起重機吊臂專用潤滑脂的研制

唐彩珍，劉 琨，梁 慧，黃福川，藍明新

（廣西大學化學化工學院，廣西石化資源加工與過程強化重點實驗室，廣西 南寧 530004）

起重機吊臂專用潤滑脂的研制

唐彩珍，劉 琨，梁 慧，黃福川，藍明新

（廣西大學化學化工學院，廣西石化資源加工與過程強化重點實驗室，廣西 南寧 530004）

針對起重機的工況特點以及起重機吊臂的潤滑條件要求，采用聚醚和低粘度聚 α-烯烴復合作為基礎油，并加入復合聚脲稠化劑和多種功能型添加劑，研制出一種起重機吊臂專用潤滑脂。經(jīng)過理化性能分析和試用，研制潤滑脂具有良好熱氧化安定性、剪切安定性、防銹防腐性、極壓抗磨性能、機械安定性以及較好的粘附性和抗水性能；對起重機吊臂吊重以及日常養(yǎng)護具有較好的潤滑和防護作用。

起重機吊臂；聚脲稠化劑；合成型基礎油；潤滑脂

工程機械制造行業(yè)是典型的投資拉動型行業(yè)，起重機作為物料搬運設備，是工程建設中最主要的工程機械之一。隨著機械設計、制造、自動化程度水平的提高，起重機在現(xiàn)代國民經(jīng)濟建設生產(chǎn)過程中的作用愈來愈大、應用越來越廣，推動了起重機技術的不斷升級[1,2]。作為起重機關鍵部件的吊臂，其工作性能的好壞，直接影響起重機的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、工作效率及起吊綜合性能。吊臂的材料選用及保養(yǎng)，很大程度決定著吊臂的機械綜合性能；此外，起重量、工作幅度、起升高度、伸縮臂總長、臂角仰角、起升機構(gòu)倍率等也會對吊臂工作性能存在影響[3]。當前，我國起重機制造業(yè)發(fā)展正處在快速成長階段，在可預見未來相當時期內(nèi)，在起重機發(fā)展過程中，對起重機的吊臂研究除了重視采用新技術、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料外，還應高度重視起重機日常的養(yǎng)護，才能保證起重機的安全、可靠性能，延長整機使用壽命。高質(zhì)量潤滑劑的應用是起重機日常維護保養(yǎng)所必須材料，它直接影響到整機的養(yǎng)護成本、使用壽命及工作效率。起重機械潤滑劑的選擇，是根據(jù)不同的設備型號、工作狀況、使用條件以及潤滑部位來決定。目前，起重機吊臂的養(yǎng)護，多采用通用型的工程機械潤滑脂，其針對性不強，不能很好滿足吊臂在苛刻條件下作業(yè)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、工作效率及起吊綜合性能需求。因此，研發(fā)高性能的起重機吊臂專用潤滑脂，可解決工程機械通用型潤滑脂使用的局限性，確保吊臂的機械綜合性能，提高起重機的工作效率、延長整機使用壽命，具有重要意義。

1 起重機吊臂的工作特點及其對吊臂專用潤滑脂的性能要求

起重機吊臂根據(jù)變幅方式的不同，可以分為定長式吊臂和伸縮式吊臂兩種。伸縮式吊臂常制成箱形結(jié)構(gòu)，由基本臂、伸縮臂和副臂三部分組成；通過插銷方式與回轉(zhuǎn)臺連接，并利用箱形結(jié)構(gòu)內(nèi)置的伸縮液壓缸，來實現(xiàn)在變副平面內(nèi)的自由轉(zhuǎn)動[3,4]。起重機吊臂受力結(jié)構(gòu)復雜，作業(yè)工況多變，局部應力變化大，是一個主要承受軸向應力、橫行剪切應力、彎矩、以及扭矩的構(gòu)件[5]。吊臂在工作過程中，由于伸縮部分與滑塊變形，使其接觸狀態(tài)發(fā)生變化，加劇臂架上的局部應力集中程度，易引起吊臂失效。此外，起重機吊臂的每個外節(jié)段內(nèi)有軸承或滑塊支座。在吊重起升過程中，吊臂長度會發(fā)生伸縮變化，吊臂導軌很容易發(fā)生爬行，產(chǎn)生抖動，即“摩擦自激振動”。吊臂產(chǎn)生的自激振動與吊臂間的動、靜摩擦系數(shù)由關，改變滑塊的摩擦特性，降低吊臂的動、靜摩擦系數(shù)是減少或消除自激振動的有效途徑之一[6]。而在吊臂滑塊間使用高質(zhì)量潤滑脂，是降低動、靜摩擦系數(shù)的有利措施之一。

