中國石化長城超長壽命商用車齒輪油行車試驗研究

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，由于國家經濟結構的調整，物流行業發展迅猛；物流牽引車、危險品運輸車等重型卡車比重在逐年攀升，同時客戶更關心舒適性、可靠性、低維護成本和更長的保養周期，減少進站換油次數，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展[2]。車輛齒輪油換油周期的延長有如下優點[3～4]：

◇降低維護成本、提升OEM（原始設備制造商）的產品競爭力，有助于提升銷量；

◇節約維修費用，省去換油帶來的麻煩，提升用戶體驗感；

◇減少產生廢棄潤滑油，降低對環境的影響，同時減少用于處理廢棄潤滑油的能耗，更加環保。

長壽命車輛齒輪油產品普遍可支持20萬～30萬km換油，目前部分OEM和整車廠提出對50萬km以上的超長換油期的車輛齒輪油的需求[5]。針對市場對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品的基礎上進一步開發出具有更好的氧化安定性、密封適應性和抗磨耐久性的超長壽命車輛齒輪油，以應對各種苛刻工況條件，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。

長城75W-90超長壽命車輛齒輪油具有優異的剪切穩定性和極壓耐磨保護性，高氧化穩定性和優異的低溫性能，具有超長換油期?；诖?，中國石化長城潤滑油聯合某國際知名車橋企業M對工況為標載行駛于高速公路和國道的商用牽引車開展了為期30個月、60萬km的實際道路行車試驗，以考察長城75W-90超長壽命車輛齒輪油產品在商用車驅動橋上的實際使用性能。

試驗部分

試驗油品

本次試驗油品為長城75W-90超長壽命車輛齒輪油，其典型理化數據見表1。

表1 長城75W-90超長壽命車輛齒輪油典型理化數據

試驗車輛

試驗車輛為某國際知名車橋企業M的1臺商用牽引車，試驗車輛工況為標載行駛于高速公路和國道，試驗行駛里程為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車出廠時即裝填，加注完試驗油后，車輛行車10 km ± 1 km，進行0 km油樣的采集，將第一次抽取的油樣作為0 km的油樣，之后根據客戶要求，結合實際用車情況，分別在20萬km、32萬km、45萬km、60萬km時采集油樣進行行車驗證，且每次油樣采集均補加采集量同等新油后繼續進行后續行車試驗。

油樣監測和換油指標

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

為監測長城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《重負荷車輛齒輪油（GL-5）換油指標》，對能夠表征油品性能變化的關鍵指標100 ℃運動黏度、酸值、正戊烷不溶物、水分和鐵、銅元素含量進行分析[8]，換油指標見表2。

表2 GB/T 30034 重負荷車輛齒輪油（GL-5）換油指標

結果與討論

運動黏度

運動黏度是液體在重力作用下流動時內摩擦力的量度，是衡量潤滑油品油膜強度、流動性的重要指標。在用油運動黏度的變化反映油品發生深度氧化、聚合、輕組分揮發生成油泥以及機械剪切的綜合結果。運動黏度的過快增長標志著油品過度氧化衰變，添加劑逐步失效，運動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，機件磨損加大，齒輪膠合。車輛驅動橋在持續使用的過程中，由于齒輪、軸承等產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物，導致油品的黏度變化[9～10]，油品100 ℃運動黏度變化率情況如圖1所示。

圖1 試驗過程中100 ℃運動黏度變化率情況

從圖1可以看出，長城75W-90超長壽命車輛齒輪油的100 ℃運動黏度變化率比較平穩，無較大波動，行駛60萬km時油的100 ℃運動黏度變化率為-6.69%，仍在換油指標黏度變化率指標范圍內，表明試驗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。齒輪傳動系統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。對試驗過程中不同里程取的油樣進行了鐵、銅含量的檢測，其變化情況如圖2、圖3所示。

圖2 試驗過程中鐵元素含量變化情況

圖3 試驗過程中銅元素含量變化情況

從圖2和圖3可以看出，試驗油品應用過程中行駛至60萬km時鐵元素含量僅為95 mg/kg，遠小于換油指標的2 000 mg/kg，銅元素含量低，行駛至60萬km時銅元素含量僅為2 mg/kg，遠小于換油指標的100 mg/kg。由此說明車橋設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齒輪仍具有較好的保護能力。

酸值

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

圖4 試驗過程中酸值變化情況

從圖4可以看出，應用過程中試驗車在試驗里程內油品酸值的變化值均在±1 mgKOH/g范圍內，未超過換油的技術指標限值，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添加劑消耗程度，可以用來評價在用潤滑油污染程度及衰敗變質情況。在用油正戊烷不溶物含量達到一定值后，導致油品黏度增大、流動性變差，油品中不溶物聚集成團，潤滑不良。對試驗過程中不同里程取的油樣進行正戊烷不溶物含量的檢測，其變化情況如圖5所示。

圖5 試驗過程中正戊烷不溶物變化情況

從圖5可以看出，經過60萬km的行車試驗，正戊烷不溶物含量均在0.2%以下，在1%的換油指標范圍內。結合酸值變化情況，表明長城75W-90超長壽命車輛齒輪油未發生明顯質變，抗氧化性能優異。

水分

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

圖6 試驗過程中水分變化情況

從圖6可以看出，行車試驗過程中水分含量最高為0.10%，在0.5%的換油指標范圍內，說明車橋密封狀態良好，未發生異常進水，車橋潤滑可靠。

結論

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M商用牽引車的驅動橋上開展了30個月、60萬km的實際行車試驗，實車驗證了長城75W-90超長壽命車輛齒輪油在商用車驅動橋上優異的剪切穩定性、抗磨損性能、氧化穩定性等性能，油品能夠為車橋提供良好的潤滑保護，滿足商用車驅動橋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，建議加強超長壽命車輛齒輪油的推廣和應用，以減少換油成本，提升商用車運行效率，為客戶增加效益。