汽车涂装烘干室的温度一般在180~250 ℃,这样的高温对设备运行会产生较大影响,不仅设备的金属材料在高温下会产生热变形,强度也会降低,还会使设备使用的润滑剂出现挥发、干涸和积碳等现象,造成设备在无润滑状态下运行,降低设备的使用寿命,严重的会出现润滑事故,造成设备运行卡死而发生停歇。据统计分析,烘干室的设备故障有40%以上是由于润滑不良引起的。因此加强烘干室设备润滑工作,对于提高高温下摩擦副对偶表面的耐磨性和机械可靠性、延长关键件使用寿命、降低维修费用和减少设备故障都有着重要的意义。下面结合车架涂装烘干室设备的润滑实践,介绍一下高温设备润滑中不能忽视的问题。
1 润滑方法的选择
目前已有的高温润滑方法有气体润滑、固体润滑和油脂润滑。
(1)气体润滑
气体润滑是由具有足够压力(动压或静压的方式)的气膜(气体润滑剂) 将运动副摩擦表面隔开,气膜来承受外力作用,从而降低运动时的摩擦阻力与零件表面的磨损。气体润滑剂摩擦因数低、温度变化对润滑剂的粘度影响小,因而适用于高温润滑。但气体润滑剂的承载力低,要有外部供给稳定压力的气源,对摩擦副支承元件的制造精度要求高,多用于滑动摩擦面的润滑,不适用于涂装烘干室的设备润滑。
(2)固体润滑
固体润滑是使用粉末状或薄膜状的固体润滑剂对作相对运动的摩擦副表面进行润滑,以减少摩擦与磨损。固体润滑剂使用温度范围宽,只要不超过其熔点,固体润滑剂就能保持基本形态不变。而且固体润滑剂具有很高的承载能力,在传动系统低速运转情况下的防止粘-滑性能好,具备满足特殊工况下润滑的全部条件。但固体润滑剂的摩擦因数比润滑油脂的摩擦因数大,故单独使用固体润滑剂时,设备所消耗的能量大。虽然可以将固体润滑剂粉末添加到润滑油、润滑脂中,以提高润滑油和润滑脂的承载能力、改善边界润滑状态,但有些固体润滑剂粉末在高温下不仅对金属具有一定的腐蚀作用,还会降低润滑油和润滑脂的抗氧化能力。用量过大时,甚至会引起轴承的“咬粘”。因此,在涂装烘干室设备的润滑中,不建议采用含固体添加剂的润滑油和润滑脂。另外,还可以将固体润滑剂牢固地覆盖在摩擦零件的表面作成覆盖膜(也叫干膜)来使用,但干膜的制作工艺复杂、寿命有限、补充困难。也可以直接用固体润滑剂制作整体零部件或制成复合材料再作成零部件使用,烘干室内有些部位的免润滑零部件就是这种情形。比如,车架涂装烘干室输送机CV的导向辊轴承、输送链条BFP-125的行走轮轴承、输送机被动轮的轴套等。
固体润滑剂特别适用于各种苛刻的工作条件, 有很大的发展空间。但固体润滑剂不是万能的,目前还存在许多亟待解决的问题。在能应用润滑油、脂进行有效润滑的情况下,使用固体润滑剂的意义就不大了。
(3)油脂润滑
采用润滑油或润滑脂是最基础,也是润滑效果最好的润滑方法,但其基础油(无论是矿物油还是合成油)最高耐用温度都不会超过350℃。对于普通的汽车涂装而言,这个温度完全可以满足要求。
总之,对于设备润滑,在可选择的情况下,油润滑是首选,其次是脂润滑,只有在油、脂都无法满足的特殊工况下,才考虑固体润滑,这是选择润滑方法的原则。
2 高温润滑油的选择
