中国石化长城VS 7590城轨齿轮箱专用油在地铁列车上的国产化应用研究

汤万东 李征 李万成 周少鹏

1 中国石化润滑油有限公司华东分公司

2 中国石化润滑油有限公司北京研究院

随着我国经济的快速发展，城市化进程推动轨道交通行业飞速发展，自21世纪初起，地铁建设开始驶入“快车道”。截至2023年11月底，中国大陆55个城市开通运营城市轨道交通线路300条，运营里程9 915.6 km，规模处于世界领先地位，配属地铁车辆超11 000列，规模居世界第一。然而，轨道列车油品领域专业性强，存在较高的技术壁垒，准入门槛高。中国地铁行业齿轮箱润滑油几乎被国外品牌所垄断，依赖进口。近两年，随着国际形势的变化，供应链受外部不确定因素的影响，越来越多地铁公司有油脂国产化的迫切需求，需要去满足。本文采用长城VS 7590城轨齿轮箱专用油在某城市地铁列车上进行了实际线路行车试验，考察油品的实际应用性能，为长城VS 7590城轨齿轮箱专用油在该城市地铁列车上的应用提供支持。

地铁齿轮箱的工况特点

地铁齿轮箱是地铁列车动力传递的核心部件之一，起减速增扭的作用，齿轮箱一端通过轴承安装在车轴上，另一端通过吊杆与转向架[1]构架连接，齿轮箱的作用是通过联轴节传递电动机产生的扭矩并驱动车轮前进，从而传递地铁车辆的牵引力[2]。转向架结构如图1所示。

图1 地铁列车转向架

齿轮箱在车辆运行过程中典型的工况特点为频繁启停，加速和减速时间短、速度快，冲击载荷大。齿轮箱润滑主要采用内部油液飞溅的方式，输出大齿轮旋转时将润滑油搅起并飞溅至箱体壁和齿轮啮合处，箱体内壁设置的挡油板和集油槽起到导油和集油的作用。润滑油通过箱体油道流至润滑点对轴承进行润滑[2]。按目前修制，日常只做目视检测，齿轮箱的拆箱检查只有在集中的大修期才会进行，因此，齿轮、轴承必须具有高可靠性。良好的润滑能减少部件的磨损，延长齿轮箱及油品使用寿命，更是车辆可靠性和稳定性的必要保障。

地铁列车转向架是车辆最重要的系统之一，其可靠性和稳定性直接影响到运营安全，其中转向架核心部件齿轮箱的润滑直接影响车辆性能。本文通过在某城市地铁公司S号线开展地铁列车转向架齿轮箱润滑油的行车试验，跟踪油品使用情况，验证长城VS 7590城轨齿轮箱专用油的适应性和国产化替代可行性。研究结果表明，长城VS 7590城轨齿轮箱专用油能够满足地铁车辆安全运行要求，可以为地铁列车齿轮箱油的国产化替代应用提供参考。

供图/汤万东

针对轨道交通转向架齿轮箱应用工况，中国石化润滑油公司开发了长城VS 7590城轨齿轮箱专用油，以合成油为基础油、配伍多种先进添加剂优化调和而成，特别适用于要求齿轮润滑油具有较高黏度指数、良好的高低温性能、出色的负荷承载能力或者需要承受极端压力和冲击负荷的轨道交通齿轮传动系统。该城轨齿轮箱专用润滑油打破了国外品牌在某城市轨道交通领域的垄断地位，在完成相关齿轮箱生产厂家台架试验基础上，已在国内部分城市地铁已开展全线配套应用。

油品验证方案

该地铁公司S号线配属车辆为6节编组A型列车，“四动两拖”编组，每列共16个齿轮箱。齿轮箱采用的是某头部轨交齿轮箱厂家生产的平行轴式齿轮箱，要求齿轮箱油黏度级别为75W-90。根据齿轮箱的维护手册及该地铁公司经验，修程包转向架齿轮箱油更换周期确定为1年/13万km，在规定维护周期更换齿轮箱油时，通过观察排出的齿轮箱油状态，观察油质是否有发黑、乳化、杂质等现象。

地铁齿轮箱油品标准

目前，地铁齿轮箱润滑油的选用在国内外均没有统一的标准规范，油品的选择主要依据齿轮箱制造商的油品推荐或借鉴同行用油经验[2～3]。考虑高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩工况，各厂商基本参照GL-5重负荷车辆齿轮油中75W-90黏度级别选择油品。同样，地铁齿轮箱润滑油也没有统一的换油标准，换油周期主要依靠运维经验，多数为1年或12～18万km左右。近年来，为降低运维成本，部分地铁公司正在探究延长油品使用寿命。

