机油品质指标探讨

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本文作者：陈树林1宋素玲2赵敏2作者单位：1.呼和浩特铁路局机务检测所机务化验室2.呼和浩特铁路局包头西机务段化验室

铁路内燃机车三代柴油机油：随着铁路运输向重载、高速、安全节能的方向发展，对柴油机油的要求越来越高，铁道部科学研究院金化所及其他单位开始了三代油研制。参考当时具有国际先进水平的LMOA三代油的质量要求，选用大庆原油加工的基础油，加入清净分散剂、抗氧、抗磨等多种添加剂，采用正交试验法优选配方，经理化性分析、模拟试验，以及美国卡尔皮勒1-G2及L-38国际标准台架试验综合评定，确定了配方、工艺和技术条件，研制出三代油。三代油于1993年7月通过铁道部技术鉴定，达到LMOA三代油的质量水平，1998年10月其技术指标上升为铁道部行业标准。三代油加入了碱性磺酸盐、高碱性硫化烷基酚盐、无灰分散剂、硫磷双辛基碱性锌盐及抗泡剂等，以提高其清净分散性、热氧化安定性、抗摩抗擦伤性、碱性保持性及抗泡性等。采用经过精制的500SN和150BS调配作为基础油，以确保柴油机良好的使用性能。

铁路内燃机车单、多级四代柴油机油：(1)铁路内燃机车单级四代柴油机油。1984年我国从美国GE公司先后进口的420台ND5内燃机车，加上国产的DF4D和DF4C机车等大马力内燃机车，都要使用单级四代油，且用量逐年增加。单级四代油需要用美国雪佛龙化学公司的添加剂（OLOA2939）与国内基础油调和而成。为了节约外汇，降低成本，满足日益增长的四代油需求，开始了添加剂国产化的研究。由铁道部科学研究院金化所与中石化及所属单位成功研制出国产四代油，并于1991年11月通过铁道部、中石化总公司联合鉴定，经过综合评定达到国外20世纪80年代末四代油水平，在全路推广使用。（2）铁路内燃机车多级四代柴油机油。我国内燃机车柴油机油需要适用的温度范围较宽，在北方地区，冬季室外温度在-35～0℃，机车长时间的停留使机油粘度增加甚至凝固，会造成启机困难；而柴油机顶部工作温度高达200～300℃时，机油很快变稀、不易形成油膜，难以保证机件良好润滑，磨损和油耗都会增加。在机油中加入粘度指数改进剂时，机油粘温特性得到很大改善，有利于柴油机油在高、低温情况下的润滑，这是多级油与单级油的区分之处。1991年由铁道部科学研究院与中石化总公司所属单位开展多级油研制工作，于1995年12月成功研制出国产多级四代油，并于1999年1月了TB/T2956—1999《铁路内燃机车单、多级四代柴油机油》，该标准现被TB/T2956—2009替代。

铁路内燃机车单、多级五代柴油机油：国产单、多级五代柴油机油依据的国产五代油暂行技术指标是参照LMOA、美国机车生产厂家GE公司和GM公司铁路内燃机车五代油的技术规格确定研制的。2001年铁道部科教司下达了“铁路内燃机车多级五代机油的研制”科技发展项目，铁道部科学研究院金化所成立五代油课题组，在完成五代油配方的理化性能及台架试验后，从2002年6月起，在上海铁路局历经1年多现场试验，又通过一系列的理化性能、发射光谱、铁谱和红外光谱分析筛选评定后，成功研制出国产多级五代柴油机油。

铁路内燃机车柴油机油现行质量指标

目前，我国铁路内燃机车柴油机油执行的是TB/T2956—2009，明确了有关油品的理化指标和模拟性能的要求，还对台架试验做出了相应的要求，见表1。

内燃机车柴油机油用油质量状况及性能

1导致换油的质量问题及原因分析

目前，在呼和浩特铁路局干支线客货运使用的内燃机车为123台，由2007—2011年的年度机化报表数据统计得到，平均的换油率为8.7%，其中粘度高的占39.1%，石油醚不溶物超标占44.3%，是换油的主要原因。导致这2项质量指标超标引起换油的原因主要有2方面。（1）机车工况。由于柴油的不完全燃烧，或是柴油机工作温度高，发生过热、结焦等，产生的积炭促进机油老化。不溶物超标多发生在DF4D机车上，主要是由于机车柴油机设计不足，导致机油中烟炱增加量大。（2）机油质量性能的使用状况。机油氧化后生成各种含氧化合物，如有机酸、醇类、醛类、酮类、脂类、胶质、沥青质等，使油颜色变深，粘度增大，酸值提高并产生沉渣，一些高分子含氧化合物在低温下形成油泥，在高温下形成积炭和漆膜，导致粘度高和石油醚不溶物超标。

