起重机吊臂专用润滑脂的研制

唐彩珍，刘 琨，梁 慧，黄福川，蓝明新

（广西大学化学化工学院，广西石化资源加工与过程强化重点实验室，广西 南宁 530004）

起重机吊臂专用润滑脂的研制

唐彩珍，刘 琨，梁 慧，黄福川，蓝明新

（广西大学化学化工学院，广西石化资源加工与过程强化重点实验室，广西 南宁 530004）

针对起重机的工况特点以及起重机吊臂的润滑条件要求，采用聚醚和低粘度聚 α-烯烃复合作为基础油，并加入复合聚脲稠化剂和多种功能型添加剂，研制出一种起重机吊臂专用润滑脂。经过理化性能分析和试用，研制润滑脂具有良好热氧化安定性、剪切安定性、防锈防腐性、极压抗磨性能、机械安定性以及较好的粘附性和抗水性能；对起重机吊臂吊重以及日常养护具有较好的润滑和防护作用。

起重机吊臂；聚脲稠化剂；合成型基础油；润滑脂

工程机械制造行业是典型的投资拉动型行业，起重机作为物料搬运设备，是工程建设中最主要的工程机械之一。随着机械设计、制造、自动化程度水平的提高，起重机在现代国民经济建设生产过程中的作用愈来愈大、应用越来越广，推动了起重机技术的不断升级[1,2]。作为起重机关键部件的吊臂，其工作性能的好坏，直接影响起重机的安全性、可靠性、经济性、工作效率及起吊综合性能。吊臂的材料选用及保养，很大程度决定着吊臂的机械综合性能；此外，起重量、工作幅度、起升高度、伸缩臂总长、臂角仰角、起升机构倍率等也会对吊臂工作性能存在影响[3]。当前，我国起重机制造业发展正处在快速成长阶段，在可预见未来相当时期内，在起重机发展过程中，对起重机的吊臂研究除了重视采用新技术、新工艺、新结构、新材料外，还应高度重视起重机日常的养护，才能保证起重机的安全、可靠性能，延长整机使用寿命。高质量润滑剂的应用是起重机日常维护保养所必须材料，它直接影响到整机的养护成本、使用寿命及工作效率。起重机械润滑剂的选择，是根据不同的设备型号、工作状况、使用条件以及润滑部位来决定。目前，起重机吊臂的养护，多采用通用型的工程机械润滑脂，其针对性不强，不能很好满足吊臂在苛刻条件下作业的安全性、可靠性、经济性、工作效率及起吊综合性能需求。因此，研发高性能的起重机吊臂专用润滑脂，可解决工程机械通用型润滑脂使用的局限性，确保吊臂的机械综合性能，提高起重机的工作效率、延长整机使用寿命，具有重要意义。

1 起重机吊臂的工作特点及其对吊臂专用润滑脂的性能要求

起重机吊臂根据变幅方式的不同，可以分为定长式吊臂和伸缩式吊臂两种。伸缩式吊臂常制成箱形结构，由基本臂、伸缩臂和副臂三部分组成；通过插销方式与回转台连接，并利用箱形结构内置的伸缩液压缸，来实现在变副平面内的自由转动[3,4]。起重机吊臂受力结构复杂，作业工况多变，局部应力变化大，是一个主要承受轴向应力、横行剪切应力、弯矩、以及扭矩的构件[5]。吊臂在工作过程中，由于伸缩部分与滑块变形，使其接触状态发生变化，加剧臂架上的局部应力集中程度，易引起吊臂失效。此外，起重机吊臂的每个外节段内有轴承或滑块支座。在吊重起升过程中，吊臂长度会发生伸缩变化，吊臂导轨很容易发生爬行，产生抖动，即“摩擦自激振动”。吊臂产生的自激振动与吊臂间的动、静摩擦系数由关，改变滑块的摩擦特性，降低吊臂的动、静摩擦系数是减少或消除自激振动的有效途径之一[6]。而在吊臂滑块间使用高质量润滑脂，是降低动、静摩擦系数的有利措施之一。

起重机的工作条件多变，吊臂吊载强度大、局部受力明显。为保证吊臂良好的机械性能，其吊臂专用润滑脂应具备的性能有：

（1）良好的黏温性能和适合的锥入度；

（2）良好的热氧化安定性和剪切安定性；

（3）良好的极压抗磨损性能；

（4）良好的抗腐防锈性能；

（5）良好的粘附性、低温性、抗水性以及抗分油性能；

（6）良好的机械安定性。

2 起重机吊臂专用润滑脂的研制

润滑脂是将稠化剂分散于液体润滑剂中，组成的一种稳定的固体或半固体产品。通常是由基础油、稠化剂和添加剂三部分组成。其中基础油所占比例最多，对润滑脂的性能起到决定性作用；稠化剂含量约为5%～25%；添加剂用量低于10%，主要用于改善或增强基础油的综合性能[7]。

