納米潤滑脂在高速牽引電機軸承上的應用
2014-10-11
2011年8月11日,鐵道部宣布:鐵路部門(mén)新編(biān)製的列車運行圖,京(jīng)津城際、滬杭兩條高鐵的時(shí)速由350公裏調整到(dào)300公裏;將合寧、合武、石太、昌(chāng)九、海南東環、杭深線寧波至廈門(mén)段、長吉、秦(qín)沈高鐵的時速(sù)由250公裏調(diào)整到200公裏;將客貨混跑的既有線動(dòng)車組列車時速由(yóu)200公裏調整到160公裏。京滬高鐵、滬寧城際因(yīn)此前降速已到位,此次不作調整。調整後京滬高鐵開行的(de)列(liè)車由原來的73對降低到52對,新列車運行圖將於8月16日開始實施。時速160~250公裏(lǐ)屬於準(zhǔn)高速鐵路,時速300公裏屬於高速鐵路,本次降速調(diào)整是(shì)否就能保證列車運行安全可靠了?
早(zǎo)在2002年,中國鐵道係統就開(kāi)始研製時(shí)速300公裏的高速(sù)牽引電機。在實際(jì)測試中發(fā)現,當機車行駛速度超過160公(gōng)裏/小時(shí),電機軸承(chéng)就會出現超溫現象,甚至導致燒瓦(wǎ)。為攻克這個難題,鐵道部研究人員首先從改進設計和更換零(líng)件等傳統解決辦法出發,在電機設計、製造材料、絕緣性能等方(fāng)麵精益求精,結果都沒有獲得預期的效果。經(jīng)過實際對比測試(shì)驗(yàn)證,株洲車輛廠(chǎng)的劉有梅院士總結,認為軸承的潤滑是(shì)影響電機安全可靠運行的關鍵。而高(gāo)速牽引電機(jī)軸承的潤滑問題(tí),突出問題主要(yào)表現(xiàn)在以下三個(gè)方麵:潤滑(huá)的先天問題、潤滑的(de)工況(kuàng)問題(tí)和潤滑的運行環境問題。
潤滑的先天問題:高速牽引電機軸承的潤滑特點是高速、重載、高溫、水汙染和(hé)衝(chōng)擊載荷。此類國產軸承在材料、工藝、加工精度、表麵處理等方麵,都(dōu)不能滿足高速牽引(yǐn)電機軸承的實際(jì)運行需要。有專家稱:國產軸承的實際(jì)運轉狀況並不是正常的(de)“滾動”,而是非正常的“舞動”。在高速重載狀(zhuàng)況下,這種舞動(dòng)軸承除了正常的潤(rùn)滑損傷外,還會有疲勞損傷和應力損傷,連續運行的壽命極短。因此,我們國(guó)產高速牽引電機的軸承,一般都采用進口高檔軸承。而高檔進口軸承的科學使(shǐ)用,也跟我(wǒ)們機車的設(shè)計、安裝和潤滑(huá)有關。
以潤滑為例:電機軸承潤滑使用的是潤滑脂,與潤滑油潤(rùn)滑不同的是潤滑脂是固(gù)態潤滑劑,其本身沒有流動性。而高速牽(qiān)引電機的啟動電流很大,電機新軸承如(rú)果潤滑不良(liáng)(潤滑(huá)脂無法(fǎ)自己流動到(dào)全部潤滑部位),就會在啟動瞬(shùn)間發(fā)生燒電機和燒軸瓦事故。解決的辦法就是使用材料基態納米潤滑脂,對新軸承進(jìn)行“潤滑預處理”。潤滑預處理是(shì)利用材(cái)料基態納米材料,在模擬零件運行(háng)的實際工況環境中磨合,磨(mó)合完畢潤滑麵(miàn)上就形成了一(yī)層完(wán)美的納米潤滑層。零件實際的使用(yòng)環境都不會超過磨合時的極端環境,所以(yǐ)這層先天形成的納米潤滑層終生不會被破壞。這種納米潤滑預處理,實際上就是(shì)提高潤滑件表麵光潔度的(de)表麵加工過程(chéng)。除了在製造環節可(kě)以使用這一潤滑預處(chù)理,在設備(bèi)維修保養環節也可以使用這一潤滑預處理。
