含水条件下油膜轴承油润滑成膜性能研究.pdf

ANALYSIS&EVALUATION分析与评定Vo1.38,No.4Aug.2023LUBRICATINGOIL第38 卷第4期2023年8 月润滑油DOI:10.19532/21-1265/tq.2023.04.007文章编号：10 0 2-3119（2 0 2 3)0 4-0 0 45-0 6含水条件下油膜轴承油润滑成膜性能研究李小刚,梁云龙,汪霞，丁芳玲,苏辉,张遂心1（1.中国石油昆仑润滑检测评定中心，甘肃兰州7 30 0 30；2.中国石油上海润滑油公司产品设计中心，上海2 0 18 2 1）摘要：采用油膜轴承试验台研究建立了评价油膜轴承油的试验方法，并应用该方法研究了油膜轴承油中加人不同比例工业水后的润滑成膜性能。试验结果表明：油膜轴承油中含一定比例的工业水后其油膜厚度出现先增后降的趋势，极压抗磨性能有下降的趋势。最终通过自主研究建立的试验方法成功筛选出含水后润滑成膜性能较好的油膜轴承油。关键词：油膜轴承油；含水；评价；润滑；成膜中图分类号：TE626.3文献标识码：AStudy on Lubricating and Film-forming Properties of Oil-film Bearing Oil inWater-containing ConditionsLI Xiao-gang,LIANG Yun-long,WANG Xia,DING Fang-ling,SU Hui,ZHANG Sui-xin(1.PetroChina Kunlun Lubricants Testing and Assessment Center,Lanzhou,Gansu 730030,China;2.PetroChina Shanghai Lubricating Oil Product Design Branch,Shanghai 201821,China)Abstract:A test method for evaluating oil-film bearing oil was established by using the oil-film bearing oil test bench andthe lubricating and film-forming properties of the oil-film bearing oil with different proportion of industrial water was stud-ied with this method.The results show that the oil film thickness increases first and then decreases and the anti-wear andextreme pressure property decreases when there is a certain proportion of industrial water in the oil-film bearing oil.Final-ly,the oil-film bearing oil with good lubricating and film-forming properties in water-containing conditions was success-fully screened out by the test method established by independent studies.Key words:oil-film bearing oil;water-containing;evaluation;lubrication;film-forming0引言随着冶金工业的发展，轧机油膜轴承对油膜轴承油的要求越来越高。在线材生产过程中，高速线材精轧机部分油膜轴承工况恶劣，具有高温、高速及易污染特点，对润滑油的性能要求更为苛刻 1-2 。据不完全统计 3-4，我国目前有2 0 余家钢铁公司的200余架轧机装备了各类油膜轴承，标志着油膜轴承在轧机上已得到广泛应用。而在实际使用过程中油膜轴承油也出现了一些问题,如轧钢的速度、轴承进水的多少及水质（氯含量对轴承的腐蚀）、过滤性、分水性好坏等对轴承润滑产生很大影响 5-7 1。O因此,研究在含水条件下油膜轴承油的润滑性能,将对油膜轴承油的研发及使用提供一定的技术支持。为实现对油膜轴承油性能分析测试，选用精轧机油膜轴承为研究对象，通过模拟其实际工况研制并建立轧机油膜轴承试验台，该试验台的建立，在一定程度上弥补了国内该领域的空白。本文以轧机油膜轴承试验台为平台，选用三种参比油A、B、C进行油膜轴承油及其含不同比例水后的润滑成膜性能进行研究。