石嘯

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

本文介紹了ISO 6743-6工業(yè)齒輪油分類標(biāo)準(zhǔn)在2018年的更新情況；關(guān)注了ISO 12925-1—2018工業(yè)齒輪油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)隨ISO 6743-6更新所新增的L-CKSMP規(guī)格的技術(shù)要求，并對L-CKSMP規(guī)格所涉及的抗微點(diǎn)蝕試驗(yàn)、FE-8軸承磨損試驗(yàn)、弗蘭德抗泡試驗(yàn)和橡膠兼容性試驗(yàn)等臺(tái)架試驗(yàn)作了詳細(xì)介紹。常規(guī)理化分析和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，長城AP工業(yè)齒輪油可以滿足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技術(shù)規(guī)格要求。長城AP工業(yè)齒輪油目前獲得了SIEMENS Flender等高端工業(yè)齒輪箱OEM的技術(shù)認(rèn)證。

工業(yè)齒輪油在工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺，冶金、煤炭、水泥、石化和礦業(yè)等眾多工業(yè)領(lǐng)域的齒輪箱均須使用。性能卓越的工業(yè)齒輪油對于生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要，有利于降低機(jī)器維修成本，減少能源消耗，同時(shí)可使整體生產(chǎn)成本得到大幅下降。

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)齒輪箱體積縮小，重量變輕，同時(shí)要求高效、長壽命，導(dǎo)致齒輪和軸承載荷不斷提升，油溫升高。齒輪箱的壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)效率除了與齒輪箱自身材質(zhì)和潤滑設(shè)計(jì)相關(guān)外，與工業(yè)齒輪油的潤滑保護(hù)也密不可分，因此隨著齒輪箱技術(shù)的不斷發(fā)展，對工業(yè)齒輪油的技術(shù)要求也越來越高，相關(guān)工業(yè)齒輪油技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不斷更新[1～9]。本文重點(diǎn)介紹國際上最新推出的L-CKSMP抗微點(diǎn)蝕高端工業(yè)齒輪油規(guī)格的具體技術(shù)要求和相關(guān)臺(tái)架，以對高端工業(yè)齒輪油的研究和市場應(yīng)用起到積極的促進(jìn)作用。

工業(yè)齒輪油分類標(biāo)準(zhǔn)最新變化

目前行業(yè)內(nèi)通行的工業(yè)齒輪油分類標(biāo)準(zhǔn)為ISO 6743-6《潤滑劑、工業(yè)潤滑油和有關(guān)產(chǎn)品(L類)分類第6部分：C組(齒輪)》。國內(nèi)齒輪潤滑劑分類標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7631.7—1995《潤滑劑和有關(guān)產(chǎn)品(L類)的分類 第7部分： C組(齒輪)》即等效采用了ISO 6743-6—1990標(biāo)準(zhǔn)。油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)ISO 12925-1《潤滑劑、工業(yè)用油和相關(guān)產(chǎn)品(L類).(齒輪)C種.第1部分：閉式齒輪系統(tǒng)用潤滑劑規(guī)范》根據(jù)ISO 6743-6—2018這一最新版本標(biāo)準(zhǔn)在2018年隨之進(jìn)行了更新[10]。ISO 6743-6—2018為28年來的首次修訂，與上一版本相比變化很大，具體見表1。

ISO 6743-6—2018相比1990版變化較大，標(biāo)準(zhǔn)新增了L-CKTG、L-CKES、L-CKPG和L-CKPR等4個(gè)環(huán)境可接受類潤滑劑(Environment Acceptable Lubricant，簡稱EAL)的技術(shù)規(guī)格；刪除了1990版本中的L-CKS和L-CKT等2個(gè)齒輪油規(guī)格，衍變并細(xì)分為L-CSPG、L-CSPR、L-CTPG和L-CTPR等4個(gè)齒輪油規(guī)格。

表1 ISO 6743-6工業(yè)齒輪油技術(shù)規(guī)格變化

(續(xù)表1)

