，三種齒輪油的運動粘度變化比較。結果發現，當溫度下降時，三種油的運動粘度均在顯著下降，表明流動性開始變差。但是三者的下降速率有明顯不同，尤其在低溫區間（-10～-40°C）內。油B和油K的運動粘度下降速率較小且接近，當溫度降至-40°C時，仍然保持較好流動性。油F的運動粘度下降速率很大，到-40°C時已經無法計算其運動粘度。

5 結論

通過對齒輪箱低溫試驗的溫升分析，結合潤滑油的粘度指數綜合評估：低溫工況下更好地流動性能夠為齒輪箱低溫啟動帶來有利影響，潤滑油的快速升溫，提升了齒輪箱的低溫工況下的潤滑可靠性；試驗過程中選擇的某B和某K潤滑油，在粘度指數上有著相似的性能參數，與試驗結果相一致；相對某F潤滑油，能夠為齒輪箱低溫工況的運用提供了更好地潤滑效果。

對比潤滑油的粘度指數和齒輪箱溫升情況，超低溫工況下齒輪箱潤滑油的選擇更傾向于相同粘度等級下更低運動粘度、更大粘度指數的低溫潤滑油。例如本項目測試產品優先推薦某B和某K品牌潤滑油。

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