動車組齒輪箱潤滑油黏度計算方法研究

李 楓 劉志遠 金思勤 吳成攀

（中車戚墅堰機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，高速動車組齒輪箱的運行溫度不斷提高。齒輪箱的運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，溫度過高也影響潤滑油中添加劑的化學特性，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，只有少部分機車齒輪箱按供應商推薦使用工業(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、沖擊負荷大、運行時間長、運行環(huán)境溫度變化大等特點。為了適應高速列車的工作環(huán)境和使用要求，高速齒輪箱用油不僅要具備一般傳動齒輪潤滑油的性能，還應具備以下特點：充分的極壓性能，油膜具有高承壓能力；為了滿足外部運行環(huán)境的要求，應具備良好的低溫啟動性能；適應飛濺潤滑和高溫的特點，應具有良好的熱穩(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性也有著較為明確的要求。我國高速鐵路運行的外界溫度大致在-40～40℃，高鐵齒輪箱的工作環(huán)境決定了齒輪油應采用多級油品，而高鐵齒輪箱目前使用的油品黏度等級主要為75W-80和75W-90的雙級齒輪油。需要指出的是，在保證油品高低溫流動性的同時，如何更好地保證設備潤滑時的油膜厚度，減少邊界潤滑，避免出現(xiàn)干摩擦是一個重要的關鍵點。

本文從理論上研究潤滑油黏度與溫度間的關系，并對高鐵齒輪箱常用的幾種油品黏度進行了測試，將理論計算結果與實際測量結果進行了對比。

1 理論模型

1.1 指數(shù)關系式

潤滑油黏度與溫度有關，隨著溫度變化，潤滑油黏度會出現(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)驗公式，式（1）是常用的一個指數(shù)關系式[1]。

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

假設壓強不變，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中也給出了黏溫關系表達式，計算公式為：

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

2 結果分析

2.1 兩種理論計算方法對比

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。同時可以看出，比較兩種黏溫關系理論計算方法，在40～100℃范圍內(nèi)，AGMA方法計算值比指數(shù)表達式計算值略低。

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)表達式在低溫時，黏度與實際值具有較大偏差，而AGMA 925方法理論計算值與實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理論計算方法與實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方法黏度理論計算值在20～100℃內(nèi)具有較好的吻合度，在-40～20℃內(nèi)理論計算值略高。

由圖5可以看出，不同的潤滑油型號理論黏度與實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際測量黏度間的最大偏差為8.65%，實際研究中可以通過理論計算公式計算潤滑油的黏度。

圖2 昆侖75W-80潤滑油理論計算黏度與實際測量值對比

圖3 Mobillube 1 SHC 75W-90潤滑油理論計算黏度與實際測量值對比

圖4 JRK65潤滑油理論計算黏度與實際測量值對比

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)，理論計算黏度與實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，當潤滑油溫度在40～100℃范圍內(nèi)時，AGMA方法計算得出的潤滑油黏度完全可以滿足計算需求。

圖5 不同潤滑油理論黏度與實際測量值偏差對比

3 結論

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