周浩，王文移，王春龍

(青島斯坦德檢測股份有限公司，山東 青島 266000)

0 引言

軸箱軸承是軌道列車轉向架的重要組成部件之一[1]，其性能質量關系到列車的運行安全[2]。潤滑脂填充在機車軸承中，起到降低磨損、延長軸承壽命[3]、保護軸承的作用。但高速、長時間和負荷過重都會導致潤滑脂潤滑性能變差，潤滑脂中的基礎油被析出，稠度變差，滴點變高，從而無法起到保護作用[4]。

目前國內對更換潤滑脂的周期主要依據(jù)《SKF軸承手冊》，給出的建議是潤滑脂的壽命不大于15000 h或60萬公里，但實際運行狀況的復雜多變，每種潤滑脂的真實使用壽命也未可知，換脂周期過短會導致浪費、不環(huán)保，換脂周期過長又會導致設備受損[5]。

本文主要研究了新脂、40萬公里、60萬公里潤滑脂的水分、酸價、油耗、錐入度、滴點、紅外、鐵譜、光譜元素等項目，來觀察潤滑脂的性能變化，給出潤滑脂更換的最佳周期[6]。

潤滑脂選用美國紫皇冠Upg2復合鋁基脂。

1 新脂特性

新脂特性具體見表1～表3及圖1。

表1 新脂物理性能

表1(續(xù))

表3 鐵譜分析

表3(續(xù))

圖1 新脂磨損顆粒

從表1、表2和表3的數(shù)據(jù)可以看出，新脂未混入水氣，也未被其他成分污染。從光譜分析和鐵譜分析的數(shù)據(jù)可以看出，新脂中只含有微小顆粒雜質，可能來源于一些未反應的無機鹽類或者制脂過程中從外界帶入的微量灰塵等，數(shù)值在正常范圍內[7]。

表2 新脂光譜元素分析 mg/kg

Al、Zn含量高，主要原因是紫皇冠Upg2屬于復合鋁基脂，基體中Al含量高。Zn含量高主要是一些抗氧抗腐添加劑屬于鋅鹽。從新脂的游離有機酸來看，數(shù)據(jù)偏高，可能是在皂化過程中添加硬脂酸的原因。綜合分析，新脂基本無外界污染，可以正常加注到軸承內作為研究對象。

2 潤滑脂不同里程數(shù)的性能變化

軸承為滾動軸承，材質為GCr15，保持架為黃銅[8]。從機車牽引機部位取樣，機車運行溫度區(qū)間在70～120 ℃。

40萬公里時取軸承上、端蓋上、端蓋下、軸承座下，共計4個點位的潤滑脂。60萬公里時取端蓋上、端蓋下，共計2個點位的潤滑脂。

潤滑脂不同里程數(shù)的物理性能見表4。

表4 潤滑脂不同里程數(shù)的物理性能

從表4中可以看出，40萬公里潤滑脂酸價平均值為10.34%，60萬公里滑脂酸價平均值為13.13%。隨著機車里程數(shù)的增加，酸價逐漸升高，主要是在高溫使用過程中，脂中礦物油氧化的原因。軸承座下的酸價高于其他部位，原因為軸承座下潤滑脂較其他位置更容易接觸外界氧氣、潮濕空氣等，這些因素會加速氧化作用。

潤滑脂的錐入度和油耗小于新脂，而滴點卻隨著里程數(shù)增加而增加，主要原因是在使用過程中，軸承的轉動會對潤滑脂起到剪切作用，破壞了原有稠化劑形成的骨架結構，使原來被吸附和固定在結構骨架中的礦物油被釋放出來。另一方面，軸承在轉動過程中，會產生70～120 ℃的高溫，也加快了釋放出來的礦物油慢慢揮發(fā)損失，導致潤滑脂變干、變硬，錐入度值減小。在用油脂在使用過程中已經損失部分礦物油，自然離心出來的油耗數(shù)值也會小于新油。含油量變少，會使得滴點變高。

另外，潤滑脂在使用過程中會從外界空氣中吸收水分，因為有密封裝置，所以多數(shù)是通過呼吸作用吸收的微量水分(特殊因素除外)，而軸承運行過程中會產生高溫，會使該部分微量水分蒸發(fā)，所以40萬里程數(shù)是水分含量為無。但隨著里程數(shù)的增加，潤滑脂變干，軸承中無法完全填滿軸承，密封作用會變差，所以60萬公里時，潤滑脂從無水到含有0.08%的游離水。