同時(shí)ISO 6743-6—2018標(biāo)準(zhǔn)中新增了L-CKSMP規(guī)格，該規(guī)格重點(diǎn)突出了抗微點(diǎn)蝕的性能要求，符合SIEMENS Flender等齒輪箱OEM對工業(yè)齒輪油抗微點(diǎn)蝕性能的需求，使得國內(nèi)外主流的抗微點(diǎn)蝕高端工業(yè)齒輪油首次有了具體規(guī)格。

高端工業(yè)齒輪油技術(shù)要求

隨著ISO 6743-6齒輪潤滑劑分類標(biāo)準(zhǔn)的更新，ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）于2018年1月也發(fā)布了ISO 12925-1—2018《潤滑劑、工業(yè)用油和相關(guān)產(chǎn)品（L類）.（齒輪）C種.第1部分：閉式齒輪系統(tǒng)用潤滑劑規(guī)范》工業(yè)閉式齒輪油油品標(biāo)準(zhǔn)，其中對于L-CKSMP規(guī)格的具體技術(shù)要求見表2。

ISO 12925-1 L-CKSMP規(guī)格相比普通工業(yè)齒輪油主要是增加了抗微點(diǎn)蝕試驗(yàn)、FE-8軸承磨損試驗(yàn)、Flender抗泡試驗(yàn)和橡膠兼容性試驗(yàn)臺(tái)架。表2中微點(diǎn)蝕試驗(yàn)方法暫未加入，目前DIN（德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì))依據(jù)慕尼黑齒輪研究所制定的FVA 54 VII方法《工業(yè)齒輪油抗微點(diǎn)蝕性能測試方法》起草制定了DIN 3990-16(草案)《齒輪-FZG測試程序-第16部分：潤滑劑抗微點(diǎn)蝕和承載性能的測試-FZG試驗(yàn)方法 GT-C/8.3/90》，預(yù)計(jì)在2020年底前將發(fā)布 DIN 3990-16標(biāo)準(zhǔn)正式版，屆時(shí)L-CKSMP標(biāo)準(zhǔn)中將加入抗微點(diǎn)蝕試驗(yàn)方法。Flender工業(yè)齒輪油規(guī)格AS 7300中對油品抗微點(diǎn)蝕性能的技術(shù)要求可供參考：承載級別（≥10），耐久試驗(yàn)（高級），試驗(yàn)方法為FVA 54 VII。

工業(yè)齒輪油臺(tái)架試驗(yàn)介紹

高端L-CKSMP抗微點(diǎn)蝕工業(yè)齒輪油除了常規(guī)理化、抗氧化和FZG承載等性能測試，還必須進(jìn)行抗微點(diǎn)蝕試驗(yàn)、FE-8軸承試驗(yàn)、弗蘭德抗泡試驗(yàn)和橡膠兼容性等臺(tái)架試驗(yàn)，以下對相關(guān)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行介紹。

抗微點(diǎn)蝕試驗(yàn)

微點(diǎn)蝕主要是由于齒輪嚙合循環(huán)接觸應(yīng)力和塑性流動(dòng)而造成少量材料流失，在表面留下微小裂縫和/或凹坑的磨損形式，微點(diǎn)蝕齒輪受損表面呈灰色。目前評價(jià)齒輪微點(diǎn)蝕的臺(tái)架設(shè)備有FZG微點(diǎn)蝕試驗(yàn)機(jī)（圖1）和MPR微點(diǎn)蝕試驗(yàn)機(jī)，由于FZG試驗(yàn)機(jī)的齒輪運(yùn)動(dòng)形式既有滾動(dòng)又有滑動(dòng)，與實(shí)際齒輪的運(yùn)行狀態(tài)最相符，因此通常采用FZG試驗(yàn)機(jī)[11]。目前行業(yè)公認(rèn)且被各大工業(yè)齒輪箱OEM（原始設(shè)備制造商）廣泛采用的抗微點(diǎn)蝕測試方法是FVA 54 VII。該方法分為2個(gè)階段的測試：承載級的測試從5～10 級；耐久性測試包含8級和10級。抗微點(diǎn)蝕工業(yè)齒輪油要求承載級≥10級（承載級試驗(yàn)結(jié)束后齒廓平均偏差ffm不超過7.5 μm）；同時(shí)耐久級要求為高級（耐久級試驗(yàn)結(jié)束后ffm不超過20 μm）。潤滑油抗微點(diǎn)蝕性能的測定（FZG試驗(yàn)機(jī)法）的主要參數(shù)見表3。

