重负荷车辆齿轮油换油标准及使用寿命详解

发表时间:2020-12-04 14:51来源:锦州康泰润滑油添加剂

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对于重负荷车辆齿轮油用户来说,最直观的标准是重负荷车辆齿轮油的换油指标和使用寿命,经过多年的研究分析,研究人员在润滑油润滑机理和衰变机理方面取得了很多成果,对于重负荷车辆齿轮油衰变这一复杂的物理化学过程有了更深的认识。


重负荷车辆齿轮油衰变机理分析


针对重负荷车辆齿轮油衰变机理的分析,本文采用实验研究的方法开展工作。笔者采集了不同行驶里程的重负荷车辆齿轮油样品,通过柱层析色谱分离技术提取出其中的胶质产物,并对其各组分组成结构进行定性分析,进一步考察了添加不同添加剂之后重负荷车辆齿轮油衰变的过程,为最终确定重负荷车辆齿轮油换油周期提供依据。


为了考察不同添加剂与基础油对重负荷车辆齿轮油衰变过程的影响,选择了2组齿轮油试验样品。第1组试验样品:基础油相同,均为矿物基础油;添加剂分别为国产齿轮油复合剂和进口齿轮油复合剂,其主要区别在于磷型添加剂不同。第2组试验样品:添加剂相同,均为进口齿轮油复合剂;基础油分别为矿物基础油和合成基础油。


行驶里程对重负荷车辆齿轮衰变的影响分析


实验结果表明,重负荷车辆齿轮在不同行驶里程条件下衰变产物明显不同;衰变产物随着行驶里程的增加出现明显的复杂化现象。其他研究人员发现,70000km是重负荷车辆齿轮中各项指标出现突变的节点,这在一个侧面也证实了行驶里程的延长是导致新物质产生,改变重负荷车辆齿轮性能的一大原因。进一步对采集的样品进行质谱结构分析可以看出,在行驶里程为10200km时,重负荷车辆齿轮中衰变物质主要是烷基环氧醇和烷基醇;在行驶里程到达43000km时,重负荷车辆齿轮衰变产物中增加了羟基过氧化物,在这时还没有发现聚合物;在行驶里程到达70000km时,重负荷车辆齿轮衰变产物中出现了酯类化合物和烯炔类化合物,这时有聚合物出现;在行驶里程达到157000km时,重负荷车辆齿轮衰变产物中酸、酯类和酮类化合物大量出现。


从上述分析可以看出,重负荷车辆齿轮油实验样品品质变化的标志是酸类、酯类和酮类化合物大量出现。这和其他文献中得出的结论大体相同,即重负荷车辆齿轮油质量拐点的标志是烯炔类化合物的出现,重负荷车辆齿轮油最终衰变的标志是酸类、酯类和酮类化合物大量出现。


添加剂对于衰变产物结构的影响分析


对两组含有不同添加剂的重负荷车辆齿轮油进行质谱结构分析,可以看出在行驶里程达到100000km之后,其衰变产物出现变化;主要体现在磷酸酯、氰胺类化合物、聚合酸等复杂化合物的种类及含量上。该部分的研究表明:


(1)在行驶里程较低的情况下,重负荷车辆齿轮油衰变的主要产物是醇类和烷基酸,随着行驶里程的不断增加,衰变出现了质的变化,表现在各种酸类、酯类和酮类化合物的出现。


(2)最终重负荷车辆齿轮油衰变的标志是烯炔类聚合物及烷基烯酸酯类物质的大量出现。



重负荷车辆齿轮油换油周期


重负荷车辆齿轮油换油指标分析

(1)100℃运动粘度变化率。

100℃运动粘度变化率能够直接反应油品的热分解程度、粘度指数改进及氧化衰变程度等,是一项反应油品质量变化的重要参数。很多重负荷车辆齿轮油生产企业为提高重负荷车辆齿轮油高低温性能,通常会加入粘度指数调节剂和降凝剂。


(2)酸值变化值。

重负荷车辆齿轮油使用过程中酸值的变化主要来自两方面,一是含磷极压抗磨添加剂在消耗过程中产生碱性物质,导致酸值降低;另一方面,摩擦导致的高温加剧了氧化作用,产生的有机酸导致酸值上升。酸值的变化能反映出重负荷车辆齿轮油配方中基础油的衰变变化和添加剂的消耗情况。


(3)磨损金属含量。

重负荷车辆齿轮油使用寿命取决于两方面:首先,油品本身氧化、变质导致润滑性能的丧失;其次,油品质量降低导致摩擦损失的加剧,引发系统破坏。油品质量的衰变加剧了摩擦表面的磨损情况,磨损加剧进一步增加了油品品质的恶化。从这一角度分析,将磨损金属含量作为重负荷车辆齿轮油换油指标具有一定合理性。


