0 引言
近年來,由于國家經(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)成本和更長的保養(yǎng)周期。此外,隨著商用車技術(shù)的發(fā)展,其傳動部位的潤滑條件較過去更為苛刻,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、抗擦傷性能上對油品有了更高的要求。這些商用車技術(shù)的發(fā)展,推動了 OEM 對高性能車輛齒輪油的需求。而油品長壽命化則是高性能車輛齒輪油發(fā)展趨勢的關(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 的一個新賣點(diǎn)。一方面,OEM 可以通過延長換油周期提升其產(chǎn)品競爭力,從而實(shí)現(xiàn)銷量的提升。另一 方面,OEM 可以通過減少車輛維修頻次,降低運(yùn)營成本。在此背景下,本文從國內(nèi)外商用車長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, 并重點(diǎn)介紹了昆侖潤滑油在商用車長壽命車輛齒輪油上所取得的進(jìn)展。
1 國內(nèi)外商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀
1. 1 國外商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀
國外商用車技術(shù)起步較早,其配套的設(shè)備維護(hù)服務(wù)和長換油周期的配套潤滑油技術(shù)均發(fā)展迅速。比如,在北美市場中,北美 OEM 廠商紛紛推出了高速公路里程在 120 × 10 4 km 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 × 10 4 km 以上的 OEM 指定車輛齒輪油。而為了能得到 120 × 10 4 km 設(shè)備維護(hù)保證,用戶對長換油周期的車輛齒輪油需求迫切,促使其長壽命車輛齒輪油技術(shù)飛速發(fā)展。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,國外其他地區(qū)的車輛齒輪油換油里程已從 10 × 10 4 km 普遍發(fā)展到 50 × 10 4 km 的水平,如圖 1 所示。國外重卡領(lǐng)先企業(yè)的車輛齒輪油換油周期如表 2 所示。
在油品規(guī)格方面,GL - 5 規(guī)格早已不能完全滿足國外長壽命車輛齒輪油的使用要求,從 90 年代開始,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 DANA 公司提出的 SHAES - 234 和 SHAES - 256 長壽命后橋齒輪油規(guī)格,其中 SHAES - 256 規(guī)格適用于 80. 47 × 10 4 km 換油期,SHAES - 234 規(guī)格適用于120. 7 × 10 4 km 換油期。在產(chǎn)品方面,國外知名油公司均有配套的長壽命車輛齒輪油產(chǎn)品,其中,國外某品牌的 Delvac Synthetic Gear Oil 75W - 90 齒輪油, 其推薦換油里程可達(dá) 75 萬英里。
1. 2 我國商用車車輛齒輪油用油現(xiàn)狀
我國商用車技術(shù)相比國外起步較晚,其配套的車輛齒輪油的換油里程雖然從 3 × 10 4 km 成功實(shí)現(xiàn)到 10 × 10 4 km 的水平,但與國外發(fā)達(dá)國家普遍 50 × 10 4 km 以上換油里程相比,還差距巨大。油品規(guī)格方面,國內(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。
2 長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)動橋工況更加苛刻,比如卡車重載化使得驅(qū)動橋齒輪傳動的功率增加,而驅(qū)動橋齒輪的幾何尺寸并沒有很大變化,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),使空氣動力學(xué)性能更趨合理,車輛行駛時空氣阻力減小, 流過驅(qū)動橋外表面的空氣流量減少,散熱性變差。這些工況的變化對新一代的車輛齒輪油提出了更高的要求。以長壽命車輛齒輪油的性能要求來說,相 對于 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。
除以上性能外,OEM 對提升商用車燃油經(jīng)濟(jì)性的需求越來越高,這也使得長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 長壽命車輛齒輪油的發(fā)展趨勢