表2 L-CKSMP工業(yè)閉式齒輪油技術(shù)要求（ISO 12925-1—2018）

FE-8軸承磨損試驗(yàn)

工業(yè)齒輪箱的關(guān)鍵部件不僅有齒輪，還有軸承，因此所用的工業(yè)齒輪油需要對軸承具有良好的潤滑保護(hù)作用。FE-8軸承磨損試驗(yàn)是對軸承磨損性能評價(jià)的常用方法，也是國際上用于工業(yè)齒輪油性能評價(jià)的重要臺(tái)架之一。試驗(yàn)設(shè)備見圖2。

FE-8軸承磨損試驗(yàn)?zāi)壳皣H上通用DIN 51819-3—2016《潤滑劑檢驗(yàn) 在滾子軸承試驗(yàn)裝置FE8機(jī)械動(dòng)態(tài)測試 第3部分：試驗(yàn)方法 潤滑油 施加的測試軸承：軸向圓柱滾子軸承》，國內(nèi)修改采用該方法制定了NB/SH/T 0944.1—2017 《潤滑劑抗磨損性能的測定 FE8滾動(dòng)軸承磨損試驗(yàn)機(jī)法 第1部分：潤滑油》。FE-8軸承磨損試驗(yàn)進(jìn)行潤滑油試驗(yàn)時(shí)，首先在FE-8試驗(yàn)機(jī)上安裝2個(gè)試驗(yàn)軸承，將一定量的試驗(yàn)油加入潤滑油循環(huán)系統(tǒng)中，通過潤滑油循環(huán)系統(tǒng)，以0.1 L/min±0.02 L/min的體積流速給每個(gè)試驗(yàn)軸承供油，并在規(guī)定條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速7.5 r/min±0.5 r/min、軸向負(fù)荷80 kN±3 kN、溫度為80 ℃±1 ℃）進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，當(dāng)軸承由于潤滑不良而導(dǎo)致的摩擦扭矩連續(xù)超過60 N · m持續(xù)10 s以上，或連續(xù)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到80 h時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)前后稱量試驗(yàn)軸承各部件的質(zhì)量，以磨損質(zhì)量損失來評價(jià)潤滑劑的抗磨損性能。

圖1 FZG微點(diǎn)蝕試驗(yàn)機(jī)

表3 潤滑油抗微點(diǎn)蝕性能的測定（FZG試驗(yàn)機(jī)法，F(xiàn)VA 54VII）

弗蘭德抗泡試驗(yàn)

工業(yè)齒輪油在循環(huán)流動(dòng)和被攪動(dòng)中，容易產(chǎn)生泡沫，若抗泡性不好，生成的泡沫不能很快消失，會(huì)影響齒輪嚙合處油膜的形成，還會(huì)因夾帶泡沫使實(shí)際油量減少，影響油品極壓抗磨性能和設(shè)備散熱。目前多采用常規(guī)的GB/T 12579（ASTM D892、DIN 51566E）普通抗泡試驗(yàn)評定油品泡沫性能，為了更為準(zhǔn)確地評價(jià)油品在實(shí)際運(yùn)行過程中的泡沫性能，國際上多采用更為苛刻的弗蘭德抗泡試驗(yàn)（ISO 12152—2012 《潤滑油，工業(yè)用油和相關(guān)產(chǎn)品.使用正齒輪試驗(yàn)裝置測定工業(yè)齒輪油的起泡沫和空氣揮發(fā)性性能.弗蘭德泡沫試驗(yàn)規(guī)程》）。

