船舶潤(rùn)滑脂的監(jiān)測(cè)研究

王國(guó)松，劉云濤，吳向君，田洪祥

(1.91287部隊(duì)，上海 200083;2.海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

潤(rùn)滑脂，主要由礦物油 (或合成潤(rùn)滑油)、稠化劑和添加劑調(diào)制而成，具有耐負(fù)荷性好、使用壽命長(zhǎng)、密封性好、緩沖減震性好、不飛濺、不滴油、潤(rùn)滑設(shè)備簡(jiǎn)單、使用溫度范圍廣等特點(diǎn)［1］，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的摩擦部位，特別是軸承上，起潤(rùn)滑和密封作用。

常見的潤(rùn)滑脂品種有:鋰基潤(rùn)滑脂、復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂、鈣基潤(rùn)滑脂、聚脲潤(rùn)滑脂等。其中，鋰基潤(rùn)滑脂使用最為廣泛，復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂和聚脲潤(rùn)滑脂性能優(yōu)越。某船機(jī)械設(shè)備所用潤(rùn)滑脂為某型多效鋰基潤(rùn)滑脂。

1 與潤(rùn)滑脂相關(guān)故障及原因

潤(rùn)滑脂的缺點(diǎn)很明顯，如散熱性差、不能帶走摩擦副產(chǎn)生的磨屑、設(shè)備運(yùn)行的速度受限制、添加量既不能太多又不能太少等。據(jù)全球最大的軸承生產(chǎn)商Svenska Kullager－Fabriken(SKF)公司提供的數(shù)據(jù)顯示，大約80%的在用滾動(dòng)軸承是由潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的，大約50%的早期軸承失效是由于潤(rùn)滑不良引起的。

在脂潤(rùn)滑設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，常出現(xiàn)設(shè)備溫度超限、震動(dòng)異常、噪音異常、軸承滾動(dòng)表面損壞;潤(rùn)滑脂錐入度、膠體安定性、熱安定性等理化性能指標(biāo)下降等故障。其可能原因除了設(shè)備本身及工況的原因外，如轉(zhuǎn)速和負(fù)載過(guò)大，還包括:潤(rùn)滑脂選用不當(dāng)、潤(rùn)滑脂量過(guò)多或是過(guò)少、潤(rùn)滑過(guò)程中進(jìn)入了外來(lái)污染物、更換潤(rùn)滑脂的時(shí)間間隔不對(duì)。

因此，為了船舶機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行、避免重大事故的發(fā)生，合理的使用潤(rùn)滑脂維護(hù)規(guī)范和監(jiān)測(cè)手段，及早的發(fā)現(xiàn)故障苗頭、降低設(shè)備維修費(fèi)用具有重要意義。

2 使用維護(hù)和監(jiān)測(cè)

潤(rùn)滑脂工況監(jiān)測(cè)為應(yīng)用提供了有價(jià)值的信息。監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑脂性質(zhì)的改變，有助于評(píng)估潤(rùn)滑脂的壽命、潤(rùn)滑脂質(zhì)量、潤(rùn)滑脂性能、確定最佳更換潤(rùn)滑脂的間隔。而且，可以評(píng)估潤(rùn)滑部位的磨損狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備故障的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于潤(rùn)滑脂的用戶而言，潤(rùn)滑脂常見分析有:工況信息收集、取樣、目測(cè)、錐入度檢測(cè)和磨損顆粒監(jiān)測(cè)等。

2.1 工況信息收集

潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑能力依賴于潤(rùn)滑脂本身以及與外界的交互作用，所以需要盡可能多地收集有關(guān)應(yīng)用工況、環(huán)境條件和潤(rùn)滑脂型號(hào)等方面的信息。比如:潤(rùn)滑脂軟化可能是由于過(guò)度振動(dòng)、潤(rùn)滑污染、填充過(guò)多所導(dǎo)致。

