某型機械輸送缸潤滑脂故障分析試驗設計

何 婷，方 偉

（湖南三一工業職業技術學院，湖南長沙 410100）

潤滑脂，通常用于機械摩擦部位，起降低機械摩擦、防止機械磨損的作用。潤滑脂的工作原理是稠化劑將油保持在需要潤滑的位置，當有負載時，稠化劑將油釋放出來起潤滑作用。在靜止狀態時，它能保持自己的形狀黏附在金屬上不滑落，而在機械中受到運動部件的剪切作用時，它能流動并進行潤滑，降低運動表面間摩擦和磨損；剪切作用停止后，它又能恢復一定的稠度。進而廣泛應用于機械部件的潤滑[1-2]。

某型機械輸送缸位于水箱和料斗之間，內壁采用鍍鉻工藝，光滑耐磨。輸送缸有兩根，在工作時，它們內部的活塞呈相反方向在輸送缸內動作。S擺閥配合活塞動作，將混凝土從料斗中吸入輸送缸，再通過S擺閥送到輸送管，進而送至施工作業面。活塞與輸送缸之間的潤滑方式都采用自動潤滑，每工作一次，潤滑系統自動加注潤滑脂。所用潤滑脂為鋰基潤滑脂，為透明粉色膏狀，而該設備在開展整機試驗過程中，運行48h內便出現大量發黑潤滑脂，為找到發黑發生的原因，故設計本試驗。

1 試驗部分

1.1 試驗設計

1.1.1 潤滑脂使用環境分析

通過試驗現場走訪，對潤滑脂的使用環境進行分析獲得如下信息：（1）潤滑脂在役僅48h，不涉及到期需更換問題；（2）用于砼活塞與輸送缸之間的潤滑；（3）工作時內部最高溫度可達80℃。

通過使用環境分析，抽提出可能導致潤滑脂發黑的影響因素：（1）潤滑脂內是否進入機械雜質；（2）潤滑脂是否發生高溫氧化變質；（3）是否發生零件磨損。

1.1.2 試驗項目設計

針對抽提出的可能導致變色的影響因素進行試驗項目設計[3-4]：（1）全新潤滑脂、發黑潤滑脂機械雜質對比測試；（2）新潤滑脂、發黑潤滑脂紅外光譜對比分析；（3）新潤滑脂、發黑潤滑脂酸值對比分析；（4）全新潤滑脂、發黑潤滑脂內金屬元素對比分析。

1.2 試驗設備

傅立葉變換紅外光譜儀：Spectrum2型研究級，美國PE公司；全譜直讀等離子體發射光譜儀：SPECTROBLUE垂直觀測型，德國斯派克公司；微孔玻璃坩堝、回流冷凝管等。

2 結果與討論

2.1 機械雜質試驗

取全新潤滑脂與發黑潤滑脂按《GB/T 513-1977（2004）潤滑脂機械雜質測定法（酸分解法）》開展機械雜質測試，測試結果見表1。全新潤滑脂無機械雜質，發黑潤滑脂機械雜質含量為0.138%。

表1 全新潤滑脂與發黑潤滑脂機械雜質試驗結果Table 1 Test results of mechanical impurities of new grease and blackened grease

機械雜質是以懸浮或沉淀狀態存在于潤滑脂中，不溶于汽油或苯及規定溶劑的可以過濾出來的物質。機械雜質的來源是油品在貯運、使用過程中從外界掉入的灰塵、鐵屑、泥沙等物質，這些物質會增大設備的腐蝕，破壞油膜增加磨損和積炭等。因此，輕質油品絕對不允許有機械雜質存在。重質油品一般限制在0.005%~0.1%之間[5-6]。

本次測試采用酸分解法，測定潤滑脂中不溶于鹽酸、石油醚(汽油或苯)、乙醇-苯混合液及蒸餾水的機械雜質的含量。所測主要對象是塵土、砂粒等硅化物類磨損性雜質。水箱中發黑潤滑脂內含0.138%機械雜質，結合使用環境主要為塵土及泵送對象混凝土中砂粒等硅化物，雖然含量超過了0.1%，但根據使用工況難以避免。同時這些機械雜質并不會直接導致潤滑脂發黑或變質，只是會影響潤滑效果及使用壽命。

