劉偉 李陽(yáng) 劉大軍 張輝

1 中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司

2 北京興普精細(xì)化工技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司

我國(guó)領(lǐng)土幅員遼闊，鐵路運(yùn)輸線(xiàn)路四通八達(dá)，大量鐵路信號(hào)設(shè)備安裝在高寒、濕熱、風(fēng)沙、銹蝕等戶(hù)外復(fù)雜環(huán)境，人工維護(hù)任務(wù)重、難度大，如何通過(guò)長(zhǎng)效潤(rùn)滑保障設(shè)備裝備安全可靠長(zhǎng)周期運(yùn)行是需要重點(diǎn)解決的課題。受限于實(shí)際工況環(huán)境，目前較為可靠的潤(rùn)滑方式是采取潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，一方面其優(yōu)良的潤(rùn)滑性能可以保障設(shè)備的各活動(dòng)部位靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，另一方面其半流體黏附狀態(tài)可以保護(hù)活動(dòng)工作面防銹蝕、少磨損[1]，同時(shí)較長(zhǎng)的換脂周期也可以降低鐵路工人的維護(hù)頻次，進(jìn)而降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

鐵路系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)轍機(jī)、密檢器和鐵軌與外鎖閉等部位是信號(hào)系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)設(shè)備，主要負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換道岔電信號(hào)轉(zhuǎn)換為動(dòng)作信號(hào)，改變鐵軌道岔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)變道的目的。通過(guò)電信號(hào)與動(dòng)作信號(hào)之間互相轉(zhuǎn)換，可以很好地保證行車(chē)安全，提高運(yùn)輸效率，改善行車(chē)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度[2]。從運(yùn)動(dòng)方式來(lái)看，轉(zhuǎn)轍機(jī)主要是通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度約為10 r/s。受限于室外安裝環(huán)境，其使用溫度、濕度等主要與地域、氣候等因素相關(guān)。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于鐵路用潤(rùn)滑脂的公開(kāi)報(bào)道相對(duì)較多，但主要是針對(duì)單一裝備或特定工作條件，缺乏系統(tǒng)性、通用化的研究。潘濛[3]等報(bào)道了一種鐵路輪軌潤(rùn)滑脂，具有良好的潤(rùn)滑性能，但膠體安定性和極壓性能不足，無(wú)法滿(mǎn)足較高載荷和較長(zhǎng)換脂周期使用。趙偉樺[4]等選用一種殼牌高鐵軸箱軸承潤(rùn)滑脂，系統(tǒng)地填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)對(duì)于鐵路用潤(rùn)滑脂軸承壽命試驗(yàn)研究空白。姚立丹[5]等系統(tǒng)地調(diào)研了國(guó)外軌道交通潤(rùn)滑脂的研究進(jìn)展，從牽引電機(jī)軸承、車(chē)軸軸承、輪軌等幾個(gè)方面分析了國(guó)外鐵路潤(rùn)滑脂的技術(shù)現(xiàn)狀，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有一定的啟發(fā)意義。賈娜[6]報(bào)道了一種電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)減速器內(nèi)部潤(rùn)滑問(wèn)題，夏季漏脂、冬季凝固等問(wèn)題大大降低了鐵路設(shè)備對(duì)潤(rùn)滑脂的選擇性。

鑒于目前鐵路潤(rùn)滑脂產(chǎn)品性能良莠不齊，市售產(chǎn)品種類(lèi)繁多，為客戶(hù)選脂帶來(lái)困擾，也加大了設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)換脂的難度。為進(jìn)一步提升產(chǎn)品的性能，制備了一種鐵路信號(hào)設(shè)備用潤(rùn)滑脂，系統(tǒng)地分析了制備產(chǎn)品的理化性能，模擬實(shí)際工況條件，開(kāi)展了低溫性能、高溫濕熱性能和相容性試驗(yàn)研究，并在某高速鐵路場(chǎng)站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了為期140 d的階段性應(yīng)用試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，制備產(chǎn)品理化性能優(yōu)良，在鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)、密檢器和鐵軌與外鎖閉裝置等部位階段性應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果較好，可以滿(mǎn)足使用，與現(xiàn)用產(chǎn)品具有較好的相容性，能夠降低設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)換脂難度。