起重機的工作條件多變，吊臂吊載強度大、局部受力明顯。為保證吊臂良好的機械性能，其吊臂專用潤滑脂應具備的性能有：

（1）良好的黏溫性能和適合的錐入度；

（2）良好的熱氧化安定性和剪切安定性；

（3）良好的極壓抗磨損性能；

（4）良好的抗腐防銹性能；

（5）良好的粘附性、低溫性、抗水性以及抗分油性能；

（6）良好的機械安定性。

2 起重機吊臂專用潤滑脂的研制

潤滑脂是將稠化劑分散于液體潤滑劑中，組成的一種穩(wěn)定的固體或半固體產(chǎn)品。通常是由基礎油、稠化劑和添加劑三部分組成。其中基礎油所占比例最多，對潤滑脂的性能起到?jīng)Q定性作用；稠化劑含量約為5%～25%；添加劑用量低于10%，主要用于改善或增強基礎油的綜合性能[7]。

2.1 基礎油的選擇

基礎油是潤滑脂分散體系中的分散介質(zhì)，是潤滑脂的核心組分。目前，普通潤滑脂使用的基礎油絕大部分是礦物油，還有少量的生物油脂和合成油等。礦物油和未經(jīng)改性精制的生物油的抗氧化效果欠佳；合成油中，酯類油遇水容易水解，不適用于起重機吊臂專用脂的研制。 經(jīng)大量實驗篩選，在研制油脂中，采用油溶性聚醚(PAG)和聚α-烯烴(PAO)復合，作為起重機吊臂專用脂的基礎油。

油溶性聚醚是由環(huán)氧丙烷與環(huán)氧丁烷共聚或環(huán)氧丁烷均聚而成的，分子中含有醚鍵和羥基，性能獨特，綜合性能較好，具有優(yōu)良的黏溫性能、低溫性、高溫不易結(jié)焦、承載能力和抗剪切性能好等特點[8,9]。聚醚與不同基礎油性能對比見表1。

表1 聚醚類油與不同基礎油性能比較Table 1 The performance comparison between PAG and different base oil

復合基礎油的另一組分是聚α-烯烴，其理化性能見表2。聚α-烯烴具有較高的粘度指數(shù)、良好的氧化安定性、添加劑互溶性以及抗剪切安定性[9]。研制脂選用低粘度聚α-烯烴與聚醚型基礎油復合使用，可以增強基礎油體系對添加劑的感受性能；黏溫性能以及流動性能較好，能在摩擦表面形成高強度的潤滑油膜層，可有效降低金屬表面的動、靜摩擦系數(shù)，減少運動產(chǎn)生的摩擦磨損，并起到防腐防銹的作用。

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 稠化劑的選擇

稠化劑是潤滑脂中不可或缺的基本組分。它分散在基礎油中并形成潤滑脂的結(jié)構(gòu)骨架，使基礎油被吸附和固定在結(jié)構(gòu)骨架中。起重機通常長期在戶外使用，風吹日曬雨淋工作狀況和環(huán)境條件較差，腐蝕性物質(zhì)、雨雪、粉塵等，都會影響吊臂潤滑脂的使用性能。普通的皂基稠化劑抗水性和抗分油性不佳、滴點較低，不能滿足起重機吊臂的工作要求。經(jīng)過對起重機吊臂工況的全面分析以及實驗篩選，選用復合聚脲作為研制脂的稠化劑。制備復合聚脲時所需的主要原料有二異氰酸酯、二胺以及鈉鹽。與普通的聚脲稠化劑相比，復合聚脲分子中含有金屬羧酸鹽，極性大，在較低的溫度下對金屬表面的粘附強度高，能在吊臂表面形成持久的潤滑保護[10]。用復合聚脲稠化劑制備出的潤滑脂，通常具有突出的極壓抗磨性、粘附性以及良好的高溫性和抗水性。

2.3 添加劑的選擇

在潤滑脂中適當添加少量的添加劑，可以較好的增強或完善潤滑脂綜合性能，使?jié)櫥邆涓玫木C合使用性能。結(jié)合吊臂的工況需要、復合基礎油和稠化劑的性能特點，在起重機吊臂專用脂的研制中，選擇的功能型添加劑有：極壓抗磨劑、抗氧劑、防銹劑、抗水劑和固體潤滑劑[11]。

極壓抗磨劑 研制脂的極壓抗磨劑采用硼化硫代磷酸酯胺鹽。硼化硫代磷酸酯胺鹽是兼具優(yōu)良抗磨性能、抗腐蝕及熱穩(wěn)定性能的多功能型極壓抗磨劑。其分子中存在胺鍵，使得其分子能優(yōu)先在金屬表面吸附，形成保護膜。此外，分子中同時含有B、S、P以及 N等多種極壓抗磨活性元素，能在摩擦表面形成牢固的物理吸附膜和致密的化學反應膜，強化抗磨減摩效果，可滿足起重機吊臂吊重起升時的潤滑性能需求。

