磨合潤(rùn)滑劑在重載開式齒輪的應(yīng)用

前言

　　管磨和轉(zhuǎn)窯類設(shè)備通常使用大型開式齒輪副作為動(dòng)力傳動(dòng)裝置，其主要工作條件是低速、重載、沖擊負(fù)荷等。但齒輪副的加工受限于機(jī)加工能力和制造成本，其幾何尺寸誤差較大，齒輪表面比較粗糙，即便是在齒輪副具有足夠安裝精度的條件下，其嚙合齒面的接觸比例最多只有50~60%。 這就意味著在設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，局部齒面存在載荷集中的隱患，潤(rùn)滑條件惡劣，導(dǎo)致齒面不可避免的出現(xiàn)先期損傷（如細(xì)微裂紋、輕度擦傷等），并持續(xù)擴(kuò)展成為點(diǎn)蝕、擦傷。為解決以上所述困難，采用專用磨合潤(rùn)滑劑是一個(gè)有效途徑。

一、新制大型開式齒輪潤(rùn)滑條件

　　對(duì)于大型開式齒輪，其典型工況是接觸壓力大、表面精度低、線速度低等。受機(jī)加工條件所限，大型開式齒輪的精度較低，用于轉(zhuǎn)窯類設(shè)備的開齒精度在8~9級(jí) (AGMG 2000)，用于管磨類設(shè)備的開齒精度在9~10級(jí) (AGMG 2000)， 圖1所示為一臺(tái)球磨機(jī)新制開式齒輪，齒面可見明顯加工痕跡。另外，由于小齒輪和大齒圈分別安裝在不同的支撐部件上，安裝時(shí)很難保證其軸線的平行度。

圖1  新制大型開式齒輪表面狀態(tài)

　　鑒于工作狀態(tài)的惡劣，大型開式齒輪副在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，不可避免存在局部過載，并導(dǎo)致潤(rùn)滑狀態(tài)的惡化，使嚙合齒輪處于邊界摩擦或混合摩擦狀態(tài)。為最大限度地保護(hù)設(shè)備和延長(zhǎng)輪齒的使用壽命，需在嚙合齒面形成良好的潤(rùn)滑油膜，避免齒面的直接接觸，防止齒輪過度磨損和出現(xiàn)各種形式的損傷。因此對(duì)于此類摩擦點(diǎn)，必須選用高粘度、并能在嚙合齒面間形成保護(hù)層的潤(rùn)滑劑，以防止齒面金屬材料的直接接觸。為達(dá)到前述目的，具有不同基礎(chǔ)油類型、不同基礎(chǔ)油粘度、含極壓添加劑、含各種類型固體添加劑的開式齒輪潤(rùn)滑產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。最近幾年，采用合成油或精煉礦物油作為基礎(chǔ)油、具有超高粘度、含粘附力改善劑、性能更好的極壓添加劑、且不含固體添加劑的潤(rùn)滑劑已經(jīng)得到推廣，能夠提供更好的潤(rùn)滑。

　　然而，改良后的開式齒輪潤(rùn)滑產(chǎn)品也不能完全彌補(bǔ)齒輪載荷集中帶來的負(fù)面影響。對(duì)于齒輪傳動(dòng)，齒輪的表面粗糙度對(duì)潤(rùn)滑油膜能否形成、油膜厚度的大小有著直接的決定性作用。

　　摩擦學(xué)中常用油膜比厚的概念來描述潤(rùn)滑狀態(tài)。油膜比厚是齒面之間的最小油膜厚度與兩齒面綜合粗糙度之比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示。
                    　式1
               式2
式中：
 -油膜比厚
-最小油膜厚度
、 -小、大齒輪的表面粗糙度

  從公式中可以導(dǎo)出如下結(jié)論：油膜比厚越大，潤(rùn)滑劑分離兩個(gè)嚙合齒面的趨勢(shì)就越強(qiáng)，即齒輪的潤(rùn)滑狀態(tài)取決于兩個(gè)因素，潤(rùn)滑劑的性能和齒面的粗糙度。
  潤(rùn)滑劑性能決定了能夠形成的最小油膜厚度，越大，油膜比厚越大，潤(rùn)滑狀態(tài)愈好；
  大、小齒輪的嚙合表面粗糙度、 越小，油膜比厚越大，潤(rùn)滑狀態(tài)愈好。

 有潤(rùn)滑劑的條件下，按照油膜比厚的大小，可以將齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑狀態(tài)劃分為如下圖所示的三種潤(rùn)滑狀態(tài)。

　　通過上述機(jī)理分析，選用壓粘系數(shù)和動(dòng)力粘度大的潤(rùn)滑劑可以顯著提高潤(rùn)滑狀態(tài)，而齒輪的表面狀態(tài)對(duì)潤(rùn)滑狀態(tài)有著至關(guān)重要的影響。平滑的齒面是達(dá)到良好潤(rùn)滑狀態(tài)的先決條件，因此新制或翻面的大型開式齒輪必須借助專用磨合潤(rùn)滑劑來降低表面粗糙度、提高接觸比例，為取得良好的潤(rùn)滑狀態(tài)創(chuàng)造條件。

二、磨合潤(rùn)滑劑的工作機(jī)理

　　磨合潤(rùn)滑劑專用于新制或翻面齒輪副，潤(rùn)滑劑內(nèi)含的特殊添加劑會(huì)在齒輪表面上產(chǎn)生腐蝕磨損，通過調(diào)整磨合潤(rùn)滑劑的用量和磨合周期的長(zhǎng)短，可以控制齒面的磨損量，此種有目的的磨損可以快速降低齒面的粗糙度，防止點(diǎn)蝕或其它類型損傷的出現(xiàn)。在齒輪副投入使用的初期，在接觸高點(diǎn)上形成載荷集中，潤(rùn)滑油膜難以形成，存在擦傷的可能性，因此磨合潤(rùn)滑劑必須含有極壓添加劑以期降低齒輪損傷的可能性。

