動(dòng)車(chē)組軸箱軸承劣化潤(rùn)滑脂的檢測(cè)與分析

侯有忠，姜建東，朱崇飛，曹君慈，葉軍

(1.南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)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(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

軸箱軸承是軌道交通列車(chē)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(chē)的運(yùn)行安全，特別是動(dòng)車(chē)組，高速運(yùn)行下的軸箱軸承是列車(chē)在線監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象之一。動(dòng)車(chē)組對(duì)于軸箱軸承的溫度采用多種監(jiān)測(cè)手段，利用溫度傳感器直接貼在軸承外圈上檢測(cè)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(chē)輛入庫(kù)后檢查試紙顏色，不得超過(guò)預(yù)警值。

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

文中首先分析了從現(xiàn)場(chǎng)采集的軸箱軸承劣化潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑脂的影響，為分析動(dòng)車(chē)組軸箱軸承溫度偏高和潤(rùn)滑脂劣化變黑的原因提供參考。

1 潤(rùn)滑脂理化性能檢驗(yàn)

潤(rùn)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(rùn)滑脂理化性能檢測(cè)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法見(jiàn)表1。

表1 潤(rùn)滑脂理化性能分析及試驗(yàn)方法

通過(guò)外觀可以初步判斷潤(rùn)滑脂類(lèi)型和質(zhì)量?jī)?yōu)劣。稠度指潤(rùn)滑脂的軟硬程度，初步反映了潤(rùn)滑脂的觸變性，即潤(rùn)滑脂在外力下發(fā)生形變的難易程度。防腐防銹性是潤(rùn)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(rùn)滑脂膠體安定性是指潤(rùn)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(lái)表征；潤(rùn)滑脂氧化安定性是指潤(rùn)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(rùn)滑脂或換脂周期較長(zhǎng)的機(jī)械設(shè)備，均應(yīng)考慮潤(rùn)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(chē)組軸箱軸承采用的原裝潤(rùn)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(rùn)滑脂

圖2 Shell Nerita 2858原裝潤(rùn)滑脂紅外光譜圖

劣化后的軸箱軸承潤(rùn)滑脂如圖3所示，潤(rùn)滑脂已呈黑色。取不同部位的劣化潤(rùn)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(rùn)滑脂

圖4 劣化潤(rùn)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(rùn)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(shuō)明使用后的潤(rùn)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(shuō)明樣品中產(chǎn)生了羥基的化合物，說(shuō)明潤(rùn)滑脂已發(fā)生一定程度氧化。

對(duì)其酸值進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表2。由表可知，3種潤(rùn)滑脂的酸值都超過(guò)了管理基準(zhǔn)值，潤(rùn)滑脂劣化很顯著，說(shuō)明潤(rùn)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(rùn)滑脂酸值分析表

對(duì)潤(rùn)滑脂進(jìn)行X射線熒光光譜分析，結(jié)果見(jiàn)表3。潤(rùn)滑脂的ICP元素含量分析結(jié)果見(jiàn)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(cè)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(guò)對(duì)原裝潤(rùn)滑脂和劣化潤(rùn)滑脂的對(duì)比分析可知，元素分析無(wú)法判斷出劣化潤(rùn)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(rùn)滑脂和摻雜探傷耦合劑及防銹劑的混合試驗(yàn)，來(lái)分析摻雜物對(duì)潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑脂如圖5所示。

圖5 加劑之后的潤(rùn)滑脂

由圖5可知，加劑之后的潤(rùn)滑脂與新脂在顏色上并沒(méi)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(rùn)滑脂進(jìn)行性能檢測(cè)和X熒光元素含量分析，并與原裝潤(rùn)滑脂進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果見(jiàn)表5和表6。

表5 不同潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑脂油-皂結(jié)構(gòu)的平衡，使基礎(chǔ)油析出的更多。基礎(chǔ)油析出是潤(rùn)滑脂的一種特征，微量的分油可以保持設(shè)備潤(rùn)滑，對(duì)潤(rùn)滑有利，但過(guò)度的分油量會(huì)使?jié)櫥兂碜冇玻z體結(jié)構(gòu)破壞，失去潤(rùn)滑作用。

4 結(jié)論

1)紅外光譜分析表明，劣化潤(rùn)滑脂存在羧酸的羰基吸收峰，說(shuō)明使用后的潤(rùn)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(rùn)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(shuō)明摩擦磨損較輕微。

3)摻雜探傷耦合劑和防銹劑后潤(rùn)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(rùn)滑性能下降，潤(rùn)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(rùn)滑脂的影響。