楊南 鄭虹 閆瑾 王清國 桃春生 曹廣祥

（1.一汽解放汽車有限公司商用車開發(fā)院，長春 130011；2.中國第一汽車股份有限公司材料與輕量化研究院，長春 130011）

1 前言

近年來，由于電子商務的發(fā)展，物流業(yè)快速增長，干線物流長途牽引車持續(xù)增長。高的實效性要求物流車輛具有更多的工作時間，縮短維修、保養(yǎng)時間。這要求車輛的油品換油周期盡可能的延長，以滿足快節(jié)奏的使用需求。為了加強環(huán)境保護，減少廢棄油脂對環(huán)境造成的影響以及回收過程中的能量消耗，需要延長油品的換油周期。熊春華等首先對我國自行研制的齒輪油進行了較全面的研究[1],于海等對國內外商用車長壽命齒輪油的用油現(xiàn)狀進行了總結[2]，武永亮等對具體重型商用車用油效果進行了拆解分析[3]，國內對油品的研究越發(fā)成熟。隨著潤滑油配方技術的不斷發(fā)展，長換油周期成為了齒輪油重要的發(fā)展方向。OEM（汽車原始設備制造商）為了提高自身產品的競爭力，具有延長潤滑油換油周期的迫切需求。延長商用車齒輪油的換油周期具有重要的意義。

2 試驗部分

2.1 試驗材料及儀器

2.1.1 試驗材料

在臺架及實車試驗過程中采用的為A、B 2 種品牌80W-90/GL-5 重負荷車輛齒輪油。同一試驗車變速箱及驅動橋內統(tǒng)一裝入相同試驗油。油品的分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 試驗齒輪油新油理化性能分析數(shù)據(jù)

2.1.2 試驗儀器、設備及車輛

包含齒輪壽命試驗臺架及相關設備、TSY-1109A 石油產品運動粘度測定儀、BZD-4C 型自動石油產品酸值測定器、Optima 5300 DV 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀、J6P 商用牽引車。變速器及后橋信息見表2。

表2 試驗車變速器及橋總成信息

2.2 試驗方法

2.2.1 齒輪油運動粘度測定試驗

利用TSY-1109A石油產品運動粘度測定儀，依據(jù)GB/T 265—1988《石油產品運動粘度測定法和動力粘度計算法》[4]測定A、B 2種GL-5重負荷車輛齒輪油的新油100 ℃運動粘度。臺架試驗過程中期及試驗結束后測定油樣的100 ℃運動粘度；實際行車試驗中，每隔2×104km抽取油樣測定100 ℃運動粘度。

2.2.2 齒輪油酸值測定試驗

利用BZD-4C 型自動石油產品酸值測定器，依據(jù)GB/T 7304—2014《石油產品和潤滑劑酸值測定法電位滴定法》[5]測定A、B 2種GL-5重負荷車輛齒輪油的新油酸值。臺架試驗過程中期及試驗結束后測定油樣的酸值；實際行車試驗中，每隔2×104km抽取油樣測定酸值。

2.2.3 齒輪油元素含量測定試驗

利用Optima 5300 DV 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，依據(jù)GB/T 17476—1998《使用過的潤滑油中添加劑元素、磨損金屬和污染物以及基礎油中某些元素測定法（電感耦合等離子體發(fā)射光譜法）》[6]測定A、B 2 種GL-5 重負荷車輛齒輪油的新油鐵元素含量。臺架試驗過程中期及試驗結束后測定油樣的鐵元素含量；實際行車試驗中，每隔2×104km 抽取油樣測定鐵元素含量。

2.2.4 齒輪油齒輪壽命臺架試驗

利用齒輪壽命試驗臺進行油品臺架試驗，將試驗變速箱及車橋安裝在試驗臺上進行壽命測試，輸出軸的轉速范圍為700～1 900 r/min，試驗油溫控制范圍為（80±5）℃，變速器擋位覆蓋為7～12擋，進行1 700 h 耐久試驗。試驗用于評定在試驗過程中油品的理化性質變化。在試驗中及試驗結束后測定油品的100 ℃運動粘度、酸值及鐵元素含量。

2.2.5 齒輪油10×104km 換油周期行車試驗

試驗車輛為4 輛解放J6 商用牽引車，全部試驗車輛為隨機抽取的下線新車。4輛車各裝配A、B試驗油2 輛，分別投放吉林地區(qū)（寒冷、干燥）、浙江地區(qū)（溫熱、多雨）。試驗車多數(shù)工況行駛在試驗地區(qū)周邊1 000 km 范圍內，標載行駛于高速公路，為干線物流車輛。試驗車輛每2×104km 抽取1 次油樣，檢測其100 ℃運動粘度、酸值、鐵元素含量。

2.2.6 結果判定標準

試驗樣品分析判定結果依據(jù)企業(yè)內部控制的產品開發(fā)試驗驗證換油指標規(guī)范的技術要求，限值要求為試驗前、試驗后樣品的100 ℃運動粘度變化率≤20%，酸值變化值范圍在（以KOH 計）±1 mg/g以內，F(xiàn)e 含量≤1.5×10-3。超過限值的樣品判定樣品失效，需要更換。