1油膜轴承试验系统1.1油膜轴承工作原理油膜轴承是一种以润滑油为润滑介质的径向滑动轴承，油膜轴承在工作条件下处于全流体润滑状态，是利用流体的动压润滑原理，即靠轴与轴承元件的相对运动,借助于润滑油的黏性在轴承副中的楔型间隙形成的流体动压作用，而形成承载油膜的轴承。承载油膜又称为压力油膜，它能平衡负载、隔离轴颈与轴套，将金属间的固体摩擦转化为液体内部的分子摩擦,将摩擦磨损降至最低限度,因而能在最大范围内满足承载压力、抗冲击力、变换速度、轧制精度、结构尺寸与使用寿命。油膜轴承是高速线材轧机的关键部件,其性能好坏，直接关系到高速线材轧机的正常生产 8-12 。油膜轴承工作示意如图1所示。ANALYSIS&EVALUATION分析与评定462023年第38 卷滑油润最大油膜简隙一发散楔一9W收敛楔一最小油膜简隙油膜压力分布图1油膜轴承工作示意1.2油膜厚度测试原理油膜轴承试验系统对于最小油膜厚度的测量，国内主要采用电阻法、放电电压法、位移法、光干涉法等。考虑到电涡流传感器其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在对油膜厚度测量方面，借鉴轴心轨迹的测量方法来确定最小油膜厚度的大小。本试验台共采用2 支电涡流传感器，两支电涡流传感器成90 度夹角安装在油膜轴承的固定基座上，每只传感器与垂直轴线夹角等于45，探头表面与试验主轴表面垂直，如图2 所示；通过数据采集系统计算得到最小油膜厚度hmin的数值，测量精度可达0.0 1m。Yhmin1B1一一文11图2油膜厚度测量1.3油膜轴承试验台结构及试验控制参数轧机油膜轴承试验台主要包括：机械与驱动系统、润滑系统、加载系统及监测与控制系统组成，如图3所示；油膜轴承试验台试验控制参数如表1所示。电涡支承加载流传油膜主轴电机试验主轴油缸感器轴承柔性支承油膜试验油膜试验机联轴器轴承轴承基座图3油膜轴承试验台表1油膜轴承试验台试验控制参数设备参数参数值载荷/kN150 2%FS最大转速/rmin-160002%FS油温/40 5油泵流量/Lmin-120 0.5油泵额定压力/MPa1.6 0.12模拟试验方法研究2.1参比油选取3种参比油分别为参比油A、B、C,其中参比油A为国外进口品牌油膜轴承油，参比油B为国内某钢厂在用油,参比油C为研制油。表2 为3种参比油理化参数。表2参比油理化参数项目参比油A参比油B参比油C试验方法运动黏度/mm.s-1GB/T 2654090.0193.2394.9610010.5010.6410.72黏度指数989695GB/T 1995空气释放值/min1611.913.4SH/T0308ANALYSIS&EVALUATION分析与评定47李小刚等.含水条件下油膜轴承油润滑成膜性能研究第4期表2（续）项目参比油A参比油B参比油C试验方法最大无卡咬负荷（PB）/N1304.31235.61235.6GB/T 3142烧结负荷(PD)/N1961.31569.11569.1GB/T3142综合磨损指数(ZMZ)503.2490.3490.3CB/T3142磨斑直径/mmSH/T0189196N0.430.290.3392N0.490.370.392.2钢厂高速线材精轧机组典型工况简介一般钢厂高速线材精轧机组由8 10 台油膜轴承轧机组成，其油膜轴承轧机的转速依次增大，末尾最后1台油膜轴承轧机达到最大速度。表3是典型摩根5代轧机轧制6.5线材的计算参数。表3钢厂高速线材精轧机组典型工况精轧机号轧辊转速/rmin1轧制压力/kN1113814321392108317371434219010452675132639951027504615386195101981551591010354106从表3典型工况的参数来看，文章采用的油膜轴承试验台的控制参数可以满足8 精轧机的要求。2.3模拟试验条件根据油膜轴承试验台控制参数以及钢厂高速线材精轧机实际工况，文章模拟钢厂4和6 精轧机的工况进行模拟试验研究，模拟试验条件如表4所示。表4模拟试验条件转速/rmin-1压力/kN温度/时间/s2000110383504000130383502.4试验结果与分析2.4.1参比油试验结果在确定的模拟实验条件下对参比油A和参比油B进行试验，试验结果如图4所示。2221.8一参比油A一参比油Bu/21.621.421.22120.820.620.420.220050100150200250300350时间/s(a)2000 r/min试验结果2221.8一参比油A一参比油B21.621.421.22120.820.620.420.220050100150200250300350时间/s(b)4000 r/min试验结果图4参比油A、B 试验结果从图4(a)和(b)可以看到：参比油A在整个试验过程中油膜厚度均较参比油B的油膜厚度厚，也说明了参比油A的润滑成膜性能较好。