包裝機(jī)械設(shè)備支撐旋轉(zhuǎn)軸承用潤(rùn)滑脂的研制及應(yīng)用

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司天津分公司

包裝機(jī)械設(shè)備支撐軸承是專用于編織袋紡織機(jī)等設(shè)備的一類軸承,一般為深溝球軸承,如型號(hào)為6000的軸承用于編織袋編織機(jī)械旋轉(zhuǎn)支撐。應(yīng)用于此類機(jī)械的軸承一般為外圈旋轉(zhuǎn),對(duì)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(shí)該類軸承在安裝到機(jī)械設(shè)備上時(shí)需在軸承外層包覆一層硬質(zhì)橡膠,在長(zhǎng)時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升較低;最后其還具有一定的使用壽命要求,以保證機(jī)械設(shè)備能夠長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行,降低維護(hù)成本。

編織袋紡織機(jī)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(guó)內(nèi)并沒(méi)有對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品可完全滿足其工況要求。針對(duì)這一特殊工況,研制開發(fā)了一種包裝機(jī)械設(shè)備支撐旋轉(zhuǎn)軸承用潤(rùn)滑脂,即長(zhǎng)城BLU-H軸承潤(rùn)滑脂(以下簡(jiǎn)稱BLU-H)。本文主要介紹了該產(chǎn)品的研制過(guò)程。

旋轉(zhuǎn)軸承使用工況及其潤(rùn)滑要求

使用溫度

軸承的使用溫度一般是由工作環(huán)境來(lái)決定的。在軸承的工作溫度下,潤(rùn)滑脂表現(xiàn)出的膠體安定性和化學(xué)安定性以及潤(rùn)滑特性對(duì)軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用。根據(jù)市場(chǎng)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(dòng)和噪音不僅是軸承的重要技術(shù)使用指標(biāo),也被當(dāng)作一個(gè)重要的診斷指標(biāo),成為判斷軸承質(zhì)量的綜合指標(biāo)之一。而潤(rùn)滑脂的低噪音性能直接關(guān)系到軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的低噪音性能。

對(duì)于產(chǎn)品低噪音性能的要求,主要有2個(gè)方面：

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

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

研制潤(rùn)滑脂除需滿足低振動(dòng)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(jī)械設(shè)備上時(shí)需在軸承外層包覆一層硬質(zhì)橡膠,在長(zhǎng)時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升不能過(guò)高。這樣可以延長(zhǎng)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(duì)滑脂高溫壽命有一定的要求。這是一個(gè)綜合性要求,是潤(rùn)滑脂可靠性的重要體現(xiàn),它涉及到潤(rùn)滑脂的抗氧化性能、抗流失性能、使用溫度下的潤(rùn)滑狀態(tài)等。在一些苛刻的工況下,潤(rùn)滑脂不但要滿足高溫的潤(rùn)滑要求,而且要在高溫(177 ℃)下?lián)碛休^長(zhǎng)的使用壽命,以滿足電機(jī)對(duì)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(rùn)滑脂對(duì)軸承提供一定的防腐蝕保護(hù)是有必要的。

產(chǎn)品研制過(guò)程

研制指標(biāo)

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果,針對(duì)以上使用工況的要求,確定了BLU-H的研制指標(biāo),見(jiàn)表1。

稠化劑的選擇

通過(guò)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(guò)往的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn),異氰酸酯與雙胺反應(yīng)制備的二聚脲潤(rùn)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(fù)合使用,兩種胺的比例不同,形成的稠化劑的強(qiáng)度不同,對(duì)潤(rùn)滑脂基礎(chǔ)油的束縛能力也不同,因此需要對(duì)脂肪胺和芳香胺的質(zhì)量配比進(jìn)行考察。另外,潤(rùn)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(gè)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(jiàn)表2。

對(duì)以上樣品進(jìn)行了PDSC測(cè)試,以PDSC氧化誘導(dǎo)期評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂的高溫壽命。測(cè)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(dǎo)期測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

表1 BLU-H研制指標(biāo)

表2 不同潤(rùn)滑脂樣品的噪音性能

同時(shí)對(duì)以上樣品進(jìn)行了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)溫升測(cè)試,測(cè)試設(shè)備是0910型軸承振動(dòng)測(cè)試儀,轉(zhuǎn)速1 500 r/min;測(cè)試時(shí)間10 min,用點(diǎn)溫儀測(cè)量軸承外圈前后溫度的變化(測(cè)試設(shè)備、方法、條件下文均同)。不同樣品的溫升見(jiàn)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(duì)潤(rùn)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(dāng)皂分為10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),脂肪胺:芳香胺為2:1時(shí),制備的潤(rùn)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(rùn)滑脂的通用性以及成本,認(rèn)為所選擇的基礎(chǔ)油要滿足以下性能要求：

◇潤(rùn)滑脂的使用溫度達(dá)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(rùn)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(rùn)滑油,具有良好的黏溫特性,同時(shí)高低溫性能優(yōu)異,氧化安定性也較好。通過(guò)在礦物油中添加小黏度的酯類油,可以在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)迅速分油,使軸承的初期振動(dòng)值較低。針對(duì)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(jiàn)表3。

圖1 不同潤(rùn)滑脂樣品的PDSC氧化誘導(dǎo)期

圖2 不同潤(rùn)滑脂樣品的溫升

表3 不同基礎(chǔ)油樣品的組成及運(yùn)動(dòng)黏度

低溫性能

傾點(diǎn)是基礎(chǔ)油在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,被冷卻的試樣能夠流動(dòng)的最低溫度,可用于評(píng)價(jià)油品的低溫使用性能。不同基礎(chǔ)油樣品的傾點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出,O-5、O-6這2個(gè)基礎(chǔ)油樣品的傾點(diǎn)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?jǐn)?shù))、脂肪胺:芳香胺質(zhì)量比2:1為稠化劑,以上述9個(gè)油樣為基礎(chǔ)油,制備了9個(gè)基礎(chǔ)脂,編號(hào)S-1～S-9。分別對(duì)9個(gè)基礎(chǔ)油油樣、基礎(chǔ)脂樣品進(jìn)行了PDSC測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)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(dǎo)期最長(zhǎng),抗氧化性能最好。