根據(jù)ISO 12152標(biāo)準(zhǔn)，在一個(gè)有玻璃觀察窗的密閉齒輪箱中，采用一副齒輪在油樣中旋轉(zhuǎn)（油溫25 ℃±0.5 ℃、電機(jī)轉(zhuǎn)速1 450 r/min），將空氣混入油中，形成油沫（油-空氣混合物和泡沫），運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，然后停機(jī)1 min、5 min后測量泡沫體積增加的百分比，以此來評價(jià)油品的動(dòng)態(tài)抗泡性能。在這種狀況下潤滑油的狀態(tài)與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)和吸入的空氣有關(guān)，油-氣混合物、表面泡沫和油品劣化等性能能夠很快得到檢測。該試驗(yàn)與齒輪箱實(shí)際運(yùn)行工況更為契合。Flender泡沫臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備見圖3，透視窗見圖4。

橡膠兼容性試驗(yàn)

橡膠兼容性是反映油品對橡膠件影響的重要指標(biāo)。作為系統(tǒng)密封材料的橡膠在齒輪箱中要與工業(yè)齒輪油接觸，若工業(yè)齒輪油與密封橡膠的適應(yīng)性不好，就會(huì)造成橡膠的過度膨脹或收縮，并加速橡膠的老化，造成泄漏，污染環(huán)境，并有可能帶來安全隱患，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

圖2 FE-8軸承磨損試驗(yàn)臺(tái)架

圖3 Flender泡沫試驗(yàn)臺(tái)架

圖4 Flender泡沫臺(tái)架透視窗

根據(jù)相關(guān)研究成果[12]，工業(yè)齒輪箱橡膠密封材料發(fā)生異常泄漏的主要原因包括，密封圈本身的性能、裝配過程、潤滑劑、設(shè)備操作條件、密封環(huán)境和軸表面情況等。密封材料泄漏影響因素見圖5（圖中，紅色為短期影響因素占比，綠色為長期影響因素占比）。，

由圖5可見，潤滑劑的選擇對于密封材料發(fā)生長期泄漏的因素比重為40%，影響較大。因此，需要重點(diǎn)關(guān)注工業(yè)齒輪油與橡膠的兼容性，一般采用ISO 1817—2015《硫化橡膠 耐液體測定方法》方法進(jìn)行評價(jià)。

根據(jù)ISO 1817要求，將指定橡膠材料與試驗(yàn)油品放入容器中在一定溫度下浸泡一定時(shí)間（例如NBR/SRE 28SX，168 h，100 ℃，即SRE 28SX型丁腈橡膠在100 ℃條件下進(jìn)行168 h實(shí)驗(yàn)），之后取出測試橡膠硬度、體積和強(qiáng)度等方面性能的變化，見圖6。

長城AP工業(yè)齒輪油性能評價(jià)

工業(yè)齒輪油黏度級別眾多，本文以工業(yè)齒輪箱較為常用的ISO VG220工業(yè)齒輪油（長城AP 220）為例，依據(jù)L-CKSMP技術(shù)要求對AP 220進(jìn)行常規(guī)理化分析和相關(guān)臺(tái)架性能評價(jià)。長城AP 220的常規(guī)性能分析結(jié)果見表4。

由表4可見，長城AP 220具有優(yōu)良的防銹、抗泡、破乳化、抗氧和FZG承載等性能，完全可以滿足ISO 12925-1-2018 L-CKSMP VG220油品常規(guī)性能指標(biāo)要求。

抗微點(diǎn)蝕測試

長城AP 220采用FVA 54 VII試驗(yàn)方法在德國波鴻魯爾大學(xué)（Ruhr University Bochum）進(jìn)行了FZG抗微點(diǎn)蝕試驗(yàn)，測試結(jié)果見表5。長城AP 220工業(yè)齒輪油齒廓偏差見圖7，微點(diǎn)蝕試驗(yàn)后齒輪照片見圖8。

