CN108008119A - 一种高铁齿轮油寿命的模拟评定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟评定高铁齿轮油寿命及预测采样节点间油品变化的方法，包括以下步骤：a)：测定待测高铁齿轮油的性能参数初始值，所述性能参数包括初始黏度和酸值，记录备用；b)以待测高铁齿轮油为实验对象，模拟齿轮箱运转温升平衡后高铁齿轮油的氧化过程；c)：间隔测定所述待测高铁齿轮油在所述氧化过程中包括黏度与酸值在内的性能参数并计算其相对于初始值的变化率，结合齿轮油换油指标，进而得出高铁齿轮油寿命，同时预测实际行车过程中各采样节点的齿轮油变化。本发明所述的高铁齿轮油寿命的模拟评定方法，能够有效估测油品在齿轮箱内的使用寿命，能够有效估测线路行车中相邻采样间隔点的油品变化，确保高铁列车的运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及模拟评定高铁齿轮油寿命及预测采样节点间油品变化的方法。
背景技术
高铁转向架齿轮箱处于高铁整车重要的走行部位，对于机车的安全行驶和整体性能具有重要的意义。传动齿轮的主要工作特点是转速高、载荷大，同时承受各种冲击和振动。为了保证传动齿轮具有良好的工作性能，润滑是一个重要环节，润滑对提高齿轮的承载能力，降低摩擦，减小磨损，提高齿轮效率，延长齿轮的使用寿命都有着重要的作用。因此润滑油作为高速列车齿轮箱的重要零部件，在齿轮件高速运转过程中起着至关重要的润滑保护作用。齿轮箱润滑油合理选择关乎齿轮箱的运转寿命和行驶安全。我国的CRH动车组自2012年6月27日以来，运行在武广、京沪、哈大等高速客运专线的动车组齿轮箱油多次发生黑油现象而提前更换齿轮油，目前我国还没有高铁齿轮箱润滑油行业标准。而在与轴承、齿轮箱配套的润滑油脂引进时，合同明确规定速度不超过300公里/小时，但是中国高速铁路的实际运行工况有些已脱离了国外公司设计的工况限制，致使因润滑原因导致的机车检修周期缩短，维修成本上升，同时也存在着严重的安全隐患。因此，亟需建立一种试验模拟评定齿轮油寿命的方法。
造成齿轮箱运行过程中油品品质劣化的原因主要有三个：一是润滑油油品本身物质的变化；二是齿轮磨损金属元素的增加；三是外界水分、灰尘等杂质的污染。其中油品本身物质的变化主要是由于齿轮啮合过程的剪切以及高温氧化的结果。高速动车组转动装置首先面对的问题是传动装置(包括油品)温度的上升，高速动车组齿轮箱正常运行时油温通常维持在80℃～90℃，盛夏时节油温偶然也会高达120℃左右。目前，国内外并没有直接评估齿轮油实际应用寿命的方法，现行评价方法中剪切性能的评价主要区分不同黏指剂的抗剪切能力；氧化试验则主要是在标准实验条件下评估不同油品配方的抗氧化性能，并不能直接映射到实际行车过程中的里程，表征油品的换油期限。这些常见的试验方法如下：
1.抗剪切实验
测量润滑油的永久剪切损失的方法很多，主要根据油品的应用场合选用相应的试验方法，如表1所示。
表1润滑油剪切安定性测试方法
| 试验方法 | 典型应用范围 |
| SH/T0505超声波剪切法 | 液压油/ATF |
| SH/T0200齿轮机法 | 内燃机油/液压油 |
| SH/T0103柴油喷嘴法 | ATF/齿轮油 |
| NB/SH/T0845圆锥滚子轴承试验机法(KRL剪切) | 齿轮油/ATF |
2.抗氧化试验
油品抗氧化性能的试验条件因油品而异，如表2所示。
表2润滑油剪切安定性测试方法
| 试验方法 | 典型应用范围 |
| SH/T0123 | 齿轮油等极压润滑油 |
| SH/T0450氧化管法 | 航空涡轮发动机润滑油 |
| SH/T0299 | 内燃机油 |
| SH/T0192 | 内燃机油 |
| SH/T0193旋转氧弹 | 汽轮机油 |
| SH/T0206 | 变压器油 |