　　基于磨合潤(rùn)滑劑同時(shí)具有產(chǎn)生可控磨損量和提升接觸比例的功能，此類潤(rùn)滑劑可以作為已損傷齒輪的修復(fù)潤(rùn)滑，即在起到潤(rùn)滑作用同時(shí)，提升齒面嚙合時(shí)的接觸比例，改善齒輪載荷的分布。

　　下圖為新齒輪使用專用磨合潤(rùn)滑劑250小時(shí)后的齒面放大對(duì)比圖片。綜合對(duì)比齒面狀態(tài)和數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)通過磨合過程，齒輪表面狀態(tài)得到快速、有效的改善。

磨合前顯微圖片（放大50倍）

 磨合后顯微圖片（放大160倍）

圖3  磨合前后齒面狀態(tài)對(duì)比

　　若在新齒輪投入運(yùn)行的初期，不采取針對(duì)性措施，粗糙的齒輪表面使齒輪長(zhǎng)期處于邊界摩擦或混合摩擦狀態(tài)，齒輪齒面長(zhǎng)期處于粗糙峰相接觸的狀態(tài)，接觸面積過小，局部過載會(huì)導(dǎo)致早期損傷的出現(xiàn)，如初期點(diǎn)蝕、擦傷等，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，早期損傷會(huì)快速擴(kuò)展。

三、磨合潤(rùn)滑劑的使用方法

　　開式齒輪應(yīng)用廣泛，潤(rùn)滑方式有手工潤(rùn)滑、油池潤(rùn)滑、循環(huán)潤(rùn)滑、噴灑潤(rùn)滑等多種方式，因此磨合潤(rùn)滑劑需適應(yīng)不同的潤(rùn)滑方式，在水泥行業(yè)的轉(zhuǎn)窯類和管磨類設(shè)備中，大量采用自動(dòng)噴灑和油池潤(rùn)滑兩種方式。

1) 自動(dòng)噴灑方式
　　在使用新齒輪的設(shè)備啟動(dòng)之前，需預(yù)先將噴灑系統(tǒng)投入使用。在保證足夠磨合潤(rùn)滑劑容量的前提下，調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，使系統(tǒng)處于“準(zhǔn)連續(xù)潤(rùn)滑”工作方式，即間隔時(shí)間短、每次噴灑量??；并檢查噴灑系統(tǒng)的噴灑效果，保證潤(rùn)滑劑能夠完整的覆蓋整個(gè)齒寬。磨合潤(rùn)滑劑的用量主要取決于設(shè)備的類型和齒輪副的尺寸。通常磨合潤(rùn)滑消耗量在180Kg~360Kg之間。下圖為某公司回轉(zhuǎn)窯使用Grafloscon B-SG 00 Ultra(180Kg)后的齒面狀態(tài)。

圖4  回轉(zhuǎn)窯使用磨合潤(rùn)滑劑360Kg后的齒面狀態(tài)（自動(dòng)噴灑潤(rùn)滑）

2) 油池潤(rùn)滑方式
　　使用新齒輪的設(shè)備啟動(dòng)之前，需保證加注在油池中的磨合潤(rùn)滑劑有足夠的液位高度。采用油池潤(rùn)滑方式的設(shè)備，其帶油裝置有多種設(shè)計(jì)方案，如大齒輪帶油、小齒輪帶油或?qū)Ｓ玫膸в洼?，油池液位高度必須超過帶油裝置最低位置的一個(gè)齒高。在設(shè)備初次啟動(dòng)時(shí)，須密切觀察油池液位的高度變化，這是由于大、小齒輪上會(huì)粘附、帶走大量的潤(rùn)滑劑，從而明顯降低油池液位的高度。為避免潤(rùn)滑劑的缺乏，須在啟動(dòng)過程中，向油池中及時(shí)添加潤(rùn)滑劑，使液位至少超過帶油部件的半個(gè)齒高。對(duì)于具有一定安裝斜度的設(shè)置，如水泥廠的回轉(zhuǎn)窯，液位高度應(yīng)以齒輪的高端為準(zhǔn)。

　　由于設(shè)備運(yùn)行工況的不同，其磨合周期各不相同，通常磨合過程需歷時(shí)3000~5000運(yùn)行小時(shí)，因此在磨合過程中，須密切觀察齒面狀態(tài)，達(dá)到磨合效果即可換用正常的操作潤(rùn)滑劑。下圖為某公司回轉(zhuǎn)窯使用Kluberfluid B-F1 Ultra（5000運(yùn)行小時(shí)）后的齒面狀態(tài)。

圖5  回轉(zhuǎn)窯使用磨合潤(rùn)滑劑5000運(yùn)行小時(shí)后的齒面狀態(tài)（油池潤(rùn)滑）

四、結(jié)束語

　　通過開式齒輪潤(rùn)滑理論分析和磨合潤(rùn)滑劑的具體使用實(shí)例，可以看出新制造和翻面齒輪必須使用專用磨合潤(rùn)滑劑，以達(dá)到如下目的：
 消除因載荷集中產(chǎn)生的細(xì)微裂紋、輕度擦傷等先期損傷，防止損傷惡化；
  快速提高齒面的接觸比例，以消除載荷集中現(xiàn)象。
  創(chuàng)造良好的先決條件，保障在后期運(yùn)行中輪齒處于良好潤(rùn)滑狀態(tài)。