润滑油的作用是在两摩擦表面之间形成润滑油膜,承受部分或全部载荷,并将两表面分隔开,使金属与金属之间的摩擦转化成具有较低剪切强度的油膜分子之间的内摩擦,从而降低运动时的摩擦阻力、表面磨损和能量损失,提高运动部件的寿命。为了能够得到较好的润滑效果,在选择高温润滑油时,要先看推荐润滑剂样本中特性参数,再进行油样分析、模拟工况,然后再决定是否适用,并计算润滑成本。下面以高温链条油为例,介绍一下选择方法及过程。
2.1 看样本特性参数
(1)适用温度范围。一般的高温链条油,在长效高温情况下,能承受的温度不会超过285 ℃。通常情况下,润滑油的适用温度比烘干炉内温度高20~30 ℃是比较经济、可靠的。比如,烘干室的温度是200℃,则选择的高温链条油的适用温度不能低于220 ℃。
( 2 ) 闪点。润滑油被加热到一定温度就开始蒸发成气体,这种蒸气与空气混合后遇到火焰就会发生短暂的燃烧闪火现象,出现这种现象的最低温度就是润滑油的闪点。闪点通常是润滑油的一个安全指标,但在高温润滑中,闪点也是个重要的参考指标,闪点不超过烘干室工艺温度的不能在烘干室中使用。
( 3 ) 基础油。润滑剂的基础油有矿物油和合成油两种,矿物油的稳定性高、兼容性好,是最理想的润滑品,但在高温工况下,矿物油就有局限性了,高挥发、易氧化,再加上近年来的石油危机,使得合成油的发展突飞猛进。合成油的种类也很多,按照化学结构分为烃类、酯类、醚类、硅油。根据现场经验,对于涂装烘干室设备的润滑,醚类油比酯类效果好、酯类油比烃类效果好,而硅油是坚决不能用的,因为近来发现,硅元素影响涂装产品质量,是产生缩孔的主要原因。
(4)粘度。粘度是指润滑油液体分子间受外力作用而产生相对运动时所发生的内摩擦阻力,反映润滑油的粘稠程度。粘度的大小可用动力粘度、运动粘度和条件粘度等来表示。在选择油品时,一般商家提供的是40 ℃时运动粘度。国标中,粘度分20个等级,从2号直到1500号,粘性逐渐增大。烘干室的链条油,选择的粘度等级为100号或150号。因为粘度太大,渗透性不好;粘度太小,容易滴落。
(5)粘度指数。润滑油的粘度随温度变化而变化,温度升高时粘度降低,温度降低时粘度升高,这种规律称为粘温特性。粘度指数是用来衡量粘温特性的指标,矿物油的粘度指数从0到100不等,一般希望粘度指数大些,也就是温度升高或降低时粘度的变化较小、粘度-温度特性好,能保证摩擦表面之间具有稳定的润滑状态。合成油的粘度指数是与矿物油相比较得来的,合成油的粘度指数更高些,一般在120以上,有的可达140~150甚至190。在选择烘干室链条油时,粘度指数不能低于130。
上述这5项,是普通商业样本中必须提供的。但许多样本在性能介绍、特性方面往往只有简单的语言描述,缺乏数字化的技术指标,这样不利于技术人员进行判断和选择。目前,有技术实力的商家愿意提供更多的技术指标以供交流,如氧化安定性、粘附性、抗磨性四球试验的磨损值等。
2.2 简单的油样分析
接到商家的油样后,要通过外观及力所能及的试验来进一步验证产品的适用性。
(1)颜色
颜色要清亮透明,这样的润滑油精制程度高、胶质含量少。相反,溶解的胶质和沥青值越高,颜色也就愈深。
(2)残炭
润滑油因受热蒸发而形成的焦黑色的残留物称为残炭。残炭容易附着在链条表面上,影响后续润滑效果。所以在选择高温油品时,应先自行测定一下残炭值。
测定方法如下:将10 mL试油注入到磁坩埚中,加热到样本中标示的最高使用温度之上(一般超过最高使用温度10 ℃左右),使油品蒸发、热分解并排出油蒸气后,将坩埚中的残余油分(呈黑色鱼鳞状)自然冷却后称重,此物占试油质量的百分比表示残炭的多少。残炭百分比越小越好。
