中國石化潤滑油有限公司天津分公司

包裝機械設(shè)備支撐軸承是專用于編織袋紡織機等設(shè)備的一類軸承,一般為深溝球軸承,如型號為6000的軸承用于編織袋編織機械旋轉(zhuǎn)支撐。應(yīng)用于此類機械的軸承一般為外圈旋轉(zhuǎn),對載荷及低噪音性能具有較高的要求,并且軸承轉(zhuǎn)速(20 000～30 000 r/min)較高;同時該類軸承在安裝到機械設(shè)備上時需在軸承外層包覆一層硬質(zhì)橡膠,在長時間高溫的情況下這種橡膠容易老化開裂,因此要求軸承在運轉(zhuǎn)時的溫升較低;最后其還具有一定的使用壽命要求,以保證機械設(shè)備能夠長時間平穩(wěn)運行,降低維護成本。

編織袋紡織機的旋轉(zhuǎn)軸承代表一類使用工況為高溫、高轉(zhuǎn)速、低溫升且具有一定載荷的軸承,國內(nèi)并沒有對應(yīng)的產(chǎn)品可完全滿足其工況要求。針對這一特殊工況,研制開發(fā)了一種包裝機械設(shè)備支撐旋轉(zhuǎn)軸承用潤滑脂,即長城BLU-H軸承潤滑脂(以下簡稱BLU-H)。本文主要介紹了該產(chǎn)品的研制過程。

旋轉(zhuǎn)軸承使用工況及其潤滑要求

使用溫度

軸承的使用溫度一般是由工作環(huán)境來決定的。在軸承的工作溫度下,潤滑脂表現(xiàn)出的膠體安定性和化學安定性以及潤滑特性對軸承的正常運轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用。根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果,確定該產(chǎn)品的使用溫度范圍在-35 ℃～180 ℃。

低噪音性能

振動和噪音不僅是軸承的重要技術(shù)使用指標,也被當作一個重要的診斷指標,成為判斷軸承質(zhì)量的綜合指標之一。而潤滑脂的低噪音性能直接關(guān)系到軸承運轉(zhuǎn)時的低噪音性能。

對于產(chǎn)品低噪音性能的要求,主要有2個方面：

◇振動值越低代表軸承質(zhì)量等級越高,客戶追求低振動值的潤滑脂,能為軸承提高等級。

◇低噪音的另一要素是異音數(shù)少,潤滑脂清潔干凈,雜質(zhì)少,可以安靜無噪音地運轉(zhuǎn),也可以保證軸承不至于因磨損而壽命縮短。

研制潤滑脂除需滿足低振動值的要求外,還要保證軸承噪音的穩(wěn)定性,即具有一定的低噪音壽命。

軸承溫升

該類軸承在安裝到機械設(shè)備上時需在軸承外層包覆一層硬質(zhì)橡膠,在長時間高溫的情況下這種橡膠容易老化開裂,因此要求軸承在運轉(zhuǎn)時的溫升不能過高。這樣可以延長橡膠的壽命,也間接提高了軸承的壽命。

高溫下的使用壽命

由于該軸承使用溫度較高,因此對滑脂高溫壽命有一定的要求。這是一個綜合性要求,是潤滑脂可靠性的重要體現(xiàn),它涉及到潤滑脂的抗氧化性能、抗流失性能、使用溫度下的潤滑狀態(tài)等。在一些苛刻的工況下,潤滑脂不但要滿足高溫的潤滑要求,而且要在高溫(177 ℃)下?lián)碛休^長的使用壽命,以滿足電機對可靠性的要求。

防腐蝕性能

該軸承的使用環(huán)境決定其可能面臨腐蝕介質(zhì)不同程度的腐蝕,潤滑脂對軸承提供一定的防腐蝕保護是有必要的。

產(chǎn)品研制過程

研制指標

根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果,針對以上使用工況的要求,確定了BLU-H的研制指標,見表1。

稠化劑的選擇

通過工況分析,產(chǎn)品的使用溫度范圍要求我們采用高溫性能、抗氧化性能俱優(yōu)的聚脲作為產(chǎn)品的稠化劑。根據(jù)過往的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗,異氰酸酯與雙胺反應(yīng)制備的二聚脲潤滑脂具有優(yōu)異的低噪音性能,因此選擇二聚脲作為本產(chǎn)品的稠化劑。由于雙胺復合使用,兩種胺的比例不同,形成的稠化劑的強度不同,對潤滑脂基礎(chǔ)油的束縛能力也不同,因此需要對脂肪胺和芳香胺的質(zhì)量配比進行考察。另外,潤滑脂的稠度由稠化劑的含量決定,因此皂分也需要一并考察。

以相同的基礎(chǔ)油,即礦物油:酯類油=5:1(質(zhì)量比,下同),采用不同皂分、不同雙胺比例,制備了9個樣品(T-1～T-9),比較其噪音性能、高溫壽命以及溫升。

不同樣品的噪音性能分析結(jié)果見表2。

對以上樣品進行了PDSC測試,以PDSC氧化誘導期評價潤滑脂的高溫壽命。測試條件(下文均同)：溫度210 ℃,氧氣壓力3.5 MPa,氧氣流量100 mL/min。不同樣品的PDSC氧化誘導期測試結(jié)果見圖1。

