齒輪箱油位觀察窗內部附著異物成分分析

趙勝輝 張馮章

摘要：通過形貌觀察、X射線能譜和紅外光譜等手段，分別對地鐵齒輪箱和高鐵齒輪箱油位觀察窗內部附著異物的成分進行檢測，結果表明，異物成分分別為密封膠和聚四氟乙烯，對異物的來源進行了分析。

關鍵詞： 油位觀察窗;齒輪箱;異物

油位觀察窗是齒輪箱的重要組成部件，通過油位觀察窗可以直觀且實時的觀察到齒輪箱內部潤滑油的液面高度，防止潤滑油出現泄漏等異常問題導致齒輪箱無法正常工作。有機玻璃（PMMA）、聚碳酸脂（PC）、聚砜樹脂（PSF）等高分子材料具有透光性高、密度小、抗沖擊和耐油脂等優點，是目前制備齒輪箱油位觀察窗的主流材料。油位觀察窗內表面與潤滑油接觸，外表面與外界環境接觸，同時由于地鐵和高鐵齒輪箱具有運行里程長、工作環境復雜等特點，齒輪箱運行一段時間后觀察窗內外表面常會附著一些異物，影響齒輪箱油位的正常觀察。油位觀察窗外表面附著的異物通常為灰塵、油脂等，在維護保養時可以直接清洗去除，但要注意有機溶劑對觀察窗材料的侵蝕。內表面由于接觸環境比較單一，很少出現異物附著，當出現異物時，需要停車拆卸才能進行處理，操作不便且維護成本高。通過對內表面附著異物的成分分析并尋找異物來源，從而預防觀察窗內部出現異物附著，降低維護保養成本。各選取一例地鐵齒輪箱和高鐵齒輪箱油位觀察窗內部附著的異物進行分析，供類似問題參考。

1.外觀情況

地鐵齒輪箱油位觀察窗內部附著異物情況見圖1（以下簡稱異物1，觀察窗材質為有機玻璃）。高鐵齒輪箱油位觀察窗內部附著異物情況見圖2（以下簡稱異物2，觀察窗材質為聚砜樹脂）。異物附著位置均位于觀察窗內部，表明異物均不溶解于潤滑油且異物來自于齒輪箱內部，將觀察窗拆卸后對內部附著的異物進行分析。

2.樣品處理

由于異物與齒輪箱內部潤滑油長時間接觸，在對異物進行分析前，需要將異物粘附的潤滑油去除。將異物1和異物2取下后用干凈的石油醚進行清洗、過濾并干燥。處理后異物1呈灰白色膠狀，見圖3。異物2呈白色顆粒狀，見圖4。

3.X射線能譜檢測

采用 X射線能譜儀（型號：牛津51-XMX0009）對異物元素含量進行分析。異物1和異物2的能譜檢測結果見表1，結果表明異物1主要含有C、O和Si元素，異物2主要含有C和F元素。結合異物外觀形貌可以推測異物1應為含Si元素的有機物，異物2應為含有F元素的有機物。

4.紅外光譜檢測

采用傅里葉變換紅外光譜儀（型號：NICOLET iS10）對異物的官能團進行分析。異物1的紅外光譜圖見圖5，在700cm-1處觀察到Si-O鍵彎曲振動峰，788cm-1處觀察到Si-CH3鍵伸縮振動峰，1008～1081cm-1處觀察到Si-O鍵伸縮振動峰[1] ，1258cm-1處觀察到Si-CH3鍵對稱變形振動峰，2962cm-1處觀察到C-H鍵伸縮振動峰。異物2的紅外光譜圖見圖6，在638 cm-1處觀察到C-F鍵面外搖擺振動峰，1148和1203cm-1處觀察到C-F鍵伸縮振動峰[2]。

5.成分分析

根據檢測結果，可以推斷異物1應為硅膠類物質，將可能與齒輪箱接觸的硅膠類物質進行比對檢測，發現Three Bond 1215密封膠的紅外光譜圖（見圖5）、能譜檢測結果（見表1）與異物1的紅外光譜特征和主要元素特征一致，因此，異物1應是Three Bond 1215密封膠。

根據檢測結果，異物2的成分為聚四氟乙烯（PTFE）。通過對齒輪箱及附近零部件進行檢查，可以排除外界聚四氟乙烯材料進入齒輪箱內部的可能性。通過查閱資料發現[3]，由于聚四氟乙烯微粉具有耐高低溫、耐腐蝕、摩擦因數小等優點，常被作為摩擦改進劑和抗磨劑在潤滑油中使用。因此，推測聚四氟乙烯來自于潤滑油。

6.結語

地鐵齒輪箱油位觀察窗內部附著異物為Three Bond 1215密封膠。高鐵齒輪箱油位觀察窗內部附著異物為聚四氟乙烯。對于油位觀察窗附著異物的分析，快速且準確的方法是將其與疑似的來源物質進行比對檢測，如異物1的分析，但要注意分析前需將異物處理干凈，否則會干擾檢測結果。在沒有疑似來源物質進行比對檢測的情況下，可以根據異物的特征，選擇合適的檢測手段來確定異物成分，再推斷其來自何處。

參考文獻

[1] 王麗莉.白炭黑補強硅橡膠的紅外光譜模擬[J].有機硅材料，2009（23）：41-46.

[2] 宋明斌，張立祥，黃文浩.聚丙烯腈填充聚四氟乙烯復合材料的結構表征及性能[J].高分子材料科學與工程，2007（23）：92-99.

[3] 張曉宇，劉善邦，彭厚雄.石墨烯和聚四氟乙烯微粉共混物作為潤滑油添加劑的摩擦磨損行為研究[J].潤滑與密封，2018（43）：15-20.