高端工業(yè)齒輪油技術要求新變化和臺架試驗介紹

2019-10-31 12:15石嘯

石油商技 2019年5期

石嘯

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

本文介紹了ISO 6743-6工業(yè)齒輪油分類標準在2018年的更新情況；關注了ISO 12925-1—2018工業(yè)齒輪油質(zhì)量標準隨ISO 6743-6更新所新增的L-CKSMP規(guī)格的技術要求，并對L-CKSMP規(guī)格所涉及的抗微點蝕試驗、FE-8軸承磨損試驗、弗蘭德抗泡試驗和橡膠兼容性試驗等臺架試驗作了詳細介紹。常規(guī)理化分析和臺架試驗結果表明，長城AP工業(yè)齒輪油可以滿足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技術規(guī)格要求。長城AP工業(yè)齒輪油目前獲得了SIEMENS Flender等高端工業(yè)齒輪箱OEM的技術認證。

工業(yè)齒輪油在工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺，冶金、煤炭、水泥、石化和礦業(yè)等眾多工業(yè)領域的齒輪箱均須使用。性能卓越的工業(yè)齒輪油對于生產(chǎn)設備的正常運轉十分重要，有利于降低機器維修成本，減少能源消耗，同時可使整體生產(chǎn)成本得到大幅下降。

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的不斷發(fā)展，工業(yè)齒輪箱體積縮小，重量變輕，同時要求高效、長壽命，導致齒輪和軸承載荷不斷提升，油溫升高。齒輪箱的壽命和運轉效率除了與齒輪箱自身材質(zhì)和潤滑設計相關外，與工業(yè)齒輪油的潤滑保護也密不可分，因此隨著齒輪箱技術的不斷發(fā)展，對工業(yè)齒輪油的技術要求也越來越高，相關工業(yè)齒輪油技術標準也不斷更新[1～9]。本文重點介紹國際上最新推出的L-CKSMP抗微點蝕高端工業(yè)齒輪油規(guī)格的具體技術要求和相關臺架，以對高端工業(yè)齒輪油的研究和市場應用起到積極的促進作用。

工業(yè)齒輪油分類標準最新變化

目前行業(yè)內(nèi)通行的工業(yè)齒輪油分類標準為ISO 6743-6《潤滑劑、工業(yè)潤滑油和有關產(chǎn)品(L類)分類第6部分：C組(齒輪)》。國內(nèi)齒輪潤滑劑分類標準GB/T 7631.7—1995《潤滑劑和有關產(chǎn)品(L類)的分類第7部分： C組(齒輪)》即等效采用了ISO 6743-6—1990標準。油品質(zhì)量標準ISO 12925-1《潤滑劑、工業(yè)用油和相關產(chǎn)品(L類).(齒輪)C種.第1部分：閉式齒輪系統(tǒng)用潤滑劑規(guī)范》根據(jù)ISO 6743-6—2018這一最新版本標準在2018年隨之進行了更新[10]。ISO 6743-6—2018為28年來的首次修訂，與上一版本相比變化很大，具體見表1。

ISO 6743-6—2018相比1990版變化較大，標準新增了L-CKTG、L-CKES、L-CKPG和L-CKPR等4個環(huán)境可接受類潤滑劑(Environment Acceptable Lubricant，簡稱EAL)的技術規(guī)格；刪除了1990版本中的L-CKS和L-CKT等2個齒輪油規(guī)格，衍變并細分為L-CSPG、L-CSPR、L-CTPG和L-CTPR等4個齒輪油規(guī)格。

表1 ISO 6743-6工業(yè)齒輪油技術規(guī)格變化

(續(xù)表1)

同時ISO 6743-6—2018標準中新增了L-CKSMP規(guī)格，該規(guī)格重點突出了抗微點蝕的性能要求，符合SIEMENS Flender等齒輪箱OEM對工業(yè)齒輪油抗微點蝕性能的需求，使得國內(nèi)外主流的抗微點蝕高端工業(yè)齒輪油首次有了具體規(guī)格。