(3)机械杂质
将润滑油溶解于汽油或苯等溶剂,稀释后过滤,残留在滤纸上的不溶物即为机械杂质。润滑油中的机械杂质会加速机械零件的磨损,必须高度重视。机械杂质一般是在润滑油的生产过程中由外界混入的,烘干室的高温链条油要求不含肉眼可见的机械杂质(肉眼所能见的最小尺寸为40 μm)。
2.3 模拟工况
在了解润滑油样本介绍并进行油样分析的基础上,将润滑油放在烘干室中模拟工况,进一步了解待选油品的特性。
( 1 ) 挥发性试验。将定量的润滑油注入广口烧杯中,放在正在工作的烘干室内,持续一段时间,(不少于24 h),用电子天秤测其减轻质量百分比,作为评价其挥发性好坏的依据。
(2)腐蚀试验。腐蚀试验是测定润滑油在一定温度下对金属的腐蚀作用。测定时,取一节烘干室输送机的备用链条浸泡在润滑油中,放在烘干室内,陪伴生产一段时间(一般至少要1周),然后检查链节的腐蚀程度。
(3)高温滴落。如果烘干炉中地面链用润滑油的粘附性不好,造成滴落,只是影响润滑效果,出现浪费、润滑成本高的问题;而对于空中链而言,情况则更为严重,除了会出现上述问题,还会因链条油滴落到产品上造成漆后成批质量事故。因而考察链条油的高温滴落性是相当必要的。
2.4 过润滑、适量润滑与欠润滑的判定仍以高温链条油为例。如果在两次润滑间隙,链条上油量大,象被油浸过一样,就是过润滑了,过润滑会使设备维护成本加大。如果肉眼看上去,没有油迹,用棉花纸擦,也没有油迹,说明在链节间没有形成润滑油膜,链条正处在干磨擦状态,此时就是欠润滑了。欠润滑的危害很大。产生欠润滑现象时,首先考察是不是油品选择不当造成的,再考虑润滑周期。排除上面两种情形,只有在两次润滑间隙的任何时间里,链条上存在可见或不可见的油膜时,才是适量润滑。
3 高温润滑脂的选择
润滑脂是由1种(或多种)稠化剂和1种(或几种)润滑油所组成的一种具有塑性的润滑剂。可见,润滑脂不是化合物,是在润滑油里添加了一些能起稠化作用的物质,把液体滞化而形成半固体状,再加入抗氧化、抗磨或极压、抗水等添加剂,就得到了不同使用性能的润滑脂。润滑脂的润滑作用,部分是基于稠化剂的作用,部分是基于基础油的作用,但更重要的则取决于稠化剂和基础油结合后所产生的新特性。
润滑脂的选择过程和润滑油基本类似,下面以选择烘干室的高温润滑脂为例,介绍一下润滑脂的选择方法和过程。
3.1 看样本特性参数
(1)适用温度范围。同第2.1节中的(1)。
(2)润滑脂的组成。商家的样本中,一般都包含润滑脂的基础油和稠化剂的种类,但添加剂多数只描述其特性,不介绍种类。
润滑脂的润滑性质基本上取决于基础油的润滑性质,因为基础油在润滑脂中占90%以上,所以看润滑脂的组成时,首先看基础油。润滑脂的基础油和润滑油的基础油一样,也分为矿物油和合成油。但由于矿物油在高温下的蒸发率大、氧化安定性差,故以矿物油作基础油的润滑脂的最高使用温度一般不超过120 ℃,所以烘干室设备用润滑脂的基础油都是合成油。和润滑油一样,涂装烘干室使用的润滑脂中不能含用硅成分。