采集的信息應(yīng)包括以下內(nèi)容:應(yīng)用對(duì)象，機(jī)器號(hào)碼或代碼，潤(rùn)滑脂名稱、型號(hào)、批次和牌號(hào)，潤(rùn)滑脂技術(shù)規(guī)格書，最后一次加入潤(rùn)滑脂的時(shí)間和數(shù)量，軸承的類型和尺寸，軸承運(yùn)行溫度，負(fù)荷，轉(zhuǎn)速，環(huán)境條件 (溫度、濕度、污染物等)，密封類型 (機(jī)械密封、油封等)，軸承運(yùn)行壽命，振動(dòng)等。如有可能，使用新的未使用的同一批次的潤(rùn)滑脂。

2.2 取樣

取樣是極其重要的一步，操作時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎。選用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆土己玫牟僮饕?guī)范將提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。步驟如下:①確保工具清潔。②樣品瓶上貼標(biāo)簽或用筆做標(biāo)識(shí)，信息包括取樣時(shí)間、機(jī)器代碼、軸承位置。③如果能接觸到軸承，最佳的取樣區(qū)域是保持架或滾動(dòng)體旁;將潤(rùn)滑脂放入樣品瓶中。如果以后還要用樣品，可以適當(dāng)多取一點(diǎn)。④如果不能接觸到軸承，可使用干凈的塑料管，打開潤(rùn)滑脂注入口，用注射器從內(nèi)部吸潤(rùn)滑脂，在操作前，將表面硬的和臟的潤(rùn)滑脂清除掉。對(duì)于回轉(zhuǎn)軸承，打開檢查螺栓，插入管子，收集樣品。管子中充滿40～50mm的潤(rùn)滑脂，放入樣品瓶中，等待分析，確保管中有5mm干凈的潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂不能碰注射器，如果碰上了，這些樣品與直接取自軸承的相比，代表性較差，但仍然有助于查找一些問(wèn)題。⑤如果軸承座已經(jīng)拆開，在取樣前，觀察潤(rùn)滑脂的顏色差異，要從顏色極度變化的地方取樣。觀察注入口的潤(rùn)滑脂是否與軸承的潤(rùn)滑脂有很大的不同。

對(duì)于趨勢(shì)分析，每次從同一位置取樣。如有可能，拍照，并取一份未受污染的新潤(rùn)滑脂油樣。

2.3 目視檢查

油樣取到后，首先進(jìn)行目視檢查，這將給出潤(rùn)滑脂狀態(tài)的第一個(gè)指示，用未使用過(guò)的潤(rùn)滑脂作為參考，檢查以下幾個(gè)方面。

1)光澤。如果潤(rùn)滑脂表面沒有光澤，表明基礎(chǔ)油可能用完了。

水工混凝土適當(dāng)采用引氣劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰及優(yōu)化配合等措施，以改善拌和物性能，提高混凝土可泵性，減少水化熱，減少裂縫產(chǎn)生的可能性，確保了工程質(zhì)量。

2)顏色。潤(rùn)滑脂變黑源自軸承高溫 (氧化、碳化)或固體污染。注意:一些潤(rùn)滑脂本來(lái)就是黑色的 (含二硫化鉬和石墨的潤(rùn)滑脂)。

3)氣味。氣味的改變?cè)醋匝趸?/p>

4)紋理結(jié)構(gòu)。潤(rùn)滑脂的紋理結(jié)構(gòu)是軸承運(yùn)行工況的指示。通常，在使用過(guò)程中，潤(rùn)滑脂的紋理結(jié)構(gòu)改變很少，它應(yīng)平滑，沒有砂粒和團(tuán)狀物，出現(xiàn)兩者中的任一個(gè)，表示潤(rùn)滑脂可能被污染了。

5)顏色、透明度、氣味等方面都有不同，可能是由于潤(rùn)滑劑的混合使用，或者潤(rùn)滑劑和周圍機(jī)器零部件所用的材料 (如黃銅保持架)不兼容引起的。

2.4 錐入度測(cè)試

2.4.1 錐入度變化的原因

錐入度是潤(rùn)滑脂的一個(gè)主要參數(shù)，決定了潤(rùn)滑脂的硬度。錐入度的選擇取決于溫度、速度、軸的準(zhǔn)直度、泵可抽吸性等運(yùn)行工況。例如:垂直軸排列需要高硬度的潤(rùn)滑脂;低溫運(yùn)行的情況下，需要低硬度的潤(rùn)滑脂等。