2机油中的烟炱颗粒团

机油中烟炱颗粒团是粘度增大的主要物质，尽管在研制柴油机油时，使用了对烟炱具有很好分散能力的分散剂，以减少烟炱颗粒团聚，降低烟炱结构尺寸，提高柴油机油对烟炱的容纳能力，但是仍然会发生不同程度的聚结，形成较大的烟炱颗粒团结构。烟炱颗粒团具有很高的硬度，烟炱含量高不仅仅增大粘度，还将导致摩擦副摩擦增大。有关资料报道，采用反射和透射扫描电镜对使用的机油中烟炱颗粒团进行分析，其成分主要是C，还有少量的O、S、Ca以及微量Si、Al和P等，其中一些成分是添加剂带入的。

3基础油

柴油机油是基础油和添加剂调配制成的，基础油的质量至关重要，通常要进行精制加工。基础油制备工艺有，减压蒸馏、脱胶质、沥青、加氢转化、催化脱蜡、白土补充精制等。基础油由烷烃、环烷烃、芳烃，以及少量氧、氮、硫、胶质、沥青等组成。烃的主要组成中，以芳烃最不易氧化，环烷烃次之，烷烃高温下最易氧化，常温和低温下还较稳定。芳烃本身氧化产生酚类，酚是抗氧剂，又能阻止和保护其他烃类氧化，所以机油中芳烃含量对氧化安定性影响较大，但芳烃缺点是粘度大，闪点低，残炭高，因此，加工精制基础油及三类烃含量最佳比例十分重要。

4添加剂

机油使用性能另一个因素就是添加剂，其作用机理有清净分散剂、抗氧、抗腐、抗磨剂、粘度指数改进剂、抗泡剂等。使用质量不好的添加剂或不按规定配方生产的柴油机油，在使用中会出现换油期短、活塞生成积碳等，影响柴油机的寿命。TB/T2956—2009规定的出厂检验项目共11项，用户也依据出厂化验单检验的各项进行验收。以三代油为例进行实验，按照三代油配方用500SN和150BS调配作为基础油，再添加铁路定点厂家生产的三代油复合添加剂，可调制出符合标准的三代油。同样，用500SN和三代油复合添加剂，不加150BS基础油，也可调制出符合标准的三代油，化验常规的11项指标都合格。500SN和150BS这2种基础油烃含量组分不同，性能也有差异，所以，只化验常规的11项质量指标具有局限性。从实验室的调配油化验情况分析，说明作为机油的某些性能，仅化验机油常规的11项指标很难保证柴油机油良好的使用性能。可以在现场有条件的情况下，按照TB/T2956—2009要求，进行氧化安定性试验（强化法）、曲轴箱模拟试验，对三代油的抗氧化性能及清净分散性能进行检验。

5机油总碱值

内燃机车柴油机油总碱值的大小，可体现添加剂的种类和用量，最初清净剂用的都是中性盐，随着大功率增压柴油机日益增多和含硫柴油的增加，各种清净剂逐步向碱式盐和高碱性盐的方向发展，机油总碱值指标越高，添加剂加量就越大。在碱存在条件下，脂类易发生皂化反应生成羧酸和醇，也会降低油品性能。在呼和浩特铁路局的实际运用中，没有出现由于总碱值低而换油的情况，且所有的报废机油的总碱值损耗率平均不到20%。这与三代油优良的抗氧性能及柴油含硫量低的因素有关，因此在研制新的柴油机油时可以适当降低总碱值。

结语

柴油机油的性能及寿命取决于基础油的质量、添加剂的种类、用量和油品规定的质量指标。机油应具有良好的抗氧化、抗磨和清净分散性能，减少机油中烟炱凝聚的几率、控制粘度增长速度的功能，以及保持一定的碱度、防止不溶物形成的功能，同时具有良好的粘温特性等。为保证和提高用油质量，延长机油的使用寿命，值得进一步研究是否需要增加新油的检测项目。同时，结合实际使用，在研制新的铁路柴油机油时可适当降低总碱值。