宋 磊，李淑華，周敬然，楊 林，高 軍，李來順

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北唐山 064000）

0 引言

齒輪箱是動(dòng)車組的核心傳動(dòng)部件，潤滑油作為重要的潤滑介質(zhì)，其狀態(tài)影響著齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)，如今高速動(dòng)車組齒輪油的監(jiān)測受到了廣泛的重視。文獻(xiàn)[1]通過對潤滑油的理化指標(biāo)、污染變化和光譜元素的檢測，確定了換油周期。油樣從取油到送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測具有周期長、成本高的缺點(diǎn)，不能滿足大批量齒輪箱油樣監(jiān)測的需要。

實(shí)踐驗(yàn)證了光柵紅外光譜法對齒輪箱油酸值、水分定量分析的可行性。并介紹FluidScan 1000手持式油液狀態(tài)監(jiān)測儀與MiniVisc3000型便攜式運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)在高速動(dòng)車組現(xiàn)場齒輪箱油狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用。

1 光柵紅外光譜法

光柵紅外光譜法能對油品的酸值、水分等潤滑油指標(biāo)進(jìn)行檢測，文獻(xiàn)[2]使用光柵紅外光譜法對潤滑油水分進(jìn)行定量檢測，但該方法對齒輪箱油各項(xiàng)指標(biāo)定量檢測的效果還不明確。以多個(gè)齒輪箱中的齒輪油Cognis Emgard RW-A 75W-90為實(shí)驗(yàn)對象，將光柵紅外光譜法同目前檢測齒輪箱油樣酸值、水分的檢測儀器針對同一齒輪箱油樣進(jìn)行分別檢測，得到兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的線性擬合曲線，并利用相關(guān)系數(shù)R2來判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性。

1.1 試驗(yàn)儀器

（1）FluidScan 1000手持式油液狀態(tài)監(jiān)測儀；

（2）MiniVisc 3000型便攜式運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)；

（3）915型卡爾費(fèi)休水分儀；

（4）916型酸值滴定儀。

1.2 檢測精度分析

FluidScan 1000手持式油液狀態(tài)監(jiān)測儀可以對齒輪箱油樣的酸值、水份進(jìn)行檢測，分別通過儀器試驗(yàn)數(shù)據(jù)線性擬合關(guān)系對酸值和水分的精密度進(jìn)行分析。表1為儀器對比表。

（1）使用光柵紅外光譜法檢測齒輪箱油樣的水含量，當(dāng)油液中存在游離水和乳化水時(shí)，會(huì)散射透過油液的紅外光，對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，因此需要從齒輪箱中取出油樣后，放置一段時(shí)間，當(dāng)游離水沉降，試樣瓶底部出現(xiàn)分層，再從試樣瓶上層部分取油樣進(jìn)行檢測。對含水量不同的5個(gè)齒輪箱油樣分別重復(fù)檢測5次，取其平均值，將所測得的齒輪箱油樣溶解水含量值的關(guān)系，做成線性擬合曲線（圖1），并求得線性擬合方程式。檢測結(jié)果如表2所示。

表1 儀器對比表

表2 含水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 水分關(guān)系圖

如圖1所示，y=0.9708x+12.767為水分的線性擬合方程，y為手持式油液監(jiān)測儀測出齒輪箱油樣水含量的值，x為915型卡爾費(fèi)休水分儀測出齒輪箱油樣水含量值，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9983，說明兩種方法的線性擬合度很高。說明FluidScan 1000手持式油液監(jiān)測儀檢測齒輪箱油樣水含量的數(shù)據(jù)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。

（2）根據(jù)FluidScan 1000手持式油液狀態(tài)監(jiān)測儀對齒輪箱油樣檢測的結(jié)果得出的酸值含量，對5個(gè)齒輪箱油樣酸值含量分別取其平均值；同時(shí)使用916型酸值滴定儀與相對應(yīng)的5個(gè)齒輪箱油樣進(jìn)行5次重復(fù)測定，取其平均值，將兩種方法所測得的齒輪箱油樣酸值的關(guān)系，做成線性擬合曲線（圖3），并求得其線性擬合方程式。檢測結(jié)果如表3所示。