試驗(yàn)部分

原料及試劑

基礎(chǔ)油PAO4、PAO6，工業(yè)級(jí)，?？松梨诠?；氫氧化鋰，工業(yè)級(jí)，成都天齊鋰業(yè)有限公司；12-羥基硬脂酸、硬脂酸，工業(yè)級(jí)，天津乾凱化工有限責(zé)任公司；抗氧添加劑T1、復(fù)合防銹添加劑T2、極壓抗磨劑T3、黏度指數(shù)改性劑T4，工業(yè)級(jí)，北京華瑞新成科技有限公司；固體填料二硫化鉬，工業(yè)級(jí)，北京華瑞新成科技有限公司。

基礎(chǔ)油主要理化性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 基礎(chǔ)油理化性能

其他原材料主要理化性能指標(biāo)見(jiàn)表2～表5。

表2 12-羥基硬脂酸和硬脂酸主要理化性能指標(biāo)

表3 氫氧化鋰主要理化性能指標(biāo)

表4 添加劑主要理化性能指標(biāo)

表5 二硫化鉬主要理化性能指標(biāo)

試驗(yàn)儀器

潤(rùn)滑脂樣品制備儀器：自制潤(rùn)滑脂反應(yīng)釜；三輥研磨機(jī)，型號(hào)SM-260。

潤(rùn)滑脂樣品應(yīng)用性能測(cè)試儀器：潤(rùn)滑脂錐入度測(cè)定儀，型號(hào)TSY-6006；低溫試驗(yàn)箱，型號(hào)BC/BD-318HD烘箱，型號(hào)101-2AB；電子天平，型號(hào)XPR1202S。

潤(rùn)滑脂樣品

樣品制備

分別選取PAO4和PAO6作為基礎(chǔ)油，投入12-羥基硬脂酸和硬脂酸攪拌升溫；溫度升至80～90 ℃時(shí)，細(xì)流狀加入用熱水融化好的氫氧化鋰水溶液，持續(xù)升溫至210 ℃進(jìn)行高溫?zé)捴?；分批次加入冷油，攪拌降溫；溫度降?20 ℃以下，加入T1、T2、T3、T4等4種添加劑和二硫化鉬填料，三輥磨研磨3遍備用。樣品組成見(jiàn)表6。

表6 制備樣品組成

技術(shù)指標(biāo)

將制備好的潤(rùn)滑脂樣品按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行分析，測(cè)定其理化性能。與用戶(hù)協(xié)定的樣品協(xié)議技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表7。

性能評(píng)價(jià)

低溫試驗(yàn)

測(cè)克計(jì)的滑動(dòng)阻力和鎖閉塊的移動(dòng)阻力能夠表征轉(zhuǎn)轍機(jī)在低溫情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，為更加直觀描述潤(rùn)滑脂樣品在低溫條件下的潤(rùn)滑性能，分別將涂抹好樣品脂A的轉(zhuǎn)轍機(jī)置于-10 ℃及-40 ℃溫度環(huán)境中，恒溫24 h后，啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)測(cè)試儀測(cè)定設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)克計(jì)的滑動(dòng)阻力和鎖閉塊的移動(dòng)阻力，與常溫條件進(jìn)行對(duì)比，以此表征樣品脂的低溫性能。

高溫濕熱試驗(yàn)

通過(guò)模擬室外高溫工作環(huán)境，選取溫度70 ℃、相對(duì)濕度74%（實(shí)驗(yàn)室相對(duì)濕度，實(shí)際并非試驗(yàn)環(huán)境本身的相對(duì)濕度）條件，研究樣品的質(zhì)量損失和狀態(tài)變化，以此表征其高溫濕熱性能。分別選取制備樣品A以及市售對(duì)比樣品C和D，稱(chēng)取150 g（含桶重）均勻涂抹至1 L注塑桶內(nèi)壁，置于溫度70 ℃條件下烘烤66 h，通過(guò)測(cè)定烘烤前后樣品質(zhì)量損失以及狀態(tài)變化，表征產(chǎn)品在高溫濕熱環(huán)境下的應(yīng)用性能。

相容性試驗(yàn)

樣品A與對(duì)比樣品C的相容性能，是其能否有效降低設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)時(shí)換脂難度的重要性能指標(biāo)。按照NB/SH/T 6013—2020標(biāo)準(zhǔn)要求，將制備樣品A與對(duì)比樣品C按比例進(jìn)行混合，通過(guò)測(cè)定混合物的滴點(diǎn)、十萬(wàn)次剪斷和高溫儲(chǔ)存后錐入度差值，來(lái)表征樣品與市售產(chǎn)品的混合相容性[7]。

應(yīng)用試驗(yàn)