潤滑的工況問題:在實(shí)際的運行過程中,高速牽引電機的線圈本身(shēn)會產生熱量。又因電機(jī)軸(zhóu)承(chéng)的潤滑脂散熱效果(guǒ)不佳,使得熱量在電機(jī)內部不斷積聚。線圈熱量的積聚和軸承摩擦生熱,使得電機軸承隻能在高溫環境(jìng)中運行。而常規高溫潤滑脂在(zài)高溫環境下粘度迅速變低,在電機高速運轉時發生“甩脂”,造成軸承實際的運行(háng)麵“無油潤滑”。無油潤滑會導致潤滑麵瞬間升溫,發生因軸承“幹磨”引發的軸承燒(shāo)結(jié)和電機燒死(sǐ)事故。解決辦法就是使用材料基態納米潤滑脂,在潤滑預處理和運行過(guò)程中形成的納米潤滑層,能很好(hǎo)地滿足高速電機軸承長周期無油潤(rùn)滑的運行需要。
舉一個國產材料基態納米潤滑脂,在國產高溫高速電機上應用的(de)實例:2007年5月21日,上海福田電機(台(tái)資企業),準備接一批高溫電機的訂單。據技術人員說明:這批高溫電機的軸承內徑:35mm、轉速(sù)5000~6000r/min,電(diàn)機工作環境的溫度是(shì)160℃,加上線圈的升溫70~80℃,實(shí)際使用的電機潤滑脂要保證在260℃以上。之前(qián)試用了幾種高溫潤滑脂發現,潤滑脂(zhī)在高溫的環境(jìng)下粘度迅速變低,在電機高速運轉(zhuǎn)時發生“甩脂”,接(jiē)著發生軸(zhóu)承“幹磨”電機燒死。使用了材料基態納米潤滑脂LONG-0501後,該批高溫電機已正常使用二年多(duō)。
潤滑的運行環境問題:中國的高速鐵路大部分集中在華東,高速機車在沿海(hǎi)多雨的高濕度環境中(zhōng)運(yùn)行,會導致高速機車軸承潤滑水汙染(rǎn),機車軸(zhóu)承的正常使用壽命極短。據SKF試驗(yàn),一般潤滑(huá)油含0.2%的水份,軸承壽命降低48%,潤(rùn)滑油含3%的水份,軸承壽命將會降低85%。由於高速牽引電機內的熱量會在電(diàn)機內不斷積聚,為此一般(bān)都(dōu)配裝軸流風扇進行降溫。而(ér)軸流風扇沒(méi)有對高濕度空氣進行去水,進而(ér)導(dǎo)致軸(zhóu)承潤(rùn)滑脂的(de)含水量不斷(duàn)增加,隨(suí)之造成電機軸承磨損急速增加。因含水潤滑脂造成的(de)潤滑不良,會快速引發高速牽引電機軸承嚴重磨損,隨即(jí)會導致電機電流(liú)瞬間提高(在啟動時發生故障(zhàng)率Z高),發生燒(shāo)軸、燒電機、燒供電設(shè)備(bèi)和供電網(wǎng)跳閘等事故。
