潤滑脂對高速動車組軸箱軸承溫度的影響研究

劉方濤

中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東青島 266111

由于鐵道車輛用潤滑脂的劣化逐漸失去潤滑性能，所以在其完全失效之前必須更換，以確保相關(guān)部件和設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。然而潤滑脂的劣化過程是隨車輛運用條件變化的，所以難以預(yù)判，更不容易確定潤滑脂更換的最佳時機(jī)。

1 齒輪箱運轉(zhuǎn)性能測試

將7種潤滑脂涂抹于小模數(shù)金屬齒輪，測試其噪聲與電流參數(shù)。不同潤滑脂潤滑下運轉(zhuǎn)時的啟動電流以及運轉(zhuǎn)30min的噪聲平均值。結(jié)果可見，潤滑脂黏度越大，稠度越大，齒輪電機(jī)的啟動電流越大[1]。而黏度大的潤滑脂具有更好的黏附性能，越容易在齒輪表面形成均勻穩(wěn)定的油膜，起到潤滑降噪的效果。稠化劑含量相對較低的潤滑脂，噪聲減小，但是并非稠化劑含量越小越好，稠化劑很少時，其黏附性減弱，齒輪運轉(zhuǎn)過程中，潤滑脂不易粘附于齒輪而起到降噪減摩效果。

2 試驗

（1）試樣及試驗設(shè)備。試樣為2套高速動車組用圓錐滾子軸承（240mm×130mm×160mm）。試驗軸承安裝在工裝軸上，驅(qū)動電動機(jī)通過傳動皮帶驅(qū)動工裝軸旋轉(zhuǎn)，用溫度傳感器檢測軸承外圈溫度，通過作動器施加載荷，由專用風(fēng)機(jī)實現(xiàn)冷卻。（2）試驗方法及條件為研究不同潤滑脂對高速動車組軸箱軸承溫度的影響，選用裝有目前我國高速動車組使用的2種潤滑脂的圓錐滾子軸承進(jìn)行臺架和線路試驗[2]。更換3車1位（1軸和2軸）和6車2位（3軸和4軸）轉(zhuǎn)向架的4條輪對，軸承潤滑脂填充量約為220g（占自由空間比例約20%)，3車2位和6車1位軸承潤滑脂填充量約為240g(占自由空間比例約23%，正常填脂量）。為驗證軸承運行過程中的潤滑脂分布狀態(tài)對軸溫的影響，在保持潤滑脂總量不變的情況下，模擬軸承滾道區(qū)域潤滑脂量的變化，試驗方案見表1，其中正常指軸承運轉(zhuǎn)后潤滑脂在軸承內(nèi)部自然分布狀態(tài)。

表1 滾道區(qū)域不同潤滑脂量的試驗方案

3 結(jié)果與分析

3.1 軸箱軸承裝配調(diào)查

通過在軸承安裝、拆卸現(xiàn)場的調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)軸承損壞及軸箱密封損壞，確認(rèn)軸箱軸承的安裝、拆卸狀態(tài)符合規(guī)范要求，個別軸箱內(nèi)部出現(xiàn)較嚴(yán)重的微動腐蝕，通過對比以往軸箱內(nèi)部微動腐蝕狀態(tài)，初步判斷此情況不是軸承溫升超限的原因，符合當(dāng)前運營狀態(tài)。軸箱清洗后，檢測軸箱內(nèi)部尺寸也全部符合圖紙要求，判定軸箱軸承的裝配狀態(tài)符合規(guī)范要求[3]。

3.2 潤滑脂填充量的影響

不同潤滑脂填充量的軸承臺架試驗結(jié)果見表2。由表可知:減少潤滑脂填充量可以降低軸承運行溫度。350km/h速度下，潤滑脂填充量為220g的軸承最高溫度比240g的軸承低約3～7℃。軸承潤滑脂填充量約為215g的3車1位轉(zhuǎn)向架軸承最高溫度為68℃，6車2位轉(zhuǎn)向架軸承最高溫度為73℃，潤滑脂填充量為240g的3車2位轉(zhuǎn)向架軸承最高溫度為81℃，6車1位轉(zhuǎn)向架軸承最高溫度為83℃。潤滑脂填充量約為215g的3車1位轉(zhuǎn)向架及6車2位轉(zhuǎn)向架軸端最高溫度平均值為62℃，潤滑脂填充量240g的3車2位轉(zhuǎn)向架及6車1位轉(zhuǎn)向架軸端最高溫度平均值為75．5℃。結(jié)合臺架及線路試驗數(shù)據(jù)，建議速度超過300km/h的軸箱軸承潤滑脂填充量占自由空間的比例為19%～21%，既能滿足軸承溫度的要求，也能保證軸承的使用壽命和檢修合格率。

表2 不同潤滑脂填充量軸承臺架試驗結(jié)果

3.3 潤滑脂剪切時變性與齒輪啟動性能相關(guān)性研究

潤滑脂樣品的表觀黏度均隨著剪切速率的增加而逐漸降低，最終達(dá)到一個趨于穩(wěn)定的值。稠化劑纖維結(jié)晶體內(nèi)的張力由分子間氫鍵主導(dǎo)，氫鍵力的大小與稠化劑分子排列位置相關(guān)，在受到外部剪切力作用并被剪切到一定程度后，稠化劑纖維微小膠團(tuán)之間的位置又重新開始趨于固定，潤滑脂的表觀黏度也逐漸穩(wěn)定下來。

4 結(jié)語

綜上所述，對于速度超過300km/h的軸承同等性能下應(yīng)選用低黏度潤滑脂，但潤滑脂選型要充分考慮潤滑脂的工況及高低溫適應(yīng)性等，還需注意軸承密封性。潤滑脂的分布狀態(tài)影響軸承運行初期的溫度，在軸承內(nèi)部的重新分配需引起使用者和設(shè)計者的重視，可考慮從潤滑脂的初期分布和潤滑脂填充量兩方面提供解決方案。