动车组轴箱轴承劣化润滑脂的检测与分析

侯有忠，姜建东，朱崇飞，曹君慈，叶军

(1.南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111；2. 北京交通大学 电气工程学院，北京 100044;3.洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039)

轴箱轴承是轨道交通列车行走机构的重要部件之一[1-3]，其性能质量关系到列车的运行安全，特别是动车组，高速运行下的轴箱轴承是列车在线监测的主要对象之一。动车组对于轴箱轴承的温度采用多种监测手段，利用温度传感器直接贴在轴承外圈上检测温度，当温度达到设定值时,温度传感器电路报警并反馈到司机室按照有关规定进行处理。此外还在轴箱轴承关键部位的外壳处贴有温度感应试纸，每次车辆入库后检查试纸颜色，不得超过预警值。

针对部分动车组轴箱轴承在运行过程中出现温度偏高的现象，通过检测轴箱轴承，发现润滑脂变黑，出现劣化的情况。经过专家分析，可能是对空心车轴进行探伤时，探伤耦合剂和防锈剂渗入到润滑脂中，对润滑脂产生了不利影响，最终导致润滑脂变黑劣化[4-6]。

文中首先分析了从现场采集的轴箱轴承劣化润滑脂脂样，并与原油脂进行比对，然后对掺杂探伤耦合剂和防锈剂的不同润滑脂进行分析，研究探伤耦合剂和防锈剂对轴箱轴承润滑脂的影响，为分析动车组轴箱轴承温度偏高和润滑脂劣化变黑的原因提供参考。

1 润滑脂理化性能检验

润滑脂的理化指标主要指外观、稠度和金属腐蚀性等，性能指标包括胶体安定性和氧化安定性等。润滑脂理化性能检测项目和试验方法见表1。

表1 润滑脂理化性能分析及试验方法

通过外观可以初步判断润滑脂类型和质量优劣。稠度指润滑脂的软硬程度，初步反映了润滑脂的触变性，即润滑脂在外力下发生形变的难易程度。防腐防锈性是润滑脂是否腐蚀金属和抑制金属发生腐蚀作用的指标。

润滑脂胶体安定性是指润滑脂在受热和受压力条件下保持胶体结构稳定、基础油不被析出的能力，可以用钢网分油率来表征；润滑脂氧化安定性是指润滑脂在储存和使用中抗氧化的能力。对于高温条件下使用的润滑脂或换脂周期较长的机械设备，均应考虑润滑脂的抗氧化性能。

2 原脂与劣化脂的对比分析

该动车组轴箱轴承采用的原装润滑脂为Shell Nerita 2858，其外观形貌如图1所示,红外光谱图如图2所示。

图1 Shell Nerita 2858润滑脂

图2 Shell Nerita 2858原装润滑脂红外光谱图

劣化后的轴箱轴承润滑脂如图3所示，润滑脂已呈黑色。取不同部位的劣化润滑脂进行编号：162为外圈外侧；163为外圈内侧；165为外圈中间，分别对其进行红外光谱分析，结果如图4所示。

图3 外圈劣化的润滑脂

图4 劣化润滑脂的红外光谱图

由图4可知,在波数为1 745～1581 cm-1间,3种劣化润滑脂的红外光谱曲线不是平滑变化,与图2不同,都在1 730 cm-1左右分别出现一个明显峰值,该峰是羧酸的羰基吸收峰，说明使用后的润滑脂发生了氧化，产生了一定量的羧酸。同时该处吸收峰的变化说明样品中产生了羟基的化合物，说明润滑脂已发生一定程度氧化。

对其酸值进行测量，结果见表2。由表可知，3种润滑脂的酸值都超过了管理基准值，润滑脂劣化很显著，说明润滑脂已经严重氧化，这与红外光谱图分析结果一致。

表2 润滑脂酸值分析表

对润滑脂进行X射线荧光光谱分析，结果见表3。润滑脂的ICP元素含量分析结果见表4。

表4 ICP元素含量分析表 w,%

表3和表4是不同分析方法测得的各元素含量，元素定性结果是3个样品中均有P，S，Ca，Zn和Cu等元素，可以看出3个样品中各元素含量相当。

从表4可知，各样品的Fe和Cu元素含量均在管理基准值范围之内，表明摩擦磨损较轻。

通过对原装润滑脂和劣化润滑脂的对比分析可知，元素分析无法判断出劣化润滑脂中是否有探伤耦合剂和防锈剂的存在，因此设计了几组原装润滑脂和掺杂探伤耦合剂及防锈剂的混合试验，来分析掺杂物对润滑脂的影响。

3 探伤耦合剂和防锈剂的影响

由于轴箱轴承的密封性和静态探伤等原因，进入到轴箱轴承润滑脂内的掺杂物剂量很小，因此，将1%的探伤耦合剂、1%的防锈剂和两者的混合物分别加入Shell Nerita 2858中，搅拌均匀，加剂后的润滑脂如图5所示。

图5 加剂之后的润滑脂

由图5可知，加剂之后的润滑脂与新脂在颜色上并没有明显的变化，外观均呈浅棕色。

对以上不同掺杂形式的润滑脂进行性能检测和X荧光元素含量分析，并与原装润滑脂进行对比，其结果见表5和表6。

表5 不同润滑脂性能的对比

表6 X荧光元素含量分析表 w,%

由表5和表6可知，3种加剂润滑脂的锥入度和钢网分油率均变大，这是由于探伤剂和防锈剂都是极性物质，加剂后破坏了润滑脂油-皂结构的平衡，使基础油析出的更多。基础油析出是润滑脂的一种特征，微量的分油可以保持设备润滑，对润滑有利，但过度的分油量会使润滑脂变稠变硬，胶体结构破坏，失去润滑作用。

4 结论

1)红外光谱分析表明，劣化润滑脂存在羧酸的羰基吸收峰，说明使用后的润滑脂发生了氧化，产生了一定量的羧酸。

2)元素分析表明，使用后的润滑脂中含有Fe和Cu元素，且含量均在管理基准值范围之内，说明摩擦磨损较轻微。

3)掺杂探伤耦合剂和防锈剂后润滑脂的锥入度和钢网分油率增大，基础油析出更多，从而导致其润滑性能下降，润滑脂在高温氧化下更易变黑。

4)应结合轴箱轴承的台架试验分析掺杂探伤耦合剂和防锈剂后对润滑脂的影响。