動(dòng)車組軸箱軸承劣化潤滑脂的檢測與分析

侯有忠，姜建東，朱崇飛，曹君慈，葉軍

(1.南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111；2. 北京交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，北京 100044;3.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

軸箱軸承是軌道交通列車行走機(jī)構(gòu)的重要部件之一[1-3]，其性能質(zhì)量關(guān)系到列車的運(yùn)行安全，特別是動(dòng)車組，高速運(yùn)行下的軸箱軸承是列車在線監(jiān)測的主要對(duì)象之一。動(dòng)車組對(duì)于軸箱軸承的溫度采用多種監(jiān)測手段，利用溫度傳感器直接貼在軸承外圈上檢測溫度，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí),溫度傳感器電路報(bào)警并反饋到司機(jī)室按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理。此外還在軸箱軸承關(guān)鍵部位的外殼處貼有溫度感應(yīng)試紙，每次車輛入庫后檢查試紙顏色，不得超過預(yù)警值。

針對(duì)部分動(dòng)車組軸箱軸承在運(yùn)行過程中出現(xiàn)溫度偏高的現(xiàn)象，通過檢測軸箱軸承，發(fā)現(xiàn)潤滑脂變黑，出現(xiàn)劣化的情況。經(jīng)過專家分析，可能是對(duì)空心車軸進(jìn)行探傷時(shí)，探傷耦合劑和防銹劑滲入到潤滑脂中，對(duì)潤滑脂產(chǎn)生了不利影響，最終導(dǎo)致潤滑脂變黑劣化[4-6]。

文中首先分析了從現(xiàn)場采集的軸箱軸承劣化潤滑脂脂樣，并與原油脂進(jìn)行比對(duì)，然后對(duì)摻雜探傷耦合劑和防銹劑的不同潤滑脂進(jìn)行分析，研究探傷耦合劑和防銹劑對(duì)軸箱軸承潤滑脂的影響，為分析動(dòng)車組軸箱軸承溫度偏高和潤滑脂劣化變黑的原因提供參考。

1 潤滑脂理化性能檢驗(yàn)

潤滑脂的理化指標(biāo)主要指外觀、稠度和金屬腐蝕性等，性能指標(biāo)包括膠體安定性和氧化安定性等。潤滑脂理化性能檢測項(xiàng)目和試驗(yàn)方法見表1。

表1 潤滑脂理化性能分析及試驗(yàn)方法

通過外觀可以初步判斷潤滑脂類型和質(zhì)量優(yōu)劣。稠度指潤滑脂的軟硬程度，初步反映了潤滑脂的觸變性，即潤滑脂在外力下發(fā)生形變的難易程度。防腐防銹性是潤滑脂是否腐蝕金屬和抑制金屬發(fā)生腐蝕作用的指標(biāo)。

潤滑脂膠體安定性是指潤滑脂在受熱和受壓力條件下保持膠體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、基礎(chǔ)油不被析出的能力，可以用鋼網(wǎng)分油率來表征；潤滑脂氧化安定性是指潤滑脂在儲(chǔ)存和使用中抗氧化的能力。對(duì)于高溫條件下使用的潤滑脂或換脂周期較長的機(jī)械設(shè)備，均應(yīng)考慮潤滑脂的抗氧化性能。

2 原脂與劣化脂的對(duì)比分析

該動(dòng)車組軸箱軸承采用的原裝潤滑脂為Shell Nerita 2858，其外觀形貌如圖1所示,紅外光譜圖如圖2所示。

圖1 Shell Nerita 2858潤滑脂

圖2 Shell Nerita 2858原裝潤滑脂紅外光譜圖

劣化后的軸箱軸承潤滑脂如圖3所示，潤滑脂已呈黑色。取不同部位的劣化潤滑脂進(jìn)行編號(hào)：162為外圈外側(cè)；163為外圈內(nèi)側(cè)；165為外圈中間，分別對(duì)其進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果如圖4所示。