2.4.2 錐入度的檢測(cè)方法

便攜式潤(rùn)滑脂性能檢測(cè)錐入度是將一定體積的潤(rùn)滑脂放在兩玻璃片間，在玻璃片上放上一定質(zhì)量的金屬塊，一定時(shí)間后移走金屬塊，潤(rùn)滑脂變形后具有一定的等效直徑，與等效NLGI錐入度等級(jí)圖相比較，得到所測(cè)潤(rùn)滑脂的錐入度。一旦選好一定錐入度的潤(rùn)滑脂，在使用的更換期和儲(chǔ)存期內(nèi)，錐入度變化不會(huì)太大，這與潤(rùn)滑脂的機(jī)械穩(wěn)定性有關(guān)。

潤(rùn)滑脂變軟 (NLGI值下降)的可能原因有:①選擇的潤(rùn)滑脂錐入度偏小，或振動(dòng)環(huán)境下，潤(rùn)滑脂機(jī)械穩(wěn)定性不好;②滾動(dòng)軸承中充入了過(guò)多的潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致攪拌和過(guò)度的潤(rùn)滑脂剪切;③溫度過(guò)高;④不合適的軸承保持架設(shè)計(jì)，有旋轉(zhuǎn)環(huán)的情況下，充入了太多的潤(rùn)滑脂;⑤潤(rùn)滑脂中有水分;⑥相鄰系統(tǒng)中潤(rùn)滑油的滲入;⑦混合了不相容的潤(rùn)滑脂;⑧超過(guò)保存期限。

潤(rùn)滑脂變硬 (NLGI值增大)的可能原因有:①超過(guò)了潤(rùn)滑期限，潤(rùn)滑脂失去了基礎(chǔ)油或者由于持續(xù)高溫作用導(dǎo)致的蒸發(fā)，如果變化太快是由于潤(rùn)滑脂質(zhì)量差;②一些潤(rùn)滑脂在強(qiáng)機(jī)械力作用下會(huì)硬化;③混合了不兼容的潤(rùn)滑脂;④污染了大量的固體顆粒 (如碳化顆粒);⑤超過(guò)保存期限。

2.5 磨損顆粒及其它污染物檢測(cè)

2.5.1 污染物的來(lái)源

受污染的潤(rùn)滑脂將減低軸承性能，壽命極大減少。污染來(lái)源于:①外界的污染，不良的密封導(dǎo)致污染物進(jìn)入，臟的潤(rùn)滑脂槍和不良的軸承安裝方法，這種污染有一些雜質(zhì)如砂、水、碳?jí)m、纖維、蒸汽等混入潤(rùn)滑脂;②潤(rùn)滑介質(zhì)的污染 (相鄰系統(tǒng)油的滲入或加入錯(cuò)誤牌號(hào)的潤(rùn)滑脂);③污染潤(rùn)滑脂到了使用壽命的末期，形成了碳化粒子粘附在表面，促進(jìn)了摩擦;④軸承磨損材料。

2.5.2 磨損顆粒的目視檢測(cè)

將少量潤(rùn)滑脂置于兩塊潔凈的玻璃之間，按壓玻璃片使?jié)櫥ぷ兊煤鼙?(大約100μm)，再用便攜式100倍顯微鏡觀察。使用顯微鏡前，觀察玻璃板，人的裸眼可以觀察到40μm的顆粒。觀察時(shí)，可旋轉(zhuǎn)方向，在不同的位置觀察。可用顯微鏡壓住玻璃板一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在潤(rùn)滑樣上，造成剪切運(yùn)動(dòng)，使粒子移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。

2.5.3 磨損顆粒的發(fā)射光譜分析

文獻(xiàn) ［2，3，4］針對(duì)潤(rùn)滑脂的磨粒分析，開發(fā)出專用溶劑，建立了潤(rùn)滑脂的光譜分析方法。在發(fā)射光譜分析中，以鐵元素濃度表征軸承的總磨損，通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)濃度數(shù)據(jù)急劇升高時(shí)，代表滾動(dòng)軸承存在異常磨損。為進(jìn)一步確定磨粒的來(lái)源，將潤(rùn)滑脂中分離的大磨粒，進(jìn)行能譜分析，通過(guò)元素濃度比，確定磨粒來(lái)源于滾道。