表1 BLU-H研制指標

表2 不同潤滑脂樣品的噪音性能

同時對以上樣品進行了軸承運轉(zhuǎn)溫升測試,測試設(shè)備是0910型軸承振動測試儀,轉(zhuǎn)速1 500 r/min;測試時間10 min,用點溫儀測量軸承外圈前后溫度的變化(測試設(shè)備、方法、條件下文均同)。不同樣品的溫升見圖2。

由表2、圖1、圖2可以發(fā)現(xiàn),脂肪胺與芳香胺的比例、皂分的大小對潤滑脂的噪音性能、高溫壽命以及溫升均有不同程度的影響。綜合各因素考慮,當皂分為10%(質(zhì)量分數(shù)),脂肪胺:芳香胺為2:1時,制備的潤滑脂樣品T-5相比其他樣品表現(xiàn)出最低的噪音值和溫升以及較好的高溫壽命,因此確定此配比為產(chǎn)品的稠化劑。

基礎(chǔ)油的選擇

基于本產(chǎn)品高溫壽命和低溫升的要求,并考慮到潤滑脂的通用性以及成本,認為所選擇的基礎(chǔ)油要滿足以下性能要求：

◇潤滑脂的使用溫度達到-35 ℃,因此選擇的基礎(chǔ)油需要含有一定比例的合成油,以保證潤滑脂的低溫性能。

◇基礎(chǔ)油40℃黏度范圍在40～60 mm2/s。

◇基礎(chǔ)油本身具有良好的抗氧化性能。

酯類油是綜合性能較好的一類潤滑油,具有良好的黏溫特性,同時高低溫性能優(yōu)異,氧化安定性也較好。通過在礦物油中添加小黏度的酯類油,可以在軸承運轉(zhuǎn)啟動時迅速分油,使軸承的初期振動值較低。針對以上要求,選取了目前市售的3種不同種類和黏度的礦物油A、B、C和1種小黏度的酯類油,調(diào)制出了黏度相近的基礎(chǔ)油樣品O-1～O-9,不同樣品的組成及黏度見表3。

圖1 不同潤滑脂樣品的PDSC氧化誘導期

圖2 不同潤滑脂樣品的溫升

表3 不同基礎(chǔ)油樣品的組成及運動黏度

低溫性能

傾點是基礎(chǔ)油在規(guī)定的試驗條件下,被冷卻的試樣能夠流動的最低溫度,可用于評價油品的低溫使用性能。不同基礎(chǔ)油樣品的傾點對比見圖3。

由圖3可以看出,O-5、O-6這2個基礎(chǔ)油樣品的傾點是最低的,低溫性能滿足工況要求。

抗氧化性能

為考察基礎(chǔ)油的抗氧化性能,以皂分為10%(質(zhì)量分數(shù))、脂肪胺:芳香胺質(zhì)量比2:1為稠化劑,以上述9個油樣為基礎(chǔ)油,制備了9個基礎(chǔ)脂,編號S-1～S-9。分別對9個基礎(chǔ)油油樣、基礎(chǔ)脂樣品進行了PDSC測試,結(jié)果見圖4。

由圖4可以看出,O-6基礎(chǔ)油樣品及其制備的基礎(chǔ)脂S-6的氧化誘導期最長,抗氧化性能最好。

溫升的測試

對以上9個基礎(chǔ)脂樣品的溫升進行了測試,結(jié)果見圖5。

由圖5可以看出,S-6基礎(chǔ)脂樣品的溫升是最小的。綜合考慮低溫性能、抗氧化性能和溫升,確定選擇O-6作為本產(chǎn)品的基礎(chǔ)油。

防銹劑的選擇

通過試驗篩選和比較,發(fā)現(xiàn)3個防銹劑配方可以提供較好的防銹性能,分別為：

◇A劑1%(質(zhì)量分數(shù)),D劑0.05%(質(zhì)量分數(shù));

◇A劑1%(質(zhì)量分數(shù)),B劑0.5%(質(zhì)量分數(shù)),D劑0.05%(質(zhì)量分數(shù));

◇A劑2%(質(zhì)量分數(shù)),C劑0.5%(質(zhì)量分數(shù))。

圖3 不同基礎(chǔ)油樣品傾點測試結(jié)果

圖4 不同基礎(chǔ)油樣品及制備的基礎(chǔ)脂的PDSC氧化誘導期

圖5 不同基礎(chǔ)油樣品的溫升

以上述篩選出的稠化劑、基礎(chǔ)油制備的潤滑脂為基礎(chǔ)脂,添加抗氧劑及分別添加3種配方的防銹劑,制備出3個樣品,即AC-1、AC-2、AC-3。采用潤滑脂軸承鹽水防銹試驗評價其防銹性能,具體測試方法為：

