文章介紹了潤滑脂流動性理論和相關(guān)的試驗方法，主要對一種低溫泵送試驗機(jī)儀器進(jìn)行了應(yīng)用考察。通過繪制測試數(shù)據(jù)曲線，可以準(zhǔn)確表征出潤滑脂的低溫泵送性能，其測試數(shù)據(jù)和現(xiàn)場應(yīng)用關(guān)聯(lián)度大，可以為集中潤滑選脂提供很大幫助。

　　潤滑脂的潤滑方式有人工脂槍加脂、油杯加脂、壓力注脂器、集中潤滑等幾種，根據(jù)工況條件選擇合適的潤滑方式。集中供脂潤滑方式被廣泛應(yīng)用，主要適用于機(jī)械設(shè)備中有大量潤滑點或整個車間、工廠潤滑系統(tǒng)而設(shè)置的一種潤滑裝置的情況。真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)集中潤滑的優(yōu)點是：可以提高機(jī)械設(shè)備潤滑的可靠性和安全性，延長機(jī)械的使用壽命，減少維修工作量，減少潤滑操作人員及減輕勞動強(qiáng)度，節(jié)省油脂使用量，且可以防止雜質(zhì)混入等，經(jīng)濟(jì)性明顯，被廣泛應(yīng)用到設(shè)備潤滑領(lǐng)域。

　　集中潤滑脂潤滑要求潤滑脂具有良好的泵送性，主要涉及溫度和壓力等相關(guān)的工況條件。集中潤滑對潤滑脂的選擇一般依靠如錐入度、流動壓力、相似黏度等幾個指標(biāo)，通過這些指標(biāo)描述判斷潤滑脂泵送性能，當(dāng)然還要有足夠的現(xiàn)場工作經(jīng)驗，這些指標(biāo)都不能直接描述出潤滑脂的泵送性。一種低溫泵送試驗機(jī)，即美鋼聯(lián)低溫泵送試驗機(jī)，可以在固定條件下直接評定潤滑脂的泵送性，測試結(jié)果是在一定的溫度及系統(tǒng)壓力下單位時間泵送潤滑脂的質(zhì)量，接收的脂量越多潤滑脂的流動性越好，測試結(jié)果直觀有說服力，值得學(xué)習(xí)研究考察。

1、潤滑脂的流動性理論及相關(guān)試驗方法

　　潤滑脂是將稠化劑分散于液體潤滑劑中所形成的一種穩(wěn)定的半固體產(chǎn)品，這種產(chǎn)品可以加入改善其某些性能的添加劑。根據(jù)潤滑脂的組成及性質(zhì)，其具有顯著的非牛頓性類似于Binham體，但切應(yīng)力與切應(yīng)變率呈非線性關(guān)系。潤滑脂的流變特性可用τ=τs+γn近似地表述。潤滑油可以視為牛頓體，切應(yīng)力與切應(yīng)變率的關(guān)系式是通過原點的直線。圖1表示非牛頓體潤滑脂與牛頓體潤滑油的τ～γ曲線。

圖1 非牛頓體潤滑脂與牛頓體潤滑油的τ-γ曲線

　　牛頓流體和非牛頓流體的剪切速度與剪切應(yīng)力的關(guān)系是潤滑脂在受到外力作用時的流動和變形的特性，主要表現(xiàn)如下：

　　(1)當(dāng)潤滑脂不受外力作用時，能像固體一樣保持一定形狀，即在靜止時不會自動流失。

　　(2)當(dāng)受到微弱外力作用后，產(chǎn)生彈性變形；移去外力后又能恢復(fù)到原來的位置與形狀，呈現(xiàn)出固體的彈性特性。

　　(3)當(dāng)施加的外力足夠大時，潤滑脂發(fā)生形變和流動，而不能再自動恢復(fù)到原來的位置和形狀，因此潤滑脂在機(jī)械運轉(zhuǎn)部件上的啟動力矩比液體潤滑油大。

