中国石化长城超长寿命商用车齿轮油行车试验研究

陈颖 雷凌 张国茹 石啸

1 中国石化润滑油有限公司华北分公司

2 中国石化润滑油有限公司北京研究院

近年来，由于国家经济结构的调整，物流行业发展迅猛；物流牵引车、危险品运输车等重型卡车比重在逐年攀升，同时客户更关心舒适性、可靠性、低维护成本和更长的保养周期，减少进站换油次数，提高整车效益[1]。车辆齿轮油换油周期有延长的趋势，甚至向与汽车同寿命的全寿命方向发展[2]。车辆齿轮油换油周期的延长有如下优点[3～4]：

◇降低维护成本、提升OEM（原始设备制造商）的产品竞争力，有助于提升销量；

◇节约维修费用，省去换油带来的麻烦，提升用户体验感；

◇减少产生废弃润滑油，降低对环境的影响，同时减少用于处理废弃润滑油的能耗，更加环保。

长寿命车辆齿轮油产品普遍可支持20万～30万km换油，目前部分OEM和整车厂提出对50万km以上的超长换油期的车辆齿轮油的需求[5]。针对市场对超长寿命车辆齿轮油的需要，中国石化在长寿命车辆齿轮油产品的基础上进一步开发出具有更好的氧化安定性、密封适应性和抗磨耐久性的超长寿命车辆齿轮油，以应对各种苛刻工况条件，延长油品的使用寿命，提供长周期密封相容性，减少桥箱的摩擦能耗损失，为桥箱提供更好的润滑保护。

长城75W-90超长寿命车辆齿轮油具有优异的剪切稳定性和极压耐磨保护性，高氧化稳定性和优异的低温性能，具有超长换油期。基于此，中国石化长城润滑油联合某国际知名车桥企业M对工况为标载行驶于高速公路和国道的商用牵引车开展了为期30个月、60万km的实际道路行车试验，以考察长城75W-90超长寿命车辆齿轮油产品在商用车驱动桥上的实际使用性能。

试验部分

试验油品

本次试验油品为长城75W-90超长寿命车辆齿轮油，其典型理化数据见表1。

表1 长城75W-90超长寿命车辆齿轮油典型理化数据

试验车辆

试验车辆为某国际知名车桥企业M的1台商用牵引车，试验车辆工况为标载行驶于高速公路和国道，试验行驶里程为60万km。

取样

本次车辆使用长城75W-90超长寿命车辆齿轮油在试验车出厂时即装填，加注完试验油后，车辆行车10 km ± 1 km，进行0 km油样的采集，将第一次抽取的油样作为0 km的油样，之后根据客户要求，结合实际用车情况，分别在20万km、32万km、45万km、60万km时采集油样进行行车验证，且每次油样采集均补加采集量同等新油后继续进行后续行车试验。

油样监测和换油指标

齿轮油的使用寿命可以从两方面进行分析判断，一方面是由于油品本身的氧化、硝化、变质导致其丧失在摩擦副中充当润滑介质的功能[6]；另一方面是由于油品的衰变，油膜强度、极压抗磨性能降低，使得其摩擦表面间的磨损增大，导致系统破坏[7]。

为监测长城75W-90超长寿命车辆齿轮油在用商用牵引车上的性能变化，参考GB/T 30034《重负荷车辆齿轮油（GL-5）换油指标》，对能够表征油品性能变化的关键指标100 ℃运动黏度、酸值、正戊烷不溶物、水分和铁、铜元素含量进行分析[8]，换油指标见表2。

表2 GB/T 30034 重负荷车辆齿轮油（GL-5）换油指标

结果与讨论

运动黏度

运动黏度是液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，是衡量润滑油品油膜强度、流动性的重要指标。在用油运动黏度的变化反映油品发生深度氧化、聚合、轻组分挥发生成油泥以及机械剪切的综合结果。运动黏度的过快增长标志着油品过度氧化衰变，添加剂逐步失效，运动黏度的下降容易造成齿轮摩擦副间油膜变薄，润滑性能下降，机件磨损加大，齿轮胶合。车辆驱动桥在持续使用的过程中，由于齿轮、轴承等产生的热作用催化齿轮油的氧化、硝化过程，生成油泥等不溶于齿轮油的附带产物，导致油品的黏度变化[9～10]，油品100 ℃运动黏度变化率情况如图1所示。