將制備樣品A在某高速鐵路機(jī)務(wù)段實(shí)際工況中進(jìn)行階段性應(yīng)用試驗(yàn)研究，試驗(yàn)時(shí)間為2021年2月至6月，通過(guò)為期140 d的上機(jī)考察，測(cè)試其實(shí)際應(yīng)用性能。

結(jié)果與討論

理化性能

分別將試制的3批次樣品A和樣品B進(jìn)行理化性能分析，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 潤(rùn)滑脂樣品理化性能

從表8可以看出，樣品A和B均可以滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。分項(xiàng)目來(lái)看，樣品A低溫相似黏度值約為樣品B的50%，低溫性能較好；兩個(gè)樣品鋼網(wǎng)分油控制在相對(duì)合適的范圍，可以滿(mǎn)足長(zhǎng)效的潤(rùn)滑要求。綜合來(lái)看，樣品A性能優(yōu)于樣品B，故選擇樣品A進(jìn)一步研究其應(yīng)用性能。

低溫性能

將樣品A進(jìn)行-10 ℃和-40 ℃低溫試驗(yàn)性能研究，測(cè)克計(jì)滑動(dòng)阻力和鎖閉塊移動(dòng)阻力結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 不同溫度下測(cè)克計(jì)滑動(dòng)阻力

從表9可以看出，隨著溫度降低，試塊在潤(rùn)滑脂樣品中的滑動(dòng)阻力逐漸增大，移動(dòng)阻力也逐漸增大，低溫環(huán)境會(huì)顯著降低潤(rùn)滑脂的流變性能。綜合設(shè)備的實(shí)際使用環(huán)境溫度和試驗(yàn)建議值，研制潤(rùn)滑脂樣品在-40 ℃條件不會(huì)明顯改變動(dòng)作桿的工作阻力，可以滿(mǎn)足實(shí)際工況中的低溫使用要求。

高溫濕熱性能

樣品A和對(duì)比樣品C和D在高溫濕熱環(huán)境中烘烤后，質(zhì)量和外觀狀態(tài)變化情況見(jiàn)表10。

表10 不同樣品高溫烘烤后變化情況

從10可以看出，樣品在高溫濕熱環(huán)境下，烘烤前后質(zhì)量無(wú)明顯變化，工作錐入度變化情況也不明顯，表明在高溫條件下，潤(rùn)滑脂樣品的蒸發(fā)損失較小，結(jié)構(gòu)保持完整，且高溫烘烤后樣品狀態(tài)變化不明顯，析出少量基礎(chǔ)油能夠保證摩擦接觸部位的充分潤(rùn)滑。

相容性試驗(yàn)

制備樣品A與對(duì)比樣品C的相容性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 制備樣品與對(duì)比樣品的相容性能

從表11可以看出，制備樣品A和對(duì)比樣品C具有較好的相容性，二者混用后不會(huì)顯著降低混合樣品的理化性能。

應(yīng)用性能試驗(yàn)

制備樣品在我國(guó)某高速鐵路場(chǎng)站轉(zhuǎn)轍機(jī)、密檢器、鐵軌與外鎖閉之間的潤(rùn)滑點(diǎn)位開(kāi)展應(yīng)用試驗(yàn)研究，試用過(guò)程無(wú)補(bǔ)脂，連續(xù)試用140 d后效果良好。現(xiàn)場(chǎng)檢查潤(rùn)滑脂外觀正常，無(wú)流失、硬化、變質(zhì)情況，潤(rùn)滑部位無(wú)磨損、缺油、生銹現(xiàn)象，可以滿(mǎn)足鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)、密檢器、鐵軌與外鎖閉之間的運(yùn)動(dòng)部位潤(rùn)滑使用要求，試驗(yàn)效果見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)轍機(jī)絲杠試驗(yàn)效果

結(jié)論

☆研制的潤(rùn)滑脂產(chǎn)品理化性能優(yōu)良，具有較好的低溫性能和膠體安定性；

☆研制潤(rùn)滑脂在高溫濕熱和低溫環(huán)境下具有較好的應(yīng)用性能，可以滿(mǎn)足在較寬范圍溫度條件下，鐵路信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的潤(rùn)滑使用；

☆研制樣品在高速鐵路場(chǎng)站中進(jìn)行了階段性應(yīng)用試驗(yàn)研究，表現(xiàn)出較好的使用性能，能夠滿(mǎn)足高鐵轉(zhuǎn)轍機(jī)等先進(jìn)設(shè)備的潤(rùn)滑使用需求，具備進(jìn)一步向鐵路其他設(shè)備推廣應(yīng)用的條件和潛力。