從圖7、圖8可以看出，長城AP 220齒廓平均偏差在承載測試階段和耐久測試階段均可滿足指標(biāo)要求，且試驗(yàn)后齒輪無明顯微點(diǎn)蝕，油品抗微點(diǎn)蝕性能較好，可以減少齒輪設(shè)備微點(diǎn)蝕概率。

FE-8 軸承磨損測試

采用DIN 51819-3方法對長城AP 220進(jìn)行FE-8軸承磨損性能測試，結(jié)果見表6。長城AP 220 FE-8軸承磨損試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)見圖9。

從FE-8軸承磨損試驗(yàn)臺(tái)架測試結(jié)果來看，長城AP 220對軸承保護(hù)效果很好，軸承的磨損量很低，滿足指標(biāo)要求，可以很好地保護(hù)齒輪箱軸承部件處于良好的工作狀態(tài)。

弗蘭德泡沫測試

采用ISO 12152弗蘭德泡沫試驗(yàn)對長城AP 220進(jìn)行抗泡性能測試，結(jié)果見表7。

從表7可以看出，長城AP 220工業(yè)齒輪油在弗蘭德泡沫試驗(yàn)中，對于不同條件下，泡沫體積變化均較小。這說明油品的抗泡性能較好，在實(shí)際運(yùn)行過程中，既可降低泡沫產(chǎn)生造成的齒輪表面潤滑不充分的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可減少因泡沫累積過多，造成油品溢出的“漏油”問題。

圖5 密封材料泄漏影響因素

圖6 密封材料兼容性試驗(yàn)

表4 長城AP 220常規(guī)性能分析

橡膠相容性測試

依據(jù)ISO 1817試驗(yàn)方法，采用NBR/SRE 28SX橡膠與長城AP 220在100 ℃下進(jìn)行168 h橡膠兼容性試驗(yàn)，測試結(jié)果見表8。

從表8可以看出，長城AP 220與密封材料的兼容性符合ISO 12925-1—2018參考技術(shù)指標(biāo)要求，可以減少齒輪箱因漏油造成維修、停機(jī)和環(huán)境污染等問題。

結(jié)論

☆I(lǐng)SO 6743-6工業(yè)齒輪油分類標(biāo)準(zhǔn)在其2018版本中新增了環(huán)境可接受齒輪油技術(shù)規(guī)格，L-CKS和L-CKT齒輪油規(guī)格發(fā)生了衍化，同時(shí)新增了L-CKSMP高端抗微點(diǎn)蝕工業(yè)齒輪油規(guī)格。

☆I(lǐng)SO 12925-1—2018工業(yè)閉式齒輪油標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)ISO 6743-6—2018制定了L-CKSMP工業(yè)閉式齒輪油的技術(shù)要求，使得目前市場上在用的高端抗微點(diǎn)蝕工業(yè)齒輪油首次有了具體規(guī)格和技術(shù)要求，對于規(guī)范市場和產(chǎn)品研究具有重要意義。

☆長城AP工業(yè)齒輪油可以滿足ISO 12925-1—2018 L-CKSMP技術(shù)規(guī)格的技術(shù)要求，在抗微點(diǎn)蝕、軸承保護(hù)、抗泡和橡膠適應(yīng)性等方面性能優(yōu)異，已獲得了SIEMENS Flender、HANSEN和Eickhoff等頂端工業(yè)齒輪箱OEM技術(shù)認(rèn)證，為國際高端工業(yè)齒輪油。

表5 長城AP 220抗微點(diǎn)蝕性能評價(jià)結(jié)果

圖7 長城AP 220工業(yè)齒輪油齒廓偏差

圖8 長城AP 220 微點(diǎn)蝕試驗(yàn)后齒輪照片

表6 長城AP 220 FE-8軸承磨損試驗(yàn)結(jié)果

圖9 長城AP 220 FE-8軸承磨損試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)

表7 長城AP 220 弗蘭德泡沫試驗(yàn)結(jié)果

表8 長城AP 220橡膠兼容性試驗(yàn)結(jié)果