稠化剂也是润滑脂的重要组成部分,是被均匀地分散而形成润滑脂结构的固体颗粒。稠化剂的种类不同,润滑脂的基本性能也不同。最早出现并广泛用作稠化剂的是各种脂肪酸金属皂,如“黄油”的稠化剂就是脂肪酸钙。而适应高温工况的稠化剂是非皂基的,如无机稠化剂(膨润土(白色、黄绿色和粉红色)和硅胶)、有机稠化剂(阴丹士林蓝RS(深蓝色)、酞青铜(酞青色)、聚四氟乙烯(白色)和全氟聚苯(淡黄色))。
(3)滴点。润滑脂从不流动态转变为流动态的温度,通常指润滑脂在滴点计中按规定的加热条件,滴出第1滴液体或流出25 mm油柱时的温度。滴点表示润滑脂流失的温度,可作为润滑脂使用温度上限的依据,一般滴点应高于工作温度20~30 ℃。
(4)锥入度。质量为150 g的标准圆锥体,沉入25 ℃的润滑脂试样中,经过5 s所达到的深度,称为锥入度,其单位为1/10 mm。锥入度是评价润滑脂的重要指标之一,用来鉴定润滑脂的稠度,表示润滑脂软硬程度。润滑脂的稠度从000号到6号分为9个等级(000号、00号、0号、1号、2号、3号、4号、5号、6号),工业机械一般应用2号脂最多。由于基础油在润滑脂中的特殊地位,在选择润滑脂时,除了参考润滑脂的稠度,也要参考润滑脂中基础油的粘度。
在工作现场测定润滑脂的特性参数( 如水分、机械杂质和灰分等) 很困难,如果条件允许, 最好要求商家提供润滑脂的氧化安定性、胶体安定性、极压抗磨性数值,一般的产品样本是不提供这些数值的。
(5)氧化安定性。润滑脂中的稠化剂和基础油在长期高温的情况下很容易被氧化,而生成腐蚀性的产物或胶质。所以在选择高温润滑脂时,一定要了解其氧化安定性。
( 6 ) 胶体安定性( 即分油量)。目前,国内外的油品试验室已经通过长时间的分油试验和润滑脂寿命试验,证明了润滑脂在从运转开始到寿命终止的期间内,其基础油含量是逐渐减少的。但是,分出的基础油并非全部用于轴承润滑,在轴承运转中,有部分基础油流出轴承外部,也有些基础油因摩擦部位生热而挥发掉,还有些基础油因轴承的旋转而雾化、散发于大气中。尽管如此,分出的基础油肯定是起到了润滑作用,因此在使用中必须控制基础油的分油量。分油量过大,基础油过早枯竭,造成润滑脂寿命缩短;分油量太小,摩擦部位得不到足够的油,也会缩短轴承的寿命。
(7)极压抗磨性。一般说来,在基础油中添加稠化剂后,润滑脂的抗极压性能就比基础油强了。评价润滑脂的极压特性可以参考两个数值:四球机测定的油膜强度值和使用梯母肯试验机测定的油膜破裂负荷。
3.2 简单的油样分析
(1)外观:通过观察油样外观初步推测润滑脂的质量情况,可以在玻璃上抹1~2 mm厚的脂层,对光检查颜色、浓度是否均匀,有没有硬块和颗粒,有没有析油和析皂现象,表面有没有硬皮层状和稀软糊层状等。
( 2 ) 机械安定性: 机械不安定性会导致润滑脂在机械作用下流失。
简单测定机械安定性的方法:用针入度工作器让润滑脂反复工作若干次(60次以上),并测定润滑脂工作前、后的针入度,可以用工作前、后的针入度的比值表示润滑脂的机械安定性。
Q=K2K1式中,Q为机械安定系数;K2为工作后润滑脂的针入度,dm;K1为工作
前润滑脂的针入度,dm。针入度工作器可以自已制作。是将一片带孔的金属板放入装润滑脂的容器杯中,金属板上孔的大小和数目是有规定的,当此多孔板在其中上下移动时,润滑脂经过小孔即受到剪切作用。用针入度工作器测定润滑脂在模拟工作状态下的针入度,对考察润滑脂的机械安定性具有重要意义。
4 润滑成本计算
