商用車齒輪油長換油周期試驗研究

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，由于電子商務的發展，物流業快速增長，干線物流長途牽引車持續增長。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，以滿足快節奏的使用需求。為了加強環境保護，減少廢棄油脂對環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成熟。隨著潤滑油配方技術的不斷發展，長換油周期成為了齒輪油重要的發展方向。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一裝入相同試驗油。油品的分析數據見表1。

表1 試驗齒輪油新油理化性能分析數據

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射光譜儀，依據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（寒冷、干燥）、浙江地區（溫熱、多雨）。試驗車多數工況行駛在試驗地區周邊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企業內部控制的產品開發試驗驗證換油指標規范的技術要求，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，Fe 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 樣品于吉林地區進行路試，試驗車2裝備A 樣品于浙江地區進行路試，試驗車3 裝備B樣品于吉林地區進行路試，試驗車4 裝備B 樣品于浙江地區進行路試，吉林地區車輛運行區間覆蓋中國北部地區，用以驗證油品在北方地區性能特征；浙江地區車輛運行區間覆蓋中國南部地區，用以驗證油品在南方地區性能特征。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，從數據可知，試驗過程中的樣品A 和樣品B 均展現了優異的抗氧化性能。

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.經過臺架試驗和10×104km 實際行車試驗，試驗油A、B 均表現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，展現了優異的抗氧化性能。

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。