溫升的測(cè)試

對(duì)以上9個(gè)基礎(chǔ)脂樣品的溫升進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)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(guò)試驗(yàn)篩選和比較,發(fā)現(xiàn)3個(gè)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?jǐn)?shù)),D劑0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));

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

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

圖3 不同基礎(chǔ)油樣品傾點(diǎn)測(cè)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(dǎo)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(rùn)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(gè)樣品,即AC-1、AC-2、AC-3。采用潤(rùn)滑脂軸承鹽水防銹試驗(yàn)評(píng)價(jià)其防銹性能,具體測(cè)試方法為：

◇在6201軸承上裝填相同質(zhì)量的潤(rùn)滑脂,測(cè)試初始振動(dòng)值,之后滴加相同質(zhì)量的1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaCl溶液,測(cè)試振動(dòng)值。

◇將軸承在52 ℃烘箱中放置24 h后取出,測(cè)試振動(dòng)值。

對(duì)比軸承24 h烘烤前后的振動(dòng)值變化,軸承振動(dòng)值變化越小,說(shuō)明軸承因潤(rùn)滑脂的保護(hù)未出現(xiàn)明顯銹蝕,潤(rùn)滑脂防銹性能好,反之則說(shuō)明潤(rùn)滑脂防銹性能差。

不同樣品的潤(rùn)滑脂軸承鹽水防銹試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可以看出,AC-3的軸承振動(dòng)值變化平均值最小,軸承鹽水防銹試驗(yàn)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?jǐn)?shù)),C劑0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))］作為BLU-H的防銹劑體系。

研發(fā)產(chǎn)品的性能評(píng)價(jià)

通過(guò)上述試驗(yàn),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(yàn)的基礎(chǔ)上制定和更新了生產(chǎn)工藝。進(jìn)行了放大試驗(yàn),對(duì)制得的產(chǎn)品進(jìn)行了性能全分析,結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出,開發(fā)的BLU-H各項(xiàng)性能均滿足研制指標(biāo)的要求。

為了對(duì)產(chǎn)品的使用性能有更為全面、細(xì)致的了解,驗(yàn)證產(chǎn)品性能是否與實(shí)際工況相吻合,對(duì)正式放大生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂成品開展了噪音性能、溫升及鹽水防銹測(cè)試。

噪音性能評(píng)價(jià)

噪音性能是市場(chǎng)對(duì)于這款研制產(chǎn)品最主要的需求。選擇市場(chǎng)常用的608、6000軸承,對(duì)BLU-H、進(jìn)口品牌N潤(rùn)滑脂進(jìn)行了噪音性能評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表6。

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

表4 不同樣品的潤(rùn)滑脂軸承鹽水防銹試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表5 放大試驗(yàn)的BLU-H產(chǎn)品性能分析結(jié)果

溫升測(cè)試

客戶要求軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升不能過(guò)高,以間接提高軸承的壽命。對(duì)BLU-H及N潤(rùn)滑脂進(jìn)行了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)溫升測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可以看出,與N潤(rùn)滑脂相比,BLU-H有較低的軸承運(yùn)轉(zhuǎn)溫升,能夠通過(guò)降低工作時(shí)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(cè)試

許多應(yīng)用工況下,對(duì)軸承中潤(rùn)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(dān)著較大的由軸承銹蝕帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到某些場(chǎng)合對(duì)潤(rùn)滑脂的防銹性能的特殊要求,對(duì)BLU-H進(jìn)行了更為苛刻的軸承鹽水防銹試驗(yàn),并與N潤(rùn)滑脂作了對(duì)比。具體的測(cè)試方法如下：

◇在6203軸承上裝填潤(rùn)滑脂0.8 g,測(cè)試振動(dòng)值;

◇滴加0.3 g 3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl溶液,分散1～2 min后,測(cè)試振動(dòng)值;

◇將軸承放入52 ℃、100%相對(duì)濕度的烘箱,放置24 h,取出后置于室溫下,測(cè)試振動(dòng)值,并記錄銹蝕情況。

BLU-H與N潤(rùn)滑脂的軸承鹽水防銹試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

從表7可以看出, BLU-H潤(rùn)滑脂的軸承振動(dòng)值變化平均值比N潤(rùn)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(rùn)滑。

產(chǎn)品應(yīng)用

長(zhǎng)城BLU-H軸承潤(rùn)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(hào)為6000的編織袋編織機(jī)械旋轉(zhuǎn)支撐軸承上進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。經(jīng)客戶使用反饋,長(zhǎng)城BLU-H軸承潤(rùn)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(rùn)滑脂噪音性能評(píng)價(jià)結(jié)果

圖6 BLU-H與N潤(rùn)滑脂的溫升對(duì)比

表7 BLU-H與N潤(rùn)滑脂的軸承鹽水防銹試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

結(jié)論

☆新開發(fā)的長(zhǎng)城BLU-H軸承潤(rùn)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(zhǎng)的使用壽命,能夠在編織袋紡織機(jī)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(rùn)滑脂的開發(fā),可以滿足包裝機(jī)械設(shè)備軸承的潤(rùn)滑要求,形成對(duì)進(jìn)口品牌的替代,將更好地滿足市場(chǎng)需求,創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。