　　(4)在潤滑脂流動過程中，隨著所受剪應(yīng)力增大，皂纖維在不同程度上定向排列，會使體系的表觀黏度(或相似黏度)隨之減小。在此階段，潤滑脂的表觀黏度隨剪切速度的增大而減小。

　　(5)在受到極高剪應(yīng)力的情況下(剪切速度很大)，潤滑脂的流動像牛頓流體一樣，黏度能保持一個常數(shù)，而不再隨剪切速度的變化而改變。

　　非牛頓體的潤滑脂與牛頓體潤滑油相比較的優(yōu)點，具有良好的密封性，可以防止水分、灰塵的侵入，減少漏油、飛濺等造成對機(jī)械的污染；要求不太復(fù)雜的密封裝置和供油系統(tǒng)；使用壽命長；適合于較寬的使用溫度范圍�；�于潤滑脂的優(yōu)點，好多場合潤滑點多面廣的機(jī)械設(shè)備部位必須用脂潤滑。潤滑脂天然的不流動性，進(jìn)入摩擦面必須通過外力實現(xiàn)，作為非牛頓流體的潤滑脂，流動條件必須有外力存在，才有流動的可能，現(xiàn)場使用表現(xiàn)為系統(tǒng)泵壓；此外，環(huán)境溫度對潤滑脂結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響較大，低溫條件下潤滑脂流動所需的壓力明顯增大。所以潤滑脂的低溫泵送性能研究的是溫度與剪切應(yīng)力(或壓力)的關(guān)系。集中泵送受到越來越多的關(guān)注，現(xiàn)代潤滑脂工業(yè)把泵送性作為潤滑脂研究的課題在國外開展較多，一些評價潤滑脂的泵送性能的試驗方法，是在應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上建立的，其中有相似黏度、流動壓力、表觀黏度，當(dāng)然表征潤滑脂低溫泵送性也包括錐入度、低溫轉(zhuǎn)矩和流變等試驗方法，所有這些試驗方法都與剪切應(yīng)力、溫度相關(guān)。潤滑脂低溫性相關(guān)的試驗方法見表1。

表1 潤滑脂低溫性相關(guān)的試驗方法

　　其中應(yīng)用較廣的低溫試驗方法是相似黏度。潤滑脂在一定溫度下的黏度是隨剪切速度的變化而變化的變量，這種黏度稱為相似黏度，國際計量單位為帕(斯卡)秒(Pa·s)。潤滑脂相似黏度與剪切速度的變化規(guī)律稱為潤滑脂黏度-速度特性。潤滑脂黏度隨剪切速度變化愈顯著，其能量損失愈大。一般可以根據(jù)低溫下潤滑脂相似黏度的允許值來確定潤滑脂的低溫使用下限。中國石化開展過潤滑脂相似黏度表征潤滑脂低溫性能的工作，該指標(biāo)對潤滑脂低溫流動性有幫助，低溫泵送試驗機(jī)的使用將進(jìn)一步提高人們指導(dǎo)實踐應(yīng)用的水平。

2、試驗儀器及應(yīng)用

　　鋼廠大部分的工作環(huán)境用人工加脂有一定困難(如溫度高、潤滑點多、人工加脂不易接近潤滑點)，必須采用干油集中潤滑系統(tǒng)定期加潤滑脂。好多設(shè)備對脂潤滑的要求相當(dāng)高，如臺車滑道密封裝置不允許出現(xiàn)缺、少脂運行，否則將造成滑道的磨損導(dǎo)致漏風(fēng)；連鑄機(jī)潤滑線路長，出現(xiàn)潤滑不良可導(dǎo)致軸承運轉(zhuǎn)不靈活、壽命下降，拉坯阻力增大，故障停機(jī)和檢修時間延長。所以鋼廠的潤滑管理是影響鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵，采用集中潤滑系統(tǒng)對鋼廠設(shè)備進(jìn)行潤滑非常必要。美國鋼鐵聯(lián)合協(xié)會(以下簡稱美鋼聯(lián))建立了一種評定潤滑脂低溫流動性的試驗方法，GreaseMobilityU.S.Steel方法[6]，可以較直觀地評價潤滑脂的低溫流動性能，為鋼廠設(shè)備集中潤滑選脂提供參考依據(jù)。