分析潤(rùn)滑脂的發(fā)射光譜儀可以是RDE(轉(zhuǎn)盤電極)型，也可以是ICP(感應(yīng)耦合等離子體)型。對(duì)于前者，潤(rùn)滑脂由于流動(dòng)性差，無(wú)法直接測(cè)量，需要將其中的顆粒溶解于潤(rùn)滑油中;對(duì)于后者，可以將其中的顆粒溶解于水中，再分析。

2.5.4 磨損顆粒的鐵譜分析

文獻(xiàn)［5］介紹了潤(rùn)滑脂鐵譜分析的稀釋劑，分別有甲苯和異丙烷 (3∶7)混合液，甲苯、甲醇乙烷基酮和異丙烷 (1.5∶3.5∶5) 混合液，甲苯和乙烷 (3∶7)混合液，石油醚和無(wú)水乙醇 (5∶5)混合液及石油醚和甲苯 (7∶3)混合液。

上海寶鋼的劉仁德對(duì)潤(rùn)滑脂鐵譜分析進(jìn)行了研究，在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)有不少潤(rùn)滑脂不能利用常見的稀釋劑來(lái)溶解，無(wú)法將其中的絮狀固體全部溶解，這樣制出來(lái)的鐵譜片的金屬磨粒基本上都被絮狀物覆蓋，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行觀察。其具體方法是:首先用玻璃棒將潤(rùn)滑脂混合均勻，稱取1 g左右的潤(rùn)滑脂放入錐形瓶中，再往瓶中倒入40ml甲苯，并加入玻璃珠，在旋渦振蕩器上振蕩使之分散均勻，然后將錐形瓶放到磁鐵上，靜置一段時(shí)間后，在不使磁鐵脫離瓶底的情況下傾潷出上層溶液，再依次加入甲苯、環(huán)己烷等溶劑重復(fù)以上操作，直至瓶中只剩下金屬顆粒，再往瓶中加入40ml液體石蠟，振蕩，使金屬顆粒分散在液體石蠟中，這樣就可以參照潤(rùn)滑油的分析方法進(jìn)行鐵譜分析了。因?yàn)闈?rùn)滑脂中磨粒的復(fù)雜性，建議聯(lián)合應(yīng)用分析式鐵譜和旋轉(zhuǎn)鐵譜分析經(jīng)過(guò)處理的潤(rùn)滑脂油樣。

3 結(jié)論

潤(rùn)滑脂在船舶機(jī)械上的應(yīng)用比較廣泛，必須給予足夠的重視，為更好地發(fā)揮潤(rùn)滑脂作用，必須注意以下幾點(diǎn):①添加的數(shù)量，一般為2/3至3/4之間，過(guò)多和過(guò)少均會(huì)導(dǎo)致不良的潤(rùn)滑。②定期取樣，進(jìn)行檢查和監(jiān)測(cè)。根據(jù)條件的不同，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的目視檢查或復(fù)雜的光鐵譜監(jiān)測(cè)。③潤(rùn)滑脂的理化性能檢測(cè)很重要，條件允許時(shí)，應(yīng)進(jìn)行錐入度和滲油性的檢查。

［1］朱廷彬.潤(rùn)滑脂技術(shù)大全［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2005:1－18.

［2］劉仁德，梁敬輝.大包回轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的故障診斷研究［C］.武漢:2008青年摩擦學(xué)與表面保護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議，2008(05):60－62.

［3］陶德華，劉仁德.淺談如何利用光譜和鐵譜分析技術(shù)對(duì)脂潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè) ［C］.北京:第七屆全國(guó)設(shè)備與維修工程學(xué)術(shù)年會(huì)，2003:406－408.

［4］劉仁德，倪正.低速重載滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè) ［J］.潤(rùn)滑與密封，2006(7):171－173.

［5］蕭漢梁.鐵譜技術(shù)及其在機(jī)械監(jiān)測(cè)診斷中的應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，1993:71－76.