商用车齿轮油换油周期延长试验分析

近年来，由于电子商务的发展，物流业快速增长，干线物流长途牵引车持续增长。高的实效性要求物流车辆具有更多的工作时间，缩短维修、保养时间。这要求车辆的油品换油周期尽可能的延长，以满足快节奏的使用需求。为了加强环境保护，减少废弃油脂对环境造成的影响以及回收过程中的能量消耗，需要延长油品的换油周期。随着润滑油配方技术的不断发展，长换油周期成为了齿轮油重要的发展方向。OEM（汽车原始设备制造商）为了提高自身产品的竞争力，具有延长润滑油换油周期的迫切需求。延长商用车齿轮油的换油周期具有重要的意义。

 

在台架及实车试验过程中采用的为 A、B 2 种品牌80W-90/GL-5重负荷车辆齿轮油。同一试验车变速箱及驱动桥内统一装入相同试验油。油品的分析数据见表1。

包含齿轮寿命试验台架及相关设备、TSY-1109A 石油产品运动粘度测定仪、BZD-4C 型自动石油产品酸值测定器、Optima 5300 DV电感耦合等离子体原子发射光谱仪、J6P商用牵引车。变速器及后桥信息见表2。

利用TSY-1109A石油产品运动粘度测定仪，依据GB/T 265—1988《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测定A、B 2种GL-5重负荷车辆齿轮油的新油100 ℃运动粘度。台架试验过程中期及试验结束后测定油样的100 ℃运动粘度；实际行车试验中，每隔2×104 km抽取油样测定100 ℃运动粘度。

 

利用BZD-4C型自动石油产品酸值测定器，依据 GB/T 7304—2014《石油产品和润滑剂酸值测定法 电位滴定法》测定A、B 2种GL-5重负荷车辆齿轮油的新油酸值。台架试验过程中期及试验结束后测定油样的酸值；实际行车试验中，每隔2×104 km抽取油样测定酸值。

 

利用 Optima 5300 DV 电感耦合等离子体原子发射光谱仪，依据 GB/T 17476—1998《使用过的润滑油中添加剂元素、磨损金属和污染物以及基础油中某些元素测定法（电感耦合等离子体发射光谱法）》测定 A、B 2种 GL-5重负荷车辆齿轮油的新油铁元素含量。台架试验过程中期及试验结束后测定油样的铁元素含量；实际行车试验中，每隔2×104 km抽取油样测定铁元素含量。

 

利用齿轮寿命试验台进行油品台架试验，将试验变速箱及车桥安装在试验台上进行寿命测试，输出轴的转速范围为700～1 900 r/min，试验油温控制范围为（80±5）℃，变速器挡位覆盖为7～12挡，进行1 700 h耐久试验。试验用于评定在试验过程中油品的理化性质变化。在试验中及试验结束后测定油品的100 ℃运动粘度、酸值及铁元素含量。

 

试验车辆为4辆解放J6商用牵引车，全部试验车辆为随机抽取的下线新车。4辆车各装配A、B试验油2辆，分别投放吉林地区（寒冷、干燥）、浙江地区（温热、多雨）。试验车多数工况行驶在试验地区周边1 000 km范围内，标载行驶于高速公路，为干线物流车辆。试验车辆每2×104 km抽取1次油样，检测其100 ℃运动粘度、酸值、铁元素含量。

 

试验样品分析判定结果依据企业内部控制的产品开发试验验证换油指标规范的技术要求，限值要求为试验前、试验后样品的100 ℃运动粘度变化率≤20%，酸值变化值范围在（以KOH计）±1 mg/g以内，Fe 含量≤1.5×10-3 。超过限值的样品判定样品失效，需要更换。

 

选取同一批次变速器 6台试验样件，样件 1～样件 3进行样品 A变速器齿轮寿命试验，样件 4～样件 6 进行样品 B 变速器齿轮寿命试验。在试验中期850 h抽检样品，试验后1 700 h抽检样品。样品 A 检测结果见表 3，样品 B 检测结果见表 4。从试验结果可知，样品 A、样品 B 在变速器齿轮寿命试验中100 ℃运动粘度、酸值变化值和铁含量变化均在换油判定标准技术指标内。样品A、样品B均表现出了良好的变速器齿轮保护性能。