　　2.1、儀器介紹

　　任何試驗機(jī)都有特定的試驗方法，低溫流動試驗方法適用于在規(guī)定條件下測定潤滑脂流動的能力。在控制的溫度與壓力下，通過將試樣泵送到一個標(biāo)準(zhǔn)SOD壓力黏度計里，以g/s為單位來測量潤滑脂的流動性。

　　美鋼試驗方法的條件是，試驗溫度低至-34.4℃，在低溫下進(jìn)行潤滑脂流動性試驗以預(yù)測潤滑脂的泵送性能。測定應(yīng)用于集裝或散裝系統(tǒng)里時潤滑脂的適應(yīng)性，在該系統(tǒng)里采用泵、閥或管線來分配或傳輸潤滑脂。本儀器由壓力黏度計、冷卻浴與冷凍系統(tǒng)組成。不銹鋼制壓力黏度計配備有一個經(jīng)過改良的40∶1比率的毛細(xì)管。在將試樣裝載在壓力黏度計里之后，將組合件安裝在冷卻浴里，并使組合件達(dá)到測試溫度。機(jī)械冷凍冷卻浴可以得到低至-34.4℃的測試溫度，且穩(wěn)定性達(dá)到±1℃。試樣達(dá)到測試溫度時，潤滑脂在選定的壓力下開始流動。在規(guī)定的周期里收集潤滑脂來測定每秒的流速。美鋼低溫泵送試驗儀器及工作原理見圖2、圖3，原理所包括的附件、潤滑脂圓筒(壓力黏度計)、帶有經(jīng)過改良的No.140∶1比率的毛細(xì)管試樣收集器轉(zhuǎn)盤。

　　電氣要求：115V60Hz，單相，6A220～240V50Hz或60Hz，單相，3A。尺寸l×w×h，in.(cm)。冷卻室：12×12×30(30.5×30.5×76)。冷凍單元：15×12×12(38×30×30)。凈重：114lbs(51.7kg)。

圖2 美鋼低溫流動性試驗機(jī)

圖3 美鋼試驗機(jī)工作原理示意

　　2.2、操作過程

　　首先打開氮氣瓶柜內(nèi)的氮氣鋼瓶閥，氮氣減壓閥上的0～25MPa的壓力表顯示的瓶內(nèi)壓力，壓力指示>15kg，調(diào)節(jié)分壓閥，使分壓表指示在12kg。用1/4kg試驗脂放置在壓力氣缸黏度管容器中，盡可能在樣品中不夾氣泡，從氣缸頂部放入活塞，氣缸底部用軟木輕輕拍打，使脂處于緊湊狀態(tài)。氣缸底部連接毛細(xì)管，把蓋頂旋入氣缸，將整體氣缸放入冷浴箱容器內(nèi)，蓋好冷箱頂蓋，并連接好快速壓力管線。

　　用熱電偶小心放入底部毛細(xì)管中(可隨時觀察潤滑脂到達(dá)的溫度)。開啟制冷容器電源開關(guān)。在經(jīng)過3～4h運行后，或更長時間，右邊的測溫器會顯示氣缸內(nèi)潤滑脂的實際溫度。如果想做其他溫度點的實驗，例如-15℃，則需要看右側(cè)潤滑脂測溫器溫度到達(dá)-15℃后，立即做實驗。打開氮氣管路閥門，調(diào)節(jié)壓力表至少量壓力5s，以使脂充滿毛細(xì)管，并將毛細(xì)管末端的潤滑脂擦拭干凈。

　　調(diào)節(jié)壓力表，至150磅/英寸2，將一個稱重的容器放在毛細(xì)管下面，然后打開操作閥門，同時開始計時，收集足夠量的脂樣品，記錄流量時間，并稱出脂的重量(包括收集掛在毛細(xì)管上的脂)，以建立每秒克流量，單位為g/s，作潤滑脂的流動性。