| GB/T12581 | 汽轮机油 |
上述标准试验方法旨在通过试验手段，快速筛选不同油品配方抗剪切、抗氧化性能，无法较为准确的预测评估油品在实际应用过程中寿命。
因此，基于高铁动车组实际行车中遇到现实问题，亟需建立一套高铁齿轮油寿命的模拟评定方法。
发明内容
本发明提供了模拟评定高铁齿轮油寿命及预测采样节点间油品变化的方法，该方法简单易实现，能较好地反应高铁行进过程中高铁齿轮油本身性质的保持能力。
该方法还包括一种计算换油里程的方法，其对实际行车过程中采样间隔之间油品的评价预测具有指导意义。解决了现有评价技术不能有效的表征高铁齿轮油的实际使用寿命的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟评定高铁齿轮油寿命及预测采样节点间油品变化的方法，具体包括以下步骤：
a)：测定待测高铁齿轮油的性能参数初始值，所述性能参数包括初始黏度和酸值，记录备用；
b)以待测高铁齿轮油为实验对象，模拟齿轮箱运转温升平衡后高铁齿轮油的氧化过程；
c)：间隔测定所述待测高铁齿轮油在所述氧化过程中包括黏度与酸值在内的性能参数并计算其相对于初始值的变化率，结合齿轮油换油指标，进而得出高铁齿轮油寿命，同时预测实际行车过程中各采样节点的齿轮油变化。
其中，上述黏度为100℃运动黏度(标准)。
优选地，本发明所述的方法还包括在步骤a)之前针对所述待测高铁齿轮油模拟其在齿轮啮合的剪切过程并测定剪切后的运动黏度变化率的步骤。其中，所述剪切为100小时的KRL剪切。
具体而言，所述模拟剪切是根据NB/SH/T0845，将高铁齿轮油进行100h的KRL剪切，其他条件不变，试验结束后测定高铁齿轮油100℃运动黏度的变化，模拟表征高铁齿轮油在齿轮啮合时的剪切性能表现。
当测定高铁齿轮油100℃运动黏度的变化率不超过10％时，即说明待测齿轮油的抗剪切性能符合规定，否则，不宜作为高铁齿轮油。
也就是说，依据该步骤所计算得到的运动黏度变化率可用于初步判断油品质量，若其运动黏度变化率超过10％，则所述待测高铁齿轮油不宜作为高铁齿轮油(无需进入步骤a)-步骤c)所述的模拟评定高铁齿轮油寿命及预测采样节点间油品变化的方法)。优选地，本发明所述方法还包括步骤d)：根据步骤c)得出的高铁齿轮油寿命计算出换油里程。
其中，所述的氧化过程为能有效模拟实际齿轮运转温升平衡后的氧化方法。
其中，所述温升为高铁转向架齿轮箱实际运行时的温升。
其中，所述氧化的过程中，空气或氧气的流量为5-10L/h，优选的为6L/h；以铜、铁为金属催化剂，催化剂表面积与高铁齿轮油油量之比为0.05～0.4cm2/g。
其中，所述待测齿轮油在模拟过程中黏度、酸值等性能参数的变化的测定项目、指标及试验方法依照GB/T30034-2013《重负荷车辆齿轮油(GL-5)换油指标》的技术要求和试验方法。
作为本发明的一个优选方案，所述高铁齿轮油寿命的模拟评定方法包括如下步骤：
a)：测定待测高铁齿轮油的性能参数初始值，所述性能参数包括初始黏度和酸值，记录备用；
b)：取SH/T0123的试验仪器进行待测高铁齿轮油的氧化试验，选取温度为高铁转向架齿轮箱实际运行时的温度，温度范围80～100℃，优选95℃；空气或氧气的流量为5-10L/h，优选的为6L/h；以铜、铁为金属催化剂，催化剂表面积与齿轮油油量之比为0.05～0.4cm2/g高铁齿轮油，优选0.2cm2/g；
c)：以5×24～10×24小时为间隔，优选7×24小时，测定高铁齿轮油在氧化过程中不同阶段的黏度与酸值相对于初始值的变化率，然后将其结合GB/T30034的高铁齿轮油换油指标，得出高铁齿轮油的寿命；
或进一步包括如下步骤：
d)：根据步骤c)得出的高铁齿轮油寿命计算出换油里程。
优选地，所述步骤c)中以待测高铁齿轮油的黏度变化率不超过10％(即±10％)，酸值变化值不超过1mgKOH/g(即±1mgKOH/g)，油品寿命以上述指标先到为主，换算出高铁齿轮油的寿命。
