于海，糜莉萍，伏喜勝，廖豐斌，姬建華

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心,甘肅 蘭州 730060)

0 引言

近年來(lái)，由于國(guó)家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，物流行業(yè)發(fā)展迅猛。物流牽引車、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車等以6×4、6×2為代表配置的重型卡車的需求比重在逐年攀升。而物流行業(yè)的興起對(duì)重型卡車也提出了新的要求，客戶更關(guān)心舒適性、可靠性、低維護(hù)成本和更長(zhǎng)的保養(yǎng)周期[1]。此外，隨著商用車技術(shù)的發(fā)展，其傳動(dòng)部位的潤(rùn)滑條件較過(guò)去更為苛刻，例如：齒輪箱體積更小，致使齒輪溫度和負(fù)荷提高；整車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)降低了后橋及變速箱周圍的空氣流速，這樣能有效提高燃油效率，但同時(shí)也使重負(fù)荷卡車變速箱工作溫度提高了25～30 ℃；還有緩沖器和同步器的應(yīng)用，使得在同步耐久性、抗點(diǎn)蝕、抗擦傷性能上對(duì)油品有了更高的要求。這些商用車技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了OEM對(duì)高性能車輛齒輪油的需求。而油品長(zhǎng)壽命化則是高性能車輛齒輪油發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，被很多商用車OEM制造商列為目前商用車市場(chǎng)的一個(gè)新賣點(diǎn)。一方面，OEM可以通過(guò)延長(zhǎng)換油周期提升其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，從而實(shí)現(xiàn)銷量的提升。另一方面，OEM可以通過(guò)減少車輛維修頻次，降低運(yùn)營(yíng)成本。在此背景下，本文從國(guó)內(nèi)外商用車長(zhǎng)壽命車輛齒輪油用油現(xiàn)狀入手，分析了該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，并重點(diǎn)介紹了昆侖潤(rùn)滑油在商用車長(zhǎng)壽命車輛齒輪油上所取得的進(jìn)展。

1 國(guó)內(nèi)外商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀

國(guó)外商用車技術(shù)起步較早，其配套的設(shè)備維護(hù)服務(wù)和長(zhǎng)換油周期的配套潤(rùn)滑油技術(shù)均發(fā)展迅速。比如，在北美市場(chǎng)中，北美OEM廠商紛紛推出了高速公路里程在120×104km內(nèi)的設(shè)備維護(hù)服務(wù)和擔(dān)保，但要求其用戶使用換油周期在80×104km以上的OEM指定車輛齒輪油。而為了能得到120×104km設(shè)備維護(hù)保證，用戶對(duì)長(zhǎng)換油周期的車輛齒輪油需求迫切，促使其長(zhǎng)壽命車輛齒輪油技術(shù)飛速發(fā)展[2]。表1為北美車輛齒輪油換油里程的發(fā)展歷程。

表1 北美車輛齒輪油換油里程的發(fā)展歷程

除卻北美地區(qū)外，國(guó)外其他地區(qū)的車輛齒輪油換油里程已從10×104km普遍發(fā)展到50×104km的水平，如圖1所示。國(guó)外重卡領(lǐng)先企業(yè)的車輛齒輪油換油周期如表2所示[3]。

圖1 國(guó)內(nèi)外車輛齒輪油的換油里程

OEM換油里程/km奔馳500000MAN500000VOLVO400000

在油品規(guī)格方面，GL-5規(guī)格早已不能完全滿足國(guó)外長(zhǎng)壽命車輛齒輪油的使用要求，從90年代開(kāi)始，在API GL-5規(guī)格的基礎(chǔ)上，相繼頒布了MT-1、PG-2、MIL-PRF-2105E、SAE J 2360以及美國(guó)DANA公司提出的SHAES-234和SHAES-256長(zhǎng)壽命后橋齒輪油規(guī)格，其中SHAES-256規(guī)格適用于80.47×104km換油期，SHAES-234規(guī)格適用于120.7×104km換油期。在產(chǎn)品方面，國(guó)外知名油公司均有配套的長(zhǎng)壽命車輛齒輪油產(chǎn)品，其中，國(guó)外某品牌的Delvac Synthetic Gear Oil 75W-90齒輪油，其推薦換油里程可達(dá)75萬(wàn)英里。

1.2 我國(guó)商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀

我國(guó)商用車技術(shù)相比國(guó)外起步較晚，其配套的車輛齒輪油的換油里程雖然從3×104km成功實(shí)現(xiàn)到10×104km的水平，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家普遍50×104km以上換油里程相比，還差距巨大。油品規(guī)格方面，國(guó)內(nèi)在重型卡車變速箱和后橋上普遍使用GL-5油品，約占80%左右。如圖2所示。