图4(b）中参比油A、B 较图4（a)的油膜厚度厚,说明增大转速、压力后两种参比油的成膜性能均有所提高，但参比油A的油膜厚度依旧较参比油B的厚。2.4.2参比油A含不同比例工业水后试验结果根据钢厂现场调研，在轧机油膜轴承润滑过程中容易进人冷却水，使得润滑油品发生乳化现象，而油品乳化对油膜轴承油的润滑性能会造成严重的影响 13。据调研油膜轴承油进水后由于其自身含有的破乳剂会使得油品和水进行分离，其中油品分水速率才是油膜轴承油润滑性能中较为重要的一项性能。为了模拟到现场实际工况，我们从钢厂现场采集来工业用水，并根据实测现场油品含水量（1%、ANALYSIS&EVALUATION分析与评定482023年第38 卷滑油润5%、10%），在实验室内按照现场含水量研究油膜轴承油在含水条件下的润滑成膜性能。参比油A加不同比例（1%、5%、10%）工业水搅拌乳化后进行油膜轴承试验台试验，试验结果如图5所示。2221.821.6/21.421.22120.820.6一参比油A+1%工业水一参比油A+5%工业水20.4一参比油A+10%工业水20.220050100150200250 300350时间/s(c)2000 r/min试验结果2221.821.6/21421.22120.820.6一参比油A+1%工业水一参比油A+5%工业水20.4一参比油A+10%工业水20.220050100150200250300350时间/s(d)4000r/min试验结果图5参比油A加不同比例工业水试验结果从图5（c）可以看到，参比油A加人不同比列工业水后油膜厚度随含水比例的增大有下降的趋势，而图5（d)中油膜厚度随着含水量增大有增厚的趋势，同时该趋势结合图4中不含水的曲线图更明显。据文献显示油膜厚度和油品黏度成正相关关系【14，因此我们对参比油A加人不同比例工业水后的40 运动黏度变化进行分析统计，结果如表5所示。表5参参比油A加入不同比例工业水后40 黏度统计加人工业水比例/运动黏度(40）/试验方法%mm.s=1090.01GB/T 265190.53GB/T265597.39GB/T 2651098.63GB/T 265表5的结果说明参比油A加人不同比例工业水后，随着加水比例的增大，油品黏度上升，这和油膜轴承试验台实验结果相符。但是油膜厚度变厚到底对油膜轴承的影响是有利还是有弊需借用别的分析手段。为此，我们对参比油A及不同含水比列的油品进行其他关键性能分析，试验结果如表6所示。表6参比油A加不同比列工业水后关键性能分析数据项目参比油A+1%水+5%水+10%水试验方法最大无卡咬负荷（PB）/N1304.31372.91235.6931.6GB/T 3142烧结负荷(PD)/N1961.31569.11569.11235.6GB/T 3142综合磨损指数(ZMZ)503.2490.3490.3382.9GB/T 3142磨斑直径/mmSH/T 0189196 N,60 min0.430.450.530.51392 N,60 min0.490.580.560.62从表6 的结果可以看到，参比油A随着加入工业水比例的增大,其油品的极压性能、抗磨损性能均有下降的趋势，说明油品进水乳化后对油品自身的性能是有弊的。2.4.3参比油C的试验结果研制油参比油C与参比油A试验结果比对如图6、图7 所示。2221.8三21.621.421.22120.820.620.4一参比油A一参比油C20.220050100150200250300350时间/s(e)2000r/min试验结果ANALYSIS&EVALUATION分析与评定49李小刚等.合下油膜轴承油润滑成膜性能研究第4期2221.52120.5一参比油A一参比油C20050100150200250300350时间/s(f)4000 r/min试验结果图6参比油A、C对比分析从图6（e）和（f)的试验结果看到参比油C油膜较参比油A厚,尤其是在图6（e)中区分更明显。参比油C加不同比例（1%、5%、10%）工业水搅拌乳化后进行油膜轴承试验台试验，试验结果如图7 所示。2221.821.621.421.22120.820.6参比油C+1%工业水一参比油C+5%工业水20.4一参比油C+10%工业水20.220050100150200250300350时间/s(g)2000r/min试验结果2221.821.621.421.22120.820.6一参比油C+1%工业水K一参比油C+5%工业水20.4一参比油C+10%工业水20.220050100150200250300350时间s(h)4000 r/min试验结果图7参比油C加不同比例工业水试验结果从图7(g）和(h)看到参比油C加人不同比例工业水后随着加水比例的增大，油膜厚度有先增后降的趋势；随着转速负荷的增大（h），三种加水比例的油品均较低转速低负荷（g)的油膜厚度小。