抗氧劑 選擇有機銅鹽和 2，6-二叔丁基-4-甲酚復合作為研制脂的抗氧劑。有機銅鹽化合物中銅以二價態(tài)存在。Cu2+具有未成對電子，不僅可以捕獲氧化反應自由基，抑制油脂中的氧化反應，而且可以轉(zhuǎn)化成具有還原性質(zhì)的Cu1+，抑制氧化反應進行，抗氧化性能突出[12]。在研制脂體系中，將適量的 2，6-二叔丁基-4-甲酚與有機銅鹽復配使用，配伍性能良好，能夠產(chǎn)生較好的協(xié)和抗氧效應，能很大程度的提高氧化誘導期，減緩氧化速度，延長油脂的使用壽命。

防銹劑 防銹劑多是極性物質(zhì)，有較多種類。其中，咪唑啉衍生物極性大，能與金屬生成難溶的絡合物覆蓋在金屬表面，保護金屬減少銹蝕。本研制將咪唑啉衍生物和十二烯基丁二酸復配使用為防銹劑，可減少十二稀基丁二酸的加入量，降低研制脂體系的酸值，并避免十二稀基丁二酸和其它添加劑在金屬表面形成競爭吸附作用。二者復合使用，賦予體系良好的抗大氣銹蝕性能，使得起重機吊臂在露天環(huán)境中減少銹蝕，降低材料及維修成本，延長使用壽命。

抗水劑 起重機長期室外工作環(huán)境多變。當潤滑脂中混入水分時，會破壞潤滑脂體系的平衡，導致油脂乳化變質(zhì)，造成潤滑不良和剝離。因此，起重機吊臂專用潤滑脂應添加適量的抗水劑，用于實現(xiàn)吊臂潤滑脂與冷凝水、雨雪、大氣中水分的有效隔離。碳酸鋯銨抗水性強，能在油脂體系中形成聚合態(tài)，通過強極性分子保護，將油脂體系保護在其空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，提高油脂體系的粘附性能和抗水性能，可滿足起重機在復雜多變環(huán)境條件下工作的需求。

固體潤滑劑 起重機吊臂工作過程中，頻繁起升重物，吊臂的伸縮部分與滑塊易發(fā)生變形。且隨著吊重重量的增加，吊臂應力集中程度加劇，滑塊潤滑不好，易導致吊臂發(fā)生抖動現(xiàn)象。在潤滑脂的研制過程中，添加超細二硫化鉬固體潤滑劑，可以極大減小吊臂摩擦面的的粗糙程度，從而降低摩擦系數(shù)和減少應力集中。此外，超細二硫化鉬的具有良好填充效果，可以改善脂的潤滑性能，并增強油脂的密封性。由于二硫化鉬顆粒將吊臂摩擦面隔開，當起重機進行作業(yè)時，具有一定的緩沖減震效果，減少發(fā)生吊臂抖動和滑塊爬行現(xiàn)象，同時起到良好的防護作用。

2.4 制脂工藝

起重機吊臂專用潤滑脂的制備工藝過程主要為反應、稠化、均化三個階段。第一階段是部分基礎油和二異氰酸酯充分混合后，與胺類在60～80 ℃條件下發(fā)生反應，生成聚脲中間體；第二階段是與堿金屬化合物反應生成聚脲金屬鹽稠化劑，控溫在100 ℃，再加入余量的基礎油進行稠化；第三階段是升溫至160 ℃，加入添加劑，充分混合，待冷卻后研磨，可得成品。

3 研制脂的性能評定

采用聚醚與聚 α-烯烴復合作為基礎油，復配以復合聚脲稠化劑和多種高性能添加劑，研制出一種起重機吊臂專用潤滑脂。經(jīng)過理化指標評定，研制的潤滑脂具有優(yōu)異的氧化安定性、極壓抗磨性、抗水淋性、機械安定性和剪切安定性等，能夠抵抗起重機吊臂工作過程中，受到的外部環(huán)境污染干擾，并提高吊臂的承載性能和增強起吊平穩(wěn)性能，對起重機吊臂起到良好的防護作用。經(jīng)廣西某建機公司試用1年，反應良好，對其綜合性能表示滿意（表3）。

4 結(jié) 論

（1）研制出的起重機吊臂專用潤滑脂，是以聚醚和聚α-烯烴復合為基礎油，復合聚脲為稠化劑，并添加極壓抗磨劑、抗氧劑、防銹劑、抗水劑等多種功能型添加劑復合而成。

（2）通過理化評定，研制脂各項性能指標均達到使用要求，其綜合性能較好，具有良好的黏溫性能、熱氧化安定性、抗磨性能、機械安定性以及較好的粘附性和抗水性能；具有使用壽命長，能滿足起重機吊臂的潤滑需求，并增強起吊安全性能，對吊臂具有防護和密封的作用。

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，廣西南寧人，碩士研究生，研究方向：化工機械的潤滑與潤滑材料。E-mail：259tcx@163.com。

黃福川（1963-），男，教授，博士，研究方向：化工機械的潤滑與潤滑材料。E-mail：huangfuchuan@gxu.edu.cn。