圖2 國(guó)內(nèi)重卡變速箱及驅(qū)動(dòng)橋用油情況

2 長(zhǎng)壽命車輛齒輪油的性能要求

隨著商用車向著節(jié)能型、輕量型、重載化的方向發(fā)展，其變速箱和驅(qū)動(dòng)橋工況更加苛刻，比如卡車重載化使得驅(qū)動(dòng)橋齒輪傳動(dòng)的功率增加，而驅(qū)動(dòng)橋齒輪的幾何尺寸并沒(méi)有很大變化，導(dǎo)致齒面壓力增加，溫度升高。特別是商用車車體設(shè)計(jì)不斷改進(jìn)，使空氣動(dòng)力學(xué)性能更趨合理，車輛行駛時(shí)空氣阻力減小，流過(guò)驅(qū)動(dòng)橋外表面的空氣流量減少，散熱性變差[4]。這些工況的變化對(duì)新一代的車輛齒輪油提出了更高的要求。以長(zhǎng)壽命車輛齒輪油的性能要求來(lái)說(shuō)，相對(duì)于GL-5油，在熱氧化安定性、密封件適應(yīng)性、抗腐蝕性、抗點(diǎn)蝕、極壓抗磨性、剪切安定性方面均提出了更高的要求。具體如表3所示。

表3 長(zhǎng)壽命車輛齒輪油和GL-5油的區(qū)別

注：0表示沒(méi)要求；++表示性能要求更高。

除以上性能外，OEM對(duì)提升商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的需求越來(lái)越高，這也使得長(zhǎng)壽命車輛齒輪油需要減少橋箱的摩擦能耗損失，降低摩擦系數(shù)，在保持甚至提升耐久性的前提下，提供更低的油品黏度。

3 長(zhǎng)壽命車輛齒輪油的發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)外車輛制造商對(duì)車輛齒輪油的要求是盡可能延長(zhǎng)換油周期，甚至向免維護(hù)方向發(fā)展[5]。比如，德國(guó)大眾、美國(guó)通用等汽車公司對(duì)車輛齒輪油均提出了“全壽命”的要求，要求一次裝油，一直用到汽車報(bào)廢。通常，汽車壽命可達(dá)到70 ×104km，未來(lái)將提高到100 ×104km。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，領(lǐng)先OEM也逐漸要求延長(zhǎng)車輛齒輪油的換油周期，從10×104km換油里程向20×104km甚至50×104km以上換油里程發(fā)展，換油方式上則要求一油橋箱通用，對(duì)橋箱通用油品提出了兼顧同步器保護(hù)，更好的熱穩(wěn)定性、更好的剪切穩(wěn)定性等要求。

而從產(chǎn)品配方來(lái)說(shuō)，油品設(shè)計(jì)中考慮到油品換油周期的延長(zhǎng)以及橋箱性能的通用性等要求，在基礎(chǔ)油設(shè)計(jì)上，將逐步從Ⅰ類基礎(chǔ)油向Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油甚至全合成基礎(chǔ)油轉(zhuǎn)化。而在添加劑設(shè)計(jì)中，預(yù)計(jì)添加劑的加入量將會(huì)超過(guò)10%[6]。且添加劑會(huì)出現(xiàn)一些新的發(fā)展方向或是在現(xiàn)有平臺(tái)下的延伸和性能加強(qiáng)，比如有機(jī)硼酸酯型極壓抗磨劑、超高堿值金屬清凈劑、硫化制備惰性極壓抗磨劑、納米型極壓抗磨劑、具有防銹抗氧性能的多功能極壓抗磨劑、具有極壓性能的金屬減活劑、無(wú)灰分具有一定堿值的防銹添加劑等。

從產(chǎn)品性能方面來(lái)說(shuō)，未來(lái)長(zhǎng)壽命車輛齒輪油將進(jìn)一步提升燃油經(jīng)濟(jì)性，要求更好的熱穩(wěn)定性，更好的密封件保護(hù)，更好的硬件保護(hù)，更好的同步器性能以及與合成油的相容性。

4 昆侖潤(rùn)滑油在長(zhǎng)壽命車輛齒輪油上所取得的進(jìn)展

中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司在車輛齒輪油方面，一直緊密與國(guó)內(nèi)各OEM合作，自2010-2015年間，自主開(kāi)發(fā)的MTF10、MTF18手動(dòng)變速箱油以及驅(qū)動(dòng)橋油GL-5+重負(fù)荷車輛齒輪油相繼通過(guò)了國(guó)內(nèi)數(shù)家知名汽車OEM廠家10×104km道路行車考核試驗(yàn)的驗(yàn)證。這些產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用均形成了良好的配方基礎(chǔ)，為昆侖潤(rùn)滑油公司開(kāi)發(fā)滿足20×104km換油里程甚至50×104km換油里程以上的長(zhǎng)壽命車輛齒輪油起到了良好的指導(dǎo)意義和支撐引領(lǐng)作用。

