中國石化長城VS 7590城軌齒輪箱專用油在地鐵列車上的國產化應用研究

湯萬東 李征 李萬成 周少鵬

1 中國石化潤滑油有限公司華東分公司

2 中國石化潤滑油有限公司北京研究院

隨著我國經濟的快速發展，城市化進程推動軌道交通行業飛速發展，自21世紀初起，地鐵建設開始駛入“快車道”。截至2023年11月底，中國大陸55個城市開通運營城市軌道交通線路300條，運營里程9 915.6 km，規模處于世界領先地位，配屬地鐵車輛超11 000列，規模居世界第一。然而，軌道列車油品領域專業性強，存在較高的技術壁壘，準入門檻高。中國地鐵行業齒輪箱潤滑油幾乎被國外品牌所壟斷，依賴進口。近兩年，隨著國際形勢的變化，供應鏈受外部不確定因素的影響，越來越多地鐵公司有油脂國產化的迫切需求，需要去滿足。本文采用長城VS 7590城軌齒輪箱專用油在某城市地鐵列車上進行了實際線路行車試驗，考察油品的實際應用性能，為長城VS 7590城軌齒輪箱專用油在該城市地鐵列車上的應用提供支持。

地鐵齒輪箱的工況特點

地鐵齒輪箱是地鐵列車動力傳遞的核心部件之一，起減速增扭的作用，齒輪箱一端通過軸承安裝在車軸上，另一端通過吊桿與轉向架[1]構架連接，齒輪箱的作用是通過聯軸節傳遞電動機產生的扭矩并驅動車輪前進，從而傳遞地鐵車輛的牽引力[2]。轉向架結構如圖1所示。

圖1 地鐵列車轉向架

齒輪箱在車輛運行過程中典型的工況特點為頻繁啟停，加速和減速時間短、速度快，沖擊載荷大。齒輪箱潤滑主要采用內部油液飛濺的方式，輸出大齒輪旋轉時將潤滑油攪起并飛濺至箱體壁和齒輪嚙合處，箱體內壁設置的擋油板和集油槽起到導油和集油的作用。潤滑油通過箱體油道流至潤滑點對軸承進行潤滑[2]。按目前修制，日常只做目視檢測，齒輪箱的拆箱檢查只有在集中的大修期才會進行，因此，齒輪、軸承必須具有高可靠性。良好的潤滑能減少部件的磨損，延長齒輪箱及油品使用壽命，更是車輛可靠性和穩定性的必要保障。

地鐵列車轉向架是車輛最重要的系統之一，其可靠性和穩定性直接影響到運營安全，其中轉向架核心部件齒輪箱的潤滑直接影響車輛性能。本文通過在某城市地鐵公司S號線開展地鐵列車轉向架齒輪箱潤滑油的行車試驗，跟蹤油品使用情況，驗證長城VS 7590城軌齒輪箱專用油的適應性和國產化替代可行性。研究結果表明，長城VS 7590城軌齒輪箱專用油能夠滿足地鐵車輛安全運行要求，可以為地鐵列車齒輪箱油的國產化替代應用提供參考。

供圖/湯萬東

針對軌道交通轉向架齒輪箱應用工況，中國石化潤滑油公司開發了長城VS 7590城軌齒輪箱專用油，以合成油為基礎油、配伍多種先進添加劑優化調和而成，特別適用于要求齒輪潤滑油具有較高黏度指數、良好的高低溫性能、出色的負荷承載能力或者需要承受極端壓力和沖擊負荷的軌道交通齒輪傳動系統。該城軌齒輪箱專用潤滑油打破了國外品牌在某城市軌道交通領域的壟斷地位，在完成相關齒輪箱生產廠家臺架試驗基礎上，已在國內部分城市地鐵已開展全線配套應用。

油品驗證方案

該地鐵公司S號線配屬車輛為6節編組A型列車，“四動兩拖”編組，每列共16個齒輪箱。齒輪箱采用的是某頭部軌交齒輪箱廠家生產的平行軸式齒輪箱，要求齒輪箱油黏度級別為75W-90。根據齒輪箱的維護手冊及該地鐵公司經驗，修程包轉向架齒輪箱油更換周期確定為1年/13萬km，在規定維護周期更換齒輪箱油時，通過觀察排出的齒輪箱油狀態，觀察油質是否有發黑、乳化、雜質等現象。

地鐵齒輪箱油品標準

目前，地鐵齒輪箱潤滑油的選用在國內外均沒有統一的標準規范，油品的選擇主要依據齒輪箱制造商的油品推薦或借鑒同行用油經驗[2～3]?？紤]高速沖擊負荷、高速低扭矩和低速高扭矩工況，各廠商基本參照GL-5重負荷車輛齒輪油中75W-90黏度級別選擇油品。同樣，地鐵齒輪箱潤滑油也沒有統一的換油標準，換油周期主要依靠運維經驗，多數為1年或12～18萬km左右。近年來，為降低運維成本，部分地鐵公司正在探究延長油品使用壽命。