表3 酸值含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 酸值關(guān)系圖

如圖2所示，y=0.8437x+0.5499為酸值的線性擬合方程，y為手持式油液監(jiān)測儀測出齒輪箱油樣酸值含量，x為916型酸值滴定儀測出齒輪箱油樣酸值含量，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9867，說明兩種方法的線性擬合度很高。說明FluidScan 1000手持式油液監(jiān)測儀檢測齒輪箱油樣酸值的數(shù)據(jù)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。根據(jù)FluidScan 1000手持式油液狀態(tài)監(jiān)測儀水分、酸值的精密度分析，顯示檢測數(shù)據(jù)精確度較高，說明可見光柵紅外光譜法能滿足動(dòng)車組齒輪箱油的監(jiān)測工作。

2 高速動(dòng)車組監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.1 水分?jǐn)?shù)據(jù)分析

水分是齒輪箱外界進(jìn)入的主要污染源之一，它不僅會(huì)加速潤滑油氧化變質(zhì)，還破壞潤滑油的油膜，使?jié)櫥褪櫥Ч１?為水分監(jiān)測數(shù)據(jù)，圖3為水分趨勢圖。

表4 水分監(jiān)測數(shù)據(jù)

從圖 3 可以看出，1#，2#，3#齒輪箱油樣前 6 次油樣的水分含量均＜6×10-4，第7次樣品的含水量明顯增高，水分最高含量達(dá)到1.285×10-3，屬于不正常狀態(tài)。為了更好地了解齒輪箱油樣當(dāng)前的質(zhì)量狀況，以3#齒輪箱監(jiān)測期間水分的變化趨勢為例，應(yīng)用3線值法制作控制線。

基準(zhǔn)線：3#齒輪箱監(jiān)測期間水分監(jiān)測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，見式（1）。

圖3 水分變化趨勢圖

控制線：式（2）為3#齒輪箱監(jiān)測期間水分監(jiān)測數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其警告線和危險(xiǎn)線見式（3）、式（4）。

警告線：

危險(xiǎn)線：

圖4 3#齒輪箱油樣控制圖

圖4為3#齒輪箱油樣控制圖。從圖4可見，3#齒輪箱油樣前6次油樣的監(jiān)測數(shù)據(jù)都在基準(zhǔn)線以下，油樣水分含量處于正常狀態(tài)，第7次油樣的監(jiān)測數(shù)據(jù)超出了警告線，在警告區(qū)內(nèi)，這時(shí)3#齒輪箱中的齒輪箱油水分處于不正常的狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)對其原因進(jìn)行分析，立刻采取措施。采用相同的方法，分別對1#，2#齒輪箱油樣進(jìn)行監(jiān)控，1#齒輪箱油樣前6次油樣的監(jiān)測數(shù)據(jù)基本都在基準(zhǔn)線以下，油樣水分處于正常狀態(tài)，第7次油樣的監(jiān)測數(shù)據(jù)超出警告線，同樣需要分析原因，立刻采取措施；2#齒輪箱油樣的監(jiān)測數(shù)據(jù)都在警告線以下，但監(jiān)測數(shù)據(jù)呈上升趨勢，需要引起注意，加強(qiáng)監(jiān)測。

2.2 酸值數(shù)據(jù)分析

酸值是評(píng)定潤滑油質(zhì)量的主要理化指標(biāo)之一，酸值的變化在一定程度上反應(yīng)潤滑油的氧化程度和腐蝕性，若酸值過高會(huì)對齒輪箱產(chǎn)生腐蝕，影響齒輪箱的使用壽命。表5為監(jiān)測期間油樣酸值的監(jiān)測數(shù)據(jù)。圖5為監(jiān)測期間酸值的變化趨勢。

表5 酸值監(jiān)測數(shù)據(jù)

表6 100℃運(yùn)動(dòng)黏度監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖5 酸值變化趨勢圖

圖6 100℃運(yùn)動(dòng)黏度趨勢

從圖 5 可見，1#，2#，3#齒輪箱油樣在監(jiān)測期間酸值監(jiān)測數(shù)據(jù)呈上升趨勢，應(yīng)用3線值法可以看出3個(gè)齒輪箱在監(jiān)測期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)均在警告線以下，但酸值的監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷上升，需要引起注意，加強(qiáng)監(jiān)測。