本发明针对目前没有评定高铁齿轮油寿命的现状，对高铁齿轮油实际运行过程中因齿轮啮合剪切、油品氧化劣化导致油品本身性能下降进行评定，以GB/T30034中的项目“100℃运动黏度变化率”和“酸值变化值”作为判定项目，模拟表征齿轮油寿命。以高铁运行时速与定期间隔时间的乘积换算表征高铁实际运行里程。从而能够较好的关联齿轮油的实际应用效果，对高铁实际行车过程中采样间隔之间油品的评价预测具有指导意义。
下面通过实施例对本发明进一步阐述。
附图说明
图1为本发明进行评定高铁齿轮油氧化寿命的装置结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例在于利用本发明的高铁齿轮油模拟评定方法评定某高铁齿轮箱润滑油，并估算该油品在时速350公里高速动车组的运行里程，最后给出了实际应用于时速350公里高速动车组的油品跟踪结果。
1.试验条件
KRL剪切试验：参照NB/SH/T0845，试验时间100h。
高温氧化试验：本方法采用图1所示的油品处理装置对被测试油品进行高温氧化模拟试验。该装置包括恒温容器4以及油品容器3。该油品容器3中倒入被试润滑油油品，设置在恒温容器4内。油品容器3中加入被测试油品和以铜、铁金属催化剂，材质与实际高铁齿轮箱中的材质一致，催化剂表面积与齿轮油油量之比为0.2cm2/g齿轮油。在油品容器3的开口上设置一双口固定塞2，只要能起到固定进气管1并确保油品容器3内外压力平衡即可。进气管1内管径为0.5mm，插入油品容器3底部，空气流速设定为6L/h。空气通入进气管之前，经过装填有无水硫酸钙或适当干燥剂的干燥器干燥。试验温度为95℃，采样周期为7×24h，检测项目包括黏度、酸值。
高温氧化装置除恒温容器4外材质均为硅酸玻璃，恒温容器4可以是金属浴或油浴。
2.试验样品
某高铁齿轮箱润滑油。
3.试验结果
表3和表4展示了利用上述试验方法所得试验结果。其中，KRL剪切黏度下降率以式(1)计算：
式中：
Vsot——试验前试验油(100℃)的运动黏度，mm2/s；
Veot——试验后试验油(100℃)的运动黏度，mm2/s。
表3油品的KRL剪切下降率
| 分析项目 | 数值 |
| KRL剪切100h后运动黏度(100℃)剪切下降率，％ | 1.65 |
氧化后油品100℃运动黏度变化率及酸值变化值分别以时(2)和式(3)计算。
式中：
V0——试验前试验油(100℃)的运动黏度，mm2/s；
Vt——t时刻试验油(100℃)的运动黏度，mm2/s。
式中：
A0——试验前试验油的酸值，mgKOH/g；
At——t时刻试验油的酸值，mgKOH/g。
表4油品氧化的测试结果
由表3和表4分析数据可知，经100h的KRL剪切后，其100℃运动黏度的变化率仅为1.65％，该高铁齿轮油具有很强的抗剪切性能，在实际应用几乎可以忽略油品因剪切而造成的黏度损失。油品的高温氧化表现为100℃运动黏度的变化率提升，酸值变化增加。
假设高铁以平均时速350公里持续运行，该时速下齿轮箱搅油损失，此时齿轮箱温升平衡后造成的油温最高，能够达到上述实验优选温度附近，以齿轮油100℃运动黏度变化10％所需时间2520小时计算，其运行里程为88.2万公里。
即本发明模拟评定的高铁齿轮油，其自身性能的保持至少能满足时速350公里动车组88.2万公里的行车里程，对现行高铁45～60万公里的换油里程要求具有可靠性。本发明各采样节点的试验数据对高铁实际运行采样检测期间的油品本身的变化具有预测指导意义。
该高铁齿轮油在时速350公里动车组实际运行表现如表5所示。
表5油品的测试结果
