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，以確保相關部件和設備處于良好的工作狀態。然而潤滑脂的劣化過程是隨車輛運用條件變化的，所以難以預判，更不容易確定潤滑脂更換的最佳時機。

1 齒輪箱運轉性能測試

將7種潤滑脂涂抹于小模數金屬齒輪，測試其噪聲與電流參數。不同潤滑脂潤滑下運轉時的啟動電流以及運轉30min的噪聲平均值。結果可見，潤滑脂黏度越大，稠度越大，齒輪電機的啟動電流越大[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，驅動電動機通過傳動皮帶驅動工裝軸旋轉，用溫度傳感器檢測軸承外圈溫度，通過作動器施加載荷，由專用風機實現冷卻。（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，模擬軸承滾道區域潤滑脂量的變化，試驗方案見表1，其中正常指軸承運轉后潤滑脂在軸承內部自然分布狀態。

表1 滾道區域不同潤滑脂量的試驗方案

3 結果與分析

3.1 軸箱軸承裝配調查

通過在軸承安裝、拆卸現場的調查，未發現軸承損壞及軸箱密封損壞，確認軸箱軸承的安裝、拆卸狀態符合規范要求，個別軸箱內部出現較嚴重的微動腐蝕，通過對比以往軸箱內部微動腐蝕狀態，初步判斷此情況不是軸承溫升超限的原因，符合當前運營狀態。軸箱清洗后，檢測軸箱內部尺寸也全部符合圖紙要求，判定軸箱軸承的裝配狀態符合規范要求[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位轉向架軸承最高溫度為68℃，6車2位轉向架軸承最高溫度為73℃，潤滑脂填充量為240g的3車2位轉向架軸承最高溫度為81℃，6車1位轉向架軸承最高溫度為83℃。潤滑脂填充量約為215g的3車1位轉向架及6車2位轉向架軸端最高溫度平均值為62℃，潤滑脂填充量240g的3車2位轉向架及6車1位轉向架軸端最高溫度平均值為75．5℃。結合臺架及線路試驗數據，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果

3.3 潤滑脂剪切時變性與齒輪啟動性能相關性研究

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，最終達到一個趨于穩定的值。稠化劑纖維結晶體內的張力由分子間氫鍵主導，氫鍵力的大小與稠化劑分子排列位置相關，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定下來。

4 結語

綜上所述，對于速度超過300km/h的軸承同等性能下應選用低黏度潤滑脂，但潤滑脂選型要充分考慮潤滑脂的工況及高低溫適應性等，還需注意軸承密封性。潤滑脂的分布狀態影響軸承運行初期的溫度，在軸承內部的重新分配需引起使用者和設計者的重視，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。