2.3 運(yùn)動(dòng)黏度數(shù)據(jù)分析

CRHB（L）高速動(dòng)車組齒輪箱油液可減少機(jī)械金屬原件之間的摩擦，延長齒輪箱的使用壽命。MiniVisc 3000型便攜式運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)使用60 μL的齒輪箱油樣就可以檢測40℃的運(yùn)動(dòng)黏度，根據(jù)黏度系數(shù)再轉(zhuǎn)化成100℃的運(yùn)動(dòng)黏度。由于CRH動(dòng)車組齒輪箱使用的油品均是聚α烯烴基礎(chǔ)油加添加劑所組成，在動(dòng)車組超高速運(yùn)行下，高溫導(dǎo)致油品衰變是重要因素之一，因此對齒輪箱油樣運(yùn)動(dòng)黏度（100℃）進(jìn)行監(jiān)測。運(yùn)動(dòng)黏度（100℃）監(jiān)測數(shù)據(jù)見表6。圖6為100℃運(yùn)動(dòng)黏度趨勢。

從圖 6 可見，1#，2#、，3#齒輪箱油樣在監(jiān)測期間運(yùn)動(dòng)黏度（100℃）監(jiān)測數(shù)據(jù)呈上升趨勢，應(yīng)用3線值法可以看出3個(gè)齒輪箱在監(jiān)測區(qū)間的監(jiān)測數(shù)值均在警告線以下，但運(yùn)動(dòng)黏度（100℃）的監(jiān)測數(shù)值不斷上升，需要引起注意，加強(qiáng)監(jiān)測。

使用油液狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備對監(jiān)測期間齒輪箱油樣中水分、酸值、運(yùn)動(dòng)黏度（100℃）的綜合分析，3個(gè)監(jiān)測指標(biāo)都呈上升趨勢，其中只有水分的監(jiān)測數(shù)值超出了警告線，在高速動(dòng)車組的行駛過程中，由于水分是齒輪箱外界引入的主要污染源之一，因此對動(dòng)車組齒輪箱密封系統(tǒng)進(jìn)行分析，動(dòng)車組的齒輪箱密封系統(tǒng)主要采用接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封是采用涂密封膠的方式主要對傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)，合箱面接觸密封、軸承座、觀察窗等與箱體結(jié)合處的密封，該密封方式性能可靠，排除進(jìn)水的可能；非接觸式密封是采用間隙密封和帶有甩油環(huán)的機(jī)械式迷宮密封對齒輪軸的電機(jī)側(cè)和車軸貫通部位的密封方式，該密封方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面的原因，有進(jìn)水的可能，但現(xiàn)場無法解決此問題，只能根據(jù)換油周期定期更換新油。除此之外還必須保證盛裝油樣的試樣瓶干凈無水分，取完油樣后蓋上試樣瓶蓋，直到檢測時(shí)打開，防止空氣中的水分進(jìn)入到油樣中。通過對齒輪箱箱體及取油裝置的檢查沒有發(fā)現(xiàn)任何異常情況，根據(jù)文獻(xiàn)[1]高速動(dòng)車組齒輪箱油的換油周期，1#和3#齒輪箱油樣是在齒輪箱換油后運(yùn)行30萬km處取的油樣，接近齒輪箱油換油周期35萬km，因此應(yīng)立即更換新油，以防止齒輪箱油失效，加速磨損，引起齒輪箱內(nèi)部故障。

3 結(jié)語

光柵紅外光譜法通過線性擬合曲線，并利用相關(guān)系數(shù)R2來判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性，對其精密度進(jìn)行分析，結(jié)果表明，F(xiàn)luidScan 1000手持式油液狀態(tài)監(jiān)測儀和MiniVisc 3000型便攜式運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)能夠滿足動(dòng)車組齒輪箱油液的監(jiān)測工作。該油液狀態(tài)分析設(shè)備大大簡化了動(dòng)車組齒輪箱油液現(xiàn)場分析過程，并受環(huán)境影響很小，為動(dòng)車組齒輪箱油液的質(zhì)量監(jiān)控起到了重要作用。

［1］高軍，李來順，趙海板，等.高速動(dòng)車組齒輪油換油周期研究［J］.潤滑與密封，2015，40（2）：89-96.

［2］郭霞，史愛峰，石立杰，等.基于光柵紅外光譜法的潤滑油溶解水含量現(xiàn)場定量檢測［J］.潤滑與密封，2015，40（12）：139-142.