图7(h)中参比油C含水量高达10%时，油膜厚度比较靠近含1%水的情况，为此我们对参比油C不同含水下分析其40 运动黏度，发现其40 运动黏度值有先增后降的趋势，分析结果如表7 所示。表7参比油C加入不同比例工业水后40 运动黏度统计加入工业水比例/%运动黏度(40)/mm s-1试验方法090.56GB/T 265191.53GB/T 265595.39GB/T 2651093.82GB/T 265为了更好地验证参比油C的其他关键性能，我们也借助四球摩擦试验机评价其极压、抗磨性能 15,具体结果如表8 所示。表8参比油C加不同比列工业水后关键性能分析数据项目参比油C+1%水+5%水+10%水试验方法最大无卡咬负荷（PB）/N1372.91304.31235.6980.7GB/T3142烧结负荷(Pp)/N1961.31569.11569.11235.6GB/T 3142综合磨损指数(ZMZ)503.2503.2490.3389.2GB/T3142磨斑直径/mmSH/T 0189196 N,60 min0.300.310.320.38392N,60 min0.390.520.590.56表8 结果也说明参比油C含不同比例工业水后较参比油A含不同比例工业水后有较好的极压和抗磨性能。3结论（1)以油膜轴承试验台为实验平台，模拟钢厂精轧机组典型工况，研究建立的模拟试验方法能较好地区分出不同油膜轴承油及含水情况下的润滑成膜性能，为油品研发提供一定的技术支持；(2)油膜轴承油在含水的情况下会使油品发生乳化，使得表观黏度随着含水量的增大有先增后降的现象，同时油膜厚度也有先增厚后下降的现象；（3）油品乳化之后根据四球试验机试验结果显示：含水后油膜轴承油极压性能和抗磨损性能均有一定程度的减弱现象，说明含水后油品乳化会影响ANALYSIS&EVALUATION分析与评定502023年第38 卷滑润油油品的极压抗磨性能。参考文献：1耿延龙.轧机油膜轴承试验台的研制 D.北京交通大学,2 0 14.2姚建斌，马立峰，李玉贵，等.大型轧机油膜轴承试验台三维实体造型研究J.太原科技大学学报，2 0 0 6，2 7(z1):45-47.3李东，马宏.A100油膜轴承油在高速线材轧机上的应用J.合成润滑材料，2 0 1542（2）：34-36.【4】李东.油膜轴承油在高速线材轧机上的应用 J.合成润滑材料,2 0 0 9,36(4):35-37.5冯健,郭永胜.油膜轴承与油膜轴承油 C/太原重型机械学院学报编辑部.第六届全国轧机油膜轴承技术研讨会,2 0 0 2:52-54.6周朝勤.46 0 号油膜轴承油的应用J.合成润滑材料，2008,35(2):14-15.7王建梅.中国轧机油膜轴承最新研究进展 C/第11届中国轧机油膜轴承技术研讨会论文集，2 0 13：6-8.8康建峰,王建梅.油膜轴承油润滑性能试验研究 C/第十一届摩擦学大会论文集，2 0 13：1-7.9蔡继元.油膜轴承油油膜承载能力试验方法研究 J.润滑油,19 9 6,11(2):36-40.10】毛庆云，杨洪平，伏庆昌，等.长城A100油膜轴承油在Danieli精轧机组的应用 J.石油商技，2 0 2 0,38（5）：46-49.11刘铺.油膜轴承油楔承载压强分布 C/中国机械工程学会.第二届中国轧机油膜轴承技术研讨会，1994：2 0-2 3.12刘发起，林正权.油膜轴承油的研制 J.润滑油，1996，11(6):32 35.13揭斌华，吴晓涛，谢颖，等.2 2 0 号油膜轴承油破乳化性能的优化研究 J.润滑油，2 0 18,33（6）：30-34.14张艳娟，王建梅，蔡敏，等.油膜轴承油黏温特性研究J.润滑与密封,2 0 14(3)：7 5-7 8.15周婷.46 0 号抗磨型油膜轴承油的研制J.石油商技，2021,39(3):72-74.收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 5。作者简介：李小刚，工程师，2 0 12 年毕业于兰州理工大学电气工程与信息工程学院，主要从事润滑油模拟评定方法研究及标准化工作，已公开发表文章数篇。E-mail：410 8 2 2 133 q qcom提升本土研发能力，舍弗勒大中华区第二研发中心揭牌近日，舍弗勒大中华区第二研发中心在位于湖南湘江新区的湘江智能网联产业园揭牌。该研发中心是舍弗勒继上海安亭的区域研发中心之后在中国设立的第二个研发中心，体现了舍弗勒不断提升本土研发能力，长期服务中国客户及市场的承诺。欧盟燃油车禁售时问表正式生效欧盟最新禁售燃油车时间表：从2 0 30 年到2 0 34年，新的燃油轿车和小型客货车的二氧化碳排放量将比2 0 2 1年分别减少55%和50%，到2 0 35年均降至零。声明还说，欧盟委员会将在与利益相关者协商后提出一项提案，在2 0 35年后允许完全使用碳中性燃料的车辆注册。