高端工業(yè)齒輪油技術要求

隨著ISO 6743-6齒輪潤滑劑分類標準的更新，ISO（國際標準化組織）于2018年1月也發(fā)布了ISO 12925-1—2018《潤滑劑、工業(yè)用油和相關產(chǎn)品（L類）.（齒輪）C種.第1部分：閉式齒輪系統(tǒng)用潤滑劑規(guī)范》工業(yè)閉式齒輪油油品標準，其中對于L-CKSMP規(guī)格的具體技術要求見表2。

ISO 12925-1 L-CKSMP規(guī)格相比普通工業(yè)齒輪油主要是增加了抗微點蝕試驗、FE-8軸承磨損試驗、Flender抗泡試驗和橡膠兼容性試驗臺架。表2中微點蝕試驗方法暫未加入，目前DIN（德國標準化學會)依據(jù)慕尼黑齒輪研究所制定的FVA 54 VII方法《工業(yè)齒輪油抗微點蝕性能測試方法》起草制定了DIN 3990-16(草案)《齒輪-FZG測試程序-第16部分：潤滑劑抗微點蝕和承載性能的測試-FZG試驗方法 GT-C/8.3/90》，預計在2020年底前將發(fā)布 DIN 3990-16標準正式版，屆時L-CKSMP標準中將加入抗微點蝕試驗方法。Flender工業(yè)齒輪油規(guī)格AS 7300中對油品抗微點蝕性能的技術要求可供參考：承載級別（≥10），耐久試驗（高級），試驗方法為FVA 54 VII。

工業(yè)齒輪油臺架試驗介紹

高端L-CKSMP抗微點蝕工業(yè)齒輪油除了常規(guī)理化、抗氧化和FZG承載等性能測試，還必須進行抗微點蝕試驗、FE-8軸承試驗、弗蘭德抗泡試驗和橡膠兼容性等臺架試驗，以下對相關臺架試驗進行介紹。

抗微點蝕試驗

微點蝕主要是由于齒輪嚙合循環(huán)接觸應力和塑性流動而造成少量材料流失，在表面留下微小裂縫和/或凹坑的磨損形式，微點蝕齒輪受損表面呈灰色。目前評價齒輪微點蝕的臺架設備有FZG微點蝕試驗機（圖1）和MPR微點蝕試驗機，由于FZG試驗機的齒輪運動形式既有滾動又有滑動，與實際齒輪的運行狀態(tài)最相符，因此通常采用FZG試驗機[11]。目前行業(yè)公認且被各大工業(yè)齒輪箱OEM（原始設備制造商）廣泛采用的抗微點蝕測試方法是FVA 54 VII。該方法分為2個階段的測試：承載級的測試從5～10 級；耐久性測試包含8級和10級?？刮Ⅻc蝕工業(yè)齒輪油要求承載級≥10級（承載級試驗結束后齒廓平均偏差ffm不超過7.5 μm）；同時耐久級要求為高級（耐久級試驗結束后ffm不超過20 μm）。潤滑油抗微點蝕性能的測定（FZG試驗機法）的主要參數(shù)見表3。

表2 L-CKSMP工業(yè)閉式齒輪油技術要求（ISO 12925-1—2018）

FE-8軸承磨損試驗

工業(yè)齒輪箱的關鍵部件不僅有齒輪，還有軸承，因此所用的工業(yè)齒輪油需要對軸承具有良好的潤滑保護作用。FE-8軸承磨損試驗是對軸承磨損性能評價的常用方法，也是國際上用于工業(yè)齒輪油性能評價的重要臺架之一。試驗設備見圖2。