2.2 傅里葉變換紅外光譜分析

紅外光譜可以對油液中有機物的基團結構進行分析。且潤滑脂絕大部分成分及污染物都有明確的紅外特征，通過比較新、舊潤滑脂紅外吸收峰的位置與峰高，可定性及定量監測基礎油與添加劑組分是否發生了變化[7]。

取全新潤滑脂與發黑潤滑脂按《ASTM E1252-1998（2013）e1 獲取定性分析用紅外線光譜的通用技術的標準實施規程》開展傅里葉紅外光譜分析，掃描次數3，掃描速度0.2，分辨率2，檢測器LiTa03，分光器KBr，光源MIR。結果如圖1所示。

油品在使用過程中,由于氧化作用,所產生的氧化物主要表現為含有羰基(C=O)的醛、酮、酸、脂類化合物。故紅外分析中通過監控羰基來測量油液的氧化程度。羰基在紅外光譜上主要出現在1720cm-1處特征峰，由于羰基有很強的吸收，在譜圖中都是最強峰或與最強峰相當[8-9]。圖1中并未出現該波數附近的特征峰，故發黑潤滑脂并未發生氧化變質。

圖1 全新潤滑脂(實線)與發黑潤滑脂(虛線)的紅外光譜對比圖Fig. 1 Infrared spectrum comparison of new grease and blackened grease

2.3 酸值測試

酸值是評定潤滑脂質量的主要理化指標，酸值的變化在一定程度上反應潤滑脂的氧化程度和腐蝕性，對判定潤滑脂能否使用有重要意義[10-11]。新油的酸值較低，在使用過程中，由于氧化而生成酸性物質，并不斷積累，從而酸值會逐漸增加。酸值測定的方法主要有兩種，分別為指示劑法和電位滴定法[12-13]。本文按照《SH/T 0329-1992（2004）潤滑脂游離堿和游離有機酸測定法》開展試驗，分別取全新潤滑脂和發黑潤滑脂適量，測試兩種的酸值，試驗結果見表2。

表2 全新潤滑脂與發黑潤滑脂酸值試驗結果Table 2 Acid value test results of new grease and blackened grease

2.4 金屬多元素測試

主要的潤滑油發射光譜分析方法有等離子體原子發射光譜法(ICPAES) 和轉盤電極原子發射光譜法 (RDEAES)兩種[14]。通過發射光譜分析技術能夠得到Fe、Al、Ca、Ba、Zn、Mg、P、Cu、Na、K、Mg等 20多種元素濃度數據。這些元素的主要來源有磨損金屬、添加劑和污染三個方面[15]。

取全新潤滑脂與發黑潤滑脂開展金屬多元素分析（ICP法），試驗方法依據《IP 501用灰化法溶解法和感應耦合等離子發射光譜法測定殘渣燃油中鋁硅釩鎳鐵鈉鈣鋅磷》，試驗結果見表3。

表3 新舊潤滑脂金屬多元素測試結果(單位：mg/kg)Table 3 Multi metal element test results

從元素檢測結果來看，使用后鐵含量大幅增加，判斷使用過程中發生了金屬表面的磨損。鋅含量和磷含量大幅減少，潤滑脂中添加劑發生損耗。潤滑脂中鐵元素的增加會導致潤滑脂顏色變黑。由于該脂在役時間僅為48h，無法確定鐵元素增加是由于最初跑合導致的，還是后期的磨損導致的。如果為初期跑合原因，后期不再增加，脂的顏色變深，屬于正常情況，不影響使用。如果繼續定期檢測鐵元素，發現它是增加的，說明是機械磨損導致。如果是后者，可能是潤滑脂的極壓抗磨性能不足或添加劑損耗所致，則需要選擇性能更優的潤滑脂。

3 結論

（1）經金屬多元素分析試驗，某型機械輸送缸潤滑脂發黑主要原因為鐵元素增加，判斷使用過程中發生了金屬表面的磨損。由于潤滑脂在役時間僅48h，建議繼續定期檢測鐵元素，以明確是初期跑合原因還是后期磨損導致。若為初期跑合原因，后期不再增加，則不影響使用；若為后期磨損，則可能是潤滑脂極壓抗磨性能不足或添加劑損耗所致，則需要選擇性能更優的潤滑脂。

（2）紅外光譜測試結果顯示，譜圖未出現羰基特征峰，說明發黑潤滑脂并未發生氧化變質。