不同里程數(shù)磨損元素含量見圖2。

圖2 不同里程數(shù)磨損元素含量

GCr15軸承鋼的主要成分是C：0.95%～1.05%、Mn：0.25%～0.45%、Si：0.15%～0.35%、S：≤0.025%、P:≤0.025%、Cr:1.40%～1.65%、Mo:≤0.10%、Ni:≤0.30%、Cu:≤0.25%、Ni+Cu≤0.50%[9]。

從圖2中可以看出，Cu、Si、Fe、P、Cr、Mn等元素隨著運行里程數(shù)的增加而增加[10]。新脂中Fe、Cr、Mn元素含量很微量，說明潤滑脂中Fe、Cr、Mn元素主要來源于GCr15軸承磨損顆粒[11]。而40萬公里時，軸承上的Fe含量高于其他取樣位置的潤滑脂，主要原因是各區(qū)域受到的承載力不同，造成的磨損程度不同。60萬公里，F(xiàn)e元素含量平均值為1140 mg/kg，是40萬公里的5.5倍，新脂的127倍。從潤滑脂的物理性能中也可以看出，60萬公里時，錐入度平均值為219 0.1 mm，與新脂298 0.1 mm的絕對差值為79 0.1 mm，而40萬公里時，錐入度平均值為277 0.1 mm，與新脂的絕對差值為21 0.1 mm。使用后潤滑脂錐入度與使用前潤滑脂錐入度的差值變化超出±30 0.1 mm時，潤滑脂的潤滑能力、密封能力、附著力會大幅度降低，所以60萬公里時，F(xiàn)e含量會迅速增加。

40萬公里時，Cu含量平均值為118 mg/kg，60萬公里時，Cu含量平均值為552 mg/kg，Cu含量增加主要來源于軸承和黃銅支架磨損。60萬公里Si含量明顯增加，原因是潤滑脂起不到良好的密封作用，可能混入灰塵和雜質所致。

鐵譜分析見表5。磨損顆粒見圖3、圖4。

表5 鐵譜分析

圖3 40萬公里磨損顆粒

圖4 60萬公里磨損顆粒

40萬公里時，潤滑脂酸價已經高于新脂的，說明已經出現(xiàn)了氧化產物，從鐵譜譜圖中也可以看出，40萬公里時產生了少量的油泥。隨著運行里程數(shù)的增加，潤滑脂中基礎油在使用過程中進一步形成酸性不溶物，與其他固體等黏合在一起最終形成油泥，沉降在各處，所以60萬公里時鐵譜譜圖中，出現(xiàn)了大量的油泥。

60萬公里時，樣品中的Fe、Cr、Mn元素含量偏高，而Gcr15軸承鋼中鐵含量約占95%左右，長期運行磨合使磨損顆?；烊胫兴?。在鐵譜分析中也可以看出潤滑脂中含有少量的小于10 μm的鋼/鑄鐵碎屑，進一步證明了軸承存在磨損情況。通過觀察發(fā)現(xiàn)磨粒屬于黏著擦傷，黏著磨損多發(fā)生在工作溫度高、載荷高的邊界潤滑部位，如軸承在啟動時潤滑間斷的瞬間[12]。

60萬公里時，潤滑脂中還存在個別異常的疲勞磨損顆粒和個別高溫氧化物。主要是潤滑不良引起局部產生干摩擦，并伴有高溫使?jié)櫥趸?/p>

40萬公里時，4個樣品的鐵譜分析中均沒有大顆粒銅合金磨粒，Cu元素含量比新脂高，屬于正常的軸承和黃銅支架磨損。60萬公里時，潤滑脂中發(fā)現(xiàn)了銅合金，主要是來源于運行過程中與黃銅支架產生的摩擦銅碎屑混入潤滑脂中造成。

3 結語

(1)潤滑脂的水分、酸價、滴點，隨著運行里程數(shù)的增加而增加[13]，油耗和錐入度隨著運行里程數(shù)的增加而減小。60萬公里時，潤滑脂錐入度與新脂相差79 0.1 mm，超過±30 0.1 mm，已經無法起到潤滑保護作用[14]。

(2)40萬公里時，潤滑脂中的磨損元素含量和磨損顆粒均在正常范圍內[15]。60萬公里時，F(xiàn)e是新脂的127倍，Cu是新脂的551倍，Si是新脂的7.9倍，并含有大量的油泥、黏著擦傷、高溫氧化物、銅合金。

綜上所述，潤滑脂在機車中40萬公里時已經有跡象表明出現(xiàn)磨損，但各項指標均在正常范圍內，然而運行60萬公里時，軸承表面磨損嚴重，需要更換新脂。