FE-8軸承磨損試驗目前國際上通用DIN 51819-3—2016《潤滑劑檢驗在滾子軸承試驗裝置FE8機械動態(tài)測試第3部分：試驗方法潤滑油施加的測試軸承：軸向圓柱滾子軸承》，國內(nèi)修改采用該方法制定了NB/SH/T 0944.1—2017 《潤滑劑抗磨損性能的測定 FE8滾動軸承磨損試驗機法第1部分：潤滑油》。FE-8軸承磨損試驗進行潤滑油試驗時，首先在FE-8試驗機上安裝2個試驗軸承，將一定量的試驗油加入潤滑油循環(huán)系統(tǒng)中，通過潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，以0.1 L/min±0.02 L/min的體積流速給每個試驗軸承供油，并在規(guī)定條件下（電機轉速7.5 r/min±0.5 r/min、軸向負荷80 kN±3 kN、溫度為80 ℃±1 ℃）進行試驗。試驗過程中，當軸承由于潤滑不良而導致的摩擦扭矩連續(xù)超過60 N · m持續(xù)10 s以上，或連續(xù)運行時間達到80 h時，試驗結束。試驗前后稱量試驗軸承各部件的質(zhì)量，以磨損質(zhì)量損失來評價潤滑劑的抗磨損性能。

圖1 FZG微點蝕試驗機

表3 潤滑油抗微點蝕性能的測定（FZG試驗機法，F(xiàn)VA 54VII）

弗蘭德抗泡試驗

工業(yè)齒輪油在循環(huán)流動和被攪動中，容易產(chǎn)生泡沫，若抗泡性不好，生成的泡沫不能很快消失，會影響齒輪嚙合處油膜的形成，還會因夾帶泡沫使實際油量減少，影響油品極壓抗磨性能和設備散熱。目前多采用常規(guī)的GB/T 12579（ASTM D892、DIN 51566E）普通抗泡試驗評定油品泡沫性能，為了更為準確地評價油品在實際運行過程中的泡沫性能，國際上多采用更為苛刻的弗蘭德抗泡試驗（ISO 12152—2012 《潤滑油，工業(yè)用油和相關產(chǎn)品.使用正齒輪試驗裝置測定工業(yè)齒輪油的起泡沫和空氣揮發(fā)性性能.弗蘭德泡沫試驗規(guī)程》）。

根據(jù)ISO 12152標準，在一個有玻璃觀察窗的密閉齒輪箱中，采用一副齒輪在油樣中旋轉（油溫25 ℃±0.5 ℃、電機轉速1 450 r/min），將空氣混入油中，形成油沫（油-空氣混合物和泡沫），運轉5 min，然后停機1 min、5 min后測量泡沫體積增加的百分比，以此來評價油品的動態(tài)抗泡性能。在這種狀況下潤滑油的狀態(tài)與機械運轉和吸入的空氣有關，油-氣混合物、表面泡沫和油品劣化等性能能夠很快得到檢測。該試驗與齒輪箱實際運行工況更為契合。Flender泡沫臺架試驗設備見圖3，透視窗見圖4。

橡膠兼容性試驗

橡膠兼容性是反映油品對橡膠件影響的重要指標。作為系統(tǒng)密封材料的橡膠在齒輪箱中要與工業(yè)齒輪油接觸，若工業(yè)齒輪油與密封橡膠的適應性不好，就會造成橡膠的過度膨脹或收縮，并加速橡膠的老化，造成泄漏，污染環(huán)境，并有可能帶來安全隱患，影響設備的正常運行。

圖2 FE-8軸承磨損試驗臺架

圖3 Flender泡沫試驗臺架

圖4 Flender泡沫臺架透視窗

根據(jù)相關研究成果[12]，工業(yè)齒輪箱橡膠密封材料發(fā)生異常泄漏的主要原因包括，密封圈本身的性能、裝配過程、潤滑劑、設備操作條件、密封環(huán)境和軸表面情況等。密封材料泄漏影響因素見圖5（圖中，紅色為短期影響因素占比，綠色為長期影響因素占比）。，

由圖5可見，潤滑劑的選擇對于密封材料發(fā)生長期泄漏的因素比重為40%，影響較大。因此，需要重點關注工業(yè)齒輪油與橡膠的兼容性，一般采用ISO 1817—2015《硫化橡膠耐液體測定方法》方法進行評價。

根據(jù)ISO 1817要求，將指定橡膠材料與試驗油品放入容器中在一定溫度下浸泡一定時間（例如NBR/SRE 28SX，168 h，100 ℃，即SRE 28SX型丁腈橡膠在100 ℃條件下進行168 h實驗），之后取出測試橡膠硬度、體積和強度等方面性能的變化，見圖6。