近兩年間，隨著國(guó)內(nèi)各OEM對(duì)長(zhǎng)壽命車輛齒輪油的需求逐漸增大，昆侖潤(rùn)滑油公司在原有10×104km不換油的手動(dòng)變速箱油、驅(qū)動(dòng)油技術(shù)平臺(tái)下，通過(guò)引入深精制的Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油及合成油與高性能極壓抗磨、抗氧復(fù)合配方結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)，相繼開(kāi)發(fā)了20×104km不換油的80W-90變速箱油T20、驅(qū)動(dòng)橋油A20以及50×104km不換油的75W-90變速箱油T50和驅(qū)動(dòng)橋油A50，產(chǎn)品性能相較于原有的10×104km變速箱油和驅(qū)動(dòng)橋油，在抗氧化性能、極壓抗磨性能、抗沉積性能等方面都有了較大提升。表4、表5分別是昆侖20×104km和50×104km變速箱油和驅(qū)動(dòng)橋油的典型數(shù)據(jù)。

表4 20×104 km不換油的變速箱油T20和驅(qū)動(dòng)橋油A20典型數(shù)據(jù)

表5 50×104 km不換油的變速箱油T50和驅(qū)動(dòng)橋油A50典型數(shù)據(jù)

從表4、表5中可以看出，質(zhì)量升級(jí)后的昆侖20×104km和50×104km變速箱油和驅(qū)動(dòng)橋油，相比于10×104km變速箱油和驅(qū)動(dòng)橋油來(lái)說(shuō)，在低溫性能、銅片腐蝕性能、抗泡性能方面均有提升。且全部通過(guò)了L-33、L-42、L-37、L-60-1臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試，尤其是表征油品熱氧化安定性的L-60-1強(qiáng)化試驗(yàn)臺(tái)架，其試驗(yàn)條件相較于評(píng)價(jià)原有10×104km變速箱油和驅(qū)動(dòng)橋油時(shí)，苛刻了數(shù)倍，但油品氧化后的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度增長(zhǎng)、戊烷不溶物等結(jié)果均全部滿足指標(biāo)要求，說(shuō)明油品具有優(yōu)異的熱氧化安定性和油泥分散性能。

此外，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，試驗(yàn)也與國(guó)外同類長(zhǎng)壽命車輛齒輪油各項(xiàng)性能進(jìn)行了對(duì)比。以50×104km不換油的變速箱油T50和驅(qū)動(dòng)橋油A50的抗磨性能考察來(lái)說(shuō)，分別對(duì)油品進(jìn)行老化試驗(yàn)，不同的時(shí)間后，通過(guò)觀察其磨斑三維形貌圖的方式，開(kāi)展了昆侖50×104km不換油的驅(qū)動(dòng)橋油A50、變速箱油T50與國(guó)外競(jìng)品的對(duì)比工作，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 昆侖A50驅(qū)動(dòng)橋油與國(guó)外競(jìng)品1的磨斑三維形貌對(duì)比

從圖3中可以看出，在兩種油品不同氧化時(shí)間下，昆侖A50驅(qū)動(dòng)橋油和國(guó)外競(jìng)品1相比，試驗(yàn)件表面的磨斑直徑小，犁溝少，說(shuō)明昆侖A50驅(qū)動(dòng)橋油的抗磨性能優(yōu)于競(jìng)品1。

圖4 昆侖T50變速箱油與國(guó)外競(jìng)品2的磨斑三維形貌對(duì)比

從圖4中可以看出，在兩種油品不同氧化時(shí)間下，昆侖T50與競(jìng)品2相比，試驗(yàn)件表面同樣表現(xiàn)出較少的犁溝，說(shuō)明昆侖T50變速箱油的抗磨性能優(yōu)于競(jìng)品2。昆侖T50和A50和競(jìng)品油在不同氧化時(shí)間下的D392N磨斑直徑對(duì)比柱形圖見(jiàn)圖5。

圖5 昆侖T50和A50和競(jìng)品油在不同氧化時(shí)間下的D392N磨斑直徑對(duì)比柱形圖

從圖5通過(guò)對(duì)昆侖T50、A50和競(jìng)品油進(jìn)行D392磨斑直徑的量化分析中可以看出，其磨斑直徑結(jié)果與三維形貌圖結(jié)果一致，氧化前后的昆侖T50變速箱油和A50驅(qū)動(dòng)橋油均略優(yōu)于競(jìng)品1和競(jìng)品2。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著商用車技術(shù)的發(fā)展，車輛設(shè)備性能結(jié)構(gòu)的變化對(duì)齒輪油性能提出了新的要求。長(zhǎng)壽命車輛齒輪油由于具有相比于GL-5油更為優(yōu)異的熱氧化安定性、密封件適應(yīng)性、抗腐蝕性、抗點(diǎn)蝕性、極壓抗磨性、剪切安定性等性能特點(diǎn)，同時(shí)，又可以降低OEM運(yùn)營(yíng)成本和用戶的維護(hù)成本，將成為未來(lái)車輛齒輪油發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。此外，汽車行業(yè)OEM應(yīng)與潤(rùn)滑油行業(yè)加強(qiáng)長(zhǎng)壽命車輛齒輪油的技術(shù)開(kāi)發(fā)和專業(yè)化合作，以滿足市場(chǎng)上日益增多的長(zhǎng)壽命車輛齒輪油國(guó)產(chǎn)化需求。

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