重负荷车辆齿轮油换油周期


在本次研究中,通过分析油品使用过程中的理化性能,判断重负荷车辆齿轮油换油周期,主要的性能指标包括:100℃运动粘度、酸值和正戊烷不溶性物。实验结果分析可得,随着行驶里程的增加,100℃运动粘度、酸值先降低然后缓慢升高。


具体来看,粘度变化曲线中的低谷区域对应于重负荷车辆齿轮油的高低温调节性能,但是在苛刻剪切条件下,粘度指数改进剂由大分子变为小分子,失去了调节能力,导致低谷的出现。在运行一段时间后,大量热能促进了油品的氧化,同时生成的胶质物质致使粘度再次上升,油品质量开始劣质化。酸值变化的总趋势取决于添加剂的消耗和高温导致的基础油氧化,本次研究中,100℃运动粘度、酸值开始回升是在80000km左右,在回升一段之后,两者的变化趋于平稳。


结合大量文献调研,本文提出的换油周期确定依据为:

(1)重负荷车辆齿轮油性能参数随着行驶里程的变化;

(2)重负荷车辆齿轮油中有效添加剂的保存分数;

(3)油样中铁制含量;

(4)车辆拆检后的磨损情况分析。

依据上述判断标准,本文确定的换油周期为100000km。


重负荷车辆齿轮油发展趋势分析


粘度级别降低

在早期终端客户一直认为,运动粘度越高,齿轮油越粘,对变速箱的保护越好。随着齿轮油公司和变速器制造厂家的宣传,现在客户逐渐接受低粘度齿轮油通过添加特殊功能添加剂的方式,亦可对变速箱零件进行有效保护。随着终端市场客户对燃油经济性以及节能环保越来越高的要求,低粘度级别齿轮油带来的燃油经济性提高,越来越被重视。低粘度级别齿轮油本身制造成本的降低,也促进其销量的进一步扩大。


热氧化安定性不断提升

现阶段,在正常情况下不必对变速箱进行拆解维修,在此情况下,齿轮油的一项重要指标就是长的换油里程。在部分极端工况条件下(重载低速爬坡),齿轮油的工作温度在100℃以上,随着温度的升高,齿轮油的氧化过程加剧,最直接的影响是酸值不断升高,同时漆膜和油泥堆积,最终导致齿轮点蚀甚至剥落。油箱中油品的颜色变深,产生刺激性气味,严重情况下齿轮和壳体表面产生大量沉积物都会导致用户对齿轮油的质量产生怀疑。由此分析,未来一段时期内,提升齿轮油的热氧化安定性,延长齿轮油的使用寿命是一大趋势。


抗磨性提升

对于齿轮油而言,其根本作用在于降低摩擦副之间的摩擦,避免变速箱零件因磨损出现失效,对于终端客户而言,齿轮油抗磨性的提高直接反应出来就是变速箱不容易损坏,而这正好是客户关注的重点。齿轮油抗磨性的提高,具体表现又因具体工况而异:(1)普通工况时的润滑依靠油膜厚度,但此时变速箱齿轮出现失效的几率非常低,因此,此时低粘度级别齿轮油的油膜强度足以满足要求。(2)在极端恶劣工况时,啮合齿轮之间油膜已快消失,齿轮油生产厂家可通过添加合适的极压抗磨剂,使其与齿轮表而发生化学反应生成高强度化学反应膜,以满足苛刻工况下的润滑需求。


提高橡胶相容性及保证同步器工作能力


重负荷车辆齿轮油工作中会接触到油封、O型圈等大量橡胶制品,这就要求重负荷车辆齿轮油具备良好的橡胶相容性,否则可能导致密封件膨胀或者收缩引发的重负荷车辆齿轮油泄漏问题。提升用户驾驶体验的一个主要手段是改善手动变速箱换挡的平顺性,这就要求采用同步器设计。现阶段国内最主要的重型卡车变速箱同步器摩擦环使用的是钢环粘结碳纤维材料。在同步工作初期,需要重负荷车辆齿轮油具有很好的流动性。


结语


随着化石能源的不断消耗,全社会对于节能的关注程度越来越高,开发使用寿命更长的重负荷车辆齿轮油是大势所趋。本文深入分析了重负荷车辆齿轮油衰变的影响因素,并实验分析了重负荷车辆齿轮油换油指标及换油周期,对于提升重负荷车辆齿轮油性能,降低其消耗有重要意义。


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