長城AP工業(yè)齒輪油性能評價

工業(yè)齒輪油黏度級別眾多，本文以工業(yè)齒輪箱較為常用的ISO VG220工業(yè)齒輪油（長城AP 220）為例，依據(jù)L-CKSMP技術要求對AP 220進行常規(guī)理化分析和相關臺架性能評價。長城AP 220的常規(guī)性能分析結果見表4。

由表4可見，長城AP 220具有優(yōu)良的防銹、抗泡、破乳化、抗氧和FZG承載等性能，完全可以滿足ISO 12925-1-2018 L-CKSMP VG220油品常規(guī)性能指標要求。

抗微點蝕測試

長城AP 220采用FVA 54 VII試驗方法在德國波鴻魯爾大學（Ruhr University Bochum）進行了FZG抗微點蝕試驗，測試結果見表5。長城AP 220工業(yè)齒輪油齒廓偏差見圖7，微點蝕試驗后齒輪照片見圖8。

從圖7、圖8可以看出，長城AP 220齒廓平均偏差在承載測試階段和耐久測試階段均可滿足指標要求，且試驗后齒輪無明顯微點蝕，油品抗微點蝕性能較好，可以減少齒輪設備微點蝕概率。

FE-8 軸承磨損測試

采用DIN 51819-3方法對長城AP 220進行FE-8軸承磨損性能測試，結果見表6。長城AP 220 FE-8軸承磨損試驗測試數(shù)據(jù)見圖9。

從FE-8軸承磨損試驗臺架測試結果來看，長城AP 220對軸承保護效果很好，軸承的磨損量很低，滿足指標要求，可以很好地保護齒輪箱軸承部件處于良好的工作狀態(tài)。

弗蘭德泡沫測試

采用ISO 12152弗蘭德泡沫試驗對長城AP 220進行抗泡性能測試，結果見表7。

從表7可以看出，長城AP 220工業(yè)齒輪油在弗蘭德泡沫試驗中，對于不同條件下，泡沫體積變化均較小。這說明油品的抗泡性能較好，在實際運行過程中，既可降低泡沫產(chǎn)生造成的齒輪表面潤滑不充分的風險，同時也可減少因泡沫累積過多，造成油品溢出的“漏油”問題。

圖5 密封材料泄漏影響因素

圖6 密封材料兼容性試驗

表4 長城AP 220常規(guī)性能分析

橡膠相容性測試

依據(jù)ISO 1817試驗方法，采用NBR/SRE 28SX橡膠與長城AP 220在100 ℃下進行168 h橡膠兼容性試驗，測試結果見表8。

從表8可以看出，長城AP 220與密封材料的兼容性符合ISO 12925-1—2018參考技術指標要求，可以減少齒輪箱因漏油造成維修、停機和環(huán)境污染等問題。

結論

☆ISO 6743-6工業(yè)齒輪油分類標準在其2018版本中新增了環(huán)境可接受齒輪油技術規(guī)格，L-CKS和L-CKT齒輪油規(guī)格發(fā)生了衍化，同時新增了L-CKSMP高端抗微點蝕工業(yè)齒輪油規(guī)格。

☆ISO 12925-1—2018工業(yè)閉式齒輪油標準根據(jù)ISO 6743-6—2018制定了L-CKSMP工業(yè)閉式齒輪油的技術要求，使得目前市場上在用的高端抗微點蝕工業(yè)齒輪油首次有了具體規(guī)格和技術要求，對于規(guī)范市場和產(chǎn)品研究具有重要意義。

☆長城AP工業(yè)齒輪油可以滿足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技術規(guī)格的技術要求，在抗微點蝕、軸承保護、抗泡和橡膠適應性等方面性能優(yōu)異，已獲得了SIEMENS Flender、HANSEN和Eickhoff等頂端工業(yè)齒輪箱OEM技術認證，為國際高端工業(yè)齒輪油。