车辆选择及油品对比验证方案

某地铁公司线网、车辆规模位居行业前列，每天承担近千万人次出行重任，对地铁车辆的安全性、可靠性要求极高。为验证长城VS 7590城轨齿轮箱专用油的性能，在前期完成与该地铁公司在用国外品牌75W-90油品混溶性的基础上，进一步开展实际线路行车验证，以确保油品的适应性和替代可行性。

行车试验过程中油品水分含量、硅元素含量的分析数据分别如图4、图5所示。

行车试验评价指标

由于轨交齿轮油目前没有统一国家或行业换油标准，因此借鉴GB/T 30034《重负荷车辆齿轮油（GL-5）换油指标》及双方经验，制定了行车试验评价及换油指标，详见表1。

(1) 根据理论，|ΔB1|和|ΔB2|与转向架轴箱弹簧的状态有关，其值可分别通过在前后转向架轴箱弹簧处加设垫片来改变，与高度调整阀调节无关。而在车辆实际称重中，只调节高度调整阀时，两个参数都有一定的变化，这是由于测量数据时车体并未稳定以及称重台测量误差引起的，其改变的大小远远小于在轴箱弹簧处加设垫片引起的变化值。

表1 行车试验评价及换油指标

新油对比

装车试验前，取新油进行理化性能对比，相关数据见表2。

表2 长城VS 7590城轨齿轮箱专用油与该地铁在用国外品牌75W-90的新油对比

从表2可以看出，长城VS 7590城轨齿轮箱专用油，与该地铁公司在用国外品牌75W-90油品性能基本相当，低温性能更优。

行车试验结果及分析

行车试验数据

通过为期14.5万km/1年行车跟踪及取样，油品外观颜色变化正常，其他检测项目分析数据见表3。

表3 跟踪检测主要数据汇总表

行车试验数据分析

油品理化性能衰变

补偿范围：仅对煤电机组进行枯水期备用补偿，是一种歧视性的补偿政策，因为云南在枯水期80%以上的电力来源于水电机组，对于同样提供枯水期备用的有调节能力的机组来说并不公平。从市场的长期公平角度来说，应逐步取消对不同类型机组的政策性补偿，而是按照服务类型对提供枯水期备用服务的所有运行机组进行公平的补偿。

经查阅相关资料[4～6]，并结合实际经验，从油品理化性能、污染情况和齿轮箱磨损等3个方面评估齿轮箱油实际使用适用性。

3)第3顺序位为进口套泊作业的集装箱船舶。将套泊作业船舶安排在最后进港，其他船舶则无需等待作业时间较长的套泊作业完成，有助于缩短进港平均等待时间。

齿轮箱油在使用过程中，由于受到大小齿轮不断啮合、摩擦剪切、高温氧化、污染等影响，导致齿轮箱油的性能会随之变化，使用寿命也会随之缩短。齿轮箱油理化性能衰变评估的主要指标为运动黏度、戊烷不溶物。

从图3可以看出，各齿轮油不溶物含量远远小于警戒值，表明油品抗氧化性能好；油品中磨损产生的颗粒及外来有害粒子极少；长城VS 7590城轨齿轮箱专用油和在用国外品牌75W-90油品的此项性能相当。

行车试验过程中油品100 ℃运动黏度的变化，结合表1评价及换油指标范围，根据首次取样初始数据计算出警戒值和上下限值，其中实线为长城VS 7590城轨齿轮箱专用油限值，虚线为该地铁公司在用国外品牌75W-90限值，如图2所示。

图2 油样100 ℃运动黏度分析

从图2可以看出，行车全程中油品黏度变化较小，表现出较好的黏度保持能力和稳定性，保证齿轮摩擦副间形成足够的油膜厚度；油品具有较好的抗氧化能力和抗剪切能力；长城VS 7590城轨齿轮箱专用油和在用国外品牌75W-90油品的黏度保持性能相当；各行车油的黏度变化远低于警戒值或换油指标。

行车试验过程中油品正戊烷不溶物的具体数据如图3所示。

图3 油样中正戊烷不溶物分析

在进行治疗之前,观察组患者的平均上肢功能障碍是(60 19.89±5.80)分,下肢功能障碍是(10.90±2.12)分,对照组的两项指标分别是(60 20.12±5.45)分,(10.78±2.01)分;经过治疗,观察组的两项指标为(39.09±5.67)分,(27.89±2.12)分,对照组是(29.09±4.56)分,(19.90±2.09)分。两组在治疗前后的上下肢功能评分存在统计学差异性,观察组优于对照组,(P<0.05)。