选取同一批次驱动桥 6台试验样件，样件 1～样件 3进行样品 A驱动桥齿轮寿命试验，样件 4～样件 6 进行样品 B 驱动桥齿轮寿命试验。在试验中期850 h抽检样品，试验后1 700 h抽检样品。样品 A 检测结果见表 5，样品 B 检测结果见表 6。从试验结果可知，样品 A、样品 B 在驱动桥齿轮寿命试验中100 ℃运动粘度、酸值变化值和铁含量变化均在换油判定标准技术指标内。样品A、样品B均表现出了良好的驱动桥齿轮保护性能。

基于台架试验结果，可初步判定油品性能符合设计目标。台架试验后选取4辆商用牵引车，试验车 1装备 A样品于吉林地区进行路试，试验车 2装备A样品于浙江地区进行路试，试验车3装备B样品于吉林地区进行路试，试验车4装备B样品于浙江地区进行路试，吉林地区车辆运行区间覆盖中国北部地区，用以验证油品在北方地区性能特征；浙江地区车辆运行区间覆盖中国南部地区，用以验证油品在南方地区性能特征。所有车辆均完成 10×104 km 实际道路行驶。试验车变速器齿轮油 100 ℃运动粘度变化情况见图 1，试验车驱动桥齿轮油 100 ℃运动粘度的变化情况见图 2，试验车变速箱齿轮油酸值的变化见图3，试验车驱动桥齿轮油酸值的变化见图 4，试验车变速箱齿轮油 Fe含量的变化见图 5，试验车驱动桥齿轮油 Fe 含量的变化见图6。

从图1分析可知，在试验车辆行驶至10×104 km目标里程时，变速器总成中，试验车 1 相比试验车2 的样品 100 ℃运动粘度变化率更大，试验车 3 相比试验车 4 的样品 100 ℃运动粘度变化率更大。这可能是由于北方地区温差大，平均温度更低，低温下启动时，变速器齿轮对低温时高粘度的油品剪切强度更高原因导致。

从图2分析可知，在试验车辆行驶至10×104 km目标里程时，驱动桥总成中，试验车1相比试验车2的样品100 ℃运动粘度变化率更大，试验车3相比试验车4的样品100 ℃运动粘度变化率更大。这可能是由于北方地区温差大，平均温度更低，低温下启动时，驱动桥齿轮对低温时油品剪切强度更高原因导致。

从图3、图4分析可知，虽然油品A和油品B由于技术配方不同，初始酸值数值不同，但是在 10×104 km 的试验里程内变速器和驱动桥中样品酸值的变化值均在±1 mgKOH/g 范围内，未超过换油的技术指标限值。由于油品酸值的变化主要由于氧化作用导致，从数据可知，试验过程中的样品A和样品B均展现了优异的抗氧化性能。

从图5、图6分析可知，10×104 km目标里程时，试验车变速器齿轮油中的Fe含量均＜0.25×10-3 ，驱动桥中齿轮油的Fe含量＜0.9×10-3 ，所有齿轮油Fe含量均＜1.5×10-3 的换油限值。驱动桥齿轮油中Fe含量均高于变速器齿轮油中Fe含量，原因是驱动桥中齿轮面压力更大从而使得金属面磨损更严重。

3、结论

a.经过台架试验和 10×104 km 实际行车试验，试验油A、B均表现出了良好的部件保护性能。

b.行车试验中，试验油A、B均保持了酸值的平稳，展现了优异的抗氧化性能。

c.行车试验中，北方运行车辆相比南方运行车辆，试验油 A、B 无论是应用于变速箱还是驱动桥桥都体现了更大的100 ℃运动粘度变化率。这说明工作温度低，齿轮对润滑油的剪切强度更高，不利于粘度保持。

d.行车试验中，虽然试验油 A 的 Fe 元素含量高于试验油B，但都在换油指标内，满足使用需求。
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