圖3 外圈劣化的潤滑脂

圖4 劣化潤滑脂的紅外光譜圖

由圖4可知,在波數(shù)為1 745～1581 cm-1間,3種劣化潤滑脂的紅外光譜曲線不是平滑變化,與圖2不同,都在1 730 cm-1左右分別出現(xiàn)一個(gè)明顯峰值,該峰是羧酸的羰基吸收峰，說明使用后的潤滑脂發(fā)生了氧化，產(chǎn)生了一定量的羧酸。同時(shí)該處吸收峰的變化說明樣品中產(chǎn)生了羥基的化合物，說明潤滑脂已發(fā)生一定程度氧化。

對(duì)其酸值進(jìn)行測量，結(jié)果見表2。由表可知，3種潤滑脂的酸值都超過了管理基準(zhǔn)值，潤滑脂劣化很顯著，說明潤滑脂已經(jīng)嚴(yán)重氧化，這與紅外光譜圖分析結(jié)果一致。

表2 潤滑脂酸值分析表

對(duì)潤滑脂進(jìn)行X射線熒光光譜分析，結(jié)果見表3。潤滑脂的ICP元素含量分析結(jié)果見表4。

表4 ICP元素含量分析表 w,%

表3和表4是不同分析方法測得的各元素含量，元素定性結(jié)果是3個(gè)樣品中均有P，S，Ca，Zn和Cu等元素，可以看出3個(gè)樣品中各元素含量相當(dāng)。

從表4可知，各樣品的Fe和Cu元素含量均在管理基準(zhǔn)值范圍之內(nèi)，表明摩擦磨損較輕。

通過對(duì)原裝潤滑脂和劣化潤滑脂的對(duì)比分析可知，元素分析無法判斷出劣化潤滑脂中是否有探傷耦合劑和防銹劑的存在，因此設(shè)計(jì)了幾組原裝潤滑脂和摻雜探傷耦合劑及防銹劑的混合試驗(yàn)，來分析摻雜物對(duì)潤滑脂的影響。

3 探傷耦合劑和防銹劑的影響

由于軸箱軸承的密封性和靜態(tài)探傷等原因，進(jìn)入到軸箱軸承潤滑脂內(nèi)的摻雜物劑量很小，因此，將1%的探傷耦合劑、1%的防銹劑和兩者的混合物分別加入Shell Nerita 2858中，攪拌均勻，加劑后的潤滑脂如圖5所示。

圖5 加劑之后的潤滑脂

由圖5可知，加劑之后的潤滑脂與新脂在顏色上并沒有明顯的變化，外觀均呈淺棕色。

對(duì)以上不同摻雜形式的潤滑脂進(jìn)行性能檢測和X熒光元素含量分析，并與原裝潤滑脂進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果見表5和表6。

表5 不同潤滑脂性能的對(duì)比

表6 X熒光元素含量分析表 w,%

由表5和表6可知，3種加劑潤滑脂的錐入度和鋼網(wǎng)分油率均變大，這是由于探傷劑和防銹劑都是極性物質(zhì)，加劑后破壞了潤滑脂油-皂結(jié)構(gòu)的平衡，使基礎(chǔ)油析出的更多?；A(chǔ)油析出是潤滑脂的一種特征，微量的分油可以保持設(shè)備潤滑，對(duì)潤滑有利，但過度的分油量會(huì)使?jié)櫥兂碜冇?，膠體結(jié)構(gòu)破壞，失去潤滑作用。

4 結(jié)論

1)紅外光譜分析表明，劣化潤滑脂存在羧酸的羰基吸收峰，說明使用后的潤滑脂發(fā)生了氧化，產(chǎn)生了一定量的羧酸。

2)元素分析表明，使用后的潤滑脂中含有Fe和Cu元素，且含量均在管理基準(zhǔn)值范圍之內(nèi)，說明摩擦磨損較輕微。

3)摻雜探傷耦合劑和防銹劑后潤滑脂的錐入度和鋼網(wǎng)分油率增大，基礎(chǔ)油析出更多，從而導(dǎo)致其潤滑性能下降，潤滑脂在高溫氧化下更易變黑。

4)應(yīng)結(jié)合軸箱軸承的臺(tái)架試驗(yàn)分析摻雜探傷耦合劑和防銹劑后對(duì)潤滑脂的影響。