2.1 基础油的选择

基础油是润滑脂分散体系中的分散介质，是润滑脂的核心组分。目前，普通润滑脂使用的基础油绝大部分是矿物油，还有少量的生物油脂和合成油等。矿物油和未经改性精制的生物油的抗氧化效果欠佳；合成油中，酯类油遇水容易水解，不适用于起重机吊臂专用脂的研制。 经大量实验筛选，在研制油脂中，采用油溶性聚醚(PAG)和聚α-烯烃(PAO)复合，作为起重机吊臂专用脂的基础油。

油溶性聚醚是由环氧丙烷与环氧丁烷共聚或环氧丁烷均聚而成的，分子中含有醚键和羟基，性能独特，综合性能较好，具有优良的黏温性能、低温性、高温不易结焦、承载能力和抗剪切性能好等特点[8,9]。聚醚与不同基础油性能对比见表1。

表1 聚醚类油与不同基础油性能比较Table 1 The performance comparison between PAG and different base oil

复合基础油的另一组分是聚α-烯烃，其理化性能见表2。聚α-烯烃具有较高的粘度指数、良好的氧化安定性、添加剂互溶性以及抗剪切安定性[9]。研制脂选用低粘度聚α-烯烃与聚醚型基础油复合使用，可以增强基础油体系对添加剂的感受性能；黏温性能以及流动性能较好，能在摩擦表面形成高强度的润滑油膜层，可有效降低金属表面的动、静摩擦系数，减少运动产生的摩擦磨损，并起到防腐防锈的作用。

表2 低粘度PAO的理化性能Table 2 The physical and chemical properties of low viscosity of PAO

2.2 稠化剂的选择

稠化剂是润滑脂中不可或缺的基本组分。它分散在基础油中并形成润滑脂的结构骨架，使基础油被吸附和固定在结构骨架中。起重机通常长期在户外使用，风吹日晒雨淋工作状况和环境条件较差，腐蚀性物质、雨雪、粉尘等，都会影响吊臂润滑脂的使用性能。普通的皂基稠化剂抗水性和抗分油性不佳、滴点较低，不能满足起重机吊臂的工作要求。经过对起重机吊臂工况的全面分析以及实验筛选，选用复合聚脲作为研制脂的稠化剂。制备复合聚脲时所需的主要原料有二异氰酸酯、二胺以及钠盐。与普通的聚脲稠化剂相比，复合聚脲分子中含有金属羧酸盐，极性大，在较低的温度下对金属表面的粘附强度高，能在吊臂表面形成持久的润滑保护[10]。用复合聚脲稠化剂制备出的润滑脂，通常具有突出的极压抗磨性、粘附性以及良好的高温性和抗水性。

2.3 添加剂的选择

在润滑脂中适当添加少量的添加剂，可以较好的增强或完善润滑脂综合性能，使润滑脂具备更好的综合使用性能。结合吊臂的工况需要、复合基础油和稠化剂的性能特点，在起重机吊臂专用脂的研制中，选择的功能型添加剂有：极压抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、抗水剂和固体润滑剂[11]。

极压抗磨剂 研制脂的极压抗磨剂采用硼化硫代磷酸酯胺盐。硼化硫代磷酸酯胺盐是兼具优良抗磨性能、抗腐蚀及热稳定性能的多功能型极压抗磨剂。其分子中存在胺键，使得其分子能优先在金属表面吸附，形成保护膜。此外，分子中同时含有B、S、P以及 N等多种极压抗磨活性元素，能在摩擦表面形成牢固的物理吸附膜和致密的化学反应膜，强化抗磨减摩效果，可满足起重机吊臂吊重起升时的润滑性能需求。

抗氧剂 选择有机铜盐和 2，6-二叔丁基-4-甲酚复合作为研制脂的抗氧剂。有机铜盐化合物中铜以二价态存在。Cu2+具有未成对电子，不仅可以捕获氧化反应自由基，抑制油脂中的氧化反应，而且可以转化成具有还原性质的Cu1+，抑制氧化反应进行，抗氧化性能突出[12]。在研制脂体系中，将适量的 2，6-二叔丁基-4-甲酚与有机铜盐复配使用，配伍性能良好，能够产生较好的协和抗氧效应，能很大程度的提高氧化诱导期，减缓氧化速度，延长油脂的使用寿命。