　　2.3、試驗樣品制備

　　本試驗樣品根據(jù)需要設(shè)計不同稠化劑含量的3個牌號的12羥鋰鈣皂潤滑脂，基礎(chǔ)油選用礦物油HVI650。將12羥基硬脂酸與氫氧化鋰和氫氧化鈣混合水溶液混合進(jìn)行皂化反應(yīng)，反應(yīng)完全后加入升溫油，使皂與基礎(chǔ)油形成真溶液，然后用冷卻油冷卻晶化，加入后調(diào)油，用三輥碾磨機(jī)研磨制成脂，制備樣品1號脂、2號脂、3號脂的分析數(shù)據(jù)見表2所示。

表2 不同潤滑脂的分析數(shù)據(jù)

　　2.4、應(yīng)用考察

　　利用低溫流動試驗機(jī)考察潤滑脂低溫性能，包括固定的壓力條件下測試相同牌號潤滑脂不同溫度下的流動性，繪制低溫條件下泵送能力工作曲線；固定的壓力條件不同稠度牌號潤滑脂低溫泵送性，繪制出低溫泵送能力工作曲線；同牌號潤滑脂流動壓力測試數(shù)據(jù)趨勢工作曲線；對比不同錐入度潤滑脂低溫泵送性。

　　流壓的測定是將潤滑脂裝入試驗裝置后，在規(guī)定的溫度條件下，使壓力以一定的時間間隔上升，測定從檢驗噴嘴里擠掉潤滑脂的瞬間壓力。錐入度的測定是指標(biāo)準(zhǔn)圓錐體自由下落而穿滑入裝于標(biāo)準(zhǔn)脂杯內(nèi)的潤滑脂經(jīng)過5s達(dá)到的深度。同時使用美鋼低溫泵送試驗、流動壓力試驗、錐入度進(jìn)行的潤滑脂低溫流動性考察，對不同測試方法表征潤滑脂的低溫流動性加以比較。

3、檢測數(shù)據(jù)及其分析

　　3.1、同牌號低溫泵送測試

　　選定2號脂，調(diào)節(jié)壓力表至150磅/英寸2，用低溫流動性試驗機(jī)分別測試-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃下潤滑脂的泵送量，時間統(tǒng)一按照31s計，稱出收集器內(nèi)潤滑脂的質(zhì)量。測試結(jié)果繪制出不同溫度2號脂低溫泵送試驗工作曲線如圖4。

圖4 2號脂低溫泵送試驗工作曲線

　　不同溫度下2號脂的泵送性隨著溫度的升高而逐漸變好，泵送的潤滑脂量呈現(xiàn)規(guī)律性增加，泵送潤滑脂的量0℃比-20℃增加大約10倍。低溫泵送試驗機(jī)可以較好地描述出2號脂低溫條件的泵脂量工作曲線。

　　3.2、不同牌號低溫泵送測試

　　選定不同牌號潤滑脂，有1號脂、2號脂、3號脂三個樣品，調(diào)節(jié)壓力表至150磅/英寸2，用美鋼低溫流動性試驗機(jī)分別測試-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃，潤滑脂的泵送量，時間統(tǒng)一按照31s計，稱出收集器內(nèi)潤滑脂的質(zhì)量。測試結(jié)果繪制出不同溫度不同牌號潤滑脂低溫泵送試驗工作曲線如圖5。

圖5 不同牌號潤滑脂低溫泵送試驗工作曲線

　　由工作曲線清晰看出，不同稠度潤滑脂同一溫度條件下牌號越小潤滑脂的泵送性越好，同一稠度潤滑脂泵送性隨溫度升高變好，規(guī)律性明顯。1號脂比3號脂的泵送性各個溫度條件泵送量都大。潤滑脂的泵送性與溫度、稠度相關(guān)系密切得到驗證。