◇在6201軸承上裝填相同質(zhì)量的潤滑脂,測試初始振動值,之后滴加相同質(zhì)量的1%(質(zhì)量分數(shù))的NaCl溶液,測試振動值。

◇將軸承在52 ℃烘箱中放置24 h后取出,測試振動值。

對比軸承24 h烘烤前后的振動值變化,軸承振動值變化越小,說明軸承因潤滑脂的保護未出現(xiàn)明顯銹蝕,潤滑脂防銹性能好,反之則說明潤滑脂防銹性能差。

不同樣品的潤滑脂軸承鹽水防銹試驗結(jié)果見表4。

由表4可以看出,AC-3的軸承振動值變化平均值最小,軸承鹽水防銹試驗表現(xiàn)最好。因此,確定選擇AC-3的防銹劑配方［A劑2%(質(zhì)量分數(shù)),C劑0.5%(質(zhì)量分數(shù))］作為BLU-H的防銹劑體系。

研發(fā)產(chǎn)品的性能評價

通過上述試驗,確定了BLU-H的稠化劑、基礎(chǔ)油以及添加劑配方,在以往生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制定和更新了生產(chǎn)工藝。進行了放大試驗,對制得的產(chǎn)品進行了性能全分析,結(jié)果見表5。

由表5可以看出,開發(fā)的BLU-H各項性能均滿足研制指標的要求。

為了對產(chǎn)品的使用性能有更為全面、細致的了解,驗證產(chǎn)品性能是否與實際工況相吻合,對正式放大生產(chǎn)的潤滑脂成品開展了噪音性能、溫升及鹽水防銹測試。

噪音性能評價

噪音性能是市場對于這款研制產(chǎn)品最主要的需求。選擇市場常用的608、6000軸承,對BLU-H、進口品牌N潤滑脂進行了噪音性能評價,結(jié)果見表6。

由表6可以看出,開發(fā)的BLU-H軸承潤滑脂與N潤滑脂的振動異音數(shù)基本相當,這說明該產(chǎn)品具有較優(yōu)的噪音性能,能夠滿足市場對具有優(yōu)異噪音性能的潤滑脂的需求。

表4 不同樣品的潤滑脂軸承鹽水防銹試驗結(jié)果對比

表5 放大試驗的BLU-H產(chǎn)品性能分析結(jié)果

溫升測試

客戶要求軸承在運轉(zhuǎn)時的溫升不能過高,以間接提高軸承的壽命。對BLU-H及N潤滑脂進行了軸承運轉(zhuǎn)溫升測試,結(jié)果見圖6。

由圖6可以看出,與N潤滑脂相比,BLU-H有較低的軸承運轉(zhuǎn)溫升,能夠通過降低工作時溫升更好地減緩軸承外圈包裹的硬質(zhì)橡膠開裂老化的情況。

鹽水防銹測試

許多應(yīng)用工況下,對軸承中潤滑脂的防銹性能要求比較高。一些精密儀器及工業(yè)設(shè)備往往承擔著較大的由軸承銹蝕帶來的風險?？紤]到某些場合對潤滑脂的防銹性能的特殊要求,對BLU-H進行了更為苛刻的軸承鹽水防銹試驗,并與N潤滑脂作了對比。具體的測試方法如下：

◇在6203軸承上裝填潤滑脂0.8 g,測試振動值;

◇滴加0.3 g 3%(質(zhì)量分數(shù))NaCl溶液,分散1～2 min后,測試振動值;

◇將軸承放入52 ℃、100%相對濕度的烘箱,放置24 h,取出后置于室溫下,測試振動值,并記錄銹蝕情況。

BLU-H與N潤滑脂的軸承鹽水防銹試驗結(jié)果見表7。

從表7可以看出, BLU-H潤滑脂的軸承振動值變化平均值比N潤滑脂小,表現(xiàn)出了優(yōu)異的鹽水防銹性,可以保證較為苛刻的工況下持久的潤滑。

產(chǎn)品應(yīng)用

長城BLU-H軸承潤滑脂研發(fā)成功之后,在浙江寧波地區(qū)某軸承廠生產(chǎn)的型號為6000的編織袋編織機械旋轉(zhuǎn)支撐軸承上進行了應(yīng)用試驗。經(jīng)客戶使用反饋,長城BLU-H軸承潤滑脂能很好的滿足其噪音、防銹、溫升等性能需求,有效地提升了軸承外層包覆的硬質(zhì)橡膠的壽命。

表6 潤滑脂噪音性能評價結(jié)果

圖6 BLU-H與N潤滑脂的溫升對比

表7 BLU-H與N潤滑脂的軸承鹽水防銹試驗結(jié)果對比

結(jié)論

☆新開發(fā)的長城BLU-H軸承潤滑脂不僅具有優(yōu)異的高溫性能、防銹性能、噪音性能,而且還具有較長的使用壽命,能夠在編織袋紡織機的旋轉(zhuǎn)軸承所代表的一類使用工況為高溫、高轉(zhuǎn)速、低溫升且具有一定載荷的軸承的使用工況中應(yīng)用。

☆該款低噪音軸承聚脲潤滑脂的開發(fā),可以滿足包裝機械設(shè)備軸承的潤滑要求,形成對進口品牌的替代,將更好地滿足市場需求,創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。