基于超低温环境的齿轮箱润滑油性能分析与研究

本文以超低温高速齿轮箱为试验对象，基于超低温试验方法和试验模式，测试了不同品牌润滑油润滑下的齿轮箱轴承温度和温升速率，通过拟合温度数据曲线，对比分析润滑油黏温特性和低温性能指标，综合评估超低温齿轮箱润滑油性能并得出结论：相同粘度等级下拥有较低运动粘度、较大粘度指数的润滑油能够为齿轮箱在超低温高速运用环境下提供更好的润滑条件。

关键词：超低温；高速齿轮箱；温升速率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.033

1 前言

截止到目前中国CRH高速动车组能够在高温（+40℃）、高寒（-40℃）地区满足300km/h持续、稳定运营需求。

本文针对-45℃超低温运用工况，通过分析齿轮箱低温试验数据，对比润滑油本身黏温特性，综合评估超低温工况下齿轮箱润滑油性能。

2 润滑油低温性能试验方法

以某时速360公里超低温齿轮箱为研究对象，使用低温环境箱开展-45℃环境下的润滑油低温性能测试。

试验方法：通过测试低温工况下的轴承和润滑油的温升速率和温升大小评估产品低温润滑的可靠性；低温工况下，润滑油较快的温升速率能够保证齿轮箱润滑油较快的升温，温度升高后提高润滑油的流动性，提升润滑油的润滑可靠性。

试验对象：某超低温齿轮箱；

试验润滑油：某B/某F/某K润滑油；

试验模式：在齿轮箱油位下线时，按照规定加速度将转速升至齿轮箱的最高运营转速，正反转各运转一次。

3 润滑油低温试验数据分析

齿轮箱低温试验过程，监控轴承、润滑油和环境箱的温度及温升速率。数据中RT代表环境温度，GW代表输出轴车轮侧温度，GM代表输出轴电机侧温度，PW代表输入轴车轮侧温度，PM代表输入轴电机侧温度，OIL代表润滑油温度。例如某F品牌润滑油-45℃低温反转测试的监控温度曲线和温升速率曲线如下图所示。

试验过程对某B/某F/某K润滑油分别开展了-45℃低温启动试验测试，下表为不同润滑油低温测试的温升和温升速率数据对比。

分析试验数据，3种润滑油在-45℃工况下均能够实现对齿轮箱的润滑，但在温升情况和温升速率方面有一定的差异。其中B油和K油在温升速率和最终温度方面数值相当，F油相对B油和K油温升速率和最终温度偏低。

4 润滑油性能对比分析

润滑油在齿轮箱内部起着重要作用：需要满足在不同温度和载荷条件下对齿轮、轴承滚子、保持架等重点摩擦副的抗磨、防锈、冷却、清洁等要求。

下表是本测试中三个齿轮箱润滑油的物化参数对比。

本测试中三种润滑油都是满足API GL-5规格、粘度级别75W-90的合成型车辆齿轮油。具有很好的极压抗磨性能和优越的粘温特性。

深入比较三种油，B油和K油性能较为接近，F油指标略低。尽管都属于75W-90级别的车辆齿轮油，B和K油的运动粘度要较之F油更低，但两者的粘度指数VI却比F油更高。这会给B和K油带来更好的高低温性能。

運动粘度是反映润滑油流动性的重要指标，运动粘度越低，油液流动越快。相对更低的运动粘度，可以在保证足够油膜厚度的同时，润滑油更易流动，有利于高温下的散热和低温下油膜的快速形成。

粘度指数是反映润滑油的运动粘度随着温度变化而变化的程度。粘度指数越高，油液的运动粘度随温度变化而变化就越小。相对更高的粘度指数，可以让润滑油的运动粘度更稳定，高温下油膜不至于过薄而破裂，低温下油液不至于粘度过高而难以流动。

表5比较了在不同温度下，三种齿轮油的运动粘度变化比较。结果发现，当温度下降时，三种油的运动粘度均在显著下降，表明流动性开始变差。但是三者的下降速率有明显不同，尤其在低温区间（-10～-40°C）内。油B和油K的运动粘度下降速率较小且接近，当温度降至-40°C时，仍然保持较好流动性。油F的运动粘度下降速率很大，到-40°C时已经无法计算其运动粘度。

5 结论

通过对齿轮箱低温试验的温升分析，结合润滑油的粘度指数综合评估：低温工况下更好地流动性能够为齿轮箱低温启动带来有利影响，润滑油的快速升温，提升了齿轮箱的低温工况下的润滑可靠性；试验过程中选择的某B和某K润滑油，在粘度指数上有着相似的性能参数，与试验结果相一致；相对某F润滑油，能够为齿轮箱低温工况的运用提供了更好地润滑效果。

对比润滑油的粘度指数和齿轮箱温升情况，超低温工况下齿轮箱润滑油的选择更倾向于相同粘度等级下更低运动粘度、更大粘度指数的低温润滑油。例如本项目测试产品优先推荐某B和某K品牌润滑油。