润滑成本=单次润滑剂的费用/润滑周期在计算润滑成本时,不能只看采购润滑剂的费用,还要关注润滑剂的质量、使用周期及润滑效果,综合考虑润滑成本。
5 车架涂装烘干室设备润滑实例
5.1 车架涂装烘干室设备情况介绍车架涂装烘干室内有3 种设备,共计7台。分别是4台驱动滚床PRB、2台升降台DV、1台输送机CV。这7台设备完全封闭在烘干室内,室内温度为200 ℃,生产时基本24 h不停炉,属于长效高温状态,目前在同行业中,这种长效高温仍是少见的,因此对润滑油、脂的要求也格外严格。驱动滚床PRB采用套筒滚子链带动承载辊运转,输送滑橇及车架总成。需要润滑的部位是,套筒滚子链16A和承载辊的带座球轴承UCP210。
升降台DV通过曲柄连杆机构升、降。升起时,滑橇沿驱动滚床纵向传输;落下后,滑橇在输送机的带动下横向行走。需要润滑的部位是:连杆轴带座轴承UCP324、升降台与滚床间的导向装置。烘干室输送机CV是由输送链条和无动力承载辊组成的,间歇式运行,在CV全长上划分为12个滑橇位,滑橇在每个位置停留5 min,
然后起动前行。需要润滑的部位是:驱动轴带座轴承UCP320、主动链轮轴带座轴承F218、输送链条BFP-125和无动力承载辊带座轴承UCP210。
综上,烘干室内的润滑点为:两种传动链条合计223 m、4种带座轴承390个。传动链条采用高温链条油润滑,带座轴承采用高温润滑脂润滑。
5.2 车架涂装高温润滑品的选用车架涂装出现过几次润滑事故,润滑产品几次替换,目前使用的高温润滑产品如下。
a.高温链条油。现用德国特普朗T-761A,双酯类合成基础油。
b.高温润滑脂。现用德国克鲁勃L55/2,全氟化聚醚合成基础油+聚四氟已烯稠化剂。
5.3 润滑频次
a.输送机链条的润滑油用自动润滑器自动加注,靠光电控制,每个链节位置加注1次,每班加注2 h,每周润滑3天。
b.驱动滚床传动链条的润滑,因位置分散,只能在停烘检修时手工加油,用毛刷在链条转动的情况下刷油,每月1次。
c.炉内所有的带座轴承用手动加脂枪加注,每两个月1次。因所有的轴承均是低速运转,而且加注周期长,所以润滑脂加注量较多,几乎充满轴承空隙空间。
6 润滑问题与处理
6.1 “爬行”现象
做相对运动的摩擦副在驱动速度和载荷保持恒定的情况下,表现出的时而停顿、时而跳跃或者忽快忽慢的、运动不均匀的现象,称为“爬行”或粘-滑现象。
滑橇用几个月后,在烘干室内行走时,“爬行”现象非常明显,而且随着输送机CV使用年限的增加,“爬行”现象呈严重化趋势。这一方面是由于滑橇被两条运输链带动,滑橇上承载的车架总成头部重、尾部轻,使得两条输送链载重不一致,磨损程度不同,产生行走不同步,而出现“爬行”;另一方面是由于输送链与轨道间的摩擦特性所引起的张弛自激振动而产生“爬行”。这种“爬行”现象很容易出现在承受重载的摩擦副由静止状态起动的瞬间或低速运动过程中,此时摩擦面一般处于边界摩擦状态,润滑不充分。由于受上述两种因素的影响,要想彻底消除滑橇行走中的“爬行”现象是不可能的,但可以根据“爬行”现象产生的机理,尽量减少“爬行”,以免涂装后的小零件在“爬行”产生的晃动中出现掉炉事故。
从理论上讲,润滑事故中的“爬行”现象只可能出现在滑动摩擦中,但烘干室输送机链条与轨道间的滚动摩擦也出现了机械爬行,这与润滑有没有关系还需进一步观察和探讨。现正采用固体润滑剂二硫化钼MoS2,以降低输送链条与轨道的摩擦力。因烘干室是全封闭的,效果验证也很困难,随着不断地进行观察与分析,不久的将来会得出结论。