車輛選擇及油品對比驗證方案

某地鐵公司線網、車輛規模位居行業前列，每天承擔近千萬人次出行重任，對地鐵車輛的安全性、可靠性要求極高。為驗證長城VS 7590城軌齒輪箱專用油的性能，在前期完成與該地鐵公司在用國外品牌75W-90油品混溶性的基礎上，進一步開展實際線路行車驗證，以確保油品的適應性和替代可行性。

行車試驗過程中油品水分含量、硅元素含量的分析數據分別如圖4、圖5所示。

行車試驗評價指標

由于軌交齒輪油目前沒有統一國家或行業換油標準，因此借鑒GB/T 30034《重負荷車輛齒輪油（GL-5）換油指標》及雙方經驗，制定了行車試驗評價及換油指標，詳見表1。

(1) 根據理論，|ΔB1|和|ΔB2|與轉向架軸箱彈簧的狀態有關，其值可分別通過在前后轉向架軸箱彈簧處加設墊片來改變，與高度調整閥調節無關。而在車輛實際稱重中，只調節高度調整閥時，兩個參數都有一定的變化，這是由于測量數據時車體并未穩定以及稱重臺測量誤差引起的，其改變的大小遠遠小于在軸箱彈簧處加設墊片引起的變化值。

表1 行車試驗評價及換油指標

新油對比

裝車試驗前，取新油進行理化性能對比，相關數據見表2。

表2 長城VS 7590城軌齒輪箱專用油與該地鐵在用國外品牌75W-90的新油對比

從表2可以看出，長城VS 7590城軌齒輪箱專用油，與該地鐵公司在用國外品牌75W-90油品性能基本相當，低溫性能更優。

行車試驗結果及分析

行車試驗數據

通過為期14.5萬km/1年行車跟蹤及取樣，油品外觀顏色變化正常，其他檢測項目分析數據見表3。

表3 跟蹤檢測主要數據匯總表

行車試驗數據分析

油品理化性能衰變

補償范圍：僅對煤電機組進行枯水期備用補償，是一種歧視性的補償政策，因為云南在枯水期80%以上的電力來源于水電機組，對于同樣提供枯水期備用的有調節能力的機組來說并不公平。從市場的長期公平角度來說，應逐步取消對不同類型機組的政策性補償，而是按照服務類型對提供枯水期備用服務的所有運行機組進行公平的補償。

經查閱相關資料[4～6]，并結合實際經驗，從油品理化性能、污染情況和齒輪箱磨損等3個方面評估齒輪箱油實際使用適用性。

3)第3順序位為進口套泊作業的集裝箱船舶。將套泊作業船舶安排在最后進港，其他船舶則無需等待作業時間較長的套泊作業完成，有助于縮短進港平均等待時間。

齒輪箱油在使用過程中，由于受到大小齒輪不斷嚙合、摩擦剪切、高溫氧化、污染等影響，導致齒輪箱油的性能會隨之變化，使用壽命也會隨之縮短。齒輪箱油理化性能衰變評估的主要指標為運動黏度、戊烷不溶物。

從圖3可以看出，各齒輪油不溶物含量遠遠小于警戒值，表明油品抗氧化性能好；油品中磨損產生的顆粒及外來有害粒子極少；長城VS 7590城軌齒輪箱專用油和在用國外品牌75W-90油品的此項性能相當。

行車試驗過程中油品100 ℃運動黏度的變化，結合表1評價及換油指標范圍，根據首次取樣初始數據計算出警戒值和上下限值，其中實線為長城VS 7590城軌齒輪箱專用油限值，虛線為該地鐵公司在用國外品牌75W-90限值，如圖2所示。

圖2 油樣100 ℃運動黏度分析

從圖2可以看出，行車全程中油品黏度變化較小，表現出較好的黏度保持能力和穩定性，保證齒輪摩擦副間形成足夠的油膜厚度；油品具有較好的抗氧化能力和抗剪切能力；長城VS 7590城軌齒輪箱專用油和在用國外品牌75W-90油品的黏度保持性能相當；各行車油的黏度變化遠低于警戒值或換油指標。

行車試驗過程中油品正戊烷不溶物的具體數據如圖3所示。

圖3 油樣中正戊烷不溶物分析

在進行治療之前,觀察組患者的平均上肢功能障礙是(60 19.89±5.80)分,下肢功能障礙是(10.90±2.12)分,對照組的兩項指標分別是(60 20.12±5.45)分,(10.78±2.01)分;經過治療,觀察組的兩項指標為(39.09±5.67)分,(27.89±2.12)分,對照組是(29.09±4.56)分,(19.90±2.09)分。兩組在治療前后的上下肢功能評分存在統計學差異性,觀察組優于對照組,(P<0.05)。