韦伯以上论述清楚地表明：犹太民族及其宗教并非遗世独立，与世隔绝。无论是自身习惯，还是外在交往，巫术传统都清晰可见，“连续性”的法则在此处依旧有效；犹太教的理性不是先天的，也不是一蹴而就的；这也可以做如是理解，即犹太教与巫术的决裂并不是一刀切的。

齿轮箱受空气中的水分和粉尘入侵，水分会加速油品乳化变质，而粉尘等固体颗粒则会引起磨粒磨损。污染情况评估主要指标为水分及硅元素。

污染情况

选取6台车轴齿轮箱进行跟踪试验，编号分别为 A、B、C、D、E、F，其中F轴齿轮箱为在用国外品牌75W-90油品进行对比考察。为保证试验结果准确性，按照“同车分轴”原则进行对比，保证运行工况、运行里程一致。试验前齿轮箱放出全部旧油后经新油2次冲洗后再装填规定量的油品，装填完毕后立即采样，作为初始油样。每个季度/3.5万km进行取样，每次取样150 mL，送第三方实验室检测分析，为保证试验数据的准确性，取样后不补加新油。跟踪检测可以验证油品本身化学性质、润滑性能保持的稳定性，反映出齿轮箱内齿轮、轴承等摩擦副的磨损情况，齿轮箱的密封情况等。

图4 油样水分含量分析

图5 油样硅元素含量分析

从图4可以看出，各油样水分含量相对较小，在警戒范围内。抗泡剂中含有硅元素，其变化用于参考评估齿轮箱受污染的状态，从图5可以看出，硅元素含量变化相对较小，证明齿轮箱密封良好，油品受外来污染极小。

齿轮箱磨损情况评估

1.2.2 排除标准 ①宫内感染患儿；②吸入性肺炎、湿肺；③先天性畸形；④先天性心肝病；⑤染色体异常。

通过上述各实验波形及带载对比实验基本可以得到以下几点:首先,实验平台可以保证系统的单位功率因数运行。其次,从各组对比实验及波形可知,系统可以实现50 Hz市电变换成20 kHz高频高压交流电,最后从介质阻挡放电管的带载对比实验可以看出系统的带载能力满足要求,在变换负载电极参数时系统比较稳定,没有出现震荡或者过流过压等故障情况。因此,所搭建的实验平台基本满足设计要求。

随着使用时间的增加，齿轮箱部件不可避免地存在磨损。随着磨损量的增加，油中的金属磨损颗粒增多，一方面会加速齿轮、轴承的磨损，另一方面会加速油品的氧化。地铁车辆齿轮箱摩擦副主要材质为铁，以及少量铜及微量铬、镍等元素，齿轮箱磨损情况评估的主要指标为铁元素和铜元素，其中铁元素主要来自齿轮、轴承等部件，铜元素主要来源于轴承保持架。

行车试验过程中油品铁、铜元素含量的分析数据分别如图6、图7所示。

图6 油样铁元素含量分析

图7 油样铜元素含量分析

从图6、图7可以看出，各油样铁元素、铜元素含量远小于警戒值及换油值，表明齿轮箱各摩擦副未发生异常磨损，油品对部件有较好润滑保护；长城VS 7590城轨齿轮箱专用油和在用国外品牌75W-90油品的抗磨性能相当。

2) 储罐泡沫喷射口设置在罐壁顶部，在2个泡沫喷射口的中间区域存在一定范围的喷射盲区，泡沫不能全部覆盖火灾区域，内浮顶储罐固定灭火系统覆盖范围盲区如图1所示，其中V-1是泡沫喷射的中间盲区，V-2是泡沫喷射边缘盲区。发生火灾区域的热气流上升，冷空气从浮船上部位置下降，泡沫散射降落过程中部分泡沫液被卷吸、漂散至罐外；由于受到火焰的高温作用，大量泡沫液到达油面之前已破裂、分解甚至气化蒸发，泡沫液损失严重，很难喷射到火源根部，达不到隔离空气的目的。调研日本的储罐灭火试验结果，泡沫灭火系统中损耗的泡沫液量占61%，蒸发的泡沫液量占9%，落在油品液面发挥灭火功能的泡沫仅占30%[8]。

结论

通过为期14.5万km/1年行车试验的跟踪分析，油品分析报告显示，长城VS 7590城轨齿轮箱专用油外观、黏度、戊烷不溶物、铁、铜含量等指标变化均在合理范围，油品的各项性能稳定，说明齿轮箱各部位润滑状态良好。水分、硅含量变化合理，说明齿轮箱密封状态良好。长城VS 7590城轨齿轮箱专用油可以满足地铁公司列车齿轮箱安全运行要求，可替代其在用国外品牌油品批量配套装车推广应用。