動(dòng)車組齒輪箱潤滑油黏度計(jì)算方法研究

李 楓 劉志遠(yuǎn) 金思勤 吳成攀

（中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，常州 213011）

隨著高速列車車速的不斷提高，高速動(dòng)車組齒輪箱的運(yùn)行溫度不斷提高。齒輪箱的運(yùn)行溫度對潤滑油的特性具有重要的影響。溫度過高，潤滑油的黏度值下降，不能夠形成足夠的油膜，從而加劇軸承與齒輪的摩擦磨損，影響齒輪和軸承的壽命。同時(shí)，溫度過高也影響潤滑油中添加劑的化學(xué)特性，影響潤滑油的潤滑效果。

我國高速列車齒輪箱使用的潤滑油多為車輛齒輪油，只有少部分機(jī)車齒輪箱按供應(yīng)商推薦使用工業(yè)齒輪油。相對于汽車齒輪箱，高速列車齒輪箱具有高速、高扭矩、沖擊負(fù)荷大、運(yùn)行時(shí)間長、運(yùn)行環(huán)境溫度變化大等特點(diǎn)。為了適應(yīng)高速列車的工作環(huán)境和使用要求，高速齒輪箱用油不僅要具備一般傳動(dòng)齒輪潤滑油的性能，還應(yīng)具備以下特點(diǎn)：充分的極壓性能，油膜具有高承壓能力；為了滿足外部運(yùn)行環(huán)境的要求，應(yīng)具備良好的低溫啟動(dòng)性能；適應(yīng)飛濺潤滑和高溫的特點(diǎn)，應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性。

由于我國地域廣闊、四季分明、南北溫差也較大，我國高速鐵路對于油品的高溫黏附性和低溫流動(dòng)性也有著較為明確的要求。我國高速鐵路運(yùn)行的外界溫度大致在-40～40℃，高鐵齒輪箱的工作環(huán)境決定了齒輪油應(yīng)采用多級(jí)油品，而高鐵齒輪箱目前使用的油品黏度等級(jí)主要為75W-80和75W-90的雙級(jí)齒輪油。需要指出的是，在保證油品高低溫流動(dòng)性的同時(shí)，如何更好地保證設(shè)備潤滑時(shí)的油膜厚度，減少邊界潤滑，避免出現(xiàn)干摩擦是一個(gè)重要的關(guān)鍵點(diǎn)。

本文從理論上研究潤滑油黏度與溫度間的關(guān)系，并對高鐵齒輪箱常用的幾種油品黏度進(jìn)行了測試，將理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果進(jìn)行了對比。

1 理論模型

1.1 指數(shù)關(guān)系式

潤滑油黏度與溫度有關(guān)，隨著溫度變化，潤滑油黏度會(huì)出現(xiàn)較大變化。現(xiàn)有潤滑分析中大量使用的是各種形式的經(jīng)驗(yàn)公式，式（1）是常用的一個(gè)指數(shù)關(guān)系式[1]。

式中，η0為環(huán)境黏度；α為黏壓系數(shù)；β為黏溫系數(shù)。

假設(shè)壓強(qiáng)不變，則α=0，β的取值范圍為0.030～0.061，本文近似取0.030。

1.2 AGMA方法

AGMA 925 A03中也給出了黏溫關(guān)系表達(dá)式，計(jì)算公式為：

式中，T為絕對溫度，K；γ為油品運(yùn)動(dòng)黏度，mm2/s；A、B為常數(shù)；γ40、γ100為油品40℃和100℃的運(yùn)動(dòng)黏度，mm2/s。

2 結(jié)果分析

2.1 兩種理論計(jì)算方法對比

由圖1可以看出，潤滑油黏度對溫度變化非常敏感，隨著溫度的升高，潤滑油黏度下降明顯。同時(shí)可以看出，比較兩種黏溫關(guān)系理論計(jì)算方法，在40～100℃范圍內(nèi)，AGMA方法計(jì)算值比指數(shù)表達(dá)式計(jì)算值略低。

圖1 昆侖75W-80潤滑油理論黏溫特性曲線對比

2.2 黏度理論值與實(shí)際值對比

由圖2可以看出，對于昆侖75W-80潤滑油，指數(shù)表達(dá)式在低溫時(shí)，黏度與實(shí)際值具有較大偏差，而AGMA 925方法理論計(jì)算值與實(shí)際測量值能夠較好地吻合。

由圖3可以看出，對于Mobillube 1 SHC 75W-90潤滑油，AMGA理論計(jì)算方法與實(shí)際測量值間具有較好的吻合度。

由圖4可以看出，JRK65潤滑油使用AGMA方法黏度理論計(jì)算值在20～100℃內(nèi)具有較好的吻合度，在-40～20℃內(nèi)理論計(jì)算值略高。

由圖5可以看出，不同的潤滑油型號(hào)理論黏度與實(shí)際測量黏度間的偏差不同，對于Mobillube 1 SHC 75W-90潤滑油，不同溫度下理論黏度與實(shí)際測量黏度間的最大偏差為8.65%，實(shí)際研究中可以通過理論計(jì)算公式計(jì)算潤滑油的黏度。

圖2 昆侖75W-80潤滑油理論計(jì)算黏度與實(shí)際測量值對比

圖3 Mobillube 1 SHC 75W-90潤滑油理論計(jì)算黏度與實(shí)際測量值對比

圖4 JRK65潤滑油理論計(jì)算黏度與實(shí)際測量值對比

由于AGMA方法采用的是40℃與100℃下潤滑油的黏度去計(jì)算其他溫度下潤滑油的黏度值，因此在40～100℃范圍內(nèi)，理論計(jì)算黏度與實(shí)際測量值具有較好的吻合度，誤差最大值為1%。這表明在研究中，當(dāng)潤滑油溫度在40～100℃范圍內(nèi)時(shí)，AGMA方法計(jì)算得出的潤滑油黏度完全可以滿足計(jì)算需求。

圖5 不同潤滑油理論黏度與實(shí)際測量值偏差對比

3 結(jié)論

使用AGMA方法計(jì)算潤滑油的黏度時(shí)，不同潤滑油理論計(jì)算黏度與實(shí)際測量黏度間的偏差不同，Mobillube 1 SHC 75W-90潤滑油理論計(jì)算黏度與實(shí)際測量黏度吻合度較好。不同溫度范圍內(nèi)，AGMA方法理論計(jì)算黏度與實(shí)際測量黏度偏差不同，在40～100℃范圍內(nèi)不同潤滑油理論黏度值與實(shí)際黏度值均具有較好的吻合度，誤差最大值為1%。當(dāng)潤滑油溫度在40～100℃范圍內(nèi)時(shí)，使用AGMA方法計(jì)算潤滑油的黏度完全能夠滿足研究運(yùn)用需求。