本发明对高铁齿轮油的模拟评定试验数据和行车实验数据可以看出：采用本专利试验方法所得出的试验数据能够预测高铁齿轮油的极限行车里程，对高铁实际行车过程中采样间隔之间油品的评价预测具有指导意义，同时实际行车试验数据与本发明中对油品的预测变化基本一致，说明本发明与实际应用效果具有良好的关联性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种模拟评定高铁齿轮油寿命及预测采样节点间油品变化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)：测定待测高铁齿轮油的性能参数初始值，所述性能参数包括初始黏度和酸值，记录备用；
b)：以待测高铁齿轮油为实验对象，模拟齿轮箱运转温升平衡后高铁齿轮油的氧化过程；
c)：间隔测定所述待测高铁齿轮油在所述氧化过程中包括黏度与酸值在内的性能参数并计算其相对于初始值的变化率，结合齿轮油换油指标，进而得出高铁齿轮油寿命，同时预测实际行车过程中各采样节点的齿轮油变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤a)之前针对所述待测高铁齿轮油模拟其在齿轮啮合的剪切过程并测定剪切后的运动黏度变化率的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述剪切为100小时的KRL剪切。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括根据步骤c)得出的高铁齿轮油寿命计算出换油里程的步骤。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的氧化过程参照SH/T0123的进行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧化过程选取的温度为高铁转向架齿轮箱实际运行时的温度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述氧化过程中，空气或氧气的流量为5-10L/h，优选为6L/h；
和/或，以铜、铁为金属催化剂，优选所述金属催化剂表面积与高铁齿轮油油量之比为0.05～0.4cm2/g。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述待测高铁齿轮油在模拟过程中黏度、酸值的变化的测定项目、指标及试验方法依照GB/T30034-2013《重负荷车辆齿轮油(GL-5)换油指标》的技术要求和试验方法。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)：测定待测高铁齿轮油的性能参数初始值，所述性能参数包括初始黏度和酸值，记录备用；
b)：取SH/T0123的试验仪器进行待测高铁齿轮油的氧化试验，选取温度为高铁转向架齿轮箱实际运行时的温度，温度范围80～100℃，优选95℃；空气或氧气的流量为5-10L/h，优选的为6L/h；以铜、铁为金属催化剂，催化剂表面积与高铁齿轮油油量之比为0.05～0.4cm2/g，优选0.2cm2/g；
c)：以5×24～10×24小时为间隔，优选7×24小时，测定高铁齿轮油在氧化过程中不同阶段的黏度与酸值相对于初始值的变化率，然后将其结合GB/T30034的齿轮油换油指标，得出高铁齿轮油的寿命；
或进一步包括如下步骤：
d)：根据步骤c)得出的高铁齿轮油寿命计算出换油里程；
优选所述黏度为100℃运动黏度。
10.根据权利要求1－9任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤c)中以待测高铁齿轮油的黏度变化率不超过10％，酸值变化值不超过1mgKOH/g，油品寿命以上述指标先到为准，换算出高铁齿轮油的寿命，同时预测实际行车过程中各采样节点的齿轮油变化。
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