图1 试验过程中100 ℃运动黏度变化率情况

从图1可以看出，长城75W-90超长寿命车辆齿轮油的100 ℃运动黏度变化率比较平稳，无较大波动，行驶60万km时油的100 ℃运动黏度变化率为-6.69%，仍在换油指标黏度变化率指标范围内，表明试验油品仍能够保持齿轮啮合处的油膜厚度，在长距离行驶中也能对车桥起到良好的润滑作用。

铁、铜元素含量

元素含量的测定可以考察油品中金属含量的高低。齿轮传动系统的主要磨损部件为齿轮摩擦副和轴承，车桥中齿轮轴承的材料主要为合金钢或特种轴承钢，一些抗磨损零件，如垫片、衬套等常采用铸造铜合金材料[11]，其主要的化学成分是铁、铜元素，考虑到铜与齿轮油相互腐蚀的作用，油品的抗磨损性能和机件的磨损情况常以铁、铜元素的磨损分析为主，铁、铜元素含量越低，磨损越小，越能反映出齿轮油提供了有效的润滑保护。对试验过程中不同里程取的油样进行了铁、铜含量的检测，其变化情况如图2、图3所示。

图2 试验过程中铁元素含量变化情况

图3 试验过程中铜元素含量变化情况

从图2和图3可以看出，试验油品应用过程中行驶至60万km时铁元素含量仅为95 mg/kg，远小于换油指标的2 000 mg/kg，铜元素含量低，行驶至60万km时铜元素含量仅为2 mg/kg，远小于换油指标的100 mg/kg。由此说明车桥设备齿轮和轴承部件的磨损较小，长城75W-90超长寿命车辆齿轮油对齿轮仍具有较好的保护能力。

酸值

酸值是中和油品中酸性物质所需的碱的量，反映油品中所含酸的总量，是油品变质的主要指标。酸值的变化客观反映了齿轮油配方中基础油的氧化衰变和有关添加剂的消耗降解。对试验过程中不同里程取的油样进行酸值的检测，油品酸值变化情况如图4所示。

图4 试验过程中酸值变化情况

从图4可以看出，应用过程中试验车在试验里程内油品酸值的变化值均在±1 mgKOH/g范围内，未超过换油的技术指标限值，且变化幅度较小，表明长城75W-90超长寿命车辆齿轮油并未发生明显劣化。

正戊烷不溶物

正戊烷不溶物是油品氧化、添加剂分解、齿轮磨损的金属粉末、灰尘和积碳的总和，主要反映油品的氧化变质添加剂消耗程度，可以用来评价在用润滑油污染程度及衰败变质情况。在用油正戊烷不溶物含量达到一定值后，导致油品黏度增大、流动性变差，油品中不溶物聚集成团，润滑不良。对试验过程中不同里程取的油样进行正戊烷不溶物含量的检测，其变化情况如图5所示。

图5 试验过程中正戊烷不溶物变化情况

从图5可以看出，经过60万km的行车试验，正戊烷不溶物含量均在0.2%以下，在1%的换油指标范围内。结合酸值变化情况，表明长城75W-90超长寿命车辆齿轮油未发生明显质变，抗氧化性能优异。

水分

水分指油品中的含水量，车辆齿轮油在使用过程中，车辆齿轮传动系统可能会通过油箱呼吸孔吸入水汽，给油品带来污染，油中水分会导致油品乳化变质并造成部件表面锈蚀、腐蚀[12～13]。对试验过程中不同里程取的油样进行水分含量的检测，其变化情况如图6所示。

图6 试验过程中水分变化情况

从图6可以看出，行车试验过程中水分含量最高为0.10%，在0.5%的换油指标范围内，说明车桥密封状态良好，未发生异常进水，车桥润滑可靠。

结论

采用中国石化长城超长寿命车辆齿轮油在某国际知名车桥企业M商用牵引车的驱动桥上开展了30个月、60万km的实际行车试验，实车验证了长城75W-90超长寿命车辆齿轮油在商用车驱动桥上优异的剪切稳定性、抗磨损性能、氧化稳定性等性能，油品能够为车桥提供良好的润滑保护，满足商用车驱动桥60万km超长换油周期的润滑要求。随着商用车换油期需求不断增加，建议加强超长寿命车辆齿轮油的推广和应用，以减少换油成本，提升商用车运行效率，为客户增加效益。