京滬高鐵在梅雨季節運行造成的軸承硬(yìng)傷是(shì)普遍的,所發生的一係列(liè)事故也是在常規潤滑(huá)技術運行下的正常反應。使用合(hé)適的納米(mǐ)潤滑脂,不僅能解決高(gāo)鐵在高濕度環境中安全營運問題,還能大幅延(yán)長高速機車的保養周期和降低保養強度。以美國某潤滑基態納米潤滑脂為例,解析此類產品在高鐵潤(rùn)滑上的具體表現。從德國進口的廣深線藍箭機車(160~250km/h準高速機車),在我國實際使用中保養(yǎng)周期短和保養強度高,原(yuán)因是德國和廣州、深圳(zhèn)的氣候環境存在較大差異,德國指(zhǐ)定品牌的潤滑脂(zhī)並不適合在如此潮濕運行環境下使用。2003年1月,廣深線藍箭機車的(de)ADTRANZ牽引電機上有8套FAG軸承,因軸承脂嚴重皂化振動超過了機車安全行駛的範圍。德(dé)國電機維修人員未能提(tí)出較好的解決方案,隻提議更換新軸(zhóu)承。經株洲電機研究所推薦,鐵道部決定試用美國潤滑基態納(nà)米潤滑脂UPG2#。用UPG2#動態修複8套FAG軸承後,選用六套修複軸(zhóu)承與二套新軸承使用德國原裝潤滑脂對比。結果60萬公裏後,六套修複軸承的光潔(jié)度超過了二套新(xīn)軸承,同時(shí)二套新軸承已按20萬公裏換油規定換油(yóu)二次了(le)。
美國的潤滑基態納米潤滑(huá)脂UPG2#特有的修複功能和超長使用周期,原因是其中含有專利辛(xīn)斯萊(lái)德(Synslide)添加技術(shù),即潤滑基態納米添加劑,其缺點是不耐高溫和超級載荷。在(zài)中(zhōng)華速“中華之星”電動車組上使用美國UPG2#,Z高測試速度321.5km/h,並創下了安全行駛(shǐ)120萬公裏無需加脂和換脂記錄。但是“中華之星”也因該納米潤滑(huá)脂(zhī)不耐高溫失火,導致該型號機車全部停運。材料基態納米潤滑脂(zhī)與潤滑基態納米潤滑脂不同,不僅可在高(gāo)濕(shī)度環境中使用,耐高溫和超級載荷更能使軸承達到不(bú)會(huì)“燒結”的狀態。以(yǐ)國產材料基(jī)態納米潤滑脂LONG-0501與美國UPG2#對比:一、LONG-0501能(néng)對潤滑表麵進行“納米級精度修複”,修複的表麵光潔(jié)度遠高於美國UPG2#;二、在降磨、減振、降噪、降(jiàng)溫和延長機械壽命全麵超過了(le)美國UPG2#;三、經過(guò)四球機(jī)檢測,國產材料基態納米潤滑脂(zhī)的磨痕直徑是0.51mm(美(měi)國UPG2#為小於0.6mm),燒結負荷800公斤(美國UPG2#為400公斤(jīn));四、LONG-0501的耐水性達到50%,美國UPG2#的耐水性達到30%;五、LONG-0501的耐溫(wēn)性達到300℃以上,美國UPG2#的耐溫性不超(chāo)過200℃。從設(shè)備長期的運行數據看,該國產材料基(jī)態納米潤滑脂LONG-0501可完全(quán)替代進口產品,成為我國自(zì)產高速(sù)牽引機車(chē)的配套(tào)用脂。
從上文對高速牽引電機軸承三(sān)個潤滑問題(潤滑的先天問題、潤(rùn)滑的工況問題和潤滑的運行環境(jìng)問題)的分析可知,高鐵降速並不一定等於安全,利用材料基態納米潤滑脂就可以(yǐ)很好地解決高速(sù)牽引電(diàn)機(jī)軸承的潤滑問題(tí)。該技術在(zài)中國高鐵(tiě)領域中的規範應用(yòng),不僅能保證高(gāo)速(sù)機車(chē)安全可靠運行,還能大幅降低高速機車實際運行的維修保養成本(běn),可助中國高鐵走上(shàng)良性的科學發展軌跡。(龍諧科技)