防锈剂 防锈剂多是极性物质，有较多种类。其中，咪唑啉衍生物极性大，能与金属生成难溶的络合物覆盖在金属表面，保护金属减少锈蚀。本研制将咪唑啉衍生物和十二烯基丁二酸复配使用为防锈剂，可减少十二稀基丁二酸的加入量，降低研制脂体系的酸值，并避免十二稀基丁二酸和其它添加剂在金属表面形成竞争吸附作用。二者复合使用，赋予体系良好的抗大气锈蚀性能，使得起重机吊臂在露天环境中减少锈蚀，降低材料及维修成本，延长使用寿命。

抗水剂 起重机长期室外工作环境多变。当润滑脂中混入水分时，会破坏润滑脂体系的平衡，导致油脂乳化变质，造成润滑不良和剥离。因此，起重机吊臂专用润滑脂应添加适量的抗水剂，用于实现吊臂润滑脂与冷凝水、雨雪、大气中水分的有效隔离。碳酸锆铵抗水性强，能在油脂体系中形成聚合态，通过强极性分子保护，将油脂体系保护在其空间网状结构中，提高油脂体系的粘附性能和抗水性能，可满足起重机在复杂多变环境条件下工作的需求。

固体润滑剂 起重机吊臂工作过程中，频繁起升重物，吊臂的伸缩部分与滑块易发生变形。且随着吊重重量的增加，吊臂应力集中程度加剧，滑块润滑不好，易导致吊臂发生抖动现象。在润滑脂的研制过程中，添加超细二硫化钼固体润滑剂，可以极大减小吊臂摩擦面的的粗糙程度，从而降低摩擦系数和减少应力集中。此外，超细二硫化钼的具有良好填充效果，可以改善脂的润滑性能，并增强油脂的密封性。由于二硫化钼颗粒将吊臂摩擦面隔开，当起重机进行作业时，具有一定的缓冲减震效果，减少发生吊臂抖动和滑块爬行现象，同时起到良好的防护作用。

2.4 制脂工艺

起重机吊臂专用润滑脂的制备工艺过程主要为反应、稠化、均化三个阶段。第一阶段是部分基础油和二异氰酸酯充分混合后，与胺类在60～80 ℃条件下发生反应，生成聚脲中间体；第二阶段是与碱金属化合物反应生成聚脲金属盐稠化剂，控温在100 ℃，再加入余量的基础油进行稠化；第三阶段是升温至160 ℃，加入添加剂，充分混合，待冷却后研磨，可得成品。

3 研制脂的性能评定

采用聚醚与聚 α-烯烃复合作为基础油，复配以复合聚脲稠化剂和多种高性能添加剂，研制出一种起重机吊臂专用润滑脂。经过理化指标评定，研制的润滑脂具有优异的氧化安定性、极压抗磨性、抗水淋性、机械安定性和剪切安定性等，能够抵抗起重机吊臂工作过程中，受到的外部环境污染干扰，并提高吊臂的承载性能和增强起吊平稳性能，对起重机吊臂起到良好的防护作用。经广西某建机公司试用1年，反应良好，对其综合性能表示满意（表3）。

4 结 论

（1）研制出的起重机吊臂专用润滑脂，是以聚醚和聚α-烯烃复合为基础油，复合聚脲为稠化剂，并添加极压抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、抗水剂等多种功能型添加剂复合而成。

（2）通过理化评定，研制脂各项性能指标均达到使用要求，其综合性能较好，具有良好的黏温性能、热氧化安定性、抗磨性能、机械安定性以及较好的粘附性和抗水性能；具有使用寿命长，能满足起重机吊臂的润滑需求，并增强起吊安全性能，对吊臂具有防护和密封的作用。

Study on the Special Grease Used in Crane Arms

TANG Cai-zhen，LIU Kun，LIANG Hui, HUANG Fu-chuan，LAN Ming-xin
（Key Laboratory of Guangxi Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology，School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Guangxi Nanning 530004，China）

According to the characteristics and the operation condition of the crane and the lubrication requirements of crane arm, special grease used in crane arm was developed by adding composite polyurea thickening agent and functional additives into PAG and low viscosity of PAO base oil. Physical and chemical characteristics of the grease were analyzed, and the field test the grease was carried out. The results show that, the developed grease has good thermal oxidation stability, extreme pressure anti-wear ability, engine invariability, good adhesive and anti-water ability; the developed grease has good lubrication and protective effects for crane working and its daily maintenance.

crane arm; polyurea thickening agent; synthetic base oil; grease

TE 626.4

A

1671-0460（2014）11-2259-03

2014-04-11

唐彩珍（1986-），女，广西南宁人，硕士研究生，研究方向：化工机械的润滑与润滑材料。E-mail：259tcx@163.com。

黄福川（1963-），男，教授，博士，研究方向：化工机械的润滑与润滑材料。E-mail：huangfuchuan@gxu.edu.cn。