　　3.3、同牌號流動壓力測試

　　使用流動壓力對2號脂做低溫性考察，同樣測試不同溫度條件下-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃條件下流動壓力，測試結(jié)果繪制出不同溫度2號脂流動壓力試驗工作曲線如圖6。

圖6 2號脂流動壓力試驗工作曲線

　　由工作曲線看出，隨著溫度的升高，2號脂的流動壓力是下降的，泵送性隨溫度的升高逐漸變好，與美鋼低溫泵送試驗機(jī)的測試潤滑脂的低溫泵送性趨勢結(jié)果一致。

　　3.4、不同錐入度潤滑脂低溫泵送性

　　由表2得知不同錐入度的1號脂、2號脂、3號脂，在-10℃條件下隨著稠化劑含量的增加相似黏度逐漸增大，說明潤滑脂的泵送性隨稠度增加逐漸變差，與美鋼低溫泵送試驗機(jī)表征的潤滑脂的低溫泵送性結(jié)果同樣一致。

4、討論

　　作為非牛頓體的潤滑脂化學(xué)上屬于分散體系，分散相顆粒形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所加外力才能發(fā)生剪切變形，開始流動。本文試驗選擇的潤滑脂稠化劑類型一致、基礎(chǔ)油類型一致，不同樣品的稠化劑含量不同。低溫流動性試驗機(jī)可以準(zhǔn)確地測試出固定壓力150磅/英寸2、溫度范圍-20～0℃下潤滑脂的泵送性能，測試出潤滑脂的泵送量單位是g/s，條件可控易于比較，相同牌號的潤滑脂，潤滑脂泵送性隨溫度升高逐漸變好；同一溫度下，錐入度越大泵送脂量越大，泵送性越好。低溫泵送試驗工作曲線，準(zhǔn)確表征出潤滑脂泵送性與溫度和稠度的相關(guān)性。

　　同一牌號潤滑脂，溫度越高流動壓力越低，泵送性越好，流動壓力試驗工作曲線，驗證了相同溫度條件下潤滑脂泵送性，與美鋼低溫流動試驗機(jī)評價結(jié)論一致。該方法在歐洲獲得較好的應(yīng)用。

　　不同錐入度的潤滑脂，其數(shù)值越小潤滑脂越硬，低溫相似黏度越大，泵送性越差。不同錐入度潤滑脂一定溫度下的泵送性，與低溫泵送試驗結(jié)論一致。在對潤滑脂的流動性評價中低溫泵送試驗機(jī)法與流動壓力、錐入度有較好的一致性，可以有效表征出潤滑脂的低溫泵送性能，在實踐中可以根據(jù)工況條件要求綜合應(yīng)用�？疾炝斯潭▔毫ο虏煌瑴囟然�脂的泵送性，可以根據(jù)現(xiàn)場的試驗條件，設(shè)定不同壓力完成試驗測試，拓寬該試驗機(jī)的應(yīng)用范圍。低溫流動試驗機(jī)可以根據(jù)給定的溫度壓力和泵脂量需求，很好地完成潤滑脂品種和牌號的選擇。增加了一種評定潤滑脂低溫性的手段。

　　潤滑脂的泵送性寶鋼檢測中心使用干油泵固定壓力溫度條件，通過一段時間接收的潤滑脂量，其質(zhì)量與時間的比值作為評價潤滑脂泵送性。與低溫泵送試驗機(jī)對潤滑脂泵送性的考察有異曲同工之處。

5、結(jié)論

　　美鋼聯(lián)低溫泵送試驗機(jī)是根據(jù)實際工況條件評定潤滑脂泵送性的模擬臺架試驗機(jī)，可以準(zhǔn)確地評價潤滑脂的低溫泵送性能，測試數(shù)據(jù)誤差較小穩(wěn)定性極好，與其他表征潤滑脂低溫流動性的試驗方法流動壓力和錐入度有較好的關(guān)聯(lián)度，其試驗數(shù)據(jù)可以為現(xiàn)場潤滑工程師選脂和集潤滑設(shè)計選脂提供參考幫助，也是實驗室評價篩選潤滑脂配方的一種理想方法。