韋伯以上論述清楚地表明：猶太民族及其宗教并非遺世獨立，與世隔絕。無論是自身習慣，還是外在交往，巫術傳統都清晰可見，“連續性”的法則在此處依舊有效；猶太教的理性不是先天的，也不是一蹴而就的；這也可以做如是理解，即猶太教與巫術的決裂并不是一刀切的。

齒輪箱受空氣中的水分和粉塵入侵，水分會加速油品乳化變質，而粉塵等固體顆粒則會引起磨粒磨損。污染情況評估主要指標為水分及硅元素。

污染情況

選取6臺車軸齒輪箱進行跟蹤試驗，編號分別為 A、B、C、D、E、F，其中F軸齒輪箱為在用國外品牌75W-90油品進行對比考察。為保證試驗結果準確性，按照“同車分軸”原則進行對比，保證運行工況、運行里程一致。試驗前齒輪箱放出全部舊油后經新油2次沖洗后再裝填規定量的油品，裝填完畢后立即采樣，作為初始油樣。每個季度/3.5萬km進行取樣，每次取樣150 mL，送第三方實驗室檢測分析，為保證試驗數據的準確性，取樣后不補加新油。跟蹤檢測可以驗證油品本身化學性質、潤滑性能保持的穩定性，反映出齒輪箱內齒輪、軸承等摩擦副的磨損情況，齒輪箱的密封情況等。

圖4 油樣水分含量分析

圖5 油樣硅元素含量分析

從圖4可以看出，各油樣水分含量相對較小，在警戒范圍內?？古輨┲泻泄柙兀渥兓糜趨⒖荚u估齒輪箱受污染的狀態，從圖5可以看出，硅元素含量變化相對較小，證明齒輪箱密封良好，油品受外來污染極小。

齒輪箱磨損情況評估

1.2.2 排除標準 ①宮內感染患兒；②吸入性肺炎、濕肺；③先天性畸形；④先天性心肝病；⑤染色體異常。

通過上述各實驗波形及帶載對比實驗基本可以得到以下幾點:首先,實驗平臺可以保證系統的單位功率因數運行。其次,從各組對比實驗及波形可知,系統可以實現50 Hz市電變換成20 kHz高頻高壓交流電,最后從介質阻擋放電管的帶載對比實驗可以看出系統的帶載能力滿足要求,在變換負載電極參數時系統比較穩定,沒有出現震蕩或者過流過壓等故障情況。因此,所搭建的實驗平臺基本滿足設計要求。

隨著使用時間的增加，齒輪箱部件不可避免地存在磨損。隨著磨損量的增加，油中的金屬磨損顆粒增多，一方面會加速齒輪、軸承的磨損，另一方面會加速油品的氧化。地鐵車輛齒輪箱摩擦副主要材質為鐵，以及少量銅及微量鉻、鎳等元素，齒輪箱磨損情況評估的主要指標為鐵元素和銅元素，其中鐵元素主要來自齒輪、軸承等部件，銅元素主要來源于軸承保持架。

行車試驗過程中油品鐵、銅元素含量的分析數據分別如圖6、圖7所示。

圖6 油樣鐵元素含量分析

圖7 油樣銅元素含量分析

從圖6、圖7可以看出，各油樣鐵元素、銅元素含量遠小于警戒值及換油值，表明齒輪箱各摩擦副未發生異常磨損，油品對部件有較好潤滑保護；長城VS 7590城軌齒輪箱專用油和在用國外品牌75W-90油品的抗磨性能相當。

2) 儲罐泡沫噴射口設置在罐壁頂部，在2個泡沫噴射口的中間區域存在一定范圍的噴射盲區，泡沫不能全部覆蓋火災區域，內浮頂儲罐固定滅火系統覆蓋范圍盲區如圖1所示，其中V-1是泡沫噴射的中間盲區，V-2是泡沫噴射邊緣盲區。發生火災區域的熱氣流上升，冷空氣從浮船上部位置下降，泡沫散射降落過程中部分泡沫液被卷吸、漂散至罐外；由于受到火焰的高溫作用，大量泡沫液到達油面之前已破裂、分解甚至氣化蒸發，泡沫液損失嚴重，很難噴射到火源根部，達不到隔離空氣的目的。調研日本的儲罐滅火試驗結果，泡沫滅火系統中損耗的泡沫液量占61%，蒸發的泡沫液量占9%，落在油品液面發揮滅火功能的泡沫僅占30%[8]。

結論

通過為期14.5萬km/1年行車試驗的跟蹤分析，油品分析報告顯示，長城VS 7590城軌齒輪箱專用油外觀、黏度、戊烷不溶物、鐵、銅含量等指標變化均在合理范圍，油品的各項性能穩定，說明齒輪箱各部位潤滑狀態良好。水分、硅含量變化合理，說明齒輪箱密封狀態良好。長城VS 7590城軌齒輪箱專用油可以滿足地鐵公司列車齒輪箱安全運行要求，可替代其在用國外品牌油品批量配套裝車推廣應用。