3 試驗結果及分析

3.1 齒輪油臺架試驗

3.1.1 變速器齒輪壽命試驗

選取同一批次變速器6 臺試驗樣件，樣件1～樣件3 進行樣品A 變速器齒輪壽命試驗，樣件4～樣件6 進行樣品B 變速器齒輪壽命試驗。在試驗中期850 h 抽檢樣品，試驗后1 700 h 抽檢樣品。樣品A 檢測結果見表3，樣品B 檢測結果見表4。從試驗結果可知，樣品A、樣品B 在變速器齒輪壽命試驗中100 ℃運動粘度、酸值變化值和鐵含量變化均在換油判定標準技術指標內。樣品A、樣品B 均表現(xiàn)出了良好的變速器齒輪保護性能。

表3 樣品A變速器齒輪壽命試驗

表4 樣品B變速器齒輪壽命試驗

3.1.2 驅動橋齒輪壽命試驗

選取同一批次驅動橋6 臺試驗樣件，樣件1～樣件3 進行樣品A 驅動橋齒輪壽命試驗，樣件4～樣件6 進行樣品B 驅動橋齒輪壽命試驗。在試驗中期850 h 抽檢樣品，試驗后1 700 h 抽檢樣品。樣品A 檢測結果見表5，樣品B 檢測結果見表6。從試驗結果可知，樣品A、樣品B 在驅動橋齒輪壽命試驗中100 ℃運動粘度、酸值變化值和鐵含量變化均在換油判定標準技術指標內。樣品A、樣品B 均表現(xiàn)出了良好的驅動橋齒輪保護性能。

表5 樣品A驅動橋齒輪壽命試驗

3.2 齒輪油10×104 km換油周期實際行車試驗

基于臺架試驗結果，可初步判定油品性能符合設計目標。臺架試驗后選取4 輛商用牽引車，試驗車1 裝備A 樣品于吉林地區(qū)進行路試，試驗車2裝備A 樣品于浙江地區(qū)進行路試，試驗車3 裝備B樣品于吉林地區(qū)進行路試，試驗車4 裝備B 樣品于浙江地區(qū)進行路試，吉林地區(qū)車輛運行區(qū)間覆蓋中國北部地區(qū)，用以驗證油品在北方地區(qū)性能特征；浙江地區(qū)車輛運行區(qū)間覆蓋中國南部地區(qū)，用以驗證油品在南方地區(qū)性能特征。所有車輛均完成10×104km 實際道路行駛。試驗車變速器齒輪油100 ℃運動粘度變化情況見圖1，試驗車驅動橋齒輪油100 ℃運動粘度的變化情況見圖2，試驗車變速箱齒輪油酸值的變化見圖3，試驗車驅動橋齒輪油酸值的變化見圖4，試驗車變速箱齒輪油Fe含量的變化見圖5，試驗車驅動橋齒輪油Fe 含量的變化見圖6。

表6 樣品B驅動橋齒輪壽命試驗

圖1 試驗車變速器齒輪油100 ℃運動粘度的變化

圖2 試驗車驅動橋齒輪油100 ℃運動粘度的變化

從圖1分析可知，在試驗車輛行駛至10×104km目標里程時，變速器總成中，試驗車1 相比試驗車2 的樣品100 ℃運動粘度變化率更大，試驗車3 相比試驗車4 的樣品100 ℃運動粘度變化率更大。這可能是由于北方地區(qū)溫差大，平均溫度更低，低溫下啟動時，變速器齒輪對低溫時高粘度的油品剪切強度更高原因導致。

圖3 試驗車變速箱齒輪油酸值的變化

圖4 試驗車驅動橋齒輪油酸值的變化

圖5 試驗車變速箱齒輪油Fe含量的變化

圖6 試驗車驅動橋齒輪油Fe含量的變化

從圖2分析可知，在試驗車輛行駛至10×104km目標里程時，驅動橋總成中，試驗車1 相比試驗車2的樣品100 ℃運動粘度變化率更大，試驗車3 相比試驗車4的樣品100 ℃運動粘度變化率更大。這可能是由于北方地區(qū)溫差大，平均溫度更低，低溫下啟動時，驅動橋齒輪對低溫時油品剪切強度更高原因導致。

從圖3、圖4 分析可知，雖然油品A 和油品B 由于技術配方不同，初始酸值數(shù)值不同，但是在10×104km 的試驗里程內變速器和驅動橋中樣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。由于油品酸值的變化主要由于氧化作用導致，從數(shù)據(jù)可知，試驗過程中的樣品A 和樣品B 均展現(xiàn)了優(yōu)異的抗氧化性能。

從圖5、圖6 分析可知，10×104km 目標里程時，試驗車變速器齒輪油中的Fe含量均＜0.25×10-3，驅動橋中齒輪油的Fe 含量＜0.9×10-3，所有齒輪油Fe含量均＜1.5×10-3的換油限值。驅動橋齒輪油中Fe含量均高于變速器齒輪油中Fe含量，原因是驅動橋中齒輪面壓力更大從而使得金屬面磨損更嚴重。

4 結論

a.經(jīng)過臺架試驗和10×104km 實際行車試驗，試驗油A、B 均表現(xiàn)出了良好的部件保護性能。

b.行車試驗中，試驗油A、B 均保持了酸值的平穩(wěn)，展現(xiàn)了優(yōu)異的抗氧化性能。

c.行車試驗中，北方運行車輛相比南方運行車輛，試驗油A、B 無論是應用于變速箱還是驅動橋橋都體現(xiàn)了更大的100 ℃運動粘度變化率。這說明工作溫度低，齒輪對潤滑油的剪切強度更高，不利于粘度保持。

d.行車試驗中，雖然試驗油A 的Fe 元素含量高于試驗油B，但都在換油指標內，滿足使用需求。