6.2 烘干室的异常报警
烘干室输送机CV在运行中出现过数次突然报警现象,此时,在作为人机界面的触摸屏上显示出“链条松弛”的信息。
观察:现场拉紧站配重抬起;降温进入炉内,没发现有任何卡死物。进一步检查发现,无动力承载辊轮运转不灵活,卡胄明显;导向辊运转也不灵活。
通过分析得出结论:因为承载辊与导向辊转动不灵活,使滑橇与辊轮间的滚动摩擦变成了滑动摩擦,摩擦因数数十倍增长,造成过载,配重不足,才出现配重块被拉起而报警。
原因:承载辊运转不灵活,是由于润滑脂干涸,不但起不到润滑作用,反而阻碍滚动体转动。
措施:解决润滑事故,减少额外负载,增加拉紧站配重块枚数(增加了两块25 kg的配重块)。
6.3 输送机链条的积炭
因链条油选用不当,使链条上出现积炭层,影响链条的后续润滑效果,因此必须予以清除。目前,各供应商纷纷推荐有清洁功能的链条油,可以将旧的积炭层溶解掉,也能防止出现新的积炭层,但实际使用中效果并不明显。市场上也能买到专业的积炭清洗剂,虽然售价较高、清洗费时、费力,但值得尝试。
6.4 带座轴承的抱死
车架涂装投产之初,由于对烘干室长效高温的影响估计不足,润滑脂选用不合适,出现了一次严重的润滑事故,造成炉内436个带座轴承中有43%的轴承不能转动、有50%的轴承转动不灵活。由于这些轴承全部为进口产品,价格很高(全部更换大约需要20万元左右),而且采购周期长。如果不能在短期内解决这一问题,势必会影响生产。为此,可以采取以下两种措施。
a.处理方法1——离线清洗将带座轴承连同辊轮整体拆下, 浸入专门的积炭清洗剂中,浸泡4 h,使积炭软化、溶解直至脱落后,再安装。这样的清洗虽然彻底,但比较耗时,拆装也比较费力。
b.处理方法2——在线清洗打开轴承一侧的端盖(另一侧因为有辊轮阻挡不能打开),将干涸的润滑脂抠除,用气雾罐式积炭清洗剂自由冲洗,边转动边冲洗,
直到运转稍稍灵活为止。这样的清洗只做一次是不够的,车架烘干室每次停炉就挑卡滞严重的清洗,总共持续了7~8个月的时间,才将轴承不能转动和转动不灵活的问题彻底解决。鉴于在线清洗比较方便,因此建议采用在线清洗的方法。
6.5 自动润滑系统油嘴阻塞
自动润滑系统由自动润滑器、管路和油嘴等组成。自动润滑器装在烘干室外,靠电动柱塞泵压油。柱塞泵有4个出油口,分别接4根紫铜管润滑链条。铜管内径很小(只有3 mm),路线却很长(在炉内就有10 m长)。在一次检查链条的润滑油路时发现,油嘴不出油,油口处还有积炭。将油嘴拆下浸泡、清洗后,油嘴仍不出油,断定紫铜管内也有积炭,堵塞了。为此,改造了自动润滑系统,用气动柱塞泵代替了电动柱塞泵,增加了润滑压力,用内径5 mm的紫铜管替代了原来内径3 mm的紫铜管,同时也换了链条油。经过改造后,再没出现管路堵塞现象。
6.6 “白车架”现象
电泳后的车架表面是一层均匀、致密的黑漆膜。但曾经有一段时间,出炉的车架在距尾端500~1 000 mm处有不规则的油迹,油迹处没有漆膜,称之为“白车架”。分析油迹来源,认为是润滑油挥发后,积在烘干室顶蓬,又滴落到工件上。停止供给链条油1周,“白车架”现象消失了。为此,重新选择了链条油,并将挥发性做为重点参考项。