目前國外車輛制造商對車輛齒輪油的要求是盡 可能延長換油周期,甚至向免維護(hù)方向發(fā)展。比如,德國大眾、美國通用等汽車公司對車輛齒輪油均提出了“全壽命” 的要求,要求一次裝油,一直用到汽車報廢。通常,汽車壽命可達(dá)到 70 × 10 4 km,未來將提高到 100 × 10 4 km。對我國來說,領(lǐng)先 OEM 也逐漸要求延長車輛齒輪油的換油周期,從 10 × 10 4 km 換油里程向 20 × 10 4 km 甚至 50 × 10 4 km 以上換油里程發(fā)展,換油方式上則要求一油橋箱通用,對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)品配方來說,油品設(shè)計(jì)中考慮到油品換油周期的延長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超過 10% 。且添加劑會出現(xiàn)一些新的發(fā)展方向或是在現(xiàn)有平臺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、無灰分具有一定堿值的防銹添加劑等。
從產(chǎn)品性能方面來說,未來長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 昆侖潤滑油在長壽命車輛齒輪油上所取得的進(jìn)展
中國石油潤滑油公司在車輛齒輪油方面,一直緊密與國內(nèi)各 OEM 合作,自 2010 - 2015 年間,自主開發(fā)的 MTF10、MTF18 手動變速箱油以及驅(qū)動橋油 GL - 5 + 重負(fù)荷車輛齒輪油相繼通過了國內(nèi)數(shù)家知名汽車 OEM 廠家 10 × 10 4 km 道路行車考核試驗(yàn)的驗(yàn)證。這些產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用均形成了良好的配方基礎(chǔ),為昆侖潤滑油公司開發(fā)滿足 20 × 10 4 km 換油里程甚至 50 × 10 4 km 換油里程以上的長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,隨著國內(nèi)各 OEM 對長壽命車輛齒輪油的需求逐漸增大,昆侖潤滑油公司在原有 10 × 10 4 km 不換油的手動變速箱油、驅(qū)動油技術(shù)平臺下,通過引入深精制的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),相繼開發(fā) 了 20 × 10 4 km 不換油的 80W - 90 變速箱油 T20、驅(qū) 動橋油 A20 以及 50 × 10 4 km 不換油的 75W - 90 變速箱油 T50 和驅(qū)動橋油 A50,產(chǎn)品性能相較于原有 的 10 × 10 4 km 變速箱油和驅(qū)動橋油,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 × 10 4 km 和 50 × 10 4 km 變速箱油和驅(qū)動橋油的典型數(shù)據(jù)。
從表 4、表 5 中可以看出,質(zhì)量升級后的昆侖 20 × 10 4 km 和 50 × 10 4 km 變速箱油和驅(qū)動橋油,相比 于 10 × 10 4 km 變速箱油和驅(qū)動橋油來說,在低溫性能、銅片腐蝕性能、抗泡性能方面均有提升。且全部通過了 L - 33、L - 42、L - 37、L - 60 - 1 臺架試驗(yàn)測試,尤其是表征油品熱氧化安定性的 L - 60 - 1 強(qiáng)化試驗(yàn)臺架,其試驗(yàn)條件相較于評價原有 10 × 10 4 km 變速箱油和驅(qū)動橋油時,苛刻了數(shù)倍,但油品氧化后的 100 ℃運(yùn)動黏度增長、戊烷不溶物等結(jié)果均全部 滿足指標(biāo)要求,說明油品具有優(yōu)異的熱氧化安定性和油泥分散性能。
此外,在產(chǎn)品開發(fā)過程中,試驗(yàn)也與國外同類長 壽命車輛齒輪油各項(xiàng)性能進(jìn)行了對比。以 50 × 10 4 km 不換油的變速箱油 T50 和驅(qū)動橋油 A50 的抗磨性能考察來說,分別對油品進(jìn)行老化試驗(yàn),不同的時間后,通過觀察其磨斑三維形貌圖的方式,開展了昆侖 50 × 10 4 km 不換油的驅(qū)動橋油 A50、變速箱油 T50 與國外競品的對比工作,結(jié)果如圖 3、圖 4 所示。
從圖 3 中可以看出,在兩種油品不同氧化時間下,昆侖 A50 驅(qū)動橋油和國外競品 1 相比,試驗(yàn)件表面的磨斑直徑小,犁溝少,說明昆侖 A50 驅(qū)動橋油的抗磨性能優(yōu)于競品 1。
從圖 4 中可以看出,在兩種油品不同氧化時間下,昆侖 T50 與競品 2 相比,試驗(yàn)件表面同樣表現(xiàn)出較少的犁溝,說明昆侖 T50 變速箱油的抗磨性能優(yōu)于競品 2。昆侖 T50 和 A50 和競品油在不同氧化時間下的 D392N 磨斑直徑對比柱形圖見圖 5。
從圖 5 通過對昆侖 T50、A50 和競品油進(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)動橋油均略優(yōu)于競品 1 和競品 2。
5 結(jié)束語
隨著商用車技術(shù)的發(fā)展,車輛設(shè)備性能結(jié)構(gòu)的變化對齒輪油性能提出了新的要求。長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,又可以降低 OEM 運(yùn)營成本和用戶的維護(hù)成本,將成為未來車輛齒輪油發(fā)展的主要趨勢之一。此外,汽車行業(yè) OEM 應(yīng)與潤滑油行業(yè)加強(qiáng)長壽命車輛齒輪油的技術(shù)開發(fā)和專業(yè)化合作,以滿足市場上日益增多的長壽命車輛齒輪油國產(chǎn)化需求。