一種新型卡車輪轂軸承 潤滑脂的開發(fā)與應(yīng)用

張曉凱 王兆坤

中國石化潤滑油有限公司天津分公司

汽車工業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。過去十年中，我國汽車工業(yè)迅速發(fā)展壯大，并取代日本和美國成為世界第一大汽車生產(chǎn)國。中國汽車市場體系的建設(shè)將進(jìn)一步加快，汽車需求量和保有量將繼續(xù)增長，汽車消費(fèi)環(huán)境將不斷改善，全社會汽車化水平將不斷提高，新能源汽車加速發(fā)展［1］。

卡車用潤滑脂產(chǎn)品中以輪轂和底盤用潤滑脂通用性最強(qiáng)、用量最大［2］。卡車的制造水平近幾年有了飛速的發(fā)展，汽車軸承日益向高速、高可靠性和長壽命方向發(fā)展，同時(shí)要求用于輪轂軸承等部件的潤滑脂具有高可靠性和長壽命，以前使用的產(chǎn)品已不能滿足性能的需要［3］。本文針對卡車輪轂的高可靠性和長壽命用脂需求，開發(fā)了一種新型卡車輪轂軸承潤滑脂（以下簡稱卡車輪轂脂），以滿足國內(nèi)卡車輪轂軸承的使用要求。

研制指標(biāo)

對于所研發(fā)的新產(chǎn)品，要求其性能要好于目前市場上在用的國外競品潤滑脂。某國外競品潤滑脂典型數(shù)據(jù)見表1。

從表1可見，該競品潤滑脂具有杰出的高溫性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗水性。結(jié)合以前的經(jīng)驗(yàn)和競品性能特點(diǎn)，本文開發(fā)的卡車輪轂脂具有較強(qiáng)的附著能力、良好的抗水性和長壽命等特點(diǎn)，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)見表2。

表1 某國外競品潤滑脂典型數(shù)據(jù)

表2 卡車輪轂脂的技術(shù)要求

從表2可見，與競品潤滑脂相比，開發(fā)產(chǎn)品從使用性能方面的考慮增加了噴霧失重等指標(biāo)，以滿足卡車輪轂軸承的使用工況要求。

配方設(shè)計(jì)

潤滑要求

卡車輪轂在運(yùn)行過程中具有以下特點(diǎn)：

◇輪轂軸承必須承受重負(fù)荷或不規(guī)則的載荷和沖擊負(fù)荷；

◇因離地面近，和水接觸的機(jī)會比較多；

◇輪轂軸承的離心力較大，甩脂的情況時(shí)有發(fā)生，黏附性差的潤滑脂很難黏附在潤滑表面上；

◇卡車基本上處于露天狀態(tài)、受季節(jié)性天氣變化影響較大。

因此，開發(fā)產(chǎn)品需要解決以下技術(shù)難點(diǎn)：

◇解決潤滑脂的黏附性問題；

◇解決潤滑脂兼顧高低溫性能問題；

◇提高潤滑脂的機(jī)械安定性；

◇延長潤滑脂的使用壽命。

針對卡車運(yùn)行特點(diǎn)和相關(guān)產(chǎn)品分析，本文對卡車輪轂脂進(jìn)行了科學(xué)的分析設(shè)計(jì)，通過采用高性能稠化劑和添加劑、高黏度的基礎(chǔ)油，使得該產(chǎn)品具有較好的膠體安定性、附著能力、機(jī)械安定性、高低溫性和較長的使用壽命、抗水性、抗氧化性能等，以滿足卡車運(yùn)行工況的潤滑要求。

原材料的選用

基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油一般占潤滑脂組成的85%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右，其組成及性能對潤滑脂產(chǎn)品本身起到十分重要的作用。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，本文選取幾種高黏度的基礎(chǔ)油進(jìn)行調(diào)合，調(diào)合后的基礎(chǔ)油數(shù)據(jù)見表3。

根據(jù)過往的基礎(chǔ)油選擇經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合卡車輪轂軸承的工況，本文將選用基礎(chǔ)油的40 ℃運(yùn)動黏度定為320 mm2/s左右。根據(jù)表3中調(diào)合油的基本性質(zhì)和與橡膠的相容性數(shù)據(jù)，并且考慮到成本問題，最終選擇調(diào)合油1作為研制產(chǎn)品的基礎(chǔ)油。

稠化劑的選擇

稠化劑決定著潤滑脂的高溫性能、抗水性能、長壽命性能等。復(fù)合皂基潤滑脂屬于國內(nèi)外潤滑脂市場的高端產(chǎn)品范圍，具有通用、多效、耐高溫和長壽命等性能特點(diǎn)，而且卡車輪轂軸承潤滑脂通常以復(fù)合皂作為稠化劑。

復(fù)合皂基潤滑脂的類型較多，本文用12羥基硬脂酸分別與相同量的二元酸A、二元酸B、二元酸C和堿反應(yīng)制備得到不同類型二元酸的復(fù)合鋰基潤滑脂，其理化性能見表4。

從表4可以看出：

◇加入相同量的3種二元酸的稠化能力依次是：二元酸A ＞二元酸B ＞二元酸C；

◇滴點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示，3種脂的高溫性能差別不大；

◇加劑后3種脂的最大無卡咬負(fù)荷PB差別不大，但是二元酸A的OK值要好于二元酸B和C，說明A的抗沖擊負(fù)荷能力要優(yōu)于B、C。

綜上，兼顧原料成本，最終確定二元酸A作為卡車輪轂脂的復(fù)合用二元酸。

增黏劑的篩選

卡車輪轂軸承轉(zhuǎn)速高，而且經(jīng)常在有水環(huán)境下工作，因此要求潤滑脂產(chǎn)品具有出眾的黏附性能和抗水性。有報(bào)道稱，潤滑脂生產(chǎn)過程中加入高分子增黏劑，不僅可以增加產(chǎn)品的黏附性，還可以提高產(chǎn)品的機(jī)械安定性、抗水性以及膠體安定性。

本文選取了2種高分子聚合物（高分子A、高分子B）進(jìn)行抗水性和黏附性的考察。高分子A、高分子B對潤滑脂抗水性能的影響見表5。采用高分子A和高分子B生產(chǎn)的潤滑脂的剪切安定性、滴點(diǎn)數(shù)據(jù)見表6。不添加/添加高分子聚合物產(chǎn)品的水噴淋前后的狀態(tài)見圖1（圖1中，1、2號是不添加高分子聚合物的樣品，3、4號是添加高分子A和高分子B的樣品）。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，添加高分子聚合物的潤滑脂產(chǎn)品具有較小的剪切差值、較高的滴點(diǎn)，說明加入此類添加劑可以明顯提高產(chǎn)品的黏附性、抗剪切性和抗水性。從表5可以看出，添加高分子A的樣品噴霧失重明顯比添加高分子B的要小，也即高分子A比高分子B可明顯提高產(chǎn)品的黏附性能。從表6可以看出，加入高分子A的樣品剪切差值比加入高分子B的樣品要小，說明其對機(jī)械安定性的改善要優(yōu)于高分子B。綜上所述，最終選擇高分子A作為卡車輪轂脂的高分子增黏劑。

表3 基礎(chǔ)油調(diào)合方案

表4 不同二元酸制備的復(fù)合鋰基脂樣品理化性能

表5 高分子增黏劑對潤滑脂抗水性能的影響

表6 添加高分子增黏劑對潤滑脂性能的影響

添加劑的篩選

潤滑脂中加入一定的抗氧劑可抑制、延緩潤滑脂氧化變質(zhì)。通過對抗氧劑作用機(jī)理進(jìn)行分析，本產(chǎn)品選用分解過氧化物的多效添加劑組合作為此潤滑脂的抗氧劑。在其他性能都滿足的情況下，為了滿足卡車在高速、高負(fù)荷條件下的行駛要求，還要篩選極壓抗磨劑以提高潤滑脂的負(fù)荷承載能力。添加劑組合篩選方案見表7。

根據(jù)表7的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮抗磨性、極壓性及防腐蝕性能，最終選擇方案3作為卡車輪轂脂的添加劑組合。

圖1 不添加/添加高分子聚合物產(chǎn)品的水噴淋前后的狀態(tài)

產(chǎn)品典型數(shù)據(jù)

配方篩選確定后，在車間進(jìn)行放大生產(chǎn)，放大試制樣品的理化數(shù)據(jù)見表8。

從表8可以看出，3個(gè)批次試制樣品的性能指標(biāo)比較穩(wěn)定，產(chǎn)品具有優(yōu)良的高溫抗氧化性能、機(jī)械安定性、抗水性能及防腐蝕性能，滿足研制指標(biāo)的要求。

表7 添加劑組合篩選方案

應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證產(chǎn)品的實(shí)際使用性能，進(jìn)行了行車試驗(yàn)。選用2輛一汽卡車進(jìn)行對比試驗(yàn)，車輛載重量為45 t，進(jìn)行了10萬km的行車試驗(yàn)(主要是平路和高速路)。研制產(chǎn)品與國外競品試驗(yàn)后的軸承外觀見圖2。

從圖2可以看出，試驗(yàn)后裝填卡車輪轂脂和國外競品的軸承兩端、保持架脂樣都分布較多，存留量充足，黏附性較好，滾子的表面有較厚的油膜存在。對比結(jié)果說明，開發(fā)的卡車輪轂脂具有良好的潤滑性能、機(jī)械安定性，在一些較為苛刻的環(huán)境和復(fù)雜的路況條件下使用，仍然具有很長的使用壽命，滿足卡車輪轂軸承的苛刻潤滑工況的要求，使用性能與競品相當(dāng)。

結(jié)論

☆開發(fā)的卡車輪轂軸承潤滑脂具有優(yōu)良的機(jī)械安定性、黏附性能和抗水性能，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求，達(dá)到了預(yù)期的研制目標(biāo)。

表8 放大試制樣品理化數(shù)據(jù)

圖2 試驗(yàn)后軸承外觀

☆行車試驗(yàn)結(jié)果表明，開發(fā)的卡車輪轂潤滑脂具有優(yōu)良的潤滑性、較長的使用壽命，與競品性能相當(dāng)，能夠完全滿足貨運(yùn)卡車輪轂軸承苛刻工況的潤滑要求。