動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.南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111；2. 北京交通大學 電氣工程學院，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構的重要部件之一[1-3]，其性能質量關系到列車的運行安全，特別是動車組，高速運行下的軸箱軸承是列車在線監測的主要對象之一。動車組對于軸箱軸承的溫度采用多種監測手段，利用溫度傳感器直接貼在軸承外圈上檢測溫度，當溫度達到設定值時,溫度傳感器電路報警并反饋到司機室按照有關規定進行處理。此外還在軸箱軸承關鍵部位的外殼處貼有溫度感應試紙，每次車輛入庫后檢查試紙顏色，不得超過預警值。

針對部分動車組軸箱軸承在運行過程中出現溫度偏高的現象，通過檢測軸箱軸承，發現潤滑脂變黑，出現劣化的情況。經過專家分析，可能是對空心車軸進行探傷時，探傷耦合劑和防銹劑滲入到潤滑脂中，對潤滑脂產生了不利影響，最終導致潤滑脂變黑劣化[4-6]。

文中首先分析了從現場采集的軸箱軸承劣化潤滑脂脂樣，并與原油脂進行比對，然后對摻雜探傷耦合劑和防銹劑的不同潤滑脂進行分析，研究探傷耦合劑和防銹劑對軸箱軸承潤滑脂的影響，為分析動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

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

表1 潤滑脂理化性能分析及試驗方法

通過外觀可以初步判斷潤滑脂類型和質量優劣。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生腐蝕作用的指標。

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構穩定、基礎油不被析出的能力，可以用鋼網分油率來表征；潤滑脂氧化安定性是指潤滑脂在儲存和使用中抗氧化的能力。對于高溫條件下使用的潤滑脂或換脂周期較長的機械設備，均應考慮潤滑脂的抗氧化性能。

2 原脂與劣化脂的對比分析

該動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行編號：162為外圈外側；163為外圈內側；165為外圈中間，分別對其進行紅外光譜分析，結果如圖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左右分別出現一個明顯峰值,該峰是羧酸的羰基吸收峰，說明使用后的潤滑脂發生了氧化，產生了一定量的羧酸。同時該處吸收峰的變化說明樣品中產生了羥基的化合物，說明潤滑脂已發生一定程度氧化。

對其酸值進行測量，結果見表2。由表可知，3種潤滑脂的酸值都超過了管理基準值，潤滑脂劣化很顯著，說明潤滑脂已經嚴重氧化，這與紅外光譜圖分析結果一致。

表2 潤滑脂酸值分析表

對潤滑脂進行X射線熒光光譜分析，結果見表3。潤滑脂的ICP元素含量分析結果見表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，元素定性結果是3個樣品中均有P，S，Ca，Zn和Cu等元素，可以看出3個樣品中各元素含量相當。

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

通過對原裝潤滑脂和劣化潤滑脂的對比分析可知，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，因此設計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，來分析摻雜物對潤滑脂的影響。

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探傷等原因，進入到軸箱軸承潤滑脂內的摻雜物劑量很小，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。

對以上不同摻雜形式的潤滑脂進行性能檢測和X熒光元素含量分析，并與原裝潤滑脂進行對比，其結果見表5和表6。

表5 不同潤滑脂性能的對比

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分油率均變大，這是由于探傷劑和防銹劑都是極性物質，加劑后破壞了潤滑脂油-皂結構的平衡，使基礎油析出的更多。基礎油析出是潤滑脂的一種特征，微量的分油可以保持設備潤滑，對潤滑有利，但過度的分油量會使潤滑脂變稠變硬，膠體結構破壞，失去潤滑作用。

4 結論

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生了氧化，產生了一定量的羧酸。

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值范圍之內，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分油率增大，基礎油析出更多，從而導致其潤滑性能下降，潤滑脂在高溫氧化下更易變黑。

4)應結合軸箱軸承的臺架試驗分析摻雜